Материал: Разработка эффективной технологии выемки мощных пологих пластов на участках с ограниченными размерами

Разработка эффективной технологии выемки мощных пологих пластов на участках с ограниченными размерами

Оглавление

1. Актуальность проблемы

. Горно-геологические условия залегания мощных пластов Кузбасса

.1 Общия характеристика

.2 Специфика условий горных работ на шахте «Распадская-Коксовая»

. Анализ опыта использования систем разработки короткими очистными забоями при разработке пластовых месторождений полезных ископаемых

.1 Общая характеристика

.2 Использование камерно столбовой системы при отработке целика угля неправильной формы в пределах горного отвода ОАО «шахты им. 7 Ноября»

.3 Использование камерно столбовой системы при отработке пласта 7-7а в горно-геологических условиях ОАО «шахта Распадская»

.4 Анализ технологических схем отработки угольных пластов короткими очистными забоями

. Выводы

.Список используемой литературы

1. 
Актуальность проблемы

Технология добычи угля подземным способом в России в основном базируется на технологии отработки пологих и наклонных пластов длинными столбами. В свою очередь, последняя подразделяется на выемку угля длинными столбами по простиранию, по падению и на восстание. Система отработки угольных пластов длинными забоями по простиранию является превалирующей.

Существующее законодательство России по использованию и разработке недр ставит перед угольными предприятиями жесткие требования по полноте выемки запасов угля в границах утвержденного (шахтного поля) горного отвода. Эти жесткие требования не учитывают экономическую эффективность и целесообразность отработки угольных пластов сложного строения в сложных горно-геологических условиях.

Технология отработки угольных пластов длинными столбами является, по сути своей, в основном высокоэффективной технологией в определенных пограничных условиях:

выемочные столбы должны быть длиной 2-3 км и более;

длина очистного забоя 250-300 м и более;

запасы угля в столбе лавы 2-3 млн т и более;

при наличии установленного в них высокопроизводительного и безаварийного оборудования очистные забои могут развивать максимальную производительность, равную технической производительности установленного оборудования, при условии, если газоносность в этих забоях не будет ограничивать их производительность;

при решении на стадии проектирования и подготовки высокопроизводительных забоев, вопросов снижения в них метановыделения за счет применения новых способов и средств снижения метановыделения;

создание комфортных и безопасных условий труда в этих забоях.

В то время, когда производственную деятельность угольной промышленности финансировало государство, неэффективность отработки нарушенных угольных пластов, сложного строения, ограниченных по простиранию и падению, а также сложной конфигурации покрывалась результатами деятельности хорошо работающих угольных предприятий, но в целом работа угольных предприятий и отрасли была нерентабельной, в том числе из-за полноты отработки неэффективных угольных пластов и их участков [6].

Примеры эффективной работы угольных предприятий за рубежом показывают, что рентабельность работы как отдельных угольных предприятий, так и угольных отраслей разных стран в целом можно достичь за счет наиболее эффективных угольных пластов.

В новых рыночных условиях взаимодействия производителя с покупателем достичь высокой эффективности производства добычи угля можно в первую очередь за счет отработки эффективности запасов угля при использовании существующих эффективных технологий добычи и применения эффективной и безаварийной техники, создания комфортных и безопасных условий труда.

Любое угольное предприятие будет рентабельным при условии, если цена 1 т реализуемого угля будет выше затрат на его добычу, переработку и реализацию, т. е. цена реализуемой 1 т угля будет выше себестоимости 1 т угля.

Таким образом, чтобы выполнить условия рентабельности горного предприятия, необходимо отрабатывать с применением наиболее прогрессивной существующей технологии экономически обоснованные к отработке запасы угля с конкретными горно-геологическими характеристиками.

Таким образом, можно сказать, что все существующие разведанные запасы угля должны быть квалифицированы более строго по критерию экономической эффективности их отработки при существующей технике и технологии. В первую очередь должны быть выделены запасы, пригодные к отработке их длинными столбами с высокой погрузкой до 15-20 тыс. т в сутки на очистной забой. Запасы высококачественных коксующихся углей, не пригодных к отработке длинными столбами, должны отрабатываться высокоэффективными нетрадиционными для угольной отрасли России камерной и камерностолбовой технологиями с высоким уровнем механизации[2].

Кроме того, значительная часть высококачественных углей в больших количествах сосредоточена в различных оставленных охранных целиках и работающих шахт[13]. Значительные запасы высококачественных углей, законсервированных в горных отводах закрытых шахт, также с незначительными затратами с применением камерной и камерно-столбовой технологий могут быть отработаны с высокой рентабельностью.

Указанные технологии отличаются высокой мобильностью и высокой адаптивностью к изменению горно-геологических условий, что позволяет с высокой эффективностью отрабатывать угольные пласты в сложных горно-геологических условиях.

Эффективность данной технологии подтверждается техникоэкономическими показателями отработки угольных пластов различной мощности короткозабойными системами разработки на некоторых шахтах Австралии.

С развитием частного бизнеса в угольной промышленности России, а частный бизнес может существовать только при высокой рентабельности и мобильности производства, на рынке подземных технологий добычи угля стала востребована и короткозабойная технология.

