Решение проблемы безопасности и экологии очистных работ по факторам газа и пыли и утилизация метана путем добычи угля крупными блоками с возможной производительностью до 40 тыс. Т угля в сутки

9. Трубецкой К.Н., Гурьянов В.В. О возможности повышения газоотдачи угольных пластов на основе управления геомеханическим состоянием углевмещающей толщи. Уголь, № 2, 2006, с. 64-66.

10. Трубецкой К.Н., Гурьянов В.В. Интенсификация газоотдачи угольных пластов на основе регулирования их напряженно-деформированного состояния. Уголь, № 7, 2006, с. 60-63.

11. Трубецкой К.Н., Гурьянов В.В. О государственной поддержке решения проблемы угольного метана в России. ГИАБ. М., МГГУ, 2006 (в печати).

12. Гурьянов В.В. Комплексное освоение георесурсов угленосных отложений и заблаговременное узвлечение угольного метана. ГИАБ. М., МГГУ, 2006 (в печати).

13. Трубецкой К.Н., Гурьянов В.В., Матвиенко Н.Г., Карасев Г.К. Оценка ресурсного потенциала метаноугольных месторождений России и обоснование инвестиционной привлекательности его промышленного освоения. Сб. "Геомехани-ческие и газодинамические аспекты повышения эффективности добычи шахтного и угольного метана. IV Международное совещание (Промгаз, ВНИМИ), 2006 (в печати).

14. Трубецкой К.Н., Гурьянов В.В. Важнейшие вопросы освоения ресурсов метана угольных месторождений. Труды VIII Международной научнопрактической конференции "Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности." г. Кемерово, ЗАО КВК "Экспо-Сибирь", 2006 (в печати).

15. Броннер Д. Дж., Томпсон С., Ванги В. "Обзор появляющихся технологий извлечения газа", в сб."Сокращение эмиссии метана: доклады II Международной конференции".Новосибирск, Изд-во СО РАН, 2000, с. 364-372.

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

Гурьянов В.В., Бобин В.А. - Институт проблем комплексного освоения

недр РАН, Москва.

---------------------------------- © С.А. Кариман, 2007

УДК 622.41 С.А. Кариман

РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ И ЭКОЛОГИИ ОЧИСТНЫХ РАБОТ ПО ФАКТОРАМ ГАЗА И ПЫЛИ И УТИЛИЗАЦИЯ МЕТАНА ПУТЕМ ДОБЫЧИ УГЛЯ КРУПНЫМИ БЛОКАМИ С ВОЗМОЖНОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬЮ ДО 40 тыс. т УГЛЯ В СУТКИ

Совершенствование технологии гидроабразивного резания твердых материалов тонкими струями воды сверхвысокого давления создало в области подземной угледебычи совершенно новые технические возможности. Эти возможности позволяют предложить новую комплексно-механизи-рованную технологию добычи угля крупными блоками, значительно превосходящую все существующие технологии по экономике, безопасности, экологии и технологичности очистных работ. Сущность новой технологии состоит в вырезании в угольном забое крупных угольных блоков врубовыми и гидрорезными машинами и доставке этих блоков на обе бортовые горные выработки с помощью самозагружающихся и саморазгружающихся доставочных платформ, перемещающихся по длине лавы на катках по металлическим направляющим.

Эта технология в принципе применима для всех интервалов мощностей и углов падения угольных пластов. Конечно для каждого интервала горногеологических условий будут свои технические отличия и особенности. Нами на данном этапе рассматриваются технические проработки этой технологии для пологих до 18 гр. пластов средней мощности в интервале 3 - 5 метров. В настоящее время для этого интервала мощностей пластов существующее добычное оборудование имеет недостаточную мощность и тяговые усилия для разрушения крепких и вязких углей при углах залегания 12-18 гр.

Ниже приводятся основные технологические решения и параметры.

Система разработки - длинные столбы по восстанию.

Схема подготовки - погоризонтная.

Длина лавы - 340 м, длина столба - 1100 м.

Способ выемки угля - вырезанием угольных блоков врубовыми агрегатами и гидрорезными машинами.

