Разработка вариантов гидромеханизированной технологии отработки запасов мощных крутых угольных пластов Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 622.272

М47

Книга соответствует «Гигиеническим требованиям к изданиям книжным для взрослых» СанПиН 1.2.1253-03, утвержденным Главным государственным санитарным врачом России 30 марта 2003 г. (ОСТ 29.124—94). Санитарно-эпидемиологическое заключение Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека № 77.99.60.953.Д.014367.12.12

Мельник В.В., Абрамкин Н.И., Фомичев С.Г., Сергеев С.В.

М47 Обоснование параметров гидромеханизированной отработки мощных крутых угольных пластов // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). Отдельные статьи (специальный выпуск). — 2013. — № 7. — 30 с. — М.: издательство «Горная книга».

ISSN 0236-1493

Дано технологическое обоснование целесообразности применения подвижных гидромониторных комбайнов в различных горногеологических и горнотехнических условиях, рассмотрены технические требования, область применения, показатели назначения и экономические показатели, проанализированы все факторы повышения производительности гидравлического разрушения угля и как следствия увеличения нагрузки на очистной забой при использовании подвижных гидромониторных комбайнов.

УДК 622.272

ISSN 0236-1493 © Коллектив авторов, 2013

© Издательство «Горная книга», 2013 © Дизайн книги. Издательство «Горная книга», 2013

УДК 622.272

© В.В. Мельник, Н.И. Абрамкин, С.Г. Фомичев, С.В. Сергеев, 2013

РАЗРАБОТКА ВАРИАНТОВ ГИДРОМЕХАНИЗИРОВАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ОТРАБОТКИ ЗАПАСОВ МОЩНЫХ КРУТЫХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ

Представлена разработка вариантов гидромеханизированной технологии отработки запасов крутых мощных угольных пластов. Рассмотрено три варианта технологических схем разработки антиклинальных складок крутых угольных пластов механогидравлическими комбайнами с блочно-подэтажной подготовкой и пять вариантов выемки угля подвижными гидромониторными комбайнами крутых и наклонных пластов. Сформулированы основные технологические требования к технике и технологии выемки угля подвижными гидромониторными комбайнами.

Ключевые слова: гидромонитор, гидравлическое разрушение, агрегат, угольный пласт, технологическая схема.

На практике известны и широко зарекомендовали себя способы разработки пластовых месторождений с использованием различных видов механизации процессов добычи угля. Однако, при отработке крутых пластов применение и модернизация традиционной, применяемой на пологих пластах техники не дали достаточно эффективного результата.

Одной из основных причин, сдерживающих применение новых способов разработки, является отсутствие надежной, удовлетворяющей условиям безопасности работоспособной проходческой и выемочной техники для проведения нисходящих и восходящих выработок с углом наклона почвы более 10-15 градусов и очистной выемки угля.

Предлагаемые технологические схемы разработки крутых пластов базируется на применении новых проходческо-очистных опорно-шагающих механогидравлических комбайнов типа КПА-3 с гидротранспортом отбитого угля, подземным обезвоживанием и обогащением угля и замкнутым циклом водоснабжения очистных и подготовительных забоев.

Все работы по вскрытию и подготовке крутых угольных пластов делят на два этапа: первый - проведение минимального количества подготовительных выработок по породе и частично по углю традиционными средствами, включая пульпоприемную, обезвоживающую и насосную станции для запуска замкнутого цикла водоснабжения забоев, второй - проведение оставшихся подготовительных выработок высокоэффективным механогид-равлическим способом и механогидравлическую очистную выемку угля.

Крутые угольные пласты вскрывают на откаточном и вентиляционном горизонтах соответственно откаточным и вентиляционным квершлагами, из которых проходят заезды по породе. На откаточном горизонте из породного заезда проходят две уклонные выработки по углю, конвейерный и доставочный уклоны под углом 10^15 градусов. Проведение уклонов по пластам с углями, склонными к самовозгоранию, обеспечивает естественный гидрозатвор вскрываемого выемочного блока после его отработки и полную гидроизоляцию в случае возникновения пожара.

В нижней части уклонов по углю проходят и оборудуют пульпоприемную, обезвоживающую и насосную станции, из которой проходят подготовительные выработки, аккумулирующий и параллельный штреки до оси антиклинальной складки с уклоном / = 0,05^0,07, и настилаются желоба для гидротранспорта угольной пульпы. Доставочный уклон непосредственно переходит в параллельный штрек и служит для доставки материалов, оборудования и перегона самоходных механогидравлических комбайнов. Вскрытую антиклинальную складку по своей оси делят на две части угольным целиком, на два выемочных крыла, которые отрабатывают самостоятельно и изолируют от возникновения пожара.

