CC BY
134
УДК 622.27
УСЛОВИЯ РЕГЛАМЕНТИРУЮЩИЕ БЕЗЛЮДНУЮ ТЕХНОЛОГИЮ РАЗРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПЛЕКСА ГЛУБОКОЙ РАЗРАБОТКИ ПЛАСТОВ
THE CONDITIONS REGULATING THE MANLESS COAL SEAM DEVELOPMENT TECHNOLOGY USING DEEP
SEAM DEVELOPMENT COMPLEX
В. А. Федорин [email protected]
В. А. Федорин - доктор технических наук, заведующий лабораторией эффективных технологий разработки угольных месторождений, ИУ ФИЦ УУХ СО РАН
В. Я. Шахматов - кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, ИУ ФИЦ УУХ СО РАН
А. Ю. Михайлов - ведущий технолог, ИУ ФИЦ УУХ СО РАН
Е. Л. Варфоломеев - научный сотрудник, ИУ ФИЦ УУХ СО РАН
V. A. Fedorin - doctor of technical sciences, laboratory head of RAS Siberian Branch Federal Research Center for Coal and Coalchemistry, Kemerovo, Russia
V. Ya. Shakhmatov - candidate of technical sciences, leasing researcher of RAS Siberian Branch Federal Research Center for Coal and Coalchemistry, Kemerovo, Russia
A. Yu. Mikhailov - leading technologist of RAS Siberian Branch Federal Research Center for Coal and Coalchemistry, Kemerovo, Russia
Ye. L. Varfolomeiev - scientific researcher of RAS Siberian Branch Federal Research Center for Coal and Coalchemistry, Kemerovo, Russia
Анализ практического опыта ведения открытых и подземных горных работ показывает высокую степень опасности для обслуживающего персонала на рабочих местах по добыче угля, причиной чему является множество воздействующих факторов, не исключая и «человеческий», а также сложные горно-геологические условия.
В рамках проекта РФФИ № 16-47-420490 рассматривается безлюдная геотехнология "Highwall" (комплекс глубокой разработки пластов - КГРП) как промежуточный ярус открыто-подземного способа разработки угольных пластов. Для безопасного ведения горных работ с использованием КГРП сформулированы основные условия, регламентирующие технологию добычи угля без присутствия людей в очистном забое, которые вошли в «Проект технологического регламента добычи угля комплексом глубокой разработки пластов».
Важным результатом данной работы является повышение уровня безопасности ведения горных работ по добыче угля открыто подземным способом по безлюдной технологии, т.е. при отсутствии рабочих в забое.
Установлено, что технологический процесс по добыче угля без присутствия рабочего персонала является безопасным относительно традиционного. Следовательно, производительность и объемы добываемого полезного ископаемого ограничены только техническими характеристиками комплекса, административно-организационными вопросами и горно-геологическими условиями.
Analysis of practical experience in conducting open and underground mining shows a high degree of danger to staff at the workplace in coal mining, the cause of which is a set of influencing factors, not excluding the "human" one, and also challenging geological conditions.
Within the frames of RFFI project No. 16-47-420490 manless geo-technology "Highwall" (a complex of deep seam development - KGRP) is considered as an intermediate level of open-underground method of coal seams mining. For safe mining using KGRP main conditions regulating coal mining technology without men present at a coal face are formulated and included into "Project of technological regulations of coal mining with deep seam development complex".
An important result of this work is to improve the safety of mining operations in coal mining by open and underground methods using manless technology, i.e. with no workers at the mine coal face.
It was established that the technological process of coal mining without the presence of operating personnel is safe with respect to the traditional one. Consequently, the productivity
В. Я. Шахматов ShakhmatovVY@
А. Ю. Михайлов [email protected]
83
and the volumes of extracted minerals are limited only by the technical characteristics of the complex, administrative and organizational issues and geological conditions.
