Формирование оптимальной технологии разработки угольных месторождений

ГЕОЛОГИЯ И ГОРНОЕ ДЕЛО

УДК 622.33.003.12

ФОРМИРОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ

МЕСТОРОЖДЕНИЙ

© 2007 г. A.A. Белодедов, Ю.И. Разоренов

В связи с изменением экономических условий в стране необходимо соответственно менять методические основы решения задач проектирования горных работ и выбора технологии, в частности обоснования производственной мощности шахты и оконтуривания запасов угля разных пластов, оптимизации схем и параметров вскрытия и подготовки запасов, систем разработки месторождений, различных способов, обеспечивающих повышение полноты и качества добываемых полезных ископаемых. Поэтому необходимо принять критерии оценки, более полно отражающие происходящие в нашей экономике изменения (возросшее значение капитальных затрат и величины банковского процента, сокращения сроков строительства предприятий, величины рынков сбыта и т. д.). В качестве более полного и комплексного критерия оценки эффективности может быть принята сумма дисконтированной прибыли за какой-то расчетный период работы шахты с учетом разновременности затрат на подготовку и отработку (с учетом банковских процентов за кредиты), необходимых для выполнения капитальных работ, а также с учетом полноты использования недр и качества добываемого угля.

Важно иметь в виду, что в зависимости от производственной мощности шахты, принимаемых схем и параметров вскрытия и подготовки, систем разработки будут изменяться не только капитальные и эксплуатационные затраты, но и сроки строительства шахты (и оплата процентов за кредиты), время получения прибыли, полнота использования недр и другие факторы. При разных схемах вскрытия, подготовки и разных системах разработки надо произвести разные затраты на подготовку необходимых для нормальной работы горного предприятия (шахты) вскрытых, подготовленных и готовых к выемке запасов. Экономическое значение этого фактора сравнительной оценки вариантов производственной мощности шахты и величины запасов, схем и способов вскрытия месторождения и подготовки этажей, систем разработки, а также и конст-

рукций заключается в том, что при вариантах и конструкциях вскрытия и подготовки, обеспечивающих уменьшение объемов и удельных объемов трудоемких и дорогостоящих проходческих работ, ускорение проходки вскрывающих, подготовительных и нарезных выработок представляется возможным иметь значительно меньшие по величине вскрытые, подготовленные и готовые к выемке запасы. А это значит, что при этих вариантах подготовки будут меньше удельные капитальные затраты и затраты времени на подготовку запасов к эксплуатации.

Оптимизация вскрытия и подготовки месторождения должна осуществляться одновременно с составлением и оптимизацией календарного плана строительства и эксплуатации шахты (горного предприятия) совместно и во взаимной увязке. Одновременно должна быть решена задача обоснования систем разработки и выбора рационального порядка отработки месторождения и отдельных его частей (этажей) и пластов.

Очень важно иметь в виду, что разные системы разработки могут обеспечить разные сроки подготовки и отработки запасов и разную производственную мощность шахты. Время выполнения работ по подготовке и отработке очистных забоев должно определяться в зависимости от принятого при той или иной системе разработки порядка отработки выемочных участков (полей)— прямым или обратным ходом и объемов проходки подготовительно-нарезных работ. В зависимости от принятой системы разработки существенно изменяется скорость проведения подготовительных выработок и время подготовки выемочного поля, что в современных экономических условиях является весьма важным экономическим фактором, особенно при обратном порядке отработки пласта системой длинными столбами по простиранию.

При скорости проходки транспортного штрека 150 м/мес, скорости отработки лавы 60 м/мес, длине лавы 200 м и длине выемочного поля 2500 м разница во времени подготовки и отработки

выемочного поля обратным и прямым ходом составит 16,2 мес, или 1,35 года. Это означает, что вновь строящаяся шахта или вновь подготавливаемые горизонты могут быть сданы в эксплуатацию и начать давать прибыль при прямом ходе на 1,35 года раньше, чем при обратном. Уменьшение срока строительства шахты позволяет соответственно на 1,35 года сократить срок кредитования капитальных работ, снизить величину оплаты процентов и срок окупаемости капиталовложений.