Самостоятельное проветривание подготовительных забоев при подготовке антиклинальной складки обеспечивают скважинами, пробуренными на границе целика с квершлагом.

Каждую часть антиклинальной складки подготавливают двумя восходящими диагональными спусками (печами), пройденными по углю параллельно оси складки вдоль межучасткового угольного целика под углом 25-30 градусов механогидравличе-скими шагающими комбайнами типа КПА-3. Один диагональный

спуск служит для выдачи исходящей струи воздуха, доставки материалов и оборудования с вентиляционного горизонта на выемочные участки в процессе их отработки. Второй диагональный спуск является пульпоспускным и погашается в процессе ведения очистных работ.

По мере проведения диагональных выработок их соединяют между собой сбойками по углю, которые разделяют выемочный блок (часть складки) на подэтажи с вертикальной высотой 2425 м. Сбойки проводят из диагональной пульпопечи с подъемом в сторону диагонального спуска. Конечный отрезок части сбоек, расположенных в целике, проходится под углом 15-30 градусов. Такое расположение сбоек обеспечивает гидроизоляцию каждого подэтажа с использованием шламов и глины после их отработки.

Каждый подэтаж делят на горизонтальные слои вертикальной высотой 5,5^6 м для механогидравлической выемки угля короткими забоями.

По длине каждый подэтаж делят на блоки длиной 45-55 м. Такая длина выемочного подэтажного блока обеспечивает минимальные затраты на поддержание выемочных выработок в процессе их отработки.

Каждый подэтажный выемочный блок подготавливают двумя подэтажными диагональными спусками (печами), из которых проходят слоевые выемочные выработки с уклоном / = 0,07^0,08 для самотечного гидротранспорта угольной пульпы по почве выработок (без желобов). В каждом слое проходят два слоевых штрека, параллельный и аккумулирующий, которые сбивают между собой сбойками (ортами).

Очистную выемку производят механогидравлическими комбайнами из ортов. Порядок отработки слоя (орта) - от кровли пласта к почве. Данный порядок выемки обеспечивает минимальное опорное горное давление со стороны кровли пласта и более устойчивое состояние горных выработок в слое.

Подэтажные блоки отрабатывают последовательно от границы выемочного блока в сторону оси антиклинальной складки.

Очистная механогидравлическая выемка угля в горизонтальном слое производится комбайнами типа КПА-3 в следующей последовательности.

Первый вариант механогидравлической разработки антиклинальных складок крутых угольных пластов

Б л о ч н о-п о д этажн о й подготовкой спиральными спусками и выемкой угля горизонтальными слоями механогилравлическими комбайнами

Рис. 1

Рис. 2

Третий вариант разработки антиклинальных складок крутых угольных пластов ыеханогидравлическими комбайнами с блочно-подэтажной подготовкой диагональными спусками

Рис. 3

Сначала прямым ходом проводят орт, который соединяет аккумулирующий и параллельный штреки и обеспечивает проветривание за счет общешахтной депрессии.

При ведении работ с применением вентиляторов местного проветривания ВМП параллельный штрек не проходят. Обратным ходом производят погашение бокового и верхнего угольных целиков. При этом возможны два варианта погашения целиков: первый - очистными заходками, второй - расширением сечения орта обратным ходом комбайна.

В первом варианте для создания очистных заходок оставляется боковой целик угля 4-6 м. Комбайном проходят первичную сбойку до ранее отработанного пространства, затем погашают подзавальный целик шириной 1,5-2,0 м, и за счет подъема передней части комбайна на опорных ножах гасится потолочина на высоту 5,2^5,5 м. После выезда комбайна из очистной заходки производят выемку подортового целика на высоту 5,2^5,5 м.

Во втором варианте оставляют боковой целик угля шириной 2,0-3,0 м, который вынимают комбайном без заезда "в заходку" за счет поворота стрелы рабочего органа вбок от его продольной оси на 100-110 градусов и перестановки пальцев, фиксирующих домкраты горизонтального качания рабочего органа комбайна на турели. После выемки целика со стороны отработанного пространства аналогичным образом вынимают целик со стороны неотработанного пространства. После выемки целиков отрабатывают потолочину на высоту 5,2^5,5 м за счет подъема комбайна на опорных ножах.

После отработки каждого подэтажа производят профилактические работы по предупреждению самовозгорания угля за счет подачи глины в горные выработки в виде пульпы и шламовой воды оборотного замкнутого цикла водоснабжения.