Ключевые слова: КОМПЛЕКС ГЛУБОКОЙ РАЗРАБОТКИ ПЛАСТОВ (КГРП), РЕГЛАМЕНТ, УСЛОВИЯ, ТРЕБОВАНИЯ, БЕЗОПАСНОСТЬ, УГОЛЬНЫЙ ПЛАСТ, БЕЗЛЮДНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
Key words: COMPLEX OF DEEP SEAM DEVELOPMENT (KGRP), REGULATION, CONDITIONS, DEMANDS, SAFETY, COAL SEAM, MANLESS TECHNOLOGY
Добыча угля, как известно, осуществляется открытым и подземным способами. Вместе с тем, оба способа имеют существенные недостатки. Более ный и безопасный открытый способ наносит весьма заметный ущерб экологии, выражающийся в нарушении поверхности земли, выбросе в больших объемов вредных веществ в атмосферу вследствие взрывных работ, в использовании автосамосвалов, бульдозеров и д.р. Подземный способ является более трудоемким и опасным, чем открытый, который также наносит ущерб окружающей природе.
На основании вышеизложенного, специалисты подземных горных работ заинтересованы идеей подземного способа добычи угля без присутствия людей под землей или, как минимум, без присутствия людей в забое. Примером этого служит технология добычи угля - комплексом глубокой разработки пластов (КГРП), где весь обслуживающий персонал во время работы комплекса находится на поверхности (рис.1).
КГРП является полностью автономной, мобильной, высокопроизводительной и экономичной угледобывающей системой, позволяющей осуществлять полностью механизированную подземную разработку угольных пластов [1].
Развитие технологии безлюдной угледобычи с применением комплексов КГРП началось с 1977 года созданием комплексов прибортовой добычи угля. Наиболее известным комплексом, представленным в то время, стал комплекс The Thin Seam Miner - разработчик тонких пластов (РТП) голландской фирмы «Dieseko», появившейся в 1979 г. Комплекс был разработан
группой инженеров из Южной Африки, Европы, США, изготовлен в Голландии судостроительным концерном «Dieseko» и отправлен для сборки в США. Комплекс The Thin Seam Miner был разработан на основе концепции «бурение-извлечение». В настоящее время первоначальная конструкция комплекса The Thin Seam Miner претерпела серьезные изменения, постоянно модифицировалась и продолжает модифицироваться исходя из наработанного опыта. Наиболее важными модификациями является применение автоматической системы навигации режущего органа и возможность управления режущим модулем в горизонтальной плоскости. На всех последних комплексах внешнее освещение, включая прожекторы, - светодиодное. Интерес к данной технологии от клиентов из Южной Африки, Китая, России и Австралии теперь выше, чем когда-либо. После приобретения бизнеса компанией «Caterpillar» комплексы были модифицированы в соответствии с местными стандартами других стран 2].
В США находится 76 комплексов, из них 60 комплексов в рабочем состоянии, тринадцать стали «донорами» запасных частей для находящихся в работе, два комплекса были засыпаны обрушением борта, один комплекс утоплен.
Оставшиеся семь комплексов были поставлены за рубеж, из них четыре комплекса находятся в работе.
• В Россию - четыре комплекса SHM-№28,29,34,56, из которых 3 шт в работе под брендом «КГРП».
• В Индию - два комплекса Buсyrus -SHM-№ 69, 74 из них №69 успешно работает, а №74
Рисунок 1 - Комплекс глубокой разработки пластов (КГРП)
^^ А научно-технический журнал № 4-2016
о4 вестник
планируется запустить в работу в 2016 году.
• В Индонезию - один комплекс Terex -SHM №62. К сожалению, этот комплекс был потерян при сходе грязевого потока с борта разреза в период сильных муссонных дождей и восстановлению не подлежит.
Общий объем добычи угля с применением комплексов КГРП в США составляет более 30 млн. т/год.
Все комплексы, находящиеся в США, работают в разных режимах и добывают от 10 до 60 тыс. т/мес., большое количество комплексов простаивает или работает неритмично по причине несвоевременной подготовки фронта для добычных работ. Самый производительный комплекс №73 в среднем добывает порядка 600 тыс. т/год, работая низкопрофильным рабочим модулем на горизонтальном пласте мощностью 1,2 м при глубине отработки в 300 м. В Россию поставлены комплексы с рабочим модулем 14СМ14 с высотой раскрытия до 3,2 м, комплексы работают с производительностью 30 тыс. т/ мес. на углах падения пластов до 25 градусов при глубине отработки 70-300 м [3].
