Проектов угольных шахт на основе учета экономичности и надежности технологических систем, промышленной и пожарной безопасности 4 page

Диапазоны исходных данных для расчета безубыточного объема продаж при различных сочетаниях объемов добычи по традиционным и нетрадиционным технологиям

Показатели	Показатели по технологиям
по шахте	ДСО	КСО
Цена угля, руб./т	600,00
Удельный объем проведения выработок, м/1000т		3,0-5,0	20-60
Отношение удельных постоянных затрат по шахте , технологиям и к цене, (руб./т)/(руб./т)	0,15	0,30	0,40
Отношение удельных переменных затрат по технологиям и к цене, (руб./т)/(руб./т)		0,34	0,44
Отношение удельных переменных затрат на 1 м выработки на процессе «Подготовительные работы» по технологиям и к цене, (руб./м)/(руб./т)		5,96	3,00
Отношение объема добычи по технологиям к безубыточному объему продаж и , (тыс.т)/(тыс.т)		0 - 1	0 - 1

Для оценки эффективности альтернативных вариантов адаптивных к сложным природно-техногенным условиям технологических систем угледобывающих предприятий проведены шахтные и аналитические исследования.

Шахтные исследования проводились при эксплуатационных испытаниях опытного образца механизированной крепи МКТ как базового функционального элемента очистного комплекса, взаимоувязанного с очистным комбайном 4LS20 фирмы «Джой» и забойным конвейером. Проводилась отработка выемочного участка №5-15-16 в условиях ОАО «МУК-96», г. Междуреченск, Кузбасс [162,171,172].

Механизированная крепь МКТ поддерживающе-оградительного типа предназначена для применения в очистных забоях пластов мощностью 2,70-4,35м с углом падения при подвигании забоя по простиранию 0-25^о и 0-10^о – по падению и восстанию. Длина лавы принята равной 250м.

Удельное сопротивление крепи на 1м² поддерживаемой кровли составляет 1000кН, а на 1м длины лавы - 4100кН. Среднее давление секции крепи на почву – 2,3МПа. Номинальный шаг установки секции крепи принят равным 1500м при номинальном шаге передвижки 0,8м.

Коэффициент затяжки (перекрытия) кровли по техническим характеристикам крепи составляет 0,9.

Управление крепью осуществляется с использованием электрогидравлической системы, обеспечивающей операционное одностороннее управление с соседней секцией крепи.

Общая мощность пласта 15 составляет 3,08-4,99м при среднем значении 3,94 м. Уголь марки ГЖО, пласт залегает на глубине 110-220м.

Вынимаемая мощность пласта – 2,7-4,2м. Сопротивляемость угля резанию составляет 150 кН/м при коэффициенте крепости по шкале проф. М.М. Протодьяконова f = 0,8-1,0. Пласт содержит до 6 породных прослоев (алевролит мелкозернистый). Средняя суммарная мощность прослоев m = 0,44м, коэффициент крепости f = 2-3.

Угол падения пласта вдоль выемочного участка 5-7^о, вдоль лавы – 7-12^о. Пласт характеризуется газоносностью 25-28 м³/ч. Приток воды составляет: постоянный – 50-70 м³/ч, максимальный – 150-200 м³/ч. В пределах площади распространения пласта выявлено 4 надвига с амплитудой 0,25-2м, ориентированных под углом 45-90^о к оси выемочного участка.

Уголь пласта склонен к отжиму и самовозгоранию. Пласт опасен по внезапным выбросам угля и газа, а с глубины 150м позиционируется как угрожаемый по горным ударам. Угольная пыль является взрывчатой.

Непосредственная кровля пласта 15 представлена алевролитом мощностью 5-26м при коэффициенте крепости f = 4-6. Она является среднеустойчивой. По расчету шаг первичного обрушения непосредственной кровли составляет 36м, а шаг регулярных осадок – 12м.

Основная кровля пласта сложена песчаником разнозернистым мощностью 22-34м. Коэффициент крепости f = 7-8. Расчетный шаг первичного обрушения основной кровли – 64м, регулярных осадок – 21м.

В непосредственной почве пласта залегает алевролит мелкозернистый мощностью 4-14м, допускающий удельной давление 15-17МПа. Почва при разложении легко разбухает и теряет свою несущую способность. На основе указанных характеристик пласта в соответствии с классификацией, приведенной в табл. 4.2, выемочный участок №5-15-16 следует отнести к сложным природным условиям.