Способ доставки угольных блоков - доставочными платформами, перемещающимися по швеллерным направляющим с использованием грузовых лебедок на обе бортовые выработки.

Способ погрузки угольных блоков на платформы - полиспастами с натяжением тросов тяговыми блоками с гидроприводом.

Способ разгрузки угольных блоков с доставочных платформ на бортовых выработках - тяговыми конвейерами, стационарно установленными на доставочных платформах.

Способ крепления лавы - механизированными гидравлическими секциями оградительной призабойной крепи.

Способ управления кровлей - частичная закладка угольными блоками.

Способ транспортировки угольных блоков по шахте - на колесных тележках типа 2ТДК, используемых в настоящее время для транспортировки ГШО.

Размеры угольных блоков, идущих в добычу: 2,6x2,2x1,79 м, вес -14,3 т.

Размеры угольных блоков, перемещаемых в выработанное пространство для закладки: длина 2,2м, ширина - 1,3 м, высота -3,58 м , вес - 14,3 т.

Коэффициент потерь запасов - 17,4 %.

Очистной комплекс для добычи угля крупными блоками предназначен для разработки пластов мощностью 3-5 м с углом падения да 18 гр. Комплекс состоит из 52 секций крепи на длину лавы 340 м, 2-х врубовых агрегатов, 2-х гидрорезных машин ГР03-40/3200, 2-х гидрорезных машин ГР 03-20/3200, 2-х гидроопускателей, 4-х доставочных платформ, перемещающихся по двум параллельным колеям швеллерных направляющих на обе бортовые выработки, 4х шахтных грузовых лебедок ЛШГ, 4-х лебедок 17 ЛС, 10-и насосных станций УН 200/32, 4-х насосов НП 200, эмульсионных и масляных магистралей, магистрали подачи воды, дегазационного газопровода, 52-х емкостей для штыбов, 468-и металлических поддонов для угольных блоков. Общий вес оборудования - 657 т.

Безопасность очистных работ

Разработка угольных пластов крупными блоками позволяет поднять безопасность очистных работ на качественно более высокий уровень.

1. Обеспечивается практическая невозможность возникновения взрывов газа или газопылевой смеси в очистном забое в связи с невозможностью повышения концентрации метана до взрывоопасных величин. Не разрушение угля в россыпь приводит к ликвидации метановыделений из отбитого угля. Не обрушение кровли в выработанном пространстве приводит к ликвидации метановыде-лений из спутников и, следовательно, из выработанного пространства в очистную выработку. Выдача угля из лавы крупными блоками весом 14 т обеспечивает значительное сокращение метановыде-лений из обнаженных поверхностей. Расчеты показывают, что ос-

таточная газоносность выдаваемых из очистного забоя угольных блоков будет составлять до 70 % от природной газоносности. Так что даже при газоносности разрабатываемых пластов 20 м3 выделяться из угольного массива будет не более 5-6 м3 /т метана с каждой тонны добычи.

Прокладка дегазационного газопровода в нише 3-го отделения секций крепи позволяет производить через дегазационные рукава, вводимые в нижнюю, среднюю и верхнюю прорезаемые врубовым агрегатом щели сразу же за его проходом, отсос до 80% всех газо-выделений из обнажаемых участков угольного массива. Остаточные газовыделения, которые будут поступать в атмосферу очистной выработки будут иметь интенсивность газоотдачи на уровне старообнаженных площадей, что соответствует относительной га-зообильности очистной выработки на уровне 1-2 м3/т. При интенсивности очистной добычи 40 тыс. т/сут = 38 т/мин метановыделе-ния в исходящей струе воздуха лавы будут равномерны и составлять около 1,27 м3 СШсек. При ширине призабойного рабочего пространства 10,8 м площадь проходного сечения крепи для проветривания воздуха позволяет с учетом подсвежения по вентиляционной выработке обеспечить надежное проветривание очистного забоя.

