Разработка технологических схем отработки запасов мощных пологих пластов с выпуском угля подкровельной толщи

В.В. Сенкус А.Ю. Ермаков

РАЗРАБОТКА

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ОТРАБОТКИ ЗАПАСОВ МОЩНЫХ ПОЛОГИХ ПЛАСТОВ С ВЫПУСКОМ УГЛЯ ПОДКРОВЕЛЬНОЙ ТОЛЩИ

Предложена технологическая схема схем отработки запасов мощных пологих пластов с выпуском угля подкровельной толщи на завальный конвейер. Рассмотрена перспективная схема проведения конвейерного и вентиляционного штреков - проходка спаренными забоями. Предложено производить разработку мощных пологих пластов с погашением и выпуском подкровельной и межслоевой угольной толщи с применением большого количества различных способов и средств, существующих и принципиально новых конструкций.

Ключевые слова: подкровельная толща, выпуск угля, обрушение кровли, конвейерный штре, вентиляционный штрек, сбойка.

Предложенная технологическая схема схем отработки запасов мощных пологих пластов с выпуском угля подкровельной толщи на завальный конвейер приведена на рис. 1 и включает: монтажную камеру 1; конвейерный штрек 21-1-5 2; дренажный штрек 3; промштрек 4; газодренажный штрек 5; вентиляционный штрек 6.

Для реализации технологической схемы использовались механизированные комплексы с дополнительными функциями по управлению процессами выпуска угля.

Определяющим условием успешного применения технологической схемы является способность угля и кровли обрущать-ся за выемкой угля.

Выемочный столб 21-1-5 оконтурен: вентиляционным штреком шириной 5 м, конвейерным штреком шириной 5,5 м и монтажной камерой шириной 8,3—9,3 м. Оконтуривающие выработки высотой 3,2—3,5 м пройдены у почвы пласта с оставлением в кровле выработок пачки угля мощностью 3,7—4 м. В границах выемочного столба, у кровли пласта пройдены газо-

ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2016. № 5. С. 319-327. © 2016. В.В. Сенкус А.Ю. Ермаков.

Рис. 1. Технологическая схема схем отработки запасов мощных пологих пластов с выпуском угля подкровельной толщи

Рис. 2. Система разработки мощного пологого паста с выпуском на завальный конвейер шахты «Ольжерасская-Новая» ОАО «Южный Кузбасс»

дренажный и промежуточный штреки на расстоянии от вентиляционного штрека 21-1-5 соответственно 18 м и 82 м (рис. 2).

Длина лавы, с учетом штреков 154 м, длина выемочного столба до центральных уклонов 780 м, до фланговых уклонов — 1320 м.

Конвейерный и вентиляционный штреки проводятся у почвы пласта при помощи проходческих комбайнов типа КСП-33, «Джой 12CM12-10D».

Для транспортировки угля используются самоходные вагоны типа 10SC32B, скребковые конвейеры 2СР-70, бункер-перегружатель BF-148-54-7C, ленточный конвейер 2ПТ-120.

Для бурения шпуров при креплении выработок применяются пневматические буровые станки типа «Wombat», «Rambor» или анкерустановщик «Ramtrak 2300». Темпы проходки конвейерного штрека при применении проходческого комбайна КСП-33 150—200 м/месяц, при использовании комбайна 12СМ12 — до 300-400 м/месяц.

При проведении конвейерного и вентиляционного штреков возможно использование следующего проходческого оборудования:

• проходческий комбайн — скребковый конвейер — ленточный конвейер;

• проходческий комбайн — бункер-перегружатель — ленточный конвейер;

• проходческий комбайн — самоходный вагон — ленточный конвейер;

• проходческий комбайн — анкероустановщик — самоходный вагон — ленточный конвейер.

Одной из перспективных схем проведения конвейерного и вентиляционного штреков является — проходка спаренными забоями.

