Показатели эффективности разработки угольных пластов длинными лавами и камерно-столбовой системой Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

------------------------------------- © Н.И. Абрамкин, В.К. Сидорчук

2006

УДК 622.272

Н.И. Абрамкин, В.К. Сидорчук

ПОКАЗАТЕЛИ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ ДЛИННЫМИ ЛАВАМИ И КАМЕРНО-СТОЛБОВОЙ СИСТЕМОЙ

Семинар № 15

ТЪ последнее десятилетие, в связи

Л.} с начавшейся реструктуризацией угольной отрасли и значительным ростом цен на механизированные комплексы, на шахтах РФ наметилась устойчивая тенденция расширения области применения короткозабойных технологий, которые тре-буют значительно меньших капитальных и эксплуатационных затрат, связанных с приобретением оборудования, подготовкой очистного фронта и развитием инфраструктуры шахты.

Известно, что в благоприятных условиях залегания пластов и при механизации процессов крепления кров-ли коэффициент извлечения угля может достигать 0,9-0,95 обеспечивая высокую конкурентоспособность короткозабойных технологий при сравнении с традиционными технология-ми добычи длинными комплексно-ме-ханизированными лавами. При ран-жировании требований к той или иной технологии разработки угольного месторождения в современных условиях доминирующим требованием является обеспечение минимальной ресурсоемкости, что позволяет при ограниченных инвестициях в условиях форсированного сокращения производственных мощностей производить выемку угля с достаточно высокой эффективностью.

Для достижения резкого повышения производительности труда по шахте не-

обходимо создать и внедрить новую технологию подземной добычи угля, которая должна характеризоваться, прежде всего, очень большим увеличением нагрузки, на забой при обязательном уменьшении количества забойных рабочих или, еще лучше, полным выводом их из забоя; значительным сокращением числа забоев в шахте, т.е. большой концентрацией горных работ, и уменьшением за счет этого количества вспомогательных рабочих.

В угольной промышленности понятие концентрации работ слагается из двух основных элементов: концентрации производства и концентрации горных работ [1].

Определить показатель уровня концентрации горных работ Кг р можно следующим образом:

1000 Поз

, (1)

К

г. р.

А

где По - общее количество очистных

забоев в шахте; А - среднесуточная добыча шахты, т

Концентрация горных работ в шахте

- понятие, определяющее степень сосредоточения горных работ в шахтном поле. Основным фактором, определяющим уровень концентрации горных работ, является общее число очистных забоев в шахте, обеспечивающих её производственную мощность. С уменьшением об-

щего числа очистных забоев или удельного её показателя (общего числа очистных забоев на 1000 т суточной добычи шахты) сокращается число одновременно отрабатываемых панелей, блоков, пластов и горизонтов. Это, в свою очередь, приводит к снижению удельной протяженности горных выработок в шахте. Таким образом, принят показатель уровня концентрации работ (выраженный отношением общего числа очистных забоев к 1000 т суточной мощности шахты) прямо связан с протяженностью горных выработок.

С повышением уровня концентрации горных работ уменьшаются удель-ные капитальные затраты и величина основных фондов по горным работам, сокращаются затраты труда и средств на поддержание горных выработок и в некоторой степени на транспорт, что приводит в конечном итоге к снижению величины затрат труда и расходов по этим видам работ (в себестоимости угля и приведенных затратах).

Повышение уровня концентрации горных работ приводит к снижению основных фондов, эксплуатационных расходов и повышению производи-

тельности труда, а следовательно, к снижению себестоимости угля, приведенных затрат, повышению экономической эффективности производства.

В качестве показателя интенсификации горных работ Игр принимается величина отрабатываемой площади пластов в среднем за час (сутки), приходящейся на один действующий очистной забой.

Выражение для определения Иг р имеет следующий вид :

А

И,р = —-------------------------------, (2)

24 П Д .О.З ' т 'У

где ПдОЗ - число действующих очистных забоев; т - средняя вынимаемая мощность пласта, м; у - объёмная

масса угля, т/м3

Таким образом, интенсификация и концентрация горных работ являются главными условиями резкого повышения производительности труда рабочего на шахте. К этому и следует стремиться при изыскании новой технологии подземной добычи угля.

При сравнении вариантов технологических схем шахт или технологии ведения очистных работ для одинаковых горно-геологических условий интенсификацию горных работ можно оценить скоростью подвигания очистных забоев или, при разных длинах очистных забоев, средней величиной добываемого угля из очистного забоя в сутки.

