Обоснование технологических решений по отработке наклонных угольных пластов на шахтах куангнинского угольного бассейна

УДК 622.272

В.Г. Виткалов, Фам Дик Тханг

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПО ОТРАБОТКЕ НАКЛОННЫХ

УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ НА ШАХТАХ КУАНГНИНСКОГО УГОЛЬНОГО БАССЕЙНА

Описано состояние проблем разработки угольных месторождений на шахтах Вьетнама с использованием различных технологий, средств добычи и упавравления горным давлением. Приведен анализ горно-геологических и горнотехнических условий Куангнин-ского угольного бассейна. Проанализирована возможность и целесообразность применения зарубежного опыта отработки наклонных угольных пластов средней мощности на шахтах Вьетнама. Представлен практический опыт применения отработки крутонаклонных угольных пластов средней мощности с использованием щитового агрегата 2АНЩ на шахте ХонгТхай. Проанализированы научно-технические, геологические и экономические аспекты агрегатной технологии. Приведена схема подготовки и отработки выемочного участка с учетом технологических особенностей в сложных горно-геологических условиях, с использованием камерно-столбовой системы. Рассмотрены условия применения камерно-столбовой системы разработки крутонаклонного пласта с диагональным расположением горных выработок и отбойкой угля с использованием БВР на шахте УонгБи.

Ключевые слова: бассейн Куангнинь, пласт, агрегат, камерно-столбовая система, крепь.

DOI: 10.25018/0236-1493-2017-10-0-113-121

По плану развития народного хозяйства Вьетнама до 2025 г. предусмотрено довести добычу угля до 71,1 млн т в год, в том числе около 80—86% подземным способом. Это возможно только за счет увеличения производительности труда с применением новых технологий и средств механизации [1].

Удельный вес добычи угля из комплексно-механизированных забоев, занимает малую долю от общей подземной добычи и в 2016 г. он составил около 5,5% [2]. На шахтах месторождения Куангнинь среднесуточная добыча угля из одного действующего очистного забоя за период 2005—2015 гг. находилась в пределах 150—250 т/смену. Однако в ми-

ровой практике разработки наклонных угольных пластов средней мощности присутствует одно неоспоримое преимущество, высокая нагрузка на очистной забой, низкие эксплуатационные потери угля и низкий удельный объем проведения подготовительных выработок.

По данным Ханойского института горной науки и технологии (ХИГНиТ) параметры выемочных полей в большинстве случаев несоответствуют применению механизированных комплексов и очистного оборудования нового технического уровня.

Для отработки наклонных угольных пластов средней мощности используется значительное разнообразие вариантов

ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. № 10. С. 113-121. © В.Г. Виткалов, Фам Дик Тханг. 2017.

систем разработки в зависимости от горно-геологических и горнотехнических условий залегания угольных пластов. До настоящего времени отсутствует технологическая схема, которая могла бы быть универсальной для всех шахт Куангнин-ского угольного бассейна [3].

Применение традиционных технологических схем разработки наклонных угольных пластов средней мощности и средств механизации с буровзрывным способом добычи не соответствует в должной мере современным требованиям повышения безопасности и производительности добычи угля в лаве. Поэтому необходимы рациональные решения по внедрению комплексно-механизированной отработке запасов наклонных угольных пластов средней мощности бассейна Куангнинь.

В настоящее время за рубежом и во Вьетнаме ведутся научные и опытно-промышленные исследования по внедрению современных технологий отработки наклонных угольных пластов средней мощности.

По данным Ханойского института горной науки и технологии, горно-геологические условия залегания угольных пластов бассейна Куангнинь весьма сложны и характеризуются мульдообразным

залеганием пластов. Часто встречаются дизъюнктивные нарушения, в совокупности с мелкой складчатостью, а плика-тивная нарушенность сопровождается неустойчивостью пород кровли, замещением угля породой и невыдержанной мощностью пласта, а также встречаются нарушения образовавшиеся во время осадка накопления пластов (выклинивание, утонение и расщепление) [4, 5].

