CC BY
17
© A.M. Бондаренко, 2012
УЛК 614.841.345 A.M. Бондаренко
ПУТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ДОБЫЧИ НА КРУТЫХ ПЛАСТАХ*
Рассмотрены прогрессивные способы выемки крутых пластов гидравлическим способом. Показаны преимущества новых скважинных гидроагрегатов. Ключевые слова: выемка крутых пластов, скважинные гидроагрегаты.
Крутые и крутонаклонные пласты разведаны на многих месторождениях России и за рубежом. Наибольший опыт отработки крутых пластов накоплен в России, Германии и на Украине. Типичным представителем угольных месторождений с крутым залеганием пластов является Кузнецкий угольный бассейн. В Кузбассе сосредоточено 16730 млн т угля в пластах с углом падения более 25°, что составляет 15,6 % от всех учтенных запасов бассейна. Запасы угля в пластах с углом падения более 25° по геологическим районам Кузбасса по отношению к общим запасам района распределяются следующим образом: Анжерский - 42,2 %; Бачатский -25,8 %; Прокопьевско-Киселевский -40,5 %; Араличсвский- 51,5 %; Бун-гуро-Чумышский - 57 %; Ерунаков-ский - 8,7 %.
Исследования, направленные на повышение технологичности разработки крутых угольных пластов на современном этапе развития угледобычи, проводились в ННЦ ГП - ИГД им. А.А. Скочинского, ИПКОН, ВНИМИ, ИГД СО РАН, Институте угля и углехимии СО РАН, ПНИУИ, ВНИИгидроугле, УкрНИИгидроугле,
ДонНИИ, ДонГТУ, МГГУ, ТулГУ, КузГТУ, СибГГМА и многих других организациях. Существенный вклад в развитие теории и практики повышения технологичности разработки угольных месторождений внесли А.А. Атрушкевич, А.С. Бурчаков, В.Н. Вы-легжанин, Н.К. Гринько, Г.И. Грицко, Ю.Н. Кузнецов, А.С. Кузьмич, В.Г. Дурий, А.С. Малкин, Ю.Н. Малышев, О.В. Михеев, В.В. Мельник, В.С. Мучник, А.И. Петров, Д.А. Пучков, Б.В. Радько, В.В. Сенкус, В.Н. Фрянов и др.
В процессе эксплуатации весьма сложного в горно-геологическом отношении Прокопьевско-Киселевского района были испытаны почти все известные в мировой практике системы разработки [1-11]. Однако наибольшее применение получили следующие системы: щитовая с обрушением боковых пород (ЩО), комбинированная с гибким перекрытием (КГП), подэ-тажная-гидроотбойка с обрушением боковых пород (ПГО), подэтажные штреки обрушением боковых пород (ПШО), длинные столбы по простиранию обрушением боковых пород (ДСО) и системы разработки с закладкой выработанного пространства, в т. ч.
*Работа выполнена в рамках госконтракта Минобрнауки России № 15.515.11.5073 от 06.10.2011г.
Рис 1. Способ разработки пластов с применением гидротехнологии и возведением изоляционных полос из твердеющей закладки
короткие полосы по простиранию с гидравлической закладкой выработанного пространства (КПГЗ), наклонные слои с гидрозакладкой (НСГЗ) и поперечно-наклонные слои с гидрозакладкой выработанного пространства (ПНСГЗ).
Большая часть угля (93 %) добывается системами разработки с обрушением боковых пород и только 7 % с гидравлической закладкой выработанного пространства. На долю щитовой системы разработки приходится более 30 % добычи всех шахт района.
Наибольшую известность получили базовые технологические схемы разработки крутых и наклонных угольных пластов подэтажной гидроотбойкой, реализующие различные варианты гидравлической добычи.
Рассмотрим более детально варианты технологии разработки крутых пластов с использованием высоконапорной струи гидромонитора.