Транспортная линия от очистного забоя №5-15-16 до угольного склада, расположенного на поверхности, была сформирована по схеме:

Рис. 4.12. Схема транспорта горной массы от очистного забоя №5-15-16 до угольного склада на поверхности

Проветривание очистного забоя осуществлялось комбинированным способом. Свежий воздух в лаву подавался за счет общешахтной депрессии по вентиляционному штреку 5-15-16 в количестве 1636м³/мин. Метан, поступавший в рабочее пространство лавы из разрабатываемого пласта, удалялся исходящей струей за счет общешахтной депрессии (1308м³/мин) по конвейерному штреку 5-15-16. Газ, выделявшийся из разрабатываемого пласта и из вмещающих пород в выработанное пространство выемочного участка, удалялся по системе аэродинамических каналов в зонах обрушения пород кровли с помощью газоотсасывающего вентилятора УВЦ 9 через транспортную сбойку на поверхность в количестве 327м³/мин.

После завершения монтажа механизированного комплекса он был выведен из монтажной камеры и развернут по простиранию пласта параллельно разрезной печи. Затем выполнялся разворот комплекса относительно конвейерного штрека, подвигание очистного забоя за этот период составило 130м по вентиляционному штреку и 68,5м по средней линии выемочного столба.

В процессе испытаний выемка угля комбайном LS20 производилась по односторонней схеме. Самозарубка исполнительного органа в пласт осуществлялась косыми заездами: в исходном положении комбайн поднимался на 20-25м от конвейерного штрека 5-15-16 и передвигался в сторону вентиляционного штрека 5-15-16.

При выемке верхней пачки угля противоотжимные козырьки на секциях крепи отводились перед верхним шнеком в сторону выработанного пространства, обеспечивая проход комбайна. Вслед за комбайном передвигались секции крепи с отставанием от него не более чем на 5 секций. После передвижки и распора секций крепи производилась установка противоотжимных козырьков на поверхность забоя.

При выходе комбайна на вентиляционный штрек 5-15-16 шнеки опускались к почве.

При движении комбайна вынималась нижняя пачка угля нижним шнеком, а верхним зачищалась конвейерная дорожка. После спуска комбайна на 15-20м от вентиляционного штрека он останавливался, после чего производилась пережвижка верхней приводной головки конвейера и верхней части его става с плавным изгибом. Далее продолжался спуск комбайна до конвейерного штрека. При подходе комбайна к секции крепи №25 нижний шнек поднимался до кровли пласта, и производилась самозарубка комбайна. У конвейерного штрека 5-15-16 нижний шнек опускался до уровня подошвы рамы конвейерного привода, занимая исходное положение для выемки угля.

За период испытаний подвигание очистного забоя 5-15-16 составило 419,5м, а добыча угля - 649930т. При этом производительность труда ГРОЗ была зафиксирована на уровне 94,5 т/вых. При работе лавы в устойчивом режиме максимальная суточная добыча составила 7000т.

Эксплуатационные испытания подтвердили работоспособность механизированной крепи в диапазоне изменения мощности пласта 2,91-4,16м, что позволяет считать соответствие технических данных механизированной крепи по мощности пласта. Была также подтверждена обоснованность области эффективного применения крепи по фактору «Угол падения пласта».

Максимальное давление крепи на почву пласта не превышало значения данной технической характеристики: фактически 2,13МПа, по заводской характеристике крепи - 2,3МПа. Шаги установки и передвижки секций крепи при испытаниях находились практически на уровне проектных значений.

Минимальные размеры свободного прохода между гидростойками линейных секций соответствовали требованиям "Правил безопасности в угольных шахтах" (ПБ 05-618-03) и ГОСТР 52152-2003. То же относится и к значению минимальной высоты свободного прохода между основанием и верхняком секции крепи.

Коэффициент затяжки кровли составил 0,91 (по ГОСТР 52152-2003 – не менее 0,9). Максимальный угол отклонения вертикальной осевой плоскости секций крепи от нормали к оси конвейерного става был на уровне 5^о. Направленность передвижки секций сохранялась в течение всего периода испытаний.

Максимальное сопротивление секции составило 6580кН (по технической документации 6400кН), а крепи – 1135кН/м² (по технической документации 1000кН/м²).

Испытания подтвердили обоснованность кинематической увязки функциональных элементов механизированного комплекса и обеспечения возможности безопасного выполнения всех рабочих процессов технологии очистных работ.

