Обоснование параметров скважинно-механогидравлической технологии подземной добычи угля

© В.В. Мельник, НА. Ерополов, 2008

УДК 622.272

В.В. Мельник, П.А. Ерополов

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ СКВАЖИННО-МЕХАНОГНДРАВЛИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПОДЗЕМНОЙ ДОБЫЧИ УГЛЯ

Представлено обоснование параметров скеажинно-механо-гидраелической технологии подземной угледобычи на базе надежных и производительных вариантов камерностолбовых систем разработки наклонных и крутых угольных пластов для повышения технологичности и полноты извлечения запасов угля.

Семинар № 13

сследованиям, направленным на повышение технологичности разработки наклонных и крутых угольных пластов, на современном этапе развития угледобычи, посвящены работы ННЦ ГП - ИГД им. А.А. Скочинского, ИПКОН, ВНИМИ, ИГД СО РАН, ПНИ-УИ, ВНИИгидроугля, УкрНИИгидроуг-ля, ДонНИИ, ДонГТУ, МГГУ, ТулГУ, КузГТУ, СибГГМА и многих других организаций.

В исследованиях перечисленных организаций отмечается перспективность направления развития технологий разработки угольных пластов на основе применения высокопроизводительных длинных и коротких комплексномеханизированных лав, агрегатногидравлической технологии, камерных и камерно-столбовых технологий очистной выемки угля, однако специальных широкомасштабных исследований по синтезированию эффективных технологий разработки наклонных и крутых пластов до настоящего времени, к сожалению, не проводилось.

Из анализа современного состояния и приоритетных направлений развития подземной угледобычи на шахтах РФ, следует, что область применения сегодняшней подземной угледобычи - это

наиболее благоприятные природные и горнотехнические условия. При этом следует отметить, что объем промышленных запасов только в тонких пластах ОАО «ОУК Южкузбассуголь» составляет порядка 244 млн т, а в целиках различного назначения НПО УК «Прокопь-евскуголь» - 950 млн т, шахтах Ленинского и Беловского районов Кузбасса -по-рядка 360 млн т, для которых отсутствуют высокопроизводительная технология и техника.

На основании системного подхода к рассматриваемой задаче разработана концепция, рационального сочетания технологических процессов скважинной гидродобычи и механогидравлической выемки наклонных и крутых угольных пластов, заключающиеся в синтезировании надежных и производительных вариантов камерно-столбовых систем разработки наклонных и крутых пластов для повышения технологичности и полноты извлечения запасов угля.

Концепция рационального сочетания технологий разработки угольных пластов заключается в научно обоснованной пространственной и временной связи в развитии горных работ в забоях скважинной гидродобычи и механогидравлической выемки для повышения

технологичности отработки и полноты извлечения запасов шахтных полей.

В соответствии с предложенной концепцией, разработан вариант технологической схемы, на базе рационального сочетания технологических процессов скважинной и механогидравлической выемкой крутых и наклонных угольных пластов (рис. 1).

Авторами выполнены аналитические исследования структуры пооперационных затрат времени при гидравлической, механогидравлической и скважин-но-механогидравлической технологии отработки угольных пластов (рис. 2).

На основе выполненных исследований, возможно, констатировать следующее. Высоконапорная гидравлическая выемка угля при неоспоримых достоинствах обладает следующими недостатками:

- разрушение нависающего угольного массива в заходке носит неуправляемый характер вследствие самопроизвольного обрушения кусков, размеры которых лежат в диапазоне от сантиметров до метров;

- дробление негабаритных кусков высоконапорной гидромониторной струей малоэффективно вследствие их подвижности под воздействием струи;

- обнажение кровли и почвы в заходке сопряжено с возможностью их обрушения и перемещения в зону пульпо-приготовления, что создает препятствие для эффективного дробления негабаритов.

Механогидравлическая технология обеспечивает управление процессом дробления и пульпоприготовления, однако не имеет возможности дистанционного разрушения нависающего угольного массива в заходке более высоты подъема стрелы рабочего органа.

Скважинная гидравлическая технология реализует возможность минимизиро-

вать затраты времени на разрушение угольного массива при минимальных площадях обнажения кровли и почвы, однако этой технологии присущи следующие недостатки:

- в случае отработки заходок-камер в нисходящем направлени происходит за-бучивание скважин негабаритными кусками угля, поскольку разрушение и дробление негабаритов является неуправляемыми процессами;

- в случае отработка заходок-камер в нисходящем порядке возникает необходимость установки гидромонитора или механогидравлического комбайна на выходе из камеры для осуществления дробления негабаритов и пульпоформи-рования. Однако и в этом случае так же, как и при высоконапорной гидравлической выемке существует возможность обрушения пород и как следствие прекращение эффективной выемки.