2. Технология добычи угля крупными блоками позволяет без дополнительных мероприятий безопасно отрабатывать пласты, опасные по внезапным выбросам угля и газа. Прорезаемые врубовыми агрегатами три щели, параллельные плоскости пласта выполняют роль разгрузочных пазов, что надежно обеспечивает безопасность очистных работ.

3. Принятое здесь управление кровлей частичной закладкой выработанного пространства угольными блоками позволяет безопасно отрабатывать угольные пласты с тяжелыми и труднообру-шающимися или трудноуправляемыми кровлями, а также кровлями, склонными к горным ударам.

4. Применение управления кровлей в очистном забое методом частичной закладки позволяет обеспечивать посадку кровли на полосы из угольных блоков путем плавного прогиба. Благодаря этому не допускается концентрация напряжений в горных породах кровли. Нагрузки горных пород на призабойную механизированную крепь незначительны, отсутствуют вывалы и обрушения пород кровли в призабойное пространство, обеспечивается устойчивость

технологических обнажений кровли, не допускается травмирование рабочих от обрушений.

5. Наличие в механизированной крепи специального ничем не загроможденного четвертого отделения шириной 2м для прохода рабочих, где не ведется производственных процессов, создает благоприятные условия для передвижения рабочих по длине лавы, защищает их от травмирования.

6. Неприменение в очистном забое скребковых конвейеров ликвидирует опасность травмирования рабочих движущимися скребками и тяговыми цепями. Имея большие усилия натяжения при за-штыбовке направляющих или наличии мульды тяговые цепи выходят из направляющих и обыгрывают угольную массу на ставе конвейера. При незначительном искривлении забоя тяговые цепи под высоким напряжением могут переворачиваться и переходить на линию передвижения рабочих, тяжело их травмируя...

Экология очистных работ

1. Не разрушение в россыпь при добыче угольного массива, как это происходит сейчас на всех существующих технологиях, позволяет многократно сократить запыленность атмосферы очистной выработки угольной пылью, создать по настоящему экологически чистое производство. Извлекаемые из массива угольные блоки закрываются чехольной оснасткой, которая затем плотно затягивается тросовой оснасткой. Штыб, выдаваемый режущими барами врубовых агрегатов из прорезаемых щелей сразу попадает в аккумулирующие емкости. Объем штыба от щелей, прорезаемых гидрорезными машинами, весьма незначителен, сильно увлажнен и в атмосферу забоя не попадает. Отсутствие угольной пыли в атмосфере очистной выработки решает важнейшую экологическую задачу защиты рабочих от антрокоза, а также исключает опасность наиболее опасных газопылевых взрывов.

2. Не обрушение кровли в выработанном пространстве за счет ее плавного прогиба и посадки на полосы из оставляемых в выработанном пространстве угольных блоков сохраняет сплошность вышележащих пластов и слоев горных пород. Этим не допускается гидравлическая связь с выше расположенными водонасыщенными горными породами или водоносными горизонтами. В связи с этим создается возможность сокращения выдачи на поверхность шахтных кислотных и щелочных вод в связи с уменьшением водопри-токов в горные выработки.

3 . В связи с не обрушением кровли в выработанном пространстве не происходит потерь запасов полезных ископаемых, залегающих над разрабатываемым пластом и попадающим в зону разрушения или значительной подработки.

4. В связи с плавным прогибом и оседанием кровли по мере раздавливания оставляемых угольных полос отсутствует необходимость оставлять нетронутыми в охранных целиках боль-шие площади шахтных полей разрабатываемых пластов под находящимися на поверхности водоемами, промышленными сооружениями, жилыми массивами, железными дорогами, чем ликвидируются значительные потери запасов угля в недрах.

5. В связи с высокой остаточной газоносностью до 70 % от природной добываемых угольных блоков, а также отсосом метано-выделений из прорезаемых щелей призабойного угольного массива в дегазационный газопровод метановыделения в атмосферу из добываемого угля будут составлять не более 10 % от природной газоносности.

