Автор: В.Г. Харитонов, А.В. Смирнов, А.В. Ремезов, А.В. Кадошников, К.А. Филимонов
Источник:
Научно-технический журнал: «Вестник Кузбасского государственного технического университета».– Кузбасский государственный технический университет им. Т.Ф. Горбачева – 2006, Выпуск 5, с. 47-50.
Кратко изложены задачи по повышению эффективности добычи угля из очистных забоев за счет влияния газового фактора (СН4) и повышению безопасности ведения очистных работ при отработке плаcтов угля с высокой газообильностью.
В экономике страны произошли серьезные изменения, выдвигающие принципиально новые проблемы перед энергетикой страны. Одна из них – высокая вероятность выхода газовой промышленности в режим снижения добычи и негативные последствия этого процесса для электроэнергетики, в основном, сориентированной на газ. Для удовлетворения спроса на топливо для энергетики необходимо обеспечить добычу угля в рядовом исчислении в объемах 340 млн. т в 2010 г. и 450 млн. т в 2020 г. [1]. Прогнозируемые объемы добычи потребуют удвоения производственных мощностей к 2020 г., для чего необходимо осуществить капитальные вложения в угольную промышленность в размере 13–15 млрд. долл. США. Предусматривается к 2020 г. осуществлять переработку всего объема коксующихся и каменных энергетических углей, требующих обогащения или облагораживания до уровней, отвечающих мировым стандартам качества, и расширения на этой основе конкурентоспособности товарного угля. Доля обогащения коксующихся углей возрастет до 100% в 2020 г. и энергетического угля (кроме бурого угля) – до 50 %. Повышение эффективности производства является актуальной научной и инженерно-технической задачей. Глубокие и масштабные изменения произойдут в производственной структуре и технологии подземного способа добычи угля. Развитие технологии очистных работ при подземной добыче будет связано с преимущественным использованием длинных очистных забоев, оборудованных механизированными комплексами, в основном отечественного производства, а также короткозабойной техники с применением комбайнов непрерывного действия и самоходных средств транспортировки угля.
Согласно произведенному анализу условий работы угольных шахт выявлено, что более 70% угольных шахт России являются опасными по метану, из них 55 % – весьма опасными (шахты III категории, сверхкатегорные и выбросоопасные). На них добывается 85 % угля. Следует подчеркнуть, что в сравнительно равных горнотехнических условиях на шахтах с метанообильностью7-10 м/т добывается угля в 2–3 раза больше, чем на шахтах с метанообильностью 20?60 м /т, так как количество остановок угледобывающей техники по причине метановыделения в последних значительно выше. В результате проведенного анализа работы угольных шахт выявлено, что необходимость обеспечения безопасных условий для высокопроизводительной и безопасной работы горной техники на газоносных пластах становится все более актуальной, поскольку технические возможности средств очистной выемки угля на пологих пластах в 3–4 и более раз превышают ограничения по возможной нагрузке на лаву по газовому фактору. Нагрузка на лаву по газовому фактору в значительной мере зависит от мощности разрабатываемого пласта и относительной метанообильности очистного забоя. Вынимаемая мощность пласта определяет сечение призабойного пространства лавы и, следовательно, максимально возможное по ПБ количество воздуха в очистном забое, разбавляющее метан до допустимой концентрации.
Метанообильность, по которой должна рассчитываться допустимая по газовому фактору нагрузка на очистной забой, определяется газовыделением из разрабатываемого и сближенных пластов и зависит от газоносности пластов, скорости подвигания очистного забоя, степени измельчения добытого угля, скорости подачи выемочной машины, времени нахождения отбитого угля на свежей струе воздуха, поступающего в лаву, продолжительности выемочного цикла, системы разработки, способа управления кровлей и проч. Современная очистная техника может работать с очень большими нагрузками, но пропорционально росту нагрузки, растут и объемы выделяющегося из отбитого угля метана. Для разбавления концентрации метана в очистном забое до безопасной концентрации нужно подать расчетное количество свежего воздуха. Количество подаваемого воздуха зависит от сечения выработок и скорости воздушной струи. Скорость воздуха в очистном забое равна 4 м/с по ПБ. Сечения вентиляционного и конвейерного штреков можно увеличить, но сечение призабойного пространства очистной выработки зависит от вынимаемой мощности пласта и применяемой механизированной крепи. Если увеличить скорость воздуха, то естественно увеличится его подаваемый объем, но работать в очистном забое будет невозможно из-за высокой запыленности, нулевой видимости и дискомфортности. Основное количество газа выделяется в выработанном пространстве. С газом в выработанном пространстве бороться уже сложнее. Для решения данной задачи было разработано комбинированное проветривание очистного забоя. Комбинированное проветривание выемочного участка – это способ проветривания, основанный на аэрогазодинамической изоляции атмосферы очистной выработки от аэрогазодинамически активной зоны выработанного пространства и реализуемый посредством раздельного удаления метана из разрабатываемого пласта по системе действующих горных выработок за счет общешахтной депрессии и из надрабатываемых пластов по аэродинамически активному слою выработанного пространства газоотсасывающими вентиляторными установкам.