Значительное снижение числа очистных забоев, обеспечивающих производственную мощность шахты, т.е. повышение уровня концентрации горных работ, возможно только на базе роста нагрузки на очистные забои. Поэтому нагрузка на очистной забой является основным определяющим фактором, обеспечивающим образом, улучшение тех-нико-экономи-ческих показателей шахты.

Для расчета нагрузки на очистной забой воспользуемся формулой

А = утЬс, (3)

где у - объёмный вес угля в массиве,

т/м3; т - мощность пласта, м; I -длина (ширина) забоя, м; V - скорость подвигания очистной линии забоя, м/смену; с - коэффициент извлечения угля.

При увеличении какого-либо из сомножителей в несколько раз во столько же возрастет и нагрузка на забой. Очевидно, для повышения производитель-

ности труда по шахте необходимо увеличить длину очистного забоя и скорость выемки угольного пласта, так как остальные сомножители, входящие в правую часть равенства, практически остаются постоянными.

Ряд исследователей считает, что наибольшее влияние на снижение трудоемкости работ по шахте оказывает длина очистного забоя. При этом доказывают, что влияние длины забоя и скорости его подвигания на трудоёмкость работ находится в соответствии 2:1. Следовательно, влияние фак-тора длины забоя в два раза более значительное, оговариваясь, что это соотношение относится к существующей технологии подземной угледобычи.

Однако на основе значительного числа проведенных исследований авторы пришли к выводу, что следует придерживаться другой точки зрения, а именно, что основную роль в снижении трудоемкости работ играет не длина забоя, а скорость его подвигания.

Системы разработки с длинными забоями у нас в стране и за рубежом применяются давно. Опыт работы шахт этих стран показывает, что скорости подвигания очистных забоев и их длины медленно, но все же росли. При этом рост этих скоростей по сравнению с ростом длины забоев был более значительным и оказывал более существенное влияние на снижение трудоёмкости работ.

Что касается систем разработки с короткими забоя-

Рис. 1. Оборудование очистного забоя при камерно-столбовой системе разработки угольного пласта: 1 - широкозахватный выемочный комбайн; 2 - самоходный вагон; 3 - механизированная крепь на гусеничном ходу

ми, то при их при-менении скорости подвигания очистных забоев достигают очень больших величин - 100 м в смену; ширина же забоев практически не изменяется. Итак, при системах разработки с длинными и короткими забоями наибольшее влияние на увеличение нагрузки на забой и снижение трудоемкости работ оказывает скорость подвигания очистного забоя.

Для достижения таких скоростей отработки очистного забоя при выемке угля длиной лавой он должен быть оборудован высокопроизводительным механизированным комплексом типа КМК 700/800. Комплекс состоит из механизированной крепи КМ 700/800, комбайна типа 2ГШ68Б, РКУ13, К10ПМ или 1УШЭУ с БСП типа РКД или 2УКПК, забойного конвейера типа СПЦ271, "Анжера-26" или "Анжера-30", крепей сопряжения, тракового кабелеукладчика КЦ.

При выемке угля короткими очистными забоями они должны быть оборудованы следующими средствами механизации: выемочный комбайн, средства транспортировки горной массы (1,2 самоходных вагона), бункер-

перегружатель, установка для анкерова-ния кровли и 2-3 механизированных крепи. На рис. 1 показана наиболее перспективная технологическая схема вы-

емки угольных пластов камерно-столбовой системой с использованием высокопроизводительного мобильного оборудования.

На рис. 2, 3, 4 показаны перспективные выемочные комбайны, средства транспортировки угля и механизированные крепи для поддержания кровли при выемке угольных пластов различными системами разработки, а в табл. 1 даны сравнительные показатели по металлоёмкости используемого основного оборудования для каждой из этих систем разработки. Данные взяты из предположения, что длина лавы и длина короткого очистного забоя (камерно-столбовая система) составляют 100 м.

Следует отметить, что максимальная скорость подачи очистного комбайна 1КШЭУ составляет VoЧ=5,2 м/мин и при ширине захвата Ь = 0,6З м обеспечивает производительность до Q = 7,2 т/мин, тогда как широкозахватный комбайн 12СМ18Ч - 10В может производить выемку угля со скоростью до V ш = 19,8 м/мин и при ширине захвата Ьш = 3,3 м обеспечивает производительность Qш = 25 т/мин.