Из приведенного графика следует, что распределение запасов угля в зависимости от мощности и угла падения пласта (рис. 1) находятся в следующих пропорциях: значительная часть запасов (35,6%) сосредоточена в пластах мощностью более 3,5 м и углом падением от 15 до 350, а запасы наклонных угольных пластов средней мощности (2,01—3,5 м) занимают 24,03%.

Распределение балансовых запасов сосредоточенных в наклонных угольных пластов средней мощности в зависимости от технологических параметров выемочных участков находятся в следующих соотношениях, около 27,4% запасов сосредоточено с длиной выемочных участков по простиранию не более (<300 м) и 20,45% запасов сосредоточено с длиной выемочных участков по

1 < 1.2 м

2 И1.21 -2.0 м

3 2.01-3.5м

4  > 3.51м

< 1.2 м Мощность пластов

Угол падения пластов 55- 90 град

Рис. 1. Распределение запасов по мощности и углу падения угольных пластов

град

Рис. 2. Соотношение различных категорий средств крепления лав при подземной добычи угля

простиранию (от 301 до 500 м), при этом запасы с длиной поля по падению от 101 до 150 м составляют 22,9% и более 200 м составляют 50,6%.

Из анализа горно-геологических и горнотехнических условий залегания угольных пластов Куангинского бассейна следует, применения комплексно механизированных очистных забоев весьма ограничено, что и подтверждается низким удельным весом добычи угля из высокотехнологичных лав на шахтах Вьетнама [4].

При выемке полезного ископаемого на шахтах Вьетнама в лавах используются различные средства крепления и управления горным давлением, — гидравлическими мобильными стоиками 35,53%, индивидуальными гидравлическими стоиками 18,85%, гидравлическими крепями ZH или GK 17,74%, деревянными стоиками 6,47% и комплексно-механизированными крепями 2,7% [5, 6].

Соотношение различных категорий средств крепление лав при подземной добычи представлено на рис. 2.

Из анализа перспектив развития угольной промышленности Вьетнама следует, что резерв повышения эффективности подземной разработки угольных пластов лежит в комплексном исполь-

зовании различных технологий ведения очистных работ, адаптированных к конкретным горно-геологическим и горнотехническим условиям шахтного поля.

Корпорацией «Винакомин» на Украине были закуплены щитовые агрегаты и на шахтах Вьетнама были проведены длительные опытно-промышленные испытания агрегатов 2АНЩ, с целью возможности их широкого внедрения в производство.

Щитовой агрегат предназначен для комплексной механизации процессов выемки угля при отработке наклонных и крутых угольны пластов широкими полосами по падению при сопротивляемости угля резанию до 200 кН/м. Он представляет собой выемочно-доставочную машину фронтального действия, механизирующую выемку угля по всей длине забоя и доставку его к углеспускной печи. На рис. 3 приведена технологическая схема отработки крутонаклонного угольного пласта 12 на шахте Хонг Тхай с применением щитового агрегата 2АНЩ.

После 35 месяцев опытно-промышленной эксплуатации механизированной технология при отработке пласта 12 на шахте Хонг Тхай с использованием щитового агрегата 2АНЩ были получены следующие результаты [7].

Рис. 3. Технологическая схема отработки крутонаклонного угольного пласта с использованием щитового агрегата 2АНЩ

Как видно из приведенной табл. 1 среднесуточная нагрузка на очистной забой составила 120 т/сут, а производительность труда 2,8 т/чел. Это ниже, чем при использовании выемки угля буро-взрывным способом и погрузкой его в ручную на средства транспорта. Показатели достигнуты были очень низкие, это объясняются тем, что при использовании современной горной техника не были в полном объеме учтены гоногео-логические условия и как следствия не был достигнут желаемый эффект.