При управлении секциями крепи и передвижкой конвейерного става с пульта управления обеспечивалась достаточная обзорность и визуальный контроль за безопасным перемещением секций крепи и конвейера вслед за подвиганием забоя лавы.

Просыпание породной мелочи при передвижке секций происходило, так как зазоры между раздвижными межсекционными бортами в лаве изменялись от 0 до 30мм.

Система орошения обрушенных пород кровли, предусмотренная конструкцией крепи, функционировала. Оросительное устройство секций крепи включалось автоматически во время передвижки крепи, затем отключалось.

В ходе эксплуатационных испытаний выявлены недостатки крепи, связанные с повышенным расходом рабочей жидкости в гидросистеме в связи с ее утечками, следствием которых явилась работа гидросистемы крепи, при сравнительно низком давлении в напорной магистрали – от 24 до 27МПа при среднем значении 26МПа. Имела место также неудовлетворительная работа механизма подъема секции из-за утечек рабочей жидкости по манжетам, что не позволяло гидродомкрату поднять секцию на полную высоту (167мм) и обеспечить необходимый по технической документации подъем основания относительно тяги на 30мм. Были зафиксированы случаи выхода из строя гидростоек и домкратов передвижения.

В целом межведомственная комиссия (МВК) постановила считать эксплуатационные испытания крепи МТК в условиях ОАО «МУК-96» проведенными в полном объеме в соответствии с программой и методикой, законченными. Опытный образец механизированной крепи МКТ было рекомендовано МВК оставить для дальнейшей эксплуатации в ОАО «МУК-96» и шахтах ЗАО «Распадская угольная компания». Таким образом можно считать доказанным, что механизированную крепь типа МТК, можно применять для отработки участков угольных пластов в сложных природно-техногенных условиях.

Для обоснования рекомендаций по первоочередной отработке участков угольных пластов короткими забоями в сложных природно-техногенных условиях были проведены эксплуатационные испытания проходческого комбайна «Джой» 12СМ27 с целью получения объективной и достоверной информации о физических значениях технических параметров комбайна и разработка на основе результатов исследований организационно-технических мероприятий, обеспечивающих безопасную эксплуатацию комбайна на шахтах, опасных по газу и пыли в сложных природно-техногенных условиях.

Комбайн предназначен для механизации отделения от массива и погрузки горной массы в транспортные средства при проведении горизонтальных и наклонных горных выработок. Он также может применяться в качестве выемочной машины при очистных работах при камерной и камерно-столбовой системах разработки.

Проходческий комбайн 12СМ27 (модель 12СМ27-10Е) состоит из рабочего органа с двумя режущими барабанами, погрузочного стола с нагребающими элементами, скребкового конвейера, гусеничного механизма передвижения, гидрооборудования, электрооборудования, систем смазки, пылеподавления и орошения, блокировки и защиты. Особенностью конструктивного исполнения комбайна является применение напряжения 3300 В для питания исполнительного органа, а также возможности радиоуправления работой комбайна (рабочее место машиниста в конструкции не предусмотрено).

Эксплуатационные испытания проводились при проведении конвейерного штрека 5а-10-18 на проектную длину 2300 м. Пласт характеризуется пологоволнистой гипсометрией. С горизонта ± 0м он относится к угрожаемым по внезапным выбросам угля, породы и газа, а с глубины 150м – к угрожаемым по горным ударам. Угольная пыль является взрывчатой.

Непосредственная кровля пласта представлена алевролитами разнозернистыми, трещиноватыми. Допустимая площадь обнажения её 10 м², а допустимое время обнажения – до 1 часа.

Непосредственная почва пласта 10 сложена алевролитами мелкозернистыми мощностью 2-7м. Почва имеет среднюю несущую способность (сопротивление на одноосное сжатие 15-17 МПа).

Мощность пласта на участке эксплуатационных испытаний комбайна составляет 1,85м, коэффициент крепости угля по М.М. Протодьяконову f = 0,8-1,0м.

Работы по проведению штрека в процессе испытаний комбайна были организованы по четырехсменному графику – три смены рабочие, одна – ремонтно-подготовительная.

Ширина проводимого штрека 5а-10-18 составила 5м при высоте 2,5м с присечкой породы до 50%.

Разрушение углепородного массива в контуре забоя штрека осуществлялось в две стадии. Сначала отрабатывалась правая часть забоя шириной в среднем 3,0м и на глубине 1,0м «заходками» по 0,5м. После этого комбайн отводился от забоя для осуществления второй «заходки» шириной 2,0м.

