Геотехнологическое обоснование средств выемки мощных пологих угольных пластов с использованием безразгрузочного комплекта передвижных опор (бкпо) Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© В.А. Фсдорин, Е.Л. Варфоломеев, О.В. Кассина, 2013

УДК 622.273, 622.333

В.А. Федорин, Е.Л. Варфоломеев, О.В. Кассина

ГЕОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СРЕДСТВ ВЫЕМКИ МОЩНЫХ ПОЛОГИХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БЕЗРАЗГРУЗОЧНОГО КОМПЛЕКТА ПЕРЕДВИЖНЫХ ОПОР (БКПО)

Рассмотрена технология слоевой выемки мощного угольного пласта. Верхний слой отрабатывается с использованием безразгрузочного комплекта опор, нижний — с выпуском угля.

Ключевые слова: мощный угольный пласт, слой, безразгрузочный комплект передвижных опор, механизированная крепь с выпуском.

Использование средств комплексной механизации на пластах мощностью более 6,0 м всегда сопряжено с дополнительными проблемами, которые не позволяют достигнуть достаточно высоких технико-экономических показателей и часто приводят к значительным безвозвратным потерям угля в недрах.

Значительное количество запасов высококачественного коксующегося угля сосредоточено именно в пологих мощных угольных пластах (около 25 % всех запасов коксующегося угля в Кузбассе). В связи с этим проблемы связанные с отработкой комплексно-механизированными забоями мощных пластов угля обуславливают актуальность создания и промышленного освоения других более гибких и, вместе с тем, менее затратных технологий добычи угля, использующих унифицированное оборудование как для подготовительных, так и для очистных работ, основанных на камерных системах разработки.

Одна из таких камерных систем разработки мощного пласта с использованием для выемки верхнего слоя

безразгрузочных комплектов передвижных опор (БКПО) [1,2] и технологии с выпуском угля в нижнем слое описана ниже.

В приводимой ниже системе разработки для отработки верхнего слоя используется технология с БКПО (рис.1.) [3]. БКПО включает взаимосвязанную систему механизированной крепи, состоящую из забойной и посадочной секций и роторного транспортного устройства, обеспечивающего перестановку гидроопор при передвижении. Роторное транспортное устройство служит базой БКПО и для обеспечения устойчивости и управляемости снабжено отдельной передвижной опорной платформой, устанавливаемой на почве очистного забоя. БКПО располагается продольной осью в направлении подвигания очистного забоя. В очистном забое располагается ряд БКПО, устанавливаемых с необходимой частотой, в зависимости от тяжести проявлений горного давления. По мере выемки угля в забое передвигается и распирается забойная секция, к которой гидроцилиндром передвижения под-

Рис. 1. Общий вид безразгрузочного комплекта передвижных опор (БКПО)

тягивается роторное транспортное устройство, с помощью которого затем перемешают гидроопору в направлении от завальной части целика к забойной, а затем после распора к роторному устройству подтягивают посадочную секцию с необходимой корректировкой в поперечном вдоль очистного забоя направлении с по-мошью домкрата корректировки от сползания секции при наклоне очистного забоя. БКПО обеспечивает надежное поддержание шириной 8—15 м полосы труднообрушаемой кровли в очистном забое, разгрузку краевой части пласта от опасной концентрации напряжений у забоя и снижает вероятность отжима и выброса угля и газа из забоя, оперативное механизированное передвижение БКПО от завала к забою с корректировкой поперечного сползания, а так же повышает безопасность ведения работ и снижает затраты по добыче.

Нижний слой отрабатывается по схеме с выпуском межслоевой пачки угля [4]. Таким образом, пласт угля технологически делится на подкро-вельный слой, подсечной слой и межслоевую толщу угля, при этом нижний

слой отрабатывается и подготавливается после подкровельного слоя. Схема ведения работ представлена на рисунке 2.

Для отработки запасы пласта делятся на выемочные блоки с размерами по падению 90 — 150 м, размер по простиранию определяется по планам горных работ. Подготовка к выемке производится проведением в каждом слое двух выработок. В подкро-вельном слое вдоль границ блока по падению проводятся транспортный и вентиляционный штреки. Для подготовки подсечного слоя по почве пласта проводятся конвейерный и вентиляционный (нижнего слоя) штреки. Проведение выработок по слоям производится таким образом, чтобы работы в подкровельном слое оказались над выработками подсечного слоя. Выработки крепятся металлическими анкерами с полимерным закреплением.