2. Горно-геологические условия залегания мощных пластов Кузбасса

.1 Общия характеристика

Мощные пологие пласты в Кузнецком бассейне залегают в различных горно-геологических условиях. На юге Кузбасса они сосредоточены в Оль- жерасском, Томском, Распадском, Мрасском, Кондомском, Аллардинском месторождениях.

Отработка мощных пластов осложняется высокой нарушенностыо, наличием у большинства пластов в кровле труднообрушаемых пород, высокой газообильностью, склонностью угля к самовозгоранию, удароопасностью и др. Балансовые запасы в мощных пологих и наклонных пластах составляют около 44 % от всех балансовых запасов угольного бассейна. Однако из-за указанных выше осложняющих факторов отработка мощных пологих и наклонных пластов производится с неудовлетворительными для настоящего времени техникоэкономическими показателями, характеризуется высокой аварийностью, проявлением в очистных забоях динамических и газодинамических проявлений горного давления.

Анализ балансовых запасов на шахтах Томусинского района показывает, что значительная их часть (более 45 %) относится к группе низкотехнологических, высокопроизводительная выемка которых механизированными комплексами является невозможной. Например, в условиях шахты им. Ленина только в целиках различного назначения оставлено запасов угля более 15 млн т.

Такая же ситуация и на других шахтах. В зонах геологических нарушений на участках с ограниченными размерами и сложной конфигурации нагрузка на очистной забой не превышает 600-700 т/сут, а производительность труда рабочих 10-11 т/вых. На пластах с труднообрушаемой кровлей из-за резких осадков пород кровли и высокой аварийности механизированных крепей переходят на отработку запасов укороченными лавами (шахта «Томская», «Усинская», им. Ленина). Поэтому отработку запасов угля в сложных условиях целесообразно осуществлять короткими забоями.

Таким образом, работа по обоснованию параметров и созданию технологических схем разработки мощных пологих пластов с труднообрушаемой кровлей камерно-столбовой системой является актуальной.

В Кузнецком угольном бассейне мощные пологие пласты залегают в широком диапазоне горно-геологических условий. Балансовые запасы в мощных пологих пластах составляют 14,8 млрд т, их распределение по районам приведено в таблице 1.

Таблица 1

Распределение балансовых запасов в мощных пластах Кузнецкого бассейна

В Томусинском районе мощные пласты залегают в Ольжерасском, Томском, Распадском, Мрасском месторождениях. В Осинниковском угольном районе - в Аллардинском и Кондомском месторождениях. Наиболее мощные пласты залегают в Томусинском районе, Аллардинском и Ерунаковском.

Томусинский район относится к наиболее освоенным и перспективным. Здесь впервые в отечественной и мировой практике внедрялись и совершенствовались технология отработки мощных пластов наклонными слоями, технология и технические средства отработки пластов с выпуском межслоевых и подкровельных пачек. Поэтому в этом районе предполагается провести испытания технологических схем отработки мощных пластов камерностолбовой системой.

Ольжерасское месторождение Томусинского угольного района в последние годы отрабатывалось тремя шахтами: им. Ленина, им. Шевякова и «Усинская». Здесь на сравнительно небольшой территории сосредоточены значительные запасы высококачественного каменного угля. Месторождение осваивается из долины р. Усы и ее притока Ольжерас.

Месторождение представляет собой пологий моноклинал, пласты месторождения относятся к верхнебалахоновской свите балахоновской толщи.

Ольжерасское месторождение включает угольные пласты с углями разных марок до коксующихся. Залегание пластов пологое, преимущественно с углами падения от 5 до 25°, мощность пластов весьма значительная - до 10 м и более. Рельеф местности гористый со значительными колебаниями отметок долин и водоразделов.

В стратиграфическом разрезе в кемеровскую подсвиту входит 14 пластов с суммарной мощностью 26-28 м, коэффициент угленосности составляет 8-10 %. В основном это пласты средней мощности. Усятская подсвита включает самые верхние и мощные пласты (от I до VI). Общая мощность пластов подсвиты составляет 20-25 м, угленосность толщи колеблется от 12 до 15 %.

Как уже отмечалось выше, мощные пласты входят в состав усятской подсвиты. Пласт верхний I является нерабочим. Ниже его залегает пласт III. Его мощность изменяется от 8,5 до 9,5 м. Пласт сложного строения, включает от 2 до 3 породных прослоев углистого аргиллита суммарной мощностью 1,5 м, расположенных в верхней части пласта. Уголь пласта представлен несколькими ингредиентами и делится по этому признаку на три слоя:

1-      слой - мощностью 1,4-2,2 м с изменяющейся крепостью (коэффициент крепости по шкале проф. Протодьяконова изменяется от 0,8 до 1,3). Уголь представлен блестящими, полублестящими и матовыми разностями;

2-      й слой - мощностью 4,5-5 м, представлен полуматовым и матовыми разностями, с коэффициентом крепости 1,5-2,4;

3-      й слой - мощностью 1,8-2,2 м, представлен блестящими, полублестящими и матовыми разностями, коэффициент крепости изменяется от 1 до 1,8.