Известен способ разработки крутых пластов с изоляционными полосами из твердеющей закладки, заклю-
чающейся в том, что вскрытие пласта осуществляется этажными квершлагами, которые соединяются грузо-ходовым скатом, из последнего в дальнейшем проводятся подэтажные штреки (рис. 1).
Выемочное поле оконтуривается надквершлажными изоляционными полосами и делится на блоки путем возведения изоляционных полос из твердеющей закладки. Межблоковые изоляционные полосы возводятся с опережением по мере выемки угля в подэтажах.
А.П. Широков разработал технологическую схему отработки крутого пласта гидроспособом с гидравлической закладкой выработанного пространства. Для подготовки полосы к выемке проводятся оконтуривающие печи со стороны почвы пласта и одна печь посередине полосы (рис. 2).
Для отработки мощных пластов гидроспособом без проведения подэ-тажных штреков может быть применена технологическая схема с настилкой гибкого перекрытия в двух плоскостях.
Рис. 2. Технологическая схема отработки крутых пластов с применением гидромеханизации полосами по восстанию
Учеными ВНИИГидроуголь предложена следующая технология выемки угля и закладки выработанного пространства при которой участок пласта подготавливается проведением грузоходового ската, пульпоспускной печи, закладочных скатов, аккумулирующих и поэтажных штреков (рис. 3). Отработка запасов ведется подэтажами по восстанию с помощью гидромониторов. Уголь из забоя транспортируется по желобам. Способ управления кровлей - гидравлическая закладка выработанного пространства. В целях разделения отбитого угля (пульпы) и закладочного массива на поверхности закладки возводится настил из плах, или укладываются желоба специальной конструкции.
Гидромониторная выемка подэтажа ведется заходками на всю длину выемочного блока до вышележащего подэтажного штрека. После
полной выемки подэтажа возводятся дренажные перемычки, и начинается подача закладки. В одном из крыльев ведется выемка угля, в другом - закладка выработанного пространства.
Представляют интерес новые способы отработки пластов с использованием гидромониторного агрегата (рис. 4). Здесь на уровне аккумулирующего штрека отрабатывается горизонтальный слой, по контуру очистного забоя бурятся скважины для пропуска подь-емных канатов. Гидромониторный агрегат монтируется в горизонтальном слое. Выемка угля в пределах контура производится заходками по восстанию шириной 1,5 - 2 м. Гидромониторный агрегат включает в себя гидромонитор с направляющими, тяговый орган и привод для перемещения гидромонитора вдоль забоя.
Наибольший интерес для дальнейшего исследования технологии отработки
Рис. 4. Система разработки столбами по восстанию с использованием гидромониторного агрегата
крутых угольных пластов представляют технологические схемы с использованием гидромониторных скважин-ных агрегатов управляемых из подземных горных выработок.
В МГГУ разработан агрегат сква-жинный гидромониторный - АСГ с
повышенной разрушающей способностью на базе прошедших опытные и промышленные испытания на шахтах и гидрошахтах агрегатов АГС-1, АГС-2 и КБГ НПО «Углемеханизация» (Украина) и внедрения агрегатно-гид-равлической технологии и агрегатов
Рис. 5. Схема отработки межблокового целика по восстанию с использованием гидромониторного агрегата
АФГ, АФМГ, АФТ на гидрошахтах Кузбасса.
Агрегат скважинный гидромониторный (АСГ) предназначен для бурения скважин и очистной выемки угля гидравлическим способом через скважины из подземных горных выработок в сложных горно-геологических условиях гидрошахт, а также шахт обычной технологии при работе в комплексе со средствами обезвоживания угля и осветления технологической воды в подземных условиях.
Агрегат скважинный гидромониторный (рис. 6) включает: струефор-мируюшую часть для бурения скважин и очистной выемки; энергопо-даюший став; станок подачи с манипулятором и насосную станцию гидропривода; высоконапорные насосные установки; пульты управления.