Как уже упоминалось, отработка верхнего слоя ведётся с использованием БКПО. Таким образом, подкро-вельный слой отрабатывается широкозахватным очистным забоем с использованием для выемки угля комбайна непрерывного действия типа JOY в комплекте с самоходным вагоном. Ширина захвата составляет 3,0 — 3,5 м. Заходки закладываются от транспортного штрека под прямым углом. Кровля пласта при выемке заходки дополнительно крепится анкерами. Поддержание кровли пласта со стороны выработанного пространства производится при помощи БКПО. Оптимальная ширина закрепленного пространства согласно

Вентиляционный штрек (н/слой)

Вентиляционный штрек (в/слой)

О О О О С|-

о о о о о

Безразгрузочные О О О О О комплекты О О О О О передвижных опор

О О о о о.. о о о а'о

О О О О О Выемочный О О О О О комбайн (в/слой)

О (3 о о о'-о о о о с| о о о о о о о о о о

—>I-

о о о о о

о о о о о

о о о о о

о о о о о

о о о о о

-о о о о о

о о о о

О-О-.йбм о

„ 3,0 - 3,5 м

Самоходный вагон (в/слой)

1^ранспортный штрек

Перегружатель

Штрековый конвейер

А - А

Безразгрузочные комплекты

передвижных опор

Гибкое перекрытие

Металлические анкера I = 2,0 м

Рис. 2. Схема ведения работ камерно-слоевой системой разработки с использованием для отработки верхнего слоя технологии с БКПО и технологии с выпуском угля в нижнем слое

исследованиям ВНИМИ составляет 6 — 14 м. После проведения заходки на

полную длину выемочный комбайн перегоняется на транспортный штрек

Рис. 3. Схема ведения работ по отработке нижнего слоя с выпуском угля

Рис.4. Общий вид механизированной крепи с устройством регулируемого выпуска подкровельной (межслоевой) толщи угля

вслед за этим производится перемеше-ние опор.

Далее цикл работ по выемке полосы угля повторяется. Следует отметить, что использование для отработки верхнего слоя БКПО позволяет сравнительно просто создавать на нём качественное гибкое перекрытие для выемки нижележащей толщи угля. Гибкое перекрытие создаваемое в подкровель-ном слое способствует повышению

уровня безопасности работ и повышению качества добываемого угля.

Принятая система разработки на нижнем слое— длинные столбы по простиранию с выпуском межслоевой толщи. Нарезка выемочных участков производится проходкой вентиляционного и конвейерного штрека с монтажной камерой. Работы по выпуску угля из межслоевой толщи и отработки нижнего слоя осуществляются механи-

№ Наименование показателя Ед. изм. Показатель

1 Коэффициент извлечения 0,82 — 0,87

2 Численность трудящихся чел. 350

3 Среднемесячная добыча тыс. т 300000

4 Производительность труда трудящегося т/мес. 800

зированным комплексом (рис.3.) с дозируемым выпуском угля регулируемыми по производительности питателями, установленными в секциях крепи. При этом предварительно подкро-вельная толща угля разупрочняется методами направленного гидроразрыва или вибросейсмовоздействия. Общий вид крепи представлен на рис. 4.

Использование в комплексе средств безвзрывного разупрочнения угольного массива в межслоевой толще способствует управляемому процессу ее разрушения и устраняет возможность возникновения негабаритов в выпускаемой угольной массе.

Наличие в каждой секции крепи комплекса регулируемого питателя специальной конструкции увеличивает в 3,5 раза ширину зоны потока выпускаемого угля, что уменьшает его потери, разубоживание и позволяют выпускать уголь одновременно из под нескольких секций одновременно, что обеспечит полноту выпуска отрабатываемого пласта.