Кровля пласта относится к устойчивой, труднообрушаемой. В непосредственной кровле залегают алевролиты с частыми прослоями и линзами песчаников. Коэффициент крепости изменяется от 4 до 6. В основной кровле залегают преимущественно крепкие песчаники с коэффициентом крепости, достигающим до 8-10. По единой отраслевой классификации ВНИМИ активная кровля пласта относится к труднообрушаемой с шифром 3.1.3.

Пласт ГУ-У залегает в 28-32 м ниже пласта III. Междупластье сложено в основном песчаниками, а в верхней части - переслаиванием песчаников с крупнозернистыми алевролитами. Мощность пласта незначительно колеблется в пределах от 8,5 до 12,2 м при характерной мощности 10 м. Угол падения пласта в пределах месторождения изменяется при среднем значении 8-15°.

Пласт имеет сложную структуру, содержит до 4 породных прослоек общей мощностью до 1,0 м. С глубиной свойства угля и вмещающих пород пласта не изменяются. На отдельных участках месторождения пласт расщепляется на два самостоятельных пласта: IV и V. Общая мощность пласта при этом уменьшается.

-              верхняя пачка мощностью 2-2,5 м. Сложена блестящими и полублестящими разновидностями угля. Коэффициент крепости изменяется от 1 до 1,5.

-              средняя часть пласта мощностью до 3 м сложена из полуматовых (матовых) разновидностей угля с коэффициентом крепости 1,8-2,8;

-              нижняя часть мощностью 3-3,5 м состоит из полублестящих разновидностей угля с коэффициентом крепости 1-1,2.

Непосредственная кровля пласта мощностью до 1,5 м представлена конгломератом, переходящим в среднезернистый песчаник. В основной кровле залегают слои крепких крупнозернистых алевролитов и песчаников. Породы имеют высокую крепость, коэффициент крепости достигает до 10 и более. Кровлю пласта можно отнести к труднообрушаемой с шифром 3.1.3.

Пласт VI залегает ниже пласта ГУ-У на расстояния 30-33 м. Породы междуплатья представлены мелкозернистыми песчаниками. Мощность пластов изменяется от 4,5 до 6,5 м. Угол падения - от 5 до 15°.

Пласт имеет сложную структуру, содержит 4-7 породных прослойков мощностью от 0,02 до 0,7 м. Пласт разделяется примерно по центру на две части:

верхняя пачка мощностью 1,8-2,34 м сложена полуматовыми разновидностями угля с небольшой мощностью пачки тектонически мятого угля и матовыми разновидностями;

нижняя пачка имеет мощность 2,32-3,4 м, сложена преимущественно блестящими разновидностями угля. Эту пачку разделяют два породных прослоя мощностью 0,04-0,1 м. Уголь пачки хрупкий.

Кровлю пласта можно отнести к труднообрушаемой с шифром 3.1.3. На отдельных участках появляется «ложная» кровля, представленная слоем алевролита мощностью 0,5-2 м, отделенного от основной кровли пачкой углистого аргиллита с прослоями угля.

В пределах границ Ольжерасского и других месторождений наблюдаются высокой частотой мелкие и средние дизъюнктивные нарушения с амплитудами смещения 4-6 и 10-15 м.

Большая часть таких нарушений расположена в замковых частях мелких складок или в местах флексурообразных изгибов.

Основным типом дизъюнктивных нарушений являются взбрососдвиги, обратные надвиги и согласные взбросы. Амплитуда смещений нарушений достигает 10-15 м. Зона нарушений угля зависит от амплитуды и по висячему и лежачему бокам при амплитуде 5-6 м достигает 6-7 и до 10 м. В нарушениях амплитудой до 1 м зона нарушения пород незначительная - 4-5 м.

Угол падения сместителей при обратных надвигах изменяется от 6 до 12°, при взбрососдвигах 75-85°. Амплитуда смещения нарушений типа «взбросо- сдвиги» изменяется от 0,2 до 6-8 м. При нарушениях типа «согласный взброс» амплитуда смещений наблюдается до 18 м, угол падения сместителя 18-22°. Зона мятого угля в крыльях достигает 10 м и более.

Кливажная трещиноватость развита как в угле, так и в породах. На большей части площади месторождения преобладают две системы трещин, а на некоторых участках - три.

Особую сложность представляют нарушения типа «размывы». Встречаются в пределах границ месторождения отдельные зоны, нарушенные размывами. Обычно размывы располагаются в виде прямолинейных или слабоизгибающихся лент, вытянутых в северном или северо-восточном направлении. Каждая в отдельности лента как в ширину, так и в длину не выдержана. Пласт обычно размыт до 1-2 м по мощности, а ленты размыва располагаются относительно друг друга на расстоянии 4-6 м. Ширина полос достигает 5-6 м. Форма каждой ленты в разрезе имеет корытообразный вид. Заполняющие размывы породы однотипны с породами непосредственной кровли и имеют одинаковую слоистость. В отдельных случаях связь пород размывов с углем и породами кровли относительно слабая. Длина полос на отдельных участках достигает 200-300 м.