Разработка технологических решений отработки свиты угольных пластов подземным способом в приконтурной зоне разреза Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© Вал.В. Сенкус, В.Н. Фрянов, 2008

УДК 622.64.(075.32)

Вал.В. Сенкус, В.Н. Фрянов

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ОТРАБОТКИ СВИТЫ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ ПОДЗЕМНЫМ СПОСОБОМ В ПРИКОНТУРНОЙ ЗОНЕ РАЗРЕЗА

Дан анализ методологии комбинированной разработки месторождений, предложен новый вариант разработки свиты пологих пластов.

~П настоящее время на дейст--Л-^вующих разрезах отмечается сокращение запасов угля, пригодных для выемки традиционными технологиями, поэтому перспективным направлением является отработка запасов, находящихся в приконтурной зоне разреза подземным способом [1, 2].

Особое внимание следует обратить на пласты мощностью до двух метров, находящихся в бортах и дне траншеи, разработка которых открытым способом не целесообразна с экономической точки зрения, но эффективную отработку этих запасов возможно обеспечить подземным способом.

Актуальность отработки данных запасов подтверждается практическим применением открыто-подзем-ной технологии на разрезах Кузбасса - Мохов-ском, Сибиргинском, Кедровском, Ли-ствянском и Распадском.

Учеными и специалистами ИПКОН, ВНИМИ, ИГД им. А.А. Скочинского, ИФЗ РАН, Институт угля и углехимии СО РАН, ИГД СО РАН, ВНИИгидро-уголь, КузНИУИ, МГГУ, С-ПбГУ, Куз-ГТУ, СибГИУ и многих других научноисследовательских организаций предложена методика обоснования комбинированных технологий добычи угля, которая позволяет разрабатывать варианты

технологических схем открытоподземного способа. Он предусматривает системный подход, декомпозицию технологических схем открытой, подземной добычи угля по элементам, анализ последствий взаимодействия групп элементов и синтез новых гибких технологических схем, способных к адаптации с учетом изменений горно-геологи-ческих условий и конъюнктуры рынка.

Эффективность разрабатываемых технологических схем по сравнению с существующими обеспечивается совместимостью и интенсификацией технологических процессов, внедрением новаций и форсированным возвратом инвестиций.

Анализ показывает, что комбинированная технология добычи угля получила развитие в рамках расширения области применения технологии выемки угля короткими забоями.

Методология обоснования интегрированной, гибкой, высоко адаптивной технологии и технических средств, обеспечивающих быстрый возврат инвестиций, решение экологических и социальных задач угледобывающих регионов, включает конструирование и научное обоснование вариантов интегрированной технологии подземной добычи угля из

открытых горных выработок, и заключается [1, 2]:

- в анализе традиционных технологий;

- декомпозиции технологических схем открытых и подземных работ на элементы, соответствующим основным процессам технологического цикла;

- выделении высокопроизводительных, адаптивных и эффективных элементов, объединяемых в группы на основе расположения и совместимости;

- разработке связующих элементов, параметры и характеристики которых обеспечивают стыковку предыдущей и последующих групп в технологическом цикле в соответствии с заданными критериями эффективности и ограничениями;

- конструировании вариантов гибких технологических схем на основе синтеза групп и связующих элементов в единую систему с последующей оптимизацией параметров.

При анализе методологии следует отметить, что в ее основе лежит выделение элементов и места их в технологических схемах, из которых ведется конструирование вариантов технологических схем горнодобывающих предприятий, что целесообразно использовать при сложившейся собственности предприятий на горные и земельные отводы.

С позиции комплексной разработки месторождений в основу методологии комбинированной разработки месторождений должен быть положен принцип оптимальной планировки месторождения, для выполнения которого на первом этапе необходимо разработать и оценить многовариантные проектнопространственные решения вскрытия месторождения, отвечающие заданным требованиям, а на втором - проводить конструирование технологических схем.

Для реализации этапов используется весь набор систем разработки, технологических схем подготовки и вскрытия месторождений для эффективной отработки пластов различными способами добычи угля.