Как видно из показателей таблицы масса механизированного комплекса почти 9 раз превышает массу механизированного оборудования для короткого очистного забоя, соответственно на капитальные затраты на приобретение оборудования и амортизационные отчисления. Кроме того, большее количество единиц оборудования, гидравлических сетей, соединительных элементов и элементов разводки снижают надежность механизированных комплексов работающих в длинных лавах. Большое число оборудования, используемого в длинных лавах требует также проведения специальной выработке (монтажной камеры) для его сборки, что существен-

но сказывается на сроках ввода в действие лавы. Кроме того, после отработки участка необходимо демонтировать оборудование и доставить его на новый участок.

На основе полученных данных можно сделать вывод, что:

- производительность труда рабочих по шахте при системах разработки с короткими забоями значительно выше, чем при системах разработки с длинными забоями;

- производительность труда рабочих по шахте при системах разработки с короткими забоями непрерывно растет, а при системах с длинными забоями почти не изменяется.

Для подтверждения эффективности систем разработки с короткими забоями еще более убедительными являются показатели производительности труда рабочих по участку на выход. Не менее важно сравнить рассматриваемые системы разработки и по количеству рабочих, занятых на обслуживании машин и механизмов, работающих в очистных забоях. В соответствии с существующим в настоящее время режимом работы шахт принят четырехсменный режим работы добычных участков: три шестичасовые смены по добыче угля и одна ремонтная. Все работы на участках выполняет суточная комплексная бригада, в состав которой входят рабочие различных профессий.

В табл. 2. приведены данные по численности рабочих, занятых в очистных забоях длинной лавы и короткого очистного забоя.

Данные таблицы показывают, что численность обслуживающего персонала в очистном забое длинной лавы в два раза превышает численность горнорабочих короткого очистного забоя.

Рис. 2. Выемочные комбайны 12СМ 18-10в и РКУ13

Рис. 3. Транспортные средства доставки угля

Рис .4. Механизированные крепи ЛБ8Ь на гусеничном ходу и КМ 700/800

Применение систем разработки с ко- нию с системами с длинными забоями при

роткими забоями позволяет обеспечить применении их в одних и тех же горно-

более высокие показатели по производи- геологических условиях и при одинако-

тельности труда и более низкую себе- вом уровне механизации выемочных ра-

стоимость добываемого угля по сравне- бот.

Таблица 1

Сравнительные характеристики оборудования

Оборудование Система разработки

Длинная лава Камерно-столбовая

Тип Масса, т Тип Масса, т

Комбайн Очистной комбайн РКУ13 37,5 Широкозахватный комбайн 12СМ 18-10в 54,0

Средство транс- Скребковый кон- 150, 10SC 32B-4 19

портировки горной массы вейер С1Щ 271 Самоходный вагон (2 шт.) (38)

Крепь Механизированная 13,5 (1с) ABSL 21х2

крепь КМ 700/800 945,0 (70 с) Гусеничная крепь (2 шт.) (42)

Итого 1142,5 134,0

Таблица 2

Сравнение численности рабочих

Система разработки

Профессия Длинная лава Короткий очистной забой

Число рабочих Число рабочих

I II III IV I I II III IV I

Машинист горных

выемочных машин 1 1 1 1 4 1 1 1 1 4

Горнорабочий очи-

стного забоя 15 10 10 10 45 5 3 3 3 14

Электрослесарь или

механик 10 1 1 1 13 2 1 1 1 6

Машинист подзем-

ных машин и уста-

новок, ГРП 6 2 2 2 12 4 3 3 3 13

Всего: 32 14 14 14 74 12 8 8 8 36

Короткие очистные забои, как правило, ограждены со стороны обрушенных пород целиками угля, которые частично погашаются обратным ходом или же полностью теряются в выработанном пространстве. В результате этого потери угля при системах с короткими забоями составляют 40-50 % вместо обычных 15-20 % при системах разработки с длинными забоями. Назначение целиков состоит в том, чтобы воспринимать давление вышележащих горных пород, облегчая или полностью устраняя его проявление в очистном забое.

Это преимущество, прежде всего, выражается в резком снижении трудоемкости или полном устранении работ по креплению и управлению кровлей в очистном забое, что обеспечивается благодаря возможности ведения работ без крепи или с применением в коротком забое анкерной крепи.