На основании этого разработаны варианты рационального сочетания скважинной гидравлической и механогидравлической технологии, реа-лизующие преимущества и устраняющие недостатки каждого из способов в отдельности.

Наряду с исследованиями структур пооперационных затрат времени указанных технологий, выполнен анализ общепризнанных и нашедших промышленное применение схем вскрытия, подготовки и отработки пластов крутого падения гидравлическим способом. На базе результатов аналитических исследований разработаны варианты технологических схем скважинно-

механогидравлической техно-логии отработки крутых и наклонных угольных пластов.

Рис. 1. Технологическая схема скважинно-механогидравлической добычи угля: 1 - разрезная печь; 2 - аккумулирующий подэтажный штрек; 3 -выемочный подэтажный штрек; 3 - вентиляционный подэтажный штрек; 4 - сбойки; 5 - скважины; 6- механогидравлический комбайн; 7 - скважинный гидромониторный агрегат; 8 - конус выпуска горной массы из камеры; 9 - междукамерные целики; 10 - пространство камер, заполненное обрушенными породами; 11 - целик; 12 - высоконапорный став; 13 - устройство подачи гибкого или складывающегося высоконапорного ста-

ва 14 в скважину; 15 - устройство спуска и подъема агрегата в скважину; В - высота подэтажа, Ь - ширина подэтажа, Ь - ширина камеры, Ьц - ширина межкамерного целика

Рис. 2. Структура пооперационных затрат времени при сочетании скважинной и механо-гидравлической технологии: Тц - полное время, затрачиваемое на весь комплекс зобойных операций, Тп - время подачи воды в забой, Тпо - продолжительность всех перерывов в работе и отказов технологических звеньев, Тд - продолжительность операций по добыче угля, Тпн - время вынужденных перерывов в работе выемочного участка, То-время затрачиваемое на отбойку угля, Тпф - затраты времени на операции забойного пульпоформирования, Твсп - время затрачиваемое на вспомогательные операции, Тсб - продолжительность сбросов воды, Тсбн - продолжительность нетехнологических сбросов, Тсбт - продолжительность технологических сбросов, Тов, Туои, Тпнд - затраты времени в забое на перестановку оборудования, 1всп - затраты времени на вспомогательные операции, Тпп - продолжительность перерывов в работе и отказов технологических звеньев за пределами выемочного участка

Подготовку запасов угля предлагается производить аналогично схеме, представленной на рис. 3.

То есть используется система разработки длинными столбами по простиранию с подэтажной выемкой угля. Отличие состоит в том, что высота подэтажа увеличивается в 2-5 раз. Подэтажные штреки проводят спаренными забоями механогидравлическими комбайнами. Аккумулирующий подэтажный штрек после полной отработки подэтажа используется в качестве вентиляционного для нижележащего подэтажа. Выемочный подэтажный штрек погашается в процессе отработки.

Между выемочным и аккумулирующим подэтажными штреками в процессе проведения бурят вентиляционно-транспротные скважины, по которым пульпа из очистного забоя поступает в

гидротранспортную систему, размещенную в аккумулирующем штреке. Кроме того, между выемочным подэтажным штреком и аккумулирующим штреком верхнего подэтажа бурят скважины, которые обеспечивают возможность эффективного проветривания подготовительных и очистных забоев.

Скважинная гидравлическая технология реализуется в варианте восходящей отработки камер. Существенная особенность предлагаемого способа заключается в магазинировании отбитой горной масса в камере для предотвращения обрушения пород. Выпуск разрушенного угля из камеры, его дополнительное дробление и пульпоприго-товление предлагается производить ме-ханогидравлическим комбайном.

.їв

и

Рис. 3. Схема подготовки при скважинно-.мехоногидравлической добычи угля:

1 - разрезная печь; 2 - аккумулирующий подэтажный штрек; 3 - выемочный подэтажный штрек; 3 - вентиляционный подэтажный штрек; 4 - сбойки; 5 - скважины; б - механогидравлический комбайнов - высота подэтажа, Ь - ширина подэтажа, Ь - ширина камеры,

Для обеспечения подвижности разрушенного угля и пульпоприготовления вода подается в камеру из системы водоснабжения скважинных гидромониторных агрегатов.

