Стоимостная оценка многоштрековых схем подготовки выемочных участков на шахтах ОАО «Воркутауголь» Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© О.И. Казанин, М.М. Зайцева, B.C. Иванов, 2007

УДК 622.272

О.И. Казанин, М.М. Зайцева, B.C. Иванов

СТОИМОСТНАЯ ОЦЕНКА МНОГОШТРЕКОВЫХ СХЕМ ПОДГОТОВКИ ВЫЕМОЧНЫХ УЧАСТКОВ НА ШАХТАХ ОАО «ВОРКУТАУГОЛЬ»

Семинар № 15

Повышение эффективности и безопасности производства товарного угля до уровня мировых стандартов является ключевой задачей ОАО «Воркутауголь», без решения которой невозможно обеспечить конкурентоспособность угледобычи в условиях Заполярья. Среди предпринимаемых для достижения указанной цели технических решений можно выделить дальнейшее повышение уровня концентрации горных работ, а также переход от бесцеликовых к многоштрековым схемам подготовки выемочных участков. Необходимость такого перехода обусловлена целым рядом недостатков, присущих бесце-ликовым схемам, главным из которых является ограничение нагрузок на очистные забои по газовому фактору. В первую очередь данные ограничения касаются пласта «Четвертый» средней мощностью 1,4 м, который отрабатывается первым в свите и является защитным по отношению к вышележащему опасному по внезапным выбросам пласту «Тройной», средней мощностью 2,7 м. Увеличение нагрузок и, соответственно, скоростей подвигания очистных забоев по пласту «Четвертый» создаст условия для интенсификации отработки пласта «Тройной».

Несмотря на то, что эффективность многоштрековых схем подго-

товки выемочных участков подтверждена мировой практикой, их применение на опасных по газовому и геоди-намическому факторам пластах Вор-кутского месторождения требует тщательной научной проработки. Среди задач, требующих решения, можно выделить следующие:

• определение рациональных параметров выемочных участков;

• определение количества выработок, оконтуривающих выемочный участок, а также параметров между-штрековых целиков;

• корректный выбор очистного оборудования и организации работ в очистном забое, обеспечивающих максимальную производительность очистного забоя и минимальную себестоимость добычи;

• выбор рациональных технологических схем монтажно-демонтажных работ, обеспечивающих минимальные сроки их выполнения;

• выбор параметров способов управления газовыделением на выемочном участке, обеспечивающих безопасные условия труда и снятие ограничений нагрузки на очистной забой по газовому фактору;

• выбор рациональных технологических схем проведения и крепления выработок, обеспечивающих своевременное воспроизводство фронта

очистных работ и эксплуатационное состояние выработок в течение срока их службы.

Решение задач необходимо выполнять комплексно, руководствуясь главной целью - обеспечение эффективности и безопасности угледобычи. В качестве численных показателей эффективности можно использовать нагрузку на очистной забой, а также затраты на подготовку и отработку выемочного столба в сравнении с общей стоимостью добытого угля. Подобный подход был предложен в работе [1] для решения задач развития горных работ на шахтах, однако, по мнению авторов, может быть использован и в рассматриваемом случае. По результатам ранее проведенных исследований был предложен соответствующий алгоритм [2]. Ниже приведены результаты расчетов, выполненных для условий пласта «Четвертый» Воркутского месторождения.

Общая стоимость запасов угля в выемочном столбе зависит от мощности пласта, размеров выемочного столба, а также цены на конечную угольную продукцию, получаемую в результате переработки добытого угля. В настоящее время при плановой зольности горной массы шахт ОАО «Воркутауголь» от 38,2 % до 41,7 % после переработки на ЦОФ «Печорская» выход концентрата колеблется от 49,2 % до 53,0 % при плановом выходе промпродукта 5 %. Расчет стоимости запасов угля выполнялся по формуле (1)

С = 0,5ОстЦк+0,05ОстЦп, руб., (1) где С - стоимость запасов угля в выемочном столбе, руб.; 0ст - запасы угля в выемочном столбе, т; Цк - цена угольного концентрата, руб/т; Цп -цена промпродукта, руб/т.