Существует некоторое допустимое значениеабсолютной метанообильности, свыше которого работа забоя невозможна. Это значение, являющееся газовым барьером, определяется по необходимому для проветривания забоя объему воздуха, допустимым значениям концентрации метана в горных выработках и допустимой скорости вентиляционной струи. Газовый барьер не позволяет достичь наивысшей нагрузки на очистной забой, наивысшей производительности труда. Разработанные теоретические основы методик по снижению влияния газового ограничения на работу очистного забоя рекомендуют одновременно применять комплекс технических решений:
– комбинированное проветривание;
– предварительная дегазации подготовленного
– выемочного пласта;
– дегазация надрабатываемых и подрабатываемых угольных пластов;
– подземная дегазация выработанного пространства.
Проведен анализ работы высокопроизводительных очистных забоев по статистическим данным за 2002–2003 гг. [6]. Проанализировано 140 очистных забоев, работавших в режиме высокой производительности – полностью в течение нескольких месяцев. В 2002 г. в таких забоях работали 53 добычных бригады. Суммарно этими бригадами добыто 45,9 млн. т угля. Из них 16 добыли более чем по 1 млн. т, а всего – 20,8 млн. т. Наибольшее количество бригад, работавших в высокопроизводительном режиме, в Кузнецком бассейне – 40, добыто 37,9 млн. т угля, в Печорском бассейне – 10 бригад (6,2 млн. т), в Донецком бассейне – 2 бригады (1,3 млн. т).
За 2003 г. соответствующие показатели следующие: высокопроизводительных бригад – 58 (Кузбасс – 44, Печорский бассейн – 9, Донбасс – 3, прочие бассейны – 2). Ими добыто 55,3 млн. т угля. 22 бригадами-миллионерами добыто 29,2 млн. т. Максимальная добыча достигнута на шахте «Распадская» в 2002 г. комплексом «Джой» с комбайном 6LS3 – 3,1 млн. т на пласте 6 мощностью 4,45 м. Все очистные забои, достигшие миллионной годовой добычи, работали в основном, с использованием современных очистных комплексов, как импортных («Джой» – 2 лавы, ДБТ – 1 лава, «Фазос» – 1 лава, «Longwall» – 1 лава), так и отечественных (КМ 138 различных типоразмеров – 6 лав, МКЮ411/32 – 1 лава, КМ 142 – 2 лавы) и лишь в двух лавах использовались относительно устаревшие комплексы 2ОКП70К и 4КМ130. Более высок удельный вес импортных комбайнов, которые использовались в 57 лавах, в том числе комбайны KGS различных типоразмеров – в 34 лавах, а также 6LS3, 4 LS5, S L300, КСВ, МВ12, EDW300/600, Saatronik. Отечественные комбайны использовались в 83 лавах. Основные типы комбайнов – К500 (в 26 лавах), КШЭ (32 лавы), РКУ (3 лавы), ГШ68 (22 лавы). В последнее время собственники шахт стараются комплектовать механизированные комплексы из отечественной и зарубежной очистной техники, т.к. это существенно снижает капитальные затраты.
В заключение необходимо сделать вывод, что покупка высокопроизводительных механизированных комплексов не гарантирует их работу в режиме высокой производительности. Это связанно с газовым барьером, который ограничивает возможности добычи современных машин. Во избежание этого нужны специальные меры:
– производить многоштрековую подготовку выемочного столба;
– осуществлять комбинированное проветривание выемочного участка, в сочетании с дегазацией угольного пласта и выработанного пространства.
Решение о закупке высокопроизводительного, но весьма дорогого оборудования, должно быть обосновано проектными проработками, в которых должно быть предусмотрено снижение влияния газового фактора на высокопроизводительную работу очистного забоя равной технической производительности оборудования очистного забоя. Анализ горно-геологических условий основных угольных месторождений Кузбасса по сравнению с горно-геологическими условиями зарубежных стран с развитой угольной промышленностью позволяет сделать вывод, что при значительном улучшении изготовления отечественного оборудования на уровне лучших зарубежных образцов фирм «Джой» и «ДВТ», а также при снижении влияния газового барьера на работу очистного забоя позволит превзойти отечественными очистными забоями показатели , достигнутые при работе лучших зарубежных забоев.