Сущность способа разработки крутых и наклонных угольных пластов механогидравлическими комбайнами с блочно-этажной подготовкой диагональными спусками представленного на рис. 4 заключается в следующем: От гидроквершлага 1 по угольному пласту проводятся вентиляционный 3 и пульпоспускной 4 диагональные спуски, которые через 80-100 м соединяются сбойками.

Проводятся диагональные спуски на всю длину выемочного блока Ь, порядка 80 % от Ь. После достижения указанной длины диагональные спуски изменяют направление и проводятся до соединения с вентиляционным гидроквершлагом 2. Возможно разделить диагональные спуски на пологую и наклонную часть. Наклонная часть диагональных спусков соединяется подэтажными квершлагами 8. В каждом подэтаже от квершлага 8 проводятся подэтажные пульпоспускной 5 и вентиляционный 6 штреки, которые в свою очередь соединяются между собой вентиляционными сбойками 7. Проведение всех указанных выработок может осуществляться гидравлическими или механо-гидравлическими способами.

На рис.4 подготовительный забой 9 и очистной 10. После оконтуривания короткого столба осуществляется его очистная выемка камерами. Между смежными камерами оставляются технологические целики, для управления породами кровли.

Очистная выемка осуществляется в очистном забое 10, гидравлическим или механогидравлическим способом. Предпочтительнее по всей видимости механогидравлическая выемка, например комбайном КПА-3 (разработан проф., д.т.н. Ат-рушкевич А.А.). Уголь отделенный от угольного массива исполнительными органами комбайна под действием собственного веса попадает на почву очистной выработки поступает на подэтажный пульпоспускной штрек 5, подэтажный квершлаг 8 и далее по пульпоспускному диагональному спуску 4 к гидроквершлагу 1.

Достоинствами технической схемы №1 (рис. 4) разработки крутых и круто-наклонных пластов механогидравлическими комбайнами является отсутствие необходимости проведения вертикальных горных выработок (скатов и углеспускных печей), что является весьма трудоемким и затратным. Второе, возможно ведение очистной выемки как минимум в двух подэтажах, что обеспечит достаточно высокую нагрузку на выемочный блок. Третье, возможность разделение в пространстве очистных и подготовительных работ и нахождение в работе трех механогидравлических агрегатов для проведения подготовительных выработок обеспечивает дополнительный объем добычи угля.

Первый вариант разработки крутых и наклонных пластов механогидравлическими комбайнами с блочно-подэтажной подготовкой диагональными спусками

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИ Я:

1 - Гидроквершлаг;

2 - Вентиляционный квершлаг;

3 - Вентиляционный диагональный спуск;

4 - Пульпоспускной диагональный спуск;

- Под этажный пульпоспускной штрек;

- Подэтажный вентиляционный штрек;

- Вентиляционные сбойки;

- Подэтажный квершлаг;

9 - Подготовительный забой;

10 - Очистной забой;

11 - Меха но гидравлический

комбайн КПА-3

Рис. 4

Второй вариант разработки крутых и наклонных пластов механогидравлическими комбайнами с блочно-подэтажной подготовкой диагональными спусками

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕН И Я :

1 - Гидроквершлаг;

2 - Вентиляционный квершлаг;

3 - Вентиляционный диагональный спуск; 7 - Вентиляционные сбойки;

4 - Пульпоспускной диагональный спуск; 8 - Подэтажный квершлаг;

5 - Подэтажный пульпоспускной штрек; 9 - Подготовительный забой;

6 - Подэтажный вентиляционный штрек; 10 - Очистной забой;

11 - Механо гидравлический

комбайн КПА-3

Рис. 5

Третий вариант разработки крутых и наклонных пластов механогидравлическими комбайнами с блочно-подэтажной подготовкой винтовыми спусками

Рис. 6

1 - Гидроквершла^ 42 - Вентиляционный квершлаг; 5 -3 - Блочно-подэтажный 6 -винтовой спуск; 7 -

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ:

Подэтажный пульпоспускной штрек; Подэтажный вентиляционный штрек; • Вентиляционные сбойки; Вентиляционная скважина;

8 - Подготовительный забой;

9 - Очистной забой;

10 - Механогидравлический комбайн КПА-3

Четвертый вариант разработки крутых и наклонных пластов механогидравлическими комбайнами с блочно-подэтажной подготовкой смежными винтовыми спусками

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ:

1 - Гидроквершлаг;

2 - Вентиляционный квершлагу

3 - Вентиляционный винтовой спуск;

4 - Пульпоспускной винтовой спуск;

- Подэтажный пульпоспускной штрек;

- Подэтажный вентиляционный штрек;

- Вентиляционные сбойки;