Затраты на отработку выемочного столба определялись по формуле (2):

Зв.с. _ Зпр.+Змон.+Зо.р.+Здем.+Здег.+Зусм,

руб., (2)

где Зв.с. - затраты на подготовку и отработку выемочного столба, руб.; Зпр. - затраты на проведение выработок на выемочном участке, руб.; Змон. -затраты на монтаж оборудования, руб.; Зо.р - затраты на очистные работы, руб.; Здем. - затраты на демонтаж оборудования, руб.; Здег. - затраты на дегазацию (управление газовыделени-ем), руб.; Зусм - затраты на управление состоянием массива (мероприятия), руб.

К рассмотрению принимались 4 технологические схемы: бесцелико-

вая; с использованием спаренных (двух) выработок; с использованием строенных выработок; с использованием четырех выработок с каждой стороны выемочного столба. При многоштрековой подготовке (две, три или четыре выработки с каждой стороны столба) между выработками предполагается оставление податливых целиков, т.е. целиков, не способных накапливать упругую энергию, не представляющих опасности по горным ударам и не создающих зоны повышенного горного давления (ПГД) на сближенных пластах. Корректное определение ширины таких целиков представляет собой отдельную техническую задачу. В данном случае ширина целиков принималась равной 0,1/ (6 м), где I - ширина зоны опорного давления.

Затраты на проведение выработок включают в себя затраты на проходку выемочных выработок, а также проходку монтажной камеры. Причем при бесцеликовой схеме предполагается крепление выемочных выработок рамной металлической крепью КМП-А3, а при многоштрековых схемах -анкерной крепью. Затраты на проведение выработок, а также на монтаж-демонтаж оборудования при длине

лавы 200 м приняты по фактическим данным ОАО «Воркутауголь» за 2005 год.

Затраты на очистные работы включают затраты на заработную плату персонала, амортизацию оборудования (при норме амортизации 20 %), а также электроэнергию и материалы. При этом, к рассмотрению принимались как отечественные, так и зарубежные очистные механизированные комплексы стоимостью от 100 млн руб. до 1500 млн руб. Затраты на управление газовыделением и управление состоянием массива приняты условно постоянными для всех рассматриваемых схем.

Зависимость затрат на отработку выемочного столба по пласту «Четвертый» (длина столба 2000 м, длина лавы 200 м) от нагрузки на очистной забой при различных схемах подготовки выемочных участков представлена на рис. 1.

При этом, обозначение ОМК означает отечественный механизированный комплекс, ЗМК - зарубежный механизированный комплекс; индексы «с», «т» и «ч» означают подготовку спаренными, строенными и четырьмя выработками с каждой стороны выемочного столба соответственно. Отсутствие индекса соответствует бес-целиковой схеме подготовки.

На рис. 2 представлена зависимость затрат на отработку выемочных столбов от длины столба при длине лавы 200 м, при различных схемах подготовки столбов и разной нагрузки на очистные забои.

Обозначения при этом приняты аналогичные рис. 1. Цифра «40» или «120» в названии схемы соответствует нагрузке на очистной забой 40000 т/мес или 120000 т/мес.

На рисунках также показаны прямые стоимости угля в выемочном столбе. Очевидно, что чем больше

разница между стоимостью угля в выемочном столбе и затратами на отработку столба, тем более экономически оправдано применение соответствующих технических решений. Как видно из рис. 1 и 2, эта разница увеличивается при повышении нагрузок на очистные забои, а также при увеличении длины выемочных столбов. Эффективность использования дорогостоящих зарубежных механизированных комплексов при нагрузках менее 100000 т/мес начинает резко снижаться.

Бесцеликовая подготовка выемочных столбов является наиболее экономичной с точки зрения затрат на проведение выработок и эксплуатационных потерь угля, но вследствие ограничения нагрузки на забой на уровне 45000 т/мес, представлена на рисунках лишь в качестве базового варианта.