Причины, приведщие к низкой нагрузке на лаву объясняются следующими условиями:

• непосредственная кровля угольного пласта была представлена аргиллитом, с внедрением неправильных линз углистого сланца мощностью до 1,5 м. Это приводило в процессе передвижки крепи к отслоению и образованию куполов;

• обнажению кровли на величину нескольких метров впереди очистного забоя и значительные колебания мощ-

Таблица 1

Технико-экономически показатели

№ Показатели Единица Количество

1 Мощность пласта м 2,0

2 Угол падения град 45

3 Длина лавы м 60

4 Длительность эксплуатации месяц 35

5 Добыто т 126 160

6 Трудовые затраты чел. смен 61 943

7 Производственная мощность т/год 43 255

8 Среднесуточная нагрузка т/сут 120,2

9 Производительность труда т/чел 2,8

10 Подвигания забоя м/сут 0,82

ности пласта создавали трудности для крепления и передвижки крепи.

Также выемочный участок был подвержен многочисленным мелко-амплитудным нарушениям дизъюнктивного характера и наличием ложной кровли, что влияло на устойчивость пород кровли и характер управления горным давлением в лаве. Обрушение в значительной степени зависело от трещиноватости горных пород, особенно во время сезона дождей, когда вода проникала в очистной забой и ослабляло кровлю пласта, что еще более усложняло ведения подготовительных и очистительных работ. Система «крепь-боковые породы» должна быть надежной, так как только в этом случае обеспечивается устойчивость кровли и почвы на больших площадях.

На основе анализа передовых технологий отработки наклонных угольных пластов средней мощности, применяемых на шахтах Китая, Казахстана, Германии, Польши, России, Индии, Румынии и др., можно констатировать, что использование на шахтах провинции Куангнинь передовых технологий и современных средств комплексной механизации при отработке наклонных угольных пластов в чистом виде весьма сомнительно, из-за отсутствия научно обоснованных проек-тно-технологических решений связанных

со сложными специфическими горногеологическими и горнотехническими условиями залегания угольных пластов.

В передовых горнодобывающих странах мира, таких как Австралия, ЮАР, США несмотря на широкое применение длинно-лавных технологий добычи угля, камерно-столбовые системы разработки в общей структуре подземной добычи занимают более 40% [8].

В связи с ранее проведенными исследованиями, значительные запасы угля (в пределах 67%) в провинции Куан-гинь расположены в зонах геологических нарушений, на участках шахтных полей с ограниченными запасами, которые целесообразно отрабатывать камерно-столбовой системой разработки. Основным преимуществом данной технологии является ее способность приспосабливаться под сложные условия залегания угольных пластов и ограниченные технологические параметры шахтного поля, не приемлемых к выемке системами разработки длинными столбами.

В последние годы камерно-столбовая система разработки с отбойкой угля буровзрывным способом находит все более широкое применение на шахтах бассейна Куангнинь. Достоинством данной технологии является — низкие первоначальные затраты и невысокая себестои-

мость угля по сравнению с длинно-лав-ными технологиями. Основным недостатком камерно-столбовой системы разработки, являются большие потери угля в целиках, которые иногда могут достигать 45—50% [9].

На шахте Уонгби были проведены опытно промышленные исследования по отработке пласта 8 с применением камерно-столбовой системы разработки. В пределах шахтного поля угольный пласт 8 нарушен многочисленными взбросами, количество и амплитуда которых увеличивается с глубиной. Мощность пласта колеблется от 1,2^6,22 м, средняя мощность 3,5 м, угол падения 40—45°, на отдельных участках до 50°. Структура угольного пласта сложная, имеются прослойки сланцев, а также расщепление на отдельные пачки. Выкопировка экспериментального участка с план горных работ пласта 8 на шахте Уонгби приведена на рис. 4 [10].

Непосредственная кровля угольного пласта 8 характеризуется среднеустой-чивостью и представлена алевролитом средней крепости, которая располагает-

ся равномерно по всей площади пласта мощность от 2,1 до 5,0 м, с пределом прочности на сжатие асж = 563,5 кг/см2. Основная кровля угольного пласта 8 представлена песчаникими мощностью от 5,5 до 24,3 м средняя 14,9 м, предел прочности на сжатие достигает (асж = = 1426,8 кг/см2), основная кровля характеризуется как устойчивая.

Подготовку участка для камерно-столбовой системы начинают с проведения штреков и углеспускных скатов. Расстояние между штреками определяется высотой горизонта и составляет 60—70 м.