При этом параллельно проходятся конвейерный штрек вышележащей лавы и вентиляционный штрек нижележащей лавы. Проводимые выработки сбиваются между собой сбойками через 300—400 м. В сбойке размещается скребковый конвейер СР-70 для транспортировки угля из вентиляционного штрека на ленточный конвейер, расположенный в конвейерном штреке.

Достоинствами данной схемы проходки по сравнению со схемами проведения штреков одиночными забоями являются:

• один ленточный конвейер на два штрека;

• улучшается схема проветривания выработок;

• увеличиваются темпы проходки штреков;

• сбойки являются дополнительными запасными выходами при проходке и при работе лавы.

К недостаткам можно отнести дополнительные затраты на проведение, поддержание и изоляцию сбоек.

Промежуточный и газодренажный штреки проходятся у кровли пласта при помощи проходческого комбайна типа КСП-33 (ГПКС). Для проведения газодренажного и промежуточного штреков использовано следующее проходческое оборудование и технологические схемы:

• проходческий комбайн — скребковый конвейер — скребковый конвейер;

• проходческий комбайн — скребковый конвейер — ленточный конвейер.

В качестве средств транспорта угля используются скребковые конвейеры 2СР-70 и ленточный конвейер типа 2JI100D.

Бурение шпуров для установки анкерной крепи производится пневматическими станками типа «Wombat» или «Rambor». Темпы проходки штреков 150—200 м/мес. проветривание проходческого забоя осуществляется при помощи вентилятора местного проветривания.

Газодренажный штрек служит для отвода газа метана из зон выемки угля и выпуска подкровельной пачки. Относительно вентиляционного штрека, газодренажный штрек располагается ниже его в 15 м. Выработка погашается лавой и проветривается через угольную пачку.

Нахождение людей в газодренажном штреке запрещено, поэтому не требуется усиление крепи газодренажного штрека в зоне опорного давления, что снижает затраты на его поддержание.

Основным недостатком данного способа расположения газодренажного штрека является проветривание выработки через «завал». С увеличением мощности пласта соответственно увеличивается мощность угольной пачки между лавой и газодренажным штреком. В таких условиях нарушается проветривание газодренажного штрека и лавы.

Промежуточный штрек применяется для выполнения работ по разупрочнению пород кровли и угля подкровельной пачки, в которых могут применяться известные способы: передовое торпедирование, высоконапорное увлажнение с последующим гидроразрывом, низконапорное увлажнение угля подкровель-ной пачки.

Устранение недостатков технологической схемы разработки мощных пологих пластов, представленной на рис. 3, достигается тем, что в подкровельной толще направленным бурением закладывают параллельно дегазационные скважины диаметром

Рис. 3. Система разработки мощного пологого паста с выпуском на завальный конвейер

90—110 мм на длину выемочного столба на расстоянии 15—20 м друг от друга по ширине выемочного столба и 1—1,5 м от кровли, которые подключают к дегазационной сети, связанной с вакуум-насосом.

Разрушение подкровельной толщи ведется тонкими гидравлическими струями диаметром 2—3 мм под давлением 3—10 МПа, в зависимости от мощности подкровельной толщи.

При подготовке выемочного столба 1 конвейерный и вентиляционный штреки проводится спаренными выработками 2,

3, одна из которых служит подготовительной выработкой для соседнего выемочного столба 4 при оставлении целика 5.

В монтажной камере 6, сбивающей конвейерный и вентиляционный штреки 2, 3, монтируют механизированный комплекс 7, который отрабатывает нижний слой 8 мощного угольного пласта 9.

В подкровельной толще 10 направленным бурением закладывают параллельно дегазационные скважины 11 на длину выемочного столба диаметром 90—110 мм, на расстоянии 15—30 м друг от друга по ширине выемочного столба, которые объединяют через запорную арматуру 12 в дегазационную сеть 13, подключенную к вакуум — насосу 14, а разрушение подкровельной толщи 10 производят тонкими гидравлическими струями 15 на расстоянии равном двойной ширине 2а, вынимаемой полосы а очистным комбайном, от хвоста секции крепи 16. Скважины диаметром 90—110 мм располагают на расстоянии 1—1,2 м от кровли.