Таким образом, реализация идеи сочетания скважинной гидравлической (СГ) и механогидравлической (МГ) технологий позволит сократить объем подготовительных выработок, обеспечить

управление процессами разрушения, дробления и пульпоформирования в очистном забое.

На следующем этапе осуществлено геомеханическое обоснование параметров разработанной технологической схемы скважинно-механогидрав-

лической технологии отработки крутых и наклонных угольных пластов (рис. 4).

Область исследования

Изолинии смещений пород кровли

по восстанию выемочного блока

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

Рис. 4. Распределение нормальных напряжений в пласте при скважинно- механогидравлической отработки угольных пластов

Для геомеханического обоснования технологической схемы скважинно-механогидравлической технологии использовалось решение методом конечных разностей задачи механики горных пород, с использованием теории плит деформирующихся под воздействием горного давления.

В соответствии с поставленными задачами разработаны требования к параметрам синтезируемых технологий отработки угольных пластов скважинной гидравлической, скважинной механо-гидравлической, механогидравлической.

Основными параметрами технологической схемы скважинно-гидравлической технологии являются: длина

столба; высота подэтажа; ширина камеры, отрабатываемой скважинными гидромониторными агрегатами; ширина выемочных блоков в подэтаже; ширина барьерного межблокового целика.

1. Пучков Л.А., Михеев О.В., Козовой Г.И., Мельник В.В. Прогрессивные технологические решения скважинной гидравлической добычи угля. - М.: 2005. - 395 с.

2. Пучков Л.А., Михеев О.В., Атрушке-вич В.А., Атрушкевич О.А. Создание высокопроизводительных угледобывающих предприятий на основе механогидравлической технологии. - М.: Горная пром., 2000, №6. - С. 2-5.

3. Пучков Л.А., Михеев О.В., Атрушкевич В.А., Атрушкевич О.А. Интегрированные технологии добычи угля на основе гидромеханизации. - М.: МГТУ, 2000. - 296 с.

4. Атрушкевич В.А. Научные основы, конструирование и прогноз геомеханичес-

На основании выполненных исследований авторами скорректированы методики определения производительности агрегата скважинного гидравлического, агрегата скважинно-

механогидравлического комбайна, гидромониторного забоя и вариантов их рационального сочетания.

Выполнена оценка экономической эффективности разработанных технологических решений, которая составляет 10,5 млн р. в год.

Выводы

В статье представлено обоснование параметров скважинно-механо-

гидравлической технологии подземной угледобычи на базе надежных и производительных вариантов камерностолбовых систем разработки наклонных и крутых угольных пластов для повышения технологичности и полноты извлечения запасов угля.

--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ких параметров интенсивной технологии подземной гидромеханизированной разработки угольных пластов с открытых горных выработок. - М.: МГГУ, 1997. - 153 с.

5. Михеев О.В., Мельник В.В. Разработка комплексов скважинной гидравлической отработки угольных пластов. - М.: Уголь, 1999, №3.

- С. 54-56.

6. Мельник В.В. Современная концепция и модели повышения эффективности разрушения угольного массива струями при скважинной добыче. - М.: МГГУ, ГИАБ, 2001, №12. -С. 101-106.

7. Мельник В.В., Медведков В.И. Скважинная механогидравлическая отработка угольных пластов. - М.: МГГУ//ГИАБ, 2002, №4. -С. 170-172. ЕШ

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

Мельник В.В. - доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой ПРПМ, Ерополов П.А. - аспирант,

Московский государственный горный университет.

Файл:

Каталог:

Шаблон:

Заголовок:

Содержание:

Автор:

Ключевые слова: Заметки:

Дата создания:

Число сохранений: Дата сохранения: Сохранил:

Полное время правки: Дата печати:

При последней печати страниц: слов: знаков:

8_Мельник13

Е:\С диска по работе в универе\ГИАБ_2008\12\семинар-08 С:Ш5ег5\Таня\АррВа1а\Яоат1^\М1сго50Й\Шаблоны\]Чоппа1.с1о1т

Г итис Л.Х.

15 ЛО.2008 16:47:00 3

16 ЛО.2008 13:06:00 Г итис Л.Х.

1 мин.

25.11.2008 23:52:00

9

1 842

10 502