Главная | Обратная связь

Анализ технологий отработки крутых угольных пластов с закладкой выработанного пространства

Значительный вклад в теорию и практику применения технологии отработки запасов рудных и угольных месторождений с закладкой выработанного пространства внесли ученые М.И. Агошков, А.И. Ананин, Д.М. Бронников, О.А. Байконуров, М.И. Весков, Н.Ф. Замесов, П.В. Егоров, В.И. Ефимов, В.Р. Именитов, Д.Р. Каплунов, С.И. Калинин, В.Ф. Крылов, О.В. Коновалов, А.Н. Монтянова, М.В. Рыльникова, И.Н. Савич, Л.П. Томашевскийи др.

На современном этапе развития добычи угля подземным способом на крутом падении целесообразность применения закладки выработанного пространства вызывается необходимостью: охраны поверхности и сооружений; предотвращения горных ударов и прорывов воды при подработке водоемов; слоевой выемки мощных угольных пластов по технологии, требующей создания устойчивой кровли для соседних очистных забоев; снижения взаимного влияния разработки сближенных пластов с учетом высокой степени концентрации работ; выемки весьма склонных к самовозгоранию углей; сокращения до минимума потерь при высококачественных углях, а также выемки свит пластов, залегающих на большой глубине, когда оставление целиков связано с серьезными затруднениями при ведении очистных и подготовительных работ.

В настоящее время добыча угля с закладкой выработанного пространства ведется в Польше, Франции, Румынии, Венгрии, Германии, Австрии, Индии, Японии, Турции и других странах. Наибольшее развитие добыча угля с закладкой выработанного пространства получила в Польше, где ежегодно с гидравлической закладкой добывается около 30 млн. т, с пневматической - 2 млн. т и с механической - около 1 млн. т угля.

В последние годы добыча угля с закладкой выработанного пространства в России занимает всего 5-7% от общей добычи угля на крутом падении, и просматривается тенденция к ее сокращению. Подобное положение наблюдается во Франции, Германии и других странах. Основная причина этого заключается в сравнительно низких технико-экономических показателях работы очистных забоев. По сравнению с технологией с обрушением кровли при отработке пластов с закладкой капитальные затраты на 8-12% выше, нагрузка на очистной забой ниже на 10-12%, а себестоимость на 18-30% выше.

Однако, планы добычи угля в отдельных странах предусматривают некоторое увеличение области применения технологии разработки угля с закладкой выработанного пространства. Представляется, что и в России через 10-15 лет из-за снижения запасов нефти и газа будет уделяться большее внимание разработке пластов с закладкой выработанного пространства. В первую очередь это коснется разработки особо мощных крутых пластов, содержащих ценные коксующиеся угли.

Как уже отмечалось одним из путей снижения потерь угля в охранных целиках и под застроенной земной поверхностью является применение технологии разработки пластов с закладкой выработанного пространства, которая позволяет:

- обеспечить более полное извлечение запасов угля за счет сокращения
эксплуатационных потерь и выемки части запасов из охранных целиков;

резко сократить количество подземных пожаров, а в последующем
вообще ликвидировать опасность их возникновения;

- обеспечить надлежащую изоляцию выработанного пространства и улучшить проветривание горных выработок;

- снизить вероятность прорыва глины и глинистой пульпы в рабочее пространство;

- повысить общую безопасность работ за счет более эффективного управления горным давлением;

- обеспечить устойчивую работу очистных забоев и создать нормальные условия для применения комплексной механизации.

Впервые в опытном порядке добыча угля с закладкой выработанного пространства была применена в 1929 г. при отра­ботке крутого пласта «Лутугинского» на шахте Прокопьевского рудника. Апроби­ровалась система наклонными слоями с закладкой, смесями горелых пород и глины. Промышленное применение систем разработки крутых угольных пластов с закладкой было начато в 1938 г.

До 1948 г. применялась только самотечная закладка, затем производ­ственники начали осваивать гидравлическую закладку, для чего совер­шенствовались и разрабатывались новые технологические схемы отработки мощных крутых пластов.

Так на шахте «Коксовая» АО УК «Прокопьевскуголь» был подготовлен и введен в эксплуатацию опытный участок для выемки мощного крутого пласта наклонными слоями в восходящем порядке с гидравлической закладкой выработанного пространства.

Актуальность применения систем разработки с закладкой особенно возросла при выемке угля на мощных крутых пластах (более 7 м) горизонталь­ными слоями.