Естественно, что задачу резкого повышения производительности труда целесообразно решать одновременно с выводом людей из забоя. В принципе такое решение вполне возможно. Выяснены пути и средства решения этой задачи

как для систем разработки с длинными забоями (например, при применении агрегатов), так и с короткими забоями (например, при работе без крепления забоев или с применением агрегатов) -безлюдная выемка угля за счет поддержания кровли целиками (иногда за счет плавного опускания), ликвидации крепи и применения дистанционного управления выемочными и доставочными машинами.

Используя расчетную формулу (4) при условии, что на шахте со сменной производительностью А действуют к очистных забоев со сменной нагрузкой ак на каждом и занято, п рабочих, из которых 30 % по забою и 70 % вспомогательных (соотношение рабочих в группах взято условно), производительность труда рабочего по добыче угля в данных условиях составит

р = і =

ак

- (4)

п 0.3 • п + 0.7 • п

Чтобы повысить производительность труда, необходимо уменьшить численность рабочих. Для этого предлагается вывести людей из очистных забоев, предполагая, что в этих условиях будет достигнут резкий рост производительности труда рабочего в целом по шахте. Сменная производительность труда рабочего по шахте, при прочих равных условиях составит

ак

0 + 0.7 • п

= 1.43Р

(5)

то есть увеличится по сравнению с первым случаем на 43 %.

Системы разработки короткими забоями с мобильными средствами механизации обладают следующими преимуществами:

- возможностью использования однотипного оборудования на подготовительных и очистных работах;

- минимальными объёмами непроизводительных подготовительных, нарезных и вспомогательных работ;

- высокими нагрузками на очистной забой за счет применения высокопроизводительного оборудования;

- достаточно высокой производительностью труда рабочих и минимальной трудоемкостью крепления и управления кровлей;

- возможностью концентрации очистных работ на одном участке, облегчающей управление производственным процессом;

- высокой мобильностью оборудования и приспосабливаемостью к изменению горно-геологических условий, позволяющими эффективно обрабатывать целики угля любой кон-фигурации и размеров;

- минимальными затратами времени на перегон оборудования из забоя в забой без монтажно-демонтажных работ;

- сокращением общих эксплуатационных потерь угля на шахте за счёт отработки запасов на локальных участках;

- небольшими капитальными затратами и производственными издержками;

- широкими возможностями применения систем дистанционного и радиоуправления, а также осуществления автоматизированного управления оборудованием без присутствия людей в забое;

- увеличением срока службы угольных предприятий за счет вовлечения в отработку угольных запасов ранее списанных с баланса шахт из-за невозможности их выемки.

В итоге условия резкого повышения производительности труда при системах с короткими забоями и радикального улучшения условий работы на угольных

шахтах России могут быть ориентировочно сформулированы следующим образом:

- интенсификация очистных работ, т.е. достижение больших нагрузок на забой; интенсивная работа очистных забоев должна обеспечиваться за счет увеличения скоростей их подвигания при использовании мощных и высокопроизводительных выемочных и доста-вочных машин;

1. Бурчаков А. С., Гринько Н.К., Ковальчук А.Б. Технология подземной разработки пластовых месторождений полезных ископаемых. М.: Недра,1978.-536 с.

2. Сидорчук В.К., Абрамкин Н.И. Перспективная концепция комплексного использова-

- уменьшение числа вспомогательных рабочих за счет максимальной концентрации горных работ, возможной при резком росте нагрузки на забои; при этом все процессы транспортирования под землей и на поверхности, а также все другие вспомогательные работы должны быть комплексно механизированы и авто-матизированы.

--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ния недр при разработке угольных месторождений Подмосковного бассейна. Сборник научных трудов Новомосковского филиала Университета Российской академии образования НФ УРАО, 2005-ТЗ-Ч1,С.37.

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

Абрамкин Н.И., Сидорчук В.К - Московский государственный горный университет.

------------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ

ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ

Автор Название работы Специальность Ученая степень

УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

РЫЛОВА Анна Павловна Повышение эффективности организационной культуры внешнеэкономической службы промышленного предприятия 08.00.05 к.э.н.

ШИГАБУТДИ- НОВ Радик Шафкатович Разработка стратегии снижения издержек на металлопродукцию 08.00.05 к.э.н.