Во время передвижки секций механизированной крепи 16 происходит разрушение подкровельной толщи 9 и образуются купола 17 между основной кровлей 18 и крепью, где концентрируется метан, который через дегазационные скважины 11 и дегазационную сеть 13 откачивается вакуум насосом 14. Запорная арматура 12 служит для регулирования режима отсоса.

Дегазационные скважины служат одновременно для дораз-ведки нарушений угольного пласта, а при подключении к дегазационной сети — для отсоса метана, выделяемого из пор и трещин угольного массива выемочного столба, зон нарушений пласта и зоны гидравлического разрушения подкровельной толщи, чем достигается доразведка пласта, повышение уровня безопасности в очистном забое выемочного столба и улучшение условий проветривания горных выработок.

Разрушение подкровельной толщи тонкими гидравлическими струями происходит затопленной пульсирующей струей, при которой происходит проникновение воды в полости и трещины горного массива, где происходит гидроразрыв трещин, расслоение массива на куски усиленное горным давлением, а так же увлажнение разрыхленного массива и связывание газа метана, чем повышается нижний порог взрываемости пылегазовой смеси.

Проведение газодренажного штрека в подкровельной толще на растоянии 15—20 м от вентиляционного по падению пласта, дегазационных скважин на расстоянии 1—1,2 м откровли пласти с шагом 10—20 м и разрушение подкровельной толщи тонкими струями 2—3 мм под давлением 3—10 МПа повышает производи-

тельность добычи угля в 1,5 раза и уровень промышленной безопасности одностадийной разботки мощных пологих пластов.

Выводы

1. Технология разработки мощных угольных пластов с выпуском угля подкровельной толщи предусматривает использование горного давления и силы тяжести для сокращения затрат на разрушение и погрузку угля и для ее реализации технологии созданы специальные механизированные крепи и комплексы оборудования, которые выполняют дополнительные функции по управлению извлечением угля, находящегося над крепью или обрушающегося позади нее. Особенности технологии является: простая подготовка мощного пласта к выемке, практически одноразовая его отработка и высокая концентрация горных работ и по сравнению с выемкой слоями она имеет следующие преимущества: не менее чем в 2 раза уменьшается объем и стоимость проведения примыкающих к очистному забою подготовительных выработок, а также ручных работ по их оборудованию средствами транспорта, электро- и водоснабжения, проветривания и др.; в 1,5—2 раза сокращаются затраты, на выполнение трудоемких работ по монтажу-демонтажу очистных механизированных комплексов; снижается уровень эксплуатационных потерь угля по мощности пласта и уменьшается опасность возникновения эндогенных пожаров.

2. Разработку мощных пологих пластов с погашением и выпуском подкровельной и межслоевой угольной толщи можно производить с применением большого количества различных способов и средств, существующих и принципиально новых конструкций.

3. При выпуске подкровельной толщи на забойный конвейер имеют место две точки погрузки угля, расположение которых постоянно меняется и определяется местом расположения комбайна и секции крепи, над которой производится выпуск угля, при котором изменяются величина и закономерности формирования грузопотока на конвейер, поэтому напряжения и усилия, действующие на став конвейера, могут превосходить предельные их значения, что приводит к возникновению аварийных ситуаций, поломкам конвейера и простоям очистного забоя.

При выгрузке угля на завальный конвейер возникают специфические условия погрузки угля с двух противоположных бортов, что увеличивает износ элементов конвейеров за счет большего времени контакта с обрушенными породами кровли.

4. Выбор технологических схем очистных работ на мощных пологих пластах необходимо осуществлять с учетом рациональной области применения различных типов механизированных крепей.