В первом периоде эксплуатационных испытаний для погрузки горной массы использовался ленточный перегружатель из шести линейных секций и одной концевой, которая присоединяется к перегружателю комбайна. Данная схема перегрузки была затем признана неэффективной и, в последующем, погрузка горной массы производилась в самоходный вагон 10S32 фирмы «Джой», что позволило совместить процесс крепления выработки с транспортированием горной массы.

Крепление кровли штрека осуществлялось анкерами АВР с использованием полимерных ампул АП-470У САП-М-470 и металлических опорных шайб размером 200 х 200мм. Для затяжки кровли применялась металлическая решетка СС-5 с размерами 2200 х 1300мм, выполненная из прутьев проволоки диаметром 5мм (размеры ячейки 100 х100мм). На один погонный метр кровли приходилось 9 анкеров (6 – длиной 2,2м и 3 – длиной 3,5м). Для бурения и установки анкеров использовалась бурильная установка «Wombat», снабжавшаяся сжатым воздухом от компрессора УКВШ – 57 (ЗИФ – ШВ – 5м).

В результате эксплуатационных испытаний было определено среднее время выполнения рабочих операций проходческого цикла: обработка левой части забоя штрека (первая «заходка») – 6,2мин; перегон комбайна – 3,1 мин.; крепление кровли – 42,5 мин. Полное время выполнения цикла – 56,1 мин.

За период эксплуатационных испытаний проходческого комбайна 12СМ27 фирмы «Джой» в ОАО «Распадская» было пройдено 440м конвейерного штрека 5а - 10 – 18. Средняя скорость проведения выработки составила 5,5 м/сут. При этом комбайн обеспечивал безопасную и устойчивую работу по выемке угля и породы с коэффициентом крепости угля по М.М. Протодьяконову f ≤ 5.

В процессе испытаний было выявлено, что основными факторами, ограничивающими уровень эффективности работы комбайна, являлись скорость анкерования кровли выработки и транспортирования горной массы.

Содержание пыли на рабочем месте машиниста комбайна составило 38 мг/м³ при выемке угля и 149 мг/м³ при выемке породы, а в 30м от комбайна по ходу воздушной струи - 28 мг/м³ и 129 мг/м³ соответственно.

При работе комбайна фактическое превышение эквивалентного уровня звука составило 84,8 дБА. Уровни звукового давления в активных полосах 31,5-8000 Гц превышали допустимые значения на 1-15 дБА, В этой связи при промышленной эксплуатации комбайна рекомендуется использовать индивидуальные средства защиты органов слуха. Уровень освещенности забоя в вертикальной плоскости составил 5 лк.

В период эксплуатационных испытаний комбайна системы сигнализации, защиты и блокировки были работоспособны, однако имели место два случая замены частотного преобразователя. Наблюдались также отказы русифицированного программного обеспечения системы управления работой комбайна, что требовало перезагрузки программы.

Межведомственная комиссия постановила эксплуатационные испытания комбайна 12СМ27 (заводской номер JM5736) считать законченными и рекомендовала оставить комбайн для дальнейшей эксплуатации в ОАО «Распадская».

Таким образом, по результатам испытаний, можно подтвердить, что комбайн типа 12СМ27 обеспечивает проведение горных выработок с темпами, достаточными для применения его в коротких забоях при проведении камер и выемке обратным ходом угольного целика между камерами.

При наличии высокопроизводительной техники и технологии отработки угольных пластов в сложных природно-техногенных условиях актуальноым является решение задачи выбора очередности отработки угольного пласта. Возможны три следующие варианта отработки участка угольного пласта:

1) длинными забоями на первом этапе, потом короткими забоями в зоне влияния выработанного пространства длинного очистного забоя;

2) первоочередная отработка участка пласта короткими забоями с последующей отработкой соседнего участка пласта длинными забоями в зоне влияния выработанного пространства коротких забоев и междукамерных угольных целиков;

3) одновременная отработка соседних участков пласта длинными и короткими забоями.

Для иллюстрации методики выбора оптимального варианта отработки участков пластов со сложными природно-техногенными условиями рассмотрен тестовый пример. На рис. 4.13 приведена схема формирования сложных природно-техногенных условий и отработки выемочного поля системами разработки длинными столбами (ДСО) и короткозабойными системами (КСО).

Рис. 4.13. Схема отработки выемочного поля системами разработки длинными столбами (ДСО) и короткозабойными системами (КСО):