- Вентиляционная скважина;

9 - Подготовительный забой;

10 - Очистной забой;

11 - Механогидравлический

комбайн КПА-3

Рис. 7

Пятый вариант разработки крутых и наклонных пластов механогидравлическими комбайнами с блочно-подэтажной подготовкой разнесенными винтовыми спусками

Рис. 8

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ:

1 - Ги дрок в ер шла г;

2 - Вентиляционный квершлаг;

3 - Вентиляционный винтовой спуск;

4 - Вспомогательный винтовой спуск;

5 - Подэтажный пульпоспускной штрек;

6 - Подэтажный вентиляционный штрек;

7 - Вентиляционные сбойки;

8 - Вентиляционная скважина;

9 - Подготовительный забой;

10 - Очистной забой;

11 - Механогидравлический

комбайн КПА-3

Отличительной особенностью технологической схемы №2 (рис. 5) является то, что вынтиляционный 3 и пульпоспускной 4 диагональные штреки проводят до середины выемочного блока с уклоном I = 0.05.После этого изменяет направление трассы спусков. Технология ведения очистных и подготовительных работ анологичны схеме №1.

К недостаткам технологической схемы №1 и №2 следует отнести значительный угол наклона диагональных спусков 3, 4 особенно в технологической схеме №2.

Одним из технологических решений позволяющих избавиться от указанных недостатков является технологическая схема №3 (рис. 6) разработки крутых и наклонных угольных пластов меха-ногидравлическими комбайнами с блочно-подэтажной подготовкой винтовыми спусками.

Отличительной особенностью блочно-подэтажно винтового спуска является наличие промышленных участков, от которых проводят подэтажные пульпоспускные 4 и вентиляционные 5 штреки.

ЛИТЕРАТУРА

1. Цяпко Н.Ф. "Развитие теории и техники гидроотбойки угля" -Гидромеханизация и гидротранспорт на угольных шахтах. Вып. 1Ь 36. Труды ВНИИГидроугля. 1975.

2. Комплексное исследование всех звеньев технологической цепи гидрошахты "Грамотеинская" № 3-4 с целью достижения уровня производительности труда 180-200 тонн на рабочего в месяц. Отчет по теме № 73. Инв.№ 1912. Фонды ВНИИГидроугля. 1968.

3. Гефт Ю.Б., Плетнев О.Н., Хазов В.М., Цяпко Н.Ф. К вопросу вявления резервов производительности гидромонитора и энергоемкости гидроотбойки. - Вопросы гидравлической добычи угля. Труды ВНИИ-Гидроугля. Вып. № 13 (дополнительный). 1968.

4. Адамович О.Е., Жамилов Р.Н., Форышев П.И. "К вопросу издания механизма дробления негабаритов при гидравлической выемке угля. - Гидромеханизация и гидротранспорт на угольных шахтах. Научные труды. Вып.44. ВНИИГидроуголь. 1979.

5. Исследование резервов гидрошахты "Байдаевская-Северная" № 1 с использованием данных хронометражных наблюдений 24-29 октяб-

ря 1966 года по распределению и потреблению высоконапорной воды. -Отчет. Инв. № 1219. Фонды ВНИИГидроугля. 1966.

6. Исследование технологического процесса очистной выемки угля на шахте "Грамотеинская" № 3-4. Отчет по теме 73-П. Инв. № 1880. фонды ВНИИГидроугля. 1968.

7. Пооперационные исследования технологического процесса во время проведения промышленного эксперимента эксплуатации блока очистных работ с показателями, характеризующими гидрошахту нового технико-экономического уровня. Отчет. Фонды ВНИИгидроугля. 1974.

8. Адамович О.Е. Зависимость производительности гидромонитора от схемы обработки забоя.-Гидравлическая добыча угля. Вып.40. Труды ВНИИгидроуголь. 1977.

9. Гефт Ю.Б., Мясников А.Б., Плетнев О.Н., Хазов В.М. Оценка влияния некоторых технологических операций на производительность гидромонитора. - Теория и опыт гидравлической отбойки угля, Вып. № 6. Вопросы гидравлической добычи угля. Труды ВНИИгидроугля. 1969.

10. Технология очистных работ на пологих и наклонных пластах гидрошахт (рекомендации). ВНИИгидроуголь. Новокузнецк. 1982.

11. Оборудование для обогащения угля. Справочное пособие. Под общей редакцией Б.Ф.Братченко. М., Недра, 1979.

12. Дэвид Парке, Артур Гриши. Подземная гидравлическая добыча угля 1975. 61, № 5 (перевод № 1011, 1975, ВНИИгидроутоль).