Разработанная в Институте угля Федерального исследовательского центра угля и углехимии СО РАН (Институт угля) концепция объединения открытых и подземных горных работ с использованием общей производственной инфраструктуры на строящихся и действующих угольных разрезах определяет современную тенденцию освоения угольных месторождений Кузбасса открыто-подземным (комбинированным) способом.
Использование в приконтурной зоне угольного разреза - КГРП (геотехнология "Highwall") как эффективной технологии переходного звена в комбинированном способе разработки пластовых месторождений расширяет возможности
безопасной работы открыто-подземным способом по безлюдной технологии.
Технология Highwall является разновидностью подземной камерно-столбовой системы разработки (Shortwall), требующей подготовленного фронта работ в виде пласта в борту открытой горной выработки. Глубокая разработка пластов может рассматриваться и как дополнение к открытому способу добычи. Фактически открытые горные работы являются средством, обеспечивающим доступ к угольным пластам техники, осуществляющей подземную добычу [4].
Глубокое «выбуривание» пластов позволяет скомбинировать наземные и подземные разработки, что приводит к максимальному увеличению объемов и эффективности.
Высокий уровень извлечения запасов достигается за счет отработки пласта камерами прямоугольного сечения длиной до 300 м , высотой до 4,8 м и шириной до 3,5 м. Основные эксплуатационные потери образуются за счет межкамерных целиков шириной 1-1,8 м, которые служат для удержания вышележащей толщи вскрышных пород от обрушений и завалов.
Быстрая окупаемость и надежность вложений обеспечивается за счет использования минимального комплекта надежного высокопроизводительного оборудования, не требующего значительных вложений в развитие инфраструктуры. Практически отсутствует необходимость строительства капитальных сооружений; обеспечивается минимальная потребность в электроснабжении и организации ремонтно-складского хозяйства. Небольшая численность персонала позволяет при необходимости организовать работу вахтовым методом и минимизировать социальные проблемы [5].
Безопасность работы обеспечена отсутствием рабочих в забое, отбойкой угля без взры-
Рисунок 2 - Схема отработки пластов угля КГРП вскрытых траншеями: 1 - открытые работы; 2 - траншея; 3 - целик между открытыми и подземными работами; 4 - подземные работы; 5 - направление выемки угля
научно-технический журнал № 4-2016 ^^ Р™
вестник о5
вания, системой высоконадежных подземных электросистем, низкой скоростью вращения исполнительного барабана.
Отвечая на вопросы проектировщиков Спб-Гипрошахт, по результатам работы КГРП на угольном разрезе «Распадский» были сформулированы ряд предложений, которые в дальнейшем вошли в «Проект технологического регламента добычи КГРП», разработанный в Институте угля.
Для расширения области использования КГРП был разработан способ открыто-подземной добычи угля (рис.2.). Способ включает предварительную подготовку фронта очистных работ путем вскрытия пласта траншеями, сооружение рабочей площадки на уровне почвы разрабатываемого пласта, монтаж на рабочей площадке КГРП, выемку угля путем проведения параллельных выработок прямоугольного сечения, выдачу отбитого угля по выработке на рабочую площадку 6].
Строительство траншей требует наличия проектной документации, обеспечивающей безопасность работ, соответствия углов откосов и другие требования ПБ.
Для безопасного ведения горных работ с использованием КГРП были сформулированы основные условия, регламентирующие технологию добычи угля без присутствия людей в очистном забое, которые вошли в «Проект технологического регламента добычи угля комплексом глубокой разработки пластов», подготовленный в Институте угля.
Основные положения технологического регламента добычи угля КГРП
Рабочая зона уступа (борта) при отработке пласта угля КГРП должна быть приведена в безопасное состояние. Уступ (борт) должен находиться в устойчивом состоянии. Все нависающие выступы (карнизы) и рыхлый грунт должны быть удалены с уступа (борта).
Отвалы должны находиться на безопасном расстоянии от места выемки угля для предотвращения скатывания породы и создания опасных условий.