В настоящее время на многих шахтах, разрабатывающих тонкие угольные пласты, значительные объемы породы от проходки подготовительных выработок не выдаются в отвалы и не оставляются в шахте, а выдаются на-гора вместе с углем, из-за чего существенно увеличивается его зольность. От принятого способа проведения, крепления и поддержания подготовительных выработок, от конструкции крепи зависит величина сечения выработки и объем прихватываемой породы, а также величина оставляемых около подготовительных выработок охранных целиков. Благодаря применению более надежных способов крепления и поддержания подготовительных выработок и увеличению продолжительности срока их службы можно существенно увеличить длину лавы, что позволит не только сократить долю затрат на горно-подготовительные работы и снизить потери угля при добыче, но и увеличить нагрузку на лаву и, соответственно, производственную мощность шахты.

Так, например, разработанная конструкция металлической крепи позволяет увеличить ее податливость, а также за счет длины прямолинейных участков повысить рабочее сопротивление, несущую способность крепи и безопасность труда, расширить область ее применения, снизить трудоемкость работ, уменьшить объем выемки породы по сравнению с аналогичными типовыми сечениями существующих арочных крепей. Металлическая податливая крепь (рис. 1) содержит две прямолинейные вертикальные стойки 1 и криволинейный участок верхняка 2, соединенные между собой замками 3, причем криволинейный участок верхняка 2 выполнен из двух частей 4 с прямолинейными участками 5 на концах длиной 400—700 мм. Металлическая крепь может использоваться для крепления выработок, состояние которых должно обеспечивать безремонтное их содержание.

Снижения зольности добываемого угля, а следовательно, повышение его качества на большинстве шахт, разрабатывающих тонкие пласты, можно достичь в основном благодаря уменьшению в горной массе содержания породы от проходки и ремонта горных выработок. Это возможно при раздельной выемке угля и породы при проходке с последующим оставлением породы в шахте, без выдачи ее на поверхность. Для размещения пустой породы в шахте предлагаются ре-

альные схемы проведения подготовительных выработок с оставлением породы в шахте.

5

Рис. 1. Металлическая податливая крепь

Рис. 2. Комбинированный способ подготовки длинных столбов по простиранию

Рассмотрим один из вариантов проведения подготовительных выработок (Пат. 2168626). Вначале на месте будущего штрека (см. рис. 2) проходится по углю камера (1) шириной, равной ширине будущего штрека. Параллельно с ней через целик угля, шириной 2—4 м, проходится еще одна камера 2 для складирования породы, шириной, достаточной для размещения в ней породы от последующей проходки и ремонта штрека. Ширина камеры для закладки (складирования) зависит от мощности пласта и размеров подготовительной выработки. Проходка камеры осуществляется нарезным комплексом типа КН—5 или буровзрывным способом. Камера 2 проходится комплексом многоцелевого назначения КМН 4.

Уголь от проходки камер транспортируется конвейерами 5 в вагонетки. После образования достаточных объемов камеры осуществляется выемка породной части штрека, при этом порода перемещается в камеру для складирования породозакладочным комплексом «Титан—1» 6. При складировании породы в камере через определенное расстояние закрепляются сбойки 3 от массива угля до штрека, чтобы обеспечить в будущем проветривание лавы нижнего этажа, когда транспортный штрек будет служить вентиляционным. В результате складирования породы в этой камере образуется бутовая полоса. При таком варианте технологии обеспечивается более высокая степень устойчивости выработки (по сравнению с проходкой широким ходом) как в период ее службы в качестве откаточной или транспортерной, так и в период ее работы в качестве вентиляционной.

Использование предлагаемого способа разработки пластовых месторождений в сочетании с металлической податливой крепью позволит по-

высить устойчивость подготовительных выработок за счет применения комбинированной охраны «целик — бутовая полоса», исключить утечки воздуха, снизить не только зольность добываемого угля за счет оставления породы в шахте, но и более полно извлечь его запасы. Затраты на осуществление этих вариантов окупятся в несколько раз большим эффектом от снижения зольности добываемого угля. Например, от снижения зольности только на 10 % отпускная цена угля даже по принятым нормативам увеличится на 25 %. Это также позволит снизить затраты на переработку угля на ЦОФ, повысить качество товарного угля.

Таким образом, формирование оптимальной технологии разработки угольных месторождений необходимо осуществлять на основе системного подхода по всей технологической цепи, начиная от разведки запасов, включая их вскрытие и подготовку, системы разработки, раздельную по сортам выемку, что позволяет значительно повысить качество добываемого угля.

Южно-Российский государственный технический университет

(Новочеркасский политехнический институт)_24 октября 2006 г.