Технология безлюдной отработки угольных пластов агрегатом скважин-ным гидромониторным с повышенной разрушаюшей способностью заключается в следуюшем. Агрегатом АСГ, установленным на аккумулируюшем (откаточном) штреке по восстанию
пласта, осушествляется бурение скважин до вентиляционного штрека, или, в случае его отсутствия, на проектную длину. Затем в обратном направлении из скважины производится отработка пласта столбами по падению. Управление горным давлением при этом осушествляется ленточными технологическими целиками.
Буровой орган агрегата АСГ по одному из вариантов состоит из трех стволов с насадками, формируюшими струи различного расположения, с помошью которых проходится скважина. Предусмотрена возможность отклонения насадок на угол до ±5° с целью коррекции направления скважины и увеличения при необходимости диаметра скважины.
Очистной орган представляет собой криволинейный ствол с насадкой или насадками, установленными под различными углами к оси энергоподаю-шего става. Опора (фонарь) предназначена для поддержания и центровки исполнительного органа и става в скважине и состоит из двух полухомутов с лучами-лыжами, которые
1 - буровой орган; 2 - опора; 3 - очистной орган; 4 - штанга-фильтр; 5 - штанга; 6 - станок подачи с манипулятором; 7 - высоконапорная насосная установка; 8 - насосная станция гидропривода; 9,10 - пульт управления; 11 - шланг
Рис. 6. Агрегат скважинный гидромониторный АСГ с повышенной разрушающей способностью
Техническая характеристика скважинного агрегата с повышенной разрушающей способностью и производительностью
Наименование показателя Величина показателя
АТС КБГ АСТ
1. Максимальное давление воды, подводимой к установке, МПа 16,0 20,0 30,0
2. Расход воды, м3/ч
номинальный 90-150 18-150 90,0
максимальный до 180 до 180 до 300
3. Коэффициент крепости угля по шкале М.М. Протодъяконова до 1,2 до 1,4 до 1,6
4. Минимальная мощность вынимаемого пласта, м 0,3 0,3 0,3
5. Глубина бурения, м до 150 до 150 до 150
6. Техническая производительность при бурению, м/ч 6. ..14 8...20 25-30
при очистной выемке при расходе воды 100 м3/ч, т/ч 18 24 26-30
7. Исполнительный орган сменный универсальный универсальный
устанавливаются на специальные шейки штанг, позволяя им свободно проворачиваться в опорах. Техническая характеристика агрегатов АТС, КБГ и АСГ с повышенной разрушающей способностью представлена в таблице.
Следовательно, весьма перспективным направлением отработки крутых угольных пластов является применение различных вариантов технологических схем с применение сква-
1. Мельник В.В. Разработка прогрессивных решений по эффективному применению сква-жинной гидравлической технологии добыни угля. - М.: Уголь, 2009, №1. - С. 18-21.
2. Научно-инновационные разработки Московского государственного университета. -Создание комплексов аварийной гидравлической добычи, переработки и транспортировки угля потребителю. - М.: МГГУ 2009. - С. 8-15.
3. Малухин Н. Т., Дробаденко В.П., Клочков Н.Н., Тимошенко С.В. Повышение эффективности работы гидромонитора ГМД-350 при добыме янтаросодержащих глин. - М.: Горный
жинных гидромониторных и механо-гидравлических агрегатов.
Установлено, что одним из путей совершенствования гидравлической добычи на крутых пластах во всем диапазоне мощностей является применение технологических схем с использованием скважинных гидромониторных и механогидравлических агрегатов с обоснованными технологическими параметрами.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал), МГГУ, 2010, №12. - С. 236-241.
4. Ерополов П.А. Обоснование параметров скважинно-механогидравлической технологии подземной добычи угля. - Автореферат канд. техн. наук. - М.: МГГУ, 2009. - 19 с.
5. Пальчевский А.Ю. Повышение эффективности добычи угля на базе рациональных сочетаний длинных и коротких очистных забоев. - Автореферат канд. техн. наук. - М.: МГГУ, 2007. - 20 с. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
Бондаренко Александр Михайлович - аспирант, Московский государственный горный университет, [email protected]