Оградительно-поддерживающие механизированные крепи непосредственно поддерживают участок кровли у забоя шириной 0,9—1,0 м, которые приспособлены для работы при легко обрушаемой породе кровли, поэтому оградительная часть перекрытия крепи представляет собой массивную конструкцию, хорошо предохраняющую призабойное пространство от попадания кусков породы из кровли и со стороны выработанного пространства. Они имеют наиболее высокий коэффициент затяжки кровли (около 0,9) и важным фактором их эффективного применения являются условия, при которых влияние основной кровли сводится к минимуму.

Крепи поддерживающе-оградительного типа работают в диапазоне мощности пластов, близких к диапазону оградительно-поддерживающих крепей, но могут применяться при средне и трудно обрушаемых породах кровли. Следует учитывать, что при одинаковой мощности пластов площадь поперечного сечения призабойного пространства у крепей поддерживающе-огради-тельного типа на 30—40% больше, чем у крепей оградительно-поддерживающего типа, что важно при разработке газоносных пластов.

Крепи оградительного типа могут применяться при разработке пластов мощностью 6—10 м с выпуском угля из межслоевой толщи в нижний (подсечной) слой.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Клишин В. И., Шундулиди И. А., Соловьев А. С. Технология разработки запасов мощных пологих пластов с выпуском угля. — Новосибирск: Наука, 2013. - 248 с. ЕШ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Сенкус Витаутас Валентинович1 — доктор технических наук, профессор, заместитель исполнительного директора по науке, e-mail: senkusvv@suek.ru, Ермаков Анатолий Юрьевич1 — кандидат технических наук, исполнительный директор, 1 ООО «Сибнииуглеобогащения».

Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2016. No. 5, pp. 319-327.

UDC 622.013.362: 622.031.4

V.V. Senkus, A.Yu. Ermakov DEVELOPMENT OF PROCESS FLOW DIAGRAMS FOR TOP COAL CAVING IN THICK GENTLY-SLOPING SEAMS

The proposed technological scheme of schemes of development of the reserves of thick flat seams with release of coal roof strata obstruction on the conveyor. The advanced scheme of carrying out conveyor and ventilation drifts - drifting-by-side faces. It is suggested to make the development of thick flat seams with due dates and release underlay and interlayer coal strata with the use of a large number of different ways and means existing and fundamentally new designs.

Key words: roof strata, the production of coal, the collapse of the roof, conveyor lines, the ventilation passage, the cross passage.

AUTHORS

Senkus V.V.1, Doctor of Technical Sciences, Professor, Deputy Executive Director for Science, e-mail: senkusvv@suek.ru, Ermakov A.Yu.1, Candidate of Technical Sciences, Executive Director, 1 LLC «Sibniiugleobogaschenie», 653000, Prokopevsk, Russia.

REFERENCES

1. Klishin V. I., Shundulidi I. A., Solov'ev A. S. Tekhnologiya razrabotki zapasov moshchnykh pologikh plastov s vypuskom uglya (Development technology stocks thick flat seams with the release of coal), Novosibirsk, Nauka, 2013, 248 p.

РУКОПИСИ,

ДЕПОНИРОВАННЫЕ В ИЗДАТЕЛЬСТВЕ «ГОРНАЯ КНИГА»

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ВАРИАНТА ПОДГОТОВКИ И ДОСТАВКИ СВЯЗУЮЩЕГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ СКРЕПЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ХВОСТОХРАНИЛИЩА

Немировский Андрей Владимирович — аспирант, ведущий специалист, Стойленский ГОК, e-mail: nemirovskiy_av@nlmk.com.

JUSTIFICATION OF THE TECHNOLOGICAL OPTION OF PREPARING AND DELIVERING BONDING MATERIAL FOR BONDING THE SURFACE OF THE TAILINGS

NemirovskyA.V., Graduate Student, Leading Specialist, Stoilensky GOK, e-mail: nemirovskiy_av@nlmk.com.

Д