Подготовленная к выпуску угольная масса угля подкровельной толщи ложится на крепь и заполняет люки крепи. Последовательным или одновременным включением одного или группы питателей производится управляемая дозированная погрузка угля на забойный конвейер, обеспечивая контролируемый площадной выпуск подкровельной толщи угля, что значительно уменьшает потери угля при выпуске. Выпуск угля осуществляется после передвижки секции на 2^4 ленты в зависимости от ширины

комбайновой полосы и крепости угля межслоевой толщи. Добытый уголь после отработки каждого слоя выдаётся на конвейерные штреки подкро-вельного и подсеченного слоев.

Основные технико-экономические показатели предлагаемой системы разработки приведены в таблице.

Как видно из таблицы коэффициент извлечения при данной системе разработки по величине практически равен достигаемому при отработке пластов длинными столбами по простиранию. При этом издержки на добычу остаются весьма небольшими.

Краткие выводы

Вероятность возникновения эндогенных пожаров в описанной технологической схеме в значительной мере снижена по сравнению с другими вариантами систем разработки, тем не менее, она продолжает оставаться достаточно высокой, поэтому при ведении работ должны предусматриваться специальные противопожарные меры.

Результаты расчетов и оценки геомеханического состояния массивов показывают, что при применении широкозахватного комбайна в сочетании с БКПО возможно снижение величины опорного давления на краевую часть угольного пласта.

Применение технологической схемы с использованием широкозахватного комбайна снижает опорное давление на угольный пласт по сравнению с лавами, где используется узкозахватный комбайн, однако это достигается за счет увеличения

сопротивления крепи в рабочем пространстве широкозахватной очистной лавы.

Использование технологических схем отработки с применением крепи типа безразгрузочного комплекта передвижных опор (БКПО), как крепи в виде гидроопор высокого постоянного сопротивления позволяет снизить величину и уменьшить зону распространения опорного давления на угольный пласт по сравнению с лавами, использующими механизированные крепи нарастающего сопротивления.

Механизированная крепь для выемки мощных пологих и крутопадающих пластов с регулируемым выпуском угля на забойный конвейер, позволит обеспечить:

• отработку пластов мощностью 3 м и более одним слоем, а также в условиях, где слоевая технология неприемлема;

• отработку пластов с переменной мощностью и углами падения, текто-

1. Ялевский В. Д., Варфоломеев Е.Л. Технология отработки пологих пластов с помощью безразгрузочного комплекта передвижных опор (БКПО) // Уголь. - 2005. — № 2. — С.52 - 53.

2. Варфоломеев Е.Л., Гречишкин П. В. Длиннокамерная технология отработки пологих угольных пластов // Горный информационно-аналитический бюллетень. — М.: МГГУ. — 2008. — №7. — С. 286-290.

3. Варфоломеев Е.Л. Технология отработки мощных пологих пластов с помощью безразгрузочного комплекта передвижных

ническими нарушениями, труднооб-рушаемой кровлей и т.п.;

• извлечение оставленных ранее запасов угля в охранных целиках или в обрушенных пачках;

• снижение опасности самовозгорания угля в результате одноразовой выемки пласта;

• сокращение затрат на подготовку и отработку выемочных участков;

• регулируемый площадной выпуск угля межслоевой толщи, обеспечивающий полноту выпуска угля и снижение потерь;

• снижение затрат на добычу угля и высокие экономические показатели.

Работа выполнена по проекту программы фундаментальных исследований Отделения наук о Земле РАН №3 «Развитие научных основ эффективных, безопасных и экологически сбалансированных геотехнологий и средств выемки мощных угольных пластов и рудных залежей на основе исследований геодинамических процессов в недрах Земли»

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

опор (БКПО) // Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности: Труды VII международной научно-практической конференции - Кемерово: ННЦ ГП - ИГД им. A.A. Скочинского, ИУУ СО РАН, КузГТУ, ЗАО КВК «Экспо-Сибирь», 2005. - с. 149-153.

4. Клишин В. И. Разработка мощных пластов механизированными крепями с регулируемым выпуском угля / В.И. Клишин, Ю.С. Фокин, Д.И. Кокоулин, Б. Кубаныч-бек уулу. - Новосибирск: Наука, 2007. -135 с. ГГШ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Федорин Валерий Александрович — доктор технических наук, заведующий лабораторией Варфоломеев Евгений Леонидович — младший научный сотрудник Кассина Ольга Владимировна — ведущий технолог Институт угля СО РАН, [email protected]