Применение многоштрековых схем позволяет подавать большее количество воздуха на выемочный участок, организовать изолированный отвод метановоздушной смеси (МВС), создать условия для применения анкеров в качестве основной крепи выработок. В совокупности это повышает нагрузку на забой по газовому фактору, снижает трудоемкость поддержания сопряжений, позволяет более полно использовать возможности современной выемочной техники. В то же время проведение дополнительных выработок увеличивает затраты на проходку, также увеличиваются эксплуатационные потери за счет оставляемых целиков. Дополнительные затраты на проведение выработок могут быть оправданы лишь в случае соответствующего увеличения нагрузки на забой.

Подготовка с использованием четырех выработок с каждой стороны столба является наиболее трудоемкой

>

а

н

о

ю

пз

о.

н

0

пз

1

3

н

пз

.

н

пз

со

1000

800

400

200

40

60 80 100 120 Нагрузка на забой, тыс.т/мес

140

-ОМК

-ЗМКс

-ОМКч

-ЗМК

-ОМКт

-ЗМКч

ОМКс

-ЗМКт

■Стоимость угля в столбе

Рис. 1. Затраты на отработку в зависимости от нагрузки на очистные забои при различных схемах подготовки выемочных столбов

0

>

х

I-

О

Ю

га

н

0

га

1 н

га

а

н

га

со

1800 1600 1400 : 1200 1000 800 600 400 200 0

0МК-40

-ЗМК-120

■ЗМКс-40

■ЗМКч-120

1000

1500 2000 2500

Длина столба, м

0МК-120 —^ЗМК-40

-Ж—0МКс-40 —0МКс-120

ЗМКс-120 0МКч-120

■^“Стоимость угля в столбе

3000

Рис. 2. Затраты на отработку при разных схемах подготовки выемочных участков в зависимости от длины выемочных столбов

и затратной. Вместе с тем, при этом возможна отработка выемочных столбов практически любой длины, отпадает необходимость в проведении через каждые 1500 м и последующем переходе механизированными комплексами вентиляционных сбоек. По данным [3] по таким схемам работали 10 из 52 (19 %) длинных очистных забоев в США в 2004 году. При этом длина выемочных столбов колебалась от 2,0 до 3,9 км. В условиях пласта «Четвертый» Воркутского месторождения возможно применение таких схем при отработке столбов длиной не менее 3000 м с нагрузкой не менее 120000 т/мес.

Подготовка с использованием спаренных выработок позволяет обеспечить дегазацию и изолированный отвод МВС. В этом случае каналом для изолированного отвода МВС будет являться примыкающая к выработанному пространству и специально не поддерживаемая выработка. Несмотря на то, что расчеты показывают сохранение остаточного сечения такой

1. Макиналли П. Как сделать российские шахты рентабельными // Уголь. - 1999. - №9. - с. 46-50.

2. Казанин О. И. Методологические принципы выбора параметров эффективной технологии отработки угольных пластов в

выработки на уровне 5 м2, что достаточно для отвода МВС, при длине столба более 1500 м для обеспечения остаточного сечения будет необходимо предусматривать дополнительные мероприятия по поддержанию выработки.

Подготовка с использованием трех выработок является наиболее распространенной для длинных забоев на шахтах США (77% в 2004 году по данным [3]). В рассматриваемых условиях применение данных схем представляется целесообразным при обеспечении нагрузок на забой не менее 100000 т/мес и длине столба не менее 1500 м.

Таким образом, стоимостная оценка принимаемых решений позволяет определить область возможного применения различных схем подготовки выемочных столбов. В качестве дальнейшего направления исследований можно указать оптимизацию параметров технологических схем на конкретных участках месторождения.

-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

сложных горно-геологических условиях // ГИАБ. - 2001. - №3. - с. 178-181.

3. Steve Fiscor U.S. Longwall Census. Population Pushes Past 50. Industry Resumes Full Production Among High Prices // Coal Age. - February 2005. - pp.26 - 30.

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

Казанин О.И. - филиал СПГГИ (ТУ) «Воркутинский горный институт», Зайцева М.М., Иванов B.C. - ОАО «Воркутауголь».

А