Технологические достоинства

1. Важнейшим технологическим достоинством технологии разработки пластов крупными блоками является возможность эффективно разрабатывать запасы угля со сложными горногеологическими условиями залегания:

- наличие крепких или вязких углей, наличие повсеместно распространенных твердых включений (колчеданов, валунов и др.) практически не препятствует вырезанию угольных блоков;

- появление геологических нарушений с замещением угля крепкими породами преодолеваются путем использования на участках нарушения для прорезания нижней, средней и верхней щелей вместо врубового агрегата гидрорезной машины ГРОЗ 40/3200;

- наличие в лаве мульд и сложной гипсометрии залегания разрабатываемого пласта не является препятствием для работы врубовых агрегатов, гидрорезных машин и доставочных платформ;

- не являются препятствиями или осложнениями в работе высокая газоносность пластов, опасность их по внезапным выбросам угля или газа, труднообрушаемые или трудноуправляемые кровли.

3. Сохранение целостности кровли позволяет:

- по этой технологии эффективно отрабатывать мощные пологие пласты слоями сверху вниз;

- позволяет отрабатывать угольные пласты под плывунами или карстами.

4. Технология разработки пластов крупными блоками высоконадежна:

- неприменение на шахтном транспорте ленточных конвейеров, а в лаве скребковых конвейеров позволяет в значительной степени ослабить влияние на добычу угля в лаве внелавных отрицательных факторов; неподача под загрузку своевременно порожняка не останавливает вырезание блоков гидрорезными машинами; выдача угольных блоков при этом производится доставочными платформами в лаве в зоне сопряжения с последующей их выгрузкой на транспортные тележки с помощью лебедки ЛШГ;

- наличие одновременно в работе двух врубовых агрегатов, четырех гидрорезных машин, четырех доставочных платформ, четырех лебедок 17ЛС, используемых внутри лавы на колесных тележках, перемещающихся по направляющим, создает возможность глубокого маневрирования по длине лавы применением этих машин, возможностью выдавать угольные блоки из любой точки очистного забоя на любую из бортовых выработок при отказе любой из установок благодаря их взаимному резервированию.

5. Работа шахты по добыче не зависит от поступления под погрузку угля железнодорожных вагонов в связи с возможностью шахты длительное время складировать добываемый уголь крупными блоками на собственном складе. Уголь в блоках не горит, не смерзается, занимает мало места. Погрузочно-пере-грузочные работы с угольными блоками выполняются с большой производительностью. Это позволяет не снижать добычу шахт при отрицательной временной конъюнктуре цен на рынке угля, а также при сезонных или погодных задержках с вывозом угля.

Утилизация метана

1. Высокая остаточная газоносность угольных блоков позволяет использовать этот метан потребителями при сжигании угля. При этом существенно возрастает теплотворная способность угольного топлива. Сжигание метана может произво диться путем сжигания в топках угольных блоков целиком. Если это невозможно, то сжигание метана, находящегося в угольных блоках, производится путем направления в топочные агрегаты метановоздушной струи от проветривания угольных мельниц, перемалывающих угольные блоки перед сжиганием.

2. Утилизация метана производится также на шахтной дегазационной установке путем отсоса метановыделений через дегазационный газопровод, проходящий по всей длине лавы и располагающийся в нишах под перекрытиями секций крепи. Отсос метановыделений производится из верхней, средней и нижней щелей, прорезаемых врубовыми агрегатами через рукава, вставляемые в эти щели на участках каждой секции крепи вслед за проходом врубового агрегата

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

Кариман С.А. - профессор, доктор технических наук, НПП "Уголь"

А__________

------------------------------ © К.С. Коликов, М.А. Мутушев,

М.В. Шмидт, 2007

УДК 622.41

К.С. Коликов, М.А. Мутушев, М.В. Шмидт

ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА МЕТАНА КАК СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ВЫБРОСОВ ПАРНИКОВЫХ ГАЗОВ

~П последние годы значительно усилился интерес к экологи-X-# ческой составляющей проблемы шахтного ме-тана. Это определяется резким усилением внимания к проблеме сохранения озонового слоя и глобальному потеплению климата. Основой для решения этой проблемы является эффективное использование метана, доля которого в угольной отрасли России не превышает 10 %. Основное количество метана, извлекаемого при разработке угольных пластов, в