В случае обвала начальник участка или его помощник должны провести проверку зоны на опасность дополнительных обвалов. Запрещается ведение каких-либо работ в этой зоне до окончания проверки и объявления зоны безопасной.
В случае проникновения добычной выработки в оставленную или отработанную подземную выработку работы по выемке угля должны
быть прекращены.
Запрещено находиться персоналу между откосом уступа и рабочим органом, кроме работников производящих работы во время ремонта.
Перед началом добычных работ поверхность уступа на расстоянии 30 м с обеих сторон от намечаемого устья рабочей камеры должна быть осмотрена машинистом КГРП или начальником участка. Запрещается производить какую-либо работу под козырьками и нависями на откосе уступа.
Горные работы под высокими уступами необходимо проводить с соблюдением мер безопасности по специально разработанным мероприятиям безопасного ведения работ под высокими уступами и уступами в зонах тектонической нарушенности.
При разработке мероприятий для рассматриваемых условий рекомендуется использовать следующие организационные и технические меры безопасности, предотвращающие возникновение аварийных ситуаций от возможного падения (осыпания) кусков пород с откосов высоких уступов и деформирования отдельных уступов или борта траншеи в целом:
1. Ведение работ под высокими уступами или в зонах тектонических нарушений допускается после комиссионной сдачи забоя в эксплуатацию, оформляемой актом с участием зам. главного инженера по промышленной безопасности или его заместителя, представителей производственной, технологической, маркшейдерской и геологической служб предприятия, начальника горного участка или, в случае его отсутствия, лица его замещающего.
2. Все работы под высокими уступами производятся согласно утвержденного главным инженером паспорта по выданному начальником горного участка (зам. начальника участка) наряду.
3. При работе экскаватора вблизи откоса высокого уступа или уступа ослабленного тектоническим нарушением необходимо предусматривать следующие меры безопасности: расстояние от нижней бровки уступа до оси хода экскаватора не должно быть менее 8 м; опоры линии электропередачи должны быть размещены от нижней бровки уступа на расстоянии не менее 8 м. При невозможности этого данное электрооборудование должно быть защищено ограждающим валом.
4. Для безопасной эксплуатации автотранспорта при размещении транспортной бермы под высоким уступом необходимо предусмотреть следующие меры: при въезде в забой
под высоким уступом устанавливаются аншлаги «Опасная зона»; место ожидания погрузки и место погрузки необходимо располагать на расстоянии от нижней бровки уступа не менее 9 м и обозначать соответствующими аншлагами; край автодороги со стороны высокого уступа должен располагаться на расстоянии не менее 5 м от нижней бровки уступа и ограждаться ориентирующим валом высотой не менее 1 м, дренажной канавой; водители автотранспорта, обслуживающие забой под высоким уступом, должны быть проинструктированы безопасным условиям труда под роспись.
5. Нахождение людей, горно-транспортного или другого оборудования между нижней бровкой уступа и ограждающим сооружением запрещено, кроме производства работ по уборке осыпей бульдозером, которые должны проводиться только в светлое время суток в присутствии лиц технического надзора.
6. Состояние высоких уступов, сложенных из нарушенных тектоникой или подземными работами пород, должны контролироваться проведением постоянных визуальных, а в случае деформирования откосов маркшейдерских инструментальных наблюдений.
Визуальное обследование откосов уступов и берм производится не реже: горным мастером - раз в смену; начальником горного участка - раз в сутки; участковым маркшейдером - раз в месяц; главным маркшейдером, главным геологом и главным технологом - раз в месяц.
Инструментальные маркшейдерские наблюдения за состоянием деформируемых уступов организуются по специально разработанному проекту, утвержденному техническим директором.
7. ИТР и рабочие должны быть ознакомлены под роспись с мероприятиями по организации безопасной работы под высокими уступами.
Для обеспечения устойчивости бортов и уступов необходимо выполнять рекомендации СФ ВНИМИ и технико-технологические решения рабочего проекта.