Преимущество вскрытия месторождения отдается открытому способу глубокими траншеями, обеспечивающему минимальные капитальные затраты и максимальный доступ к пластам угля, а последующая отработка вскрытых запасов ведется подземным способом, который является целесообразным для защиты окружающей среды. Для подземной отработки пласта выбирается система разработки, обеспечивающая максимальные экономические показатели для существующих горно-геологических условий.

Комбинированная технология добычи угля предполагает интеграцию процессов и схем на этапах вскрытия, подготовки и отработки пластов для достижения высоких технико-экономи-ческих показателей и обеспечение минимальных антропогенных воздействий на окружающую среду. Это достигается размещением промпло-щадки, отвалов пород, отстойников, водосборники и других объектов технологического комплекса в глубоких разрезных траншеях, что не требует больших затрат на рекультивацию земель.

На основании анализа открытоподземных технологий угледобычи и для повышения их эффективности, сокращения сроков освоения месторождения и совмещения рекультивации нарушенных земель с процессами добычи, снижения затрат на строительство горнодобывающих предприятий и повышения уровня их промышленной и экологической безопасности предлагается комбинированный способ разработки свиты пологих пластов [3].

Предложен вариант разработки сви- зуется следующим образом: ты пологих пластов (рисунок 1), реали-

Вид А

Рис. 1. Комбинированный способ разработки свиты пологих угольных пластов, а - горизонтальная схема вскрытия шахтного поля разрезными траншеями; б - вертикальная схема вскрытия шахтного поля траншеями и горными выработками; в - разрез выемочного столба при подземной добыче угля [3]

вскрытие месторождения осуществляется открытым способом по простиранию пласта самой большой мощности, путем проведения продольной разрезной траншеи 1 по простиранию пласта, а вскрытие пластов в борту продольной разрезной траншеи осуществляется поперечной разрезной траншеей 2, которая закладывается в крест простирания, обеспечивая доступ к пластам 3, при этом ось поперечной разрезной траншеи 7 располагают под углом X к оси продольной разрезной траншеи 8.

Промплощадка разбивается на дне траншее 2, где располагается электроподстанция, здания и сооружения водоснабжения и противопожарной защиты шахты, вентиляторные установки и калориферы, погрузочный пункты, ремонтная база и другие объекты технологического комплекса.

Подготовка шахтного поля начинается с проведения по принятому к отработке пласту штолен 5, которые сбиваются разрезной печью, расширяемой до размеров монтажной камеры 9, в которой монтируется механизированный комплекс 6 или другая выемочная техника.

Вентиляция шахты осуществляется по центральной схеме проветривания, нагнетательным способом, подачей свежего воздуха вентиляторными установками до лавы и отвода исходящего воздуха по штольням 5. Транспорт горной массы осуществляется по лаве, забойным конвейером до сопряжения, с перегрузкой на ленточный конвейер и далее по конвейерной штольне в траншею. Выдача горной массы из траншеи ведется средствами карьерного транспорта или крутонаклонным конвейером, расположенным на нерабочем борту траншеи.

Для обеспечения эффективного проветривания подземных горных выработок, повышения уровня безопасности

подземных горных работ и снижения затрат на доставку грузов предлагается открыто-подземный спо-соб разработки свиты крутонаклонных и крутых пластов [4].

Вскрытие свиты пластов (рис. 2) осуществляется двумя разрезными траншеями N1 и N2 общей глубиной Н = кн + Ьп, включающей глубину траншеи в наносах кн и в коренных породах Н„.

Промплощадка разбивается в транше N1 и N2 на уступах и дне, где располагается электроподстанция, здания и сооружения водоснабжения и противопожарной защиты шахты, вентиляторные установки и калориферы, погрузочный пункты, ремонтная база и другие объекты технологического комплекса.

Межтраншейное пространство Ь делится на два блока шириной ¡1 и 12, подготавливаемых на верхнем горизонте самостоятельными вентиляционными и откаточными штольнями 1, проводимыми из бортов разрезных траншей N1 и N2.