От конвейерного штрека у границы участка проводят восстающие параллельные выработки под углом 30° (диагональные скаты) с расстоянием между ними 60 м, что соответствует длине будущих камер. Для проветривания скатов и камер, а также доставки материалов и оборудования, скаты соединяются сбойками. Технологическая схема камерно-столбовой системы разработки на шахте Уонгби приведены на рис. 5.

В пределах участка очистные работы ведутся, от границы к скату. Ширина

Рис. 4. Выкопировка экспериментального участка с план горных работ пласта 8 на шахте Уонгби

Вентиляционный квершлаг

Рис. 5. Технологическая схема камерно-столбовой системы разработки на шахте Уонгби

камер 4—5 м, длиной 60—70 м, междукамерный целик шириной 8 м извлекают обратным ходом, с оставлением 2 м предохранительной пачки с целью предупреждения проникновения обрушенных пород в забой. Технологические параметры выемочного участка приведены на рис. 5.

Для транспортировки угля в диаго-нальнной камере и углеспускном скате используют эмалированные рештаки. Уголь, отбитый при помощи БВР, направлялся по эмалированным рештакам к углеспускному скату и по нему на конвейерный штрек.

Проветривание: при проходке скатов и диагональных камер проветривание

осуществляется вентиляторами местного проветривания, а при погашении межкамерных целиков, проветривание производится зачет общешахтной депрессии.

При применения камерно-столбовой системы разработки с буровзрывным способом добычи угля, результаты весьма позитивны. Некоторые технико-экономические показатели приведены в табл. 2.

Выводы

• На основании аназиза итогов работы угольной промышленности Вьетнама и анализа статистических данных национальной угольной компании «Винакомин» добыча угля с использованием буровзрывных работ и погрузкой угля вручную

Таблица 2

Технико-экономические показатели работы

№ Показатели Единица Количество

1 Мощность пласта м 3,6

2 Угол падения град 45

3 Удельный объем угля т/м3 1,74

4 Расстояние между диагональными печами м 8,0

5 Ширина камера м 3,5

6 Коэффициент крепости угля f 1^3

7 Запас угля в междукамерном целик т 175,4

8 Коэффициент извлечения угля из междукамерного целика — 0,7

9 Производство угля т 122,7

10 Производственная мощность т/сутки 590

11 Производственная мощность т/месяц 14,750

12 Производственная мощность т/год 176,000

13 Количество рабочих чел./сутки 66

14 Производительность труда т/чел. 8,9

15 Потери угля по технологии % 25

на конвейер составила 95% от общей добычи по стране. Кроме этого на шахтах месторождения Куангнинь среднесуточная добыча угля из одного действующего очистного забоя за период 2005—2015 гг. находилась в пределах 150—250 т/смену.

• Для разработки новых технологических решений по отработке наклонных угольных пластов средней мощности не-

обходим системных подход по эффективному внедрению прогрессивных систем разработки.

• Необходима методика оптимизации горных работ с учетом пространственно-планировочных решений при отработке запасов выемочных полей ограничных размеров в сложных горно-геологических условиях.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Перспективный план развития угольной промышленности Вьетнама в период 2010— 2025 гг. — Ханой, 2010.

2. Отчет угольной компании «Винакомин» об использовании угля в народном хозяйстве СРВ. — Ханой, 2014.

3. Ву Динь Тен. Подземная технология разработки угля, т. 1. — Ханой, 2002. — 162 с.

4. Фунг Мань Дак, Нгуен Ань Туан. Исследование применения механизации в сложных горногеологических условиях угольного бассейна Куангнинь. — Ханой, 2004. — С. 20—24.

5. Фунг Мань Дак. Исследование и выбор технолого- технических решений для разработки угольных пластов, залегающих под защищаемыми объектами. — Ханой, 2011.

6. Отчет о результатах работы угольной компании «Винакомин» в бассейне Куангнинь за 2010—2015 гг. — Ханой, 2015.

7. Pезультат работы на шахте Хонг Тхай за 2010—2015 гг. — Куангнинь, 2015.

8. Ордин А. А. и др. Освоение камерно-столбовой системы разработки ниже границы горных ударов в условиях шахты «Денисовская» // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. — 2014. — № 1. — Т. 1.