Отработка пластов КГРП сопровождается наблюдением за поверхностью с целью обеспечить оперативный прогноз неустойчивого состояния массива (оползневые явления, разрушения целиков вблизи фронта очистных работ, просадка массива) и установить (развить представления, скорректировать известные решения) закономерности поведения массива в зависимости от геологических условий и параметров системы отработки пласта.
Кроме наблюдений, на поверхности про-
изводятся визуальные и инструментальные наблюдения за состоянием камер и целиков: насколько возможно, фиксируются обрушения кровли камер (ориентировочное место, высота обрушений, время); по реперам, установленным вблизи кровли и почвы целиков, определяются их относительные деформации (первая серия отчетов снимается до начала ведения горных работ).
На поверхности, в районе разработки мощных пластов КГРП, где прогнозируются разрушения целиков и обрушения кровли камер, должна быть определена опасная зона, вокруг которой устраиваются ограждения и вывешиваются знаки и объявления, предупреждающие об опасности.
Устья горизонтальных и наклонных отработанных камер должны быть засыпаны инертным негорючим материалом на 30 см выше кровли камеры.
Ликвидированные горные выработки должны быть своевременно отражены на планах горных работ.
На заметных местах у входов в зоны, где были прекращены работы КГРП, должны быть установлены предупреждающие знаки.
Перегон КГРП должен осуществляться по трассе, расположенной вне призмы обрушения с уклонами, не превышающими допустимые по техническому паспорту и имеющими ширину, достаточную для маневров. Перегон должен производиться машинистом по сигналам специально назначенного лица, при этом должна быть обеспечена постоянная видимость между ними. Работники должны находиться на безопасном расстоянии от КГРП во время ее движения. Во время движения КГРП в кабине, кроме машиниста, кому-либо находиться запрещено.
КГРП следует расположить на твердом выровненном основании с уклоном, не превышающем допустимого техническим паспортом. Расстояние между откосом уступа и щитом ограждения комплекса устанавливается паспортом забоя в зависимости от горно-геологических условий, но в любом случае не должно быть не менее 1 м .
В случае угрозы обрушения или оползания уступа во время работы машинист КГРП обязан прекратить работы по выемке угля, вывести рабочий орган из выработки, отвести комплекс в безопасное место, поставить в известность лицо горного надзора. Для вывода комплекса из забоя необходимо всегда иметь свободный проход.
Запрещается входить в камеру (выработку КГРП). Незасыпанные устья отработанных
камер должны быть ограждены и обозначены предупреждающими плакатами.
Перед тем как остановить КГРП на длительный период времени, необходимо вывести рабочий орган из выработки.
Перед запуском комплекса в работу машинист комплекса должен убедиться, что персонал расположен в безопасном месте, и каждый знает
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
о том, что машина запускается.
Кроме технологического регламента, все работы при эксплуатации КГРП должны производиться в строгом соответствии со «Временными требованиями безопасности при отработке угольных месторождений комплексом глубокой разработки пластов». М., Кемерово 2003. (утв. Госгортехнадзором РФ 10.02.2004 г.).
1. Федорин В.А., Варфоломеев Е.Л., Борисов И.Л. Внедрение и развитие современной высокопроизводительной технологии извлечения угля без присутствия людей в подземных выработках для условий Терсинского геолого-экономического района // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов : сб.науч. статей / Сиб. гос. индустр. ун-т; под общей ред. В.Н. Фрянова. Новокузнецк, 2014. С. 35-39.
2. Нецветаев А.Г., Григорян А.А., Пружина Д.И. Развитие технологии безлюдной угледобычи с применением комплексов КГРП // Горная Промышленность. 2015 № 4, С. 87-93.
3. Нецветаев А.Г., Григорян А.А., Пружина Д.И. Безлюдная добыча угля с применением КГРП в Кузбассе // Горное дело. 2016. № 3. URL: http://www.gomoe-delo.ru/jgd/ (дата обращения: 07.10.2016).
4. Федорин В.А., Шахматов В.Я., Михайлов А.Ю. Технологический комплекс открыто-подземного способа разработки угольных месторождений Кузбасса // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов: Материалы международной научно-практической конференции: сб. науч. статей / Сиб. гос. индустр. ун-т; под общей ред. В.Н. Фрянова. Новокуз-нецк: Изд. центр СибГИУ, 2012. С. 20-26.