На границе межтраншейного пространства ¡1 и ¡2 закладывают промежуточную траншею N3 на глубину наносов йн. В промежуточной траншее N3 закладываются устья фланговых подготовительных выработок 2. Блоки на глубине к„ подготавливаются и отрабатываются из промежуточных подготовительных выработок 3, короткими забоями 4.

Вентиляция шахты осуществляется по фланговой или центральной схеме, нагнетательным способом, подачей свежего воздуха вентиляторными установками до очистного забоя по штольням 1 и подготовительным выработкам 3 и отвода исходящего воздуха по фланговым выработкам 2 при углях, не склонных к самовозгоранию, или по штольне при углях, склонных к самовозгоранию.

Рис. 2. Открыто-подземный способ разработки свиты крутонаклонных и крутых пластов: а

- горизонтальная схема вскрытия шахтного поля разрезными траншеями; б - вертикальная схема вскрытия шахтного поля траншеями и горными выработками [4]

Отбойку горной массы в забоях ведут гидравлическим или механогидрав-

лическим способом с последующим транспортом горной массы самотеком до подземного комплекса обезвоживания угля и осветления воды, после чего вода возвращается в технологический цикл, а уголь выдается конвейерами в траншею. Выдача горной массы из траншеи ведется средствами карьерного транспорта или крутонаклонным конвейером, расположенным на не рабочем борту траншеи.

Для охраны промежуточной траншеи N3 от подработки, а также в целях противопожарной безопасности при отработке пластов с углями склонными к самовозгоранию, под траншеей оставляется непрорезаемые угольные целики шириной 13, с общей шириной оставляемого целика ¡4 не менее ширины траншеи 15 и высотой не менее размера зоны сдвижения горных пород С.

Отработка нижних горизонтов ведется подземным способом, путем проведения из дна разрезных траншей N1 и

1. Интегрированные технологии добычи угля на основе гидромеханизации / Л. А. Пучков, О.В. Михеев, В.А. Атрушкевич, О.А. Атрушкевич. -М.: Из-во МГГУ, 2000. - 296 с.

2. Атрушкевич В.А. Научные основы, конструирование и прогноз геомеханических параметров интенсивной технологии подземной гидромеханизированной разработки крутых угольных пластов с открытых горных выработок. - М.: Из-во МГГУ, 1997. - 154 с.

3. Пат. РФ № 2295036. МПК Е21С 41/00. Комплексный способ разработки

N2 вскрывающих выработок 5, и последующим заложением подготовительных выработок 6 в пределах блоков ¡1 и ¡2, соединяемых в единую технологическую схему фланговыми выработками 2 верхнего горизонта.

В заключение следует отметить, что предложенные варианты открыто-

подземной технологии позволяют отработать свиты угольных пластов в широком диапазоне горно-геологический условий за счет применением традиционной или гидравлической технологий отработки угольных пластов, и обеспечить полноту извлечения полезного ископаемого из недр, сократить сроки освоения месторождений, снизить затраты на строительство горнодобывающих предприятий и повысить уровень промышленной и экологической безопасности. Новизна предложенных способов разработки подтверждена патентами РФ.

-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

месторождений полезных ископаемых / Вал.В. Сенкус, С.Г. Фомичев, В.В. Сенкус. Вас.В. Сенкус. - Заявка № 2005115709/03 - Заявл. 23.05.2005. Опубл. в бюл. № 7, 10.03.2007.

4. Пат. РФ № 2290510, МПК Е21С41/00. Открыто-подземный способ разработки месторождений полезных ископаемых / В.В. Сенкус, С.Г. Фомичев, В.В. Сенкус. - Заявка № 2005115708/03. - Заявлено 23'05.2005; Опубл. В БИ № 36. - 4с. ЕЫЗ

— Коротко об авторах -----------------------------------------------------------

Сенкус В.В., Фрянов В.Н. - Новокузнецкий филиал-институт Кемеровского государственного университета, г. Новокузнецк.

© Б.М. Стефанюк, В.В. Сенкус,