9. Потапенко В.А. Разработка пологих угольных пластов короткими очистными забоями. — Тула: ЗАО «ГРИФ и К», 2007. — 352 с.

10. Pезультат работы на шахте Уонгби за 2010—2015 гг. — Куангнинь, 2015. гдтг^

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Виткалов Виктор Григорьевич1 — кандидат технических наук, доцент, e-mail: vitcalov@yandex.ru,

Фам Дик Тханг1 — аспирант, e-mail: phamducthangmct@gmail.com, 1 МГИ НИТУ «МИСиС».

ISSN 0236-1493. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2017. No. 10, pp. 113-121.

UDC 622.272

V.G. Vitkalov, Pham Duc Thang

VALIDATION OF ENGINEERING SOLUTIONS ON PITCH COAL MINING IN THE QUANG NINH COAL BASIN

In this paper, the author analyzed geological and technological conditions in Quang Ninh coal mines. The analysis indicates the applicability of advanced mining technology in Vietnam. The analysis was done based on the practical experiences in extracting medium-thick steeply — inclined coal seams by 2ANSHA technological complex in Hong Thai underground coal mine. In addition, the paper also considers the conditions and the applicability of room pillar mining system in slope coal seams using diagonal driffs and blasting for coal extraction in Uong Bi coal mine.

DOI: 10.25018/0236-1493-2017-10-0-113-121

AUTHORS

Vitkalov V.G.1, Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor, e-mail: vitcalov@yandex.ru,

Pham Duc Thang1, Graduate Student, e-mail: phamducthangmct@gmail.com, 1 Mining Institute, National University of Science and Technology «MISiS», 119049, Moscow, Russia.

REFERENCES

1. Perspektivnyy plan razvitiya ugol'noy promyshlennosti V'etnama v period 2010—2025 gg. (The prospective plan of development of the coal industry of Vietnam in the period 2010—2025), Ha Noi, 2010.

2. Otchet ugol'noy kompanii «Vinakomin» ob ispol'zovanii uglya v narodnom khozyaystve SRV (Report of the coal company «Vinacomin» on the use of coal in the national economy of Vietnam), Ha Noi, 2014.

3. Vu Din' Ten. Podzemnaya tekhnologiya razrabotki uglya, t. 1 (Underground coal mining technology, vol. 1), Ha Noi, 2002, 162 p.

4. Fung Man' Dak, Nguen An' Tuan. Issledovanie primeneniya mekhanizatsii vslozhnykh gornogeo-logicheskikh usloviyakh ugol'nogo basseyna Kuangnin' (Research of the application of mechanization in complex geological conditions of the coal basin Quang Ninh), Ha Noi, 2004, pp. 20—24

5. Fung Man' Dak. Issledovanie i vybor tekhnologo-tekhnicheskikh resheniy dlya razrabotki ugol'nykh plastov, zalegayushchikh pod zashchishchaemymi ob"ektami (Research and selection of technological and technical solutions for the development of coal seams lying under protected objects), Ha Noi, 2011.

6. Otchet o rezul'tatakh raboty ugol'noy kompanii «Vinakomin» v basseyne Kuangnin' za 2010— 2015 gg. (Report on the results of the work of the coal company «Vinacomin» in the basin of Quang Ninh in the period 2010—2015), Ha Noi, 2015.

7. Pezul'tat raboty na shakhte Khong Tkhay za 2010—2015 gg. (The result of work at the Hong Thai mine in the period 2010—2015), Quang Ninh, 2015.

8. Ordin A. A. Fundamental'nye i prikladnye voprosy gornykh nauk. 2014, no 1, vol. 1.

9. Potapenko V. A. Razrabotka pologikh ugol'nykh plastov korotkimi ochistnymi zaboyami (Development of gently sloping coal seams with short cleaning faces), Tula, ZAO «GRIF i K», 2007, 352 p.

10. Pezul'tat raboty na shakhte Uongbi za 2010—2015 gg. (The result of work at the Uong Bi mine in the period 2010—2015), Quang Ninh, 2015.