5. Федорин В.А., Шахматов В.Я., Михайлов А.Ю. Инновационные аспекты безлюдной технологии разработки угольных пластов Кузбасса // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов : сб.науч. статей / Сиб. гос. индустр. ун-т; под общей ред. В.Н. Фрянова. Новокузнецк, 2014. С. 29-35.
6. Ялевский В.Д., Федорин В.А., Анферов Б.А., Варфоломеев Е.Л., Кассина О.В. Патент РФ № 2285121. Способ открыто-подземной разработки свиты пологих угольных пластов. Опубликовано 10.10.2006. Бюл. № 28.
7. Временные требования безопасности при отработке угольных месторождений комплексом глубокой разработки пластов: утв. Госгортехнадзором РФ 10.02.2004 г. Кемерово 2003. 15 с.
REFERENCES
1. Fedorin, V.A., Varfolomeev, Ye.L., & Borisov, I.L. (2014). Vnedreniie i razvitiie sovremennoi vysokoproizvoditelnoi tekhnologii izvlecheniia uglia bez prisutstviia liudei v podzemnykh vyrabotkakh dlia uslovii Tersinskogo geologo-ekonomicheskogo raiona [Introduction and development of modern manless high productive coal extraction technology for conditions of Ters geological economical district]. Naukoiomkie tekhnologii razrabotki I ispolzovaniia mineralnykh resursov - High technologies of mineral resources development and use: research article collection/ Siberian State Industrial University, edited by V.N. Frianov. Novokuznetsk, pp 35-39 [in Russian].
2. Netsvetaev, A.G., Grigorian, A.A., & Pruzhina, D.I. (2015). Razvitiie tekhnologii bezliudnoi ugledobychi s primeneniiem kompleksov KGRP [Development of manless coal extraction technology using KGRP complexes]. Gornaia Promyshlennost - Mining industry, 4, 87-93 [in Russian].
3. Netsvetaeva, A.G.,Grigorian, A.A., & Pruzhina, D.I. (2016). Bezliudnaia dobycha uglia s primeneniiem KGRP v Kuzbasse [Manless coal extraction using KGRP in Kuzbass]. Gornoie delo - Mining, 3, [in Russian].
4. Fedorin, V.A., Shakhmatov, V.Ya., & Mikhailov, A.Yu. (2012). Tekhnologicheskii complex otkryto-podzemnogo sposoba razrabotki ugolnykh mestorozhdenii Kuzbassa [Technological complex of open cast - underground method of Kuzbass coal reserves development]. Naukoiomkie tekhnologii razrabotki I ispolzovaniia mineralnykh resursov - High technologies of mineral resources development and use, International scientific-practical conference materials: research article collection/ Siberian State Industrial University, edited by V.N. Frianov. Novokuznetsk, pp 20-26 [in Russian].
5. Fedorin, V.A., Shakhmatov, V.Ya., & Mikhailov, A.Yu. (2014). Innovatsionnyie aspekty bezliudnoi tekhnologii razrabotki ugolnykh plastov Kuzbassa [Innovational aspects of manless Kuzbass coal seam development technology]. Naukoiomkie tekhnologii razrabotki I ispolzovaniia mineralnykh resursov - High technologies of mineral resources development and use: research article collection/ Siberian State Industrial University, edited by V.N. Frianov. Novokuznetsk, pp 29-35 [in Russian].
6. Yalevsky, V.D., Fedorin, V.A., Anferov, B.A., Varfolomeev, Ye.L., & Kassina O.V. (2006). Sposob otkryto-podzemnoi razrabotki svity pologikh plastov [Metod of open cast - underground development of a bunch of slightly inclined coal seams]. Patent of RF No. 2285121 [in Russian].
7. Vremennyie trebovaniia bezopasnosti pri otrabotke ugolnykh mestorozhdenii kompleksom glubokoi razrabotki plastov [Temporary safety requirements for coal deposit development with a complex of deep seams development]. (2003). approved by State Technical Supervision of the Russian Federation 10.02.2004 Kemerovo [In Russian].
88