Применение систем разработки горизонтальными слоями с закладкой выработанного пространства началось в 1951-1952 гг. Первый опыт работы показал ее универсальность, т.е. возможность применения системы при различных мощностях и углах падения пластов, крепости и устойчивости боковых пород, в т. ч. сильно нарушенных замковых участков пластов, антиклинальных и синклинальных складок. В 1950 г. система разработки характеризовалась низкой производительностью очистного забоя (4 т/выход), высоким расходом лесных материалов (70-80 м³/1000 т) и большим объемом подготовительных работ (70 м/1000 т).

Рассмотрим более детально варианты технологии разработки крутых пластав с использованием высоконапорной струи гидромонитора и с закладкой выработанного пространства.

Известен способ разработки крутых пластов с изоляционными полосами из твердеющей закладки, заключающейся в том, что вскрытие пласта осуществляется этажными квершлагами, которые соединяются грузоходовым скатом, из последнего в дальнейшем проводятся подэтажные штреки (рис. 6.1).

Рис 6.1. Способ разработки пластов с гидротехнологией и воздением изоляционных полос из твердеющей закладки

 

Выемочное поле оконтуривается надквершлажными изоляционными полосами и делится на блоки путем возведения изоляционных полос из твердеющей закладки. Межблоковые изоляционные полосы возводятся с опережением по мере выемки угля, в подэтажах. Полосы возводятся путем выемки камер в пределах подэтажа и подачи в последние твердеющей закладки. Отбойка угля камерах производится гидромониторами.

А. П. Широков разработал технологическую схему отработки крутого пласта гидроспособом с гидравлической закладкой выработанного пространства. Для подготовки полосы к выемке проводятся оконтуривающие печи со стороны почвы пласта и одна печь посередине полосы (рис.6.2).

По центральной печи заводятся канаты для подвески гидромонитора с водоводом. Для отделения закладочного массива от рабочего пространства используется наклонный полок, по которому отбитый гидромонитором уголь поступает в пульпоспускные трубы диаметром 800 мм, а из них - на желоба, уложенные по аккумулирующему штреку.

Для отработки мощных пластов гидроспособом без проведения подэтажных штреков может быть применена технологическая схема с настилкой гибкого перекрытия в двух плоскостях.

Рис. 6.2. Технологическая схема отработки крутых пластов с применением гидромеханизации полосами по восстанию с гидравлической закладкой

 

Вариант разработки пласта средней мощности или мощного с делением его на слои и выемкой горизонтальных полос по простиранию представлен на рис. 6.3.

Рис. 6.3. Система разработки горизонтальными полосами с механогидравлической выемкой

 

Полосы имеют наклон, который обеспечивает самотечный гидравлический транспорт угля и закладочного материала в виде пульпы. Выемочное поле двукрылое с одним центральным закладочным скатом и двумя углеспускными скатами в закладочном массиве, расположенными на флангах. Отбойка угля осуществляется механогидравлическим способом комбайном типа К-56МГ, транспортировку угля - гидравлическая самотечная по желобам. Отработка пласта (слоя) ведется в восходящем порядке, и желоб являете разделителем закладочного массива и транспортируемого отбитого угля.

Учеными института ВНИИГидроуголь предлагается следующая технология выемки угля и закладки выработанного пространства [13]. Участок пласта подготавливается проведением грузоходового ската, пульпоспускной печи, закладочных скатов, аккумулирующих и поэтажных штреков (рис. 6.4).

Рис.6.4. Система разработки с гидромониторной выемкой и гидрозакладкой выработанного пространства (ш. «Красногорская»)

 

Отработка запасов ведется подэтажами по восстанию с помощью гидромониторов. Уголь из забоя транспортируется по желобам. Способ управления кровлей - гидравлическая закладка выработанного пространства. В целях разделения отбитого угля (пульпы) и закладочного массива на поверхности закладки возводится настил из плах, или укладываются желоба специальной конструкции.

Гидромониторная выемка подэтажа ведется заходками на всю длину выемочного блока до вышележащего подэтажного штрека. После полной выемки подэтажа возводятся дренажные перемычки, и начинается подача закладки. В одном из крыльев ведется выемка угля, в другом - закладка выработанного пространства.

Представляют интерес новые способы отработки пластов с использованием гидромониторного агрегата (рис. 6.5, 6.6).

Рис. 6.4. Система разработки столбами по восстанию с закладкой столбов заходками с ограждающей сеткой

Рис. 6.6. Схема отработки межблокового целика по восстанию с твердеющей закладкой

 

Здесь на уровне аккумулирующего штрека отрабатывается горизонталь-ный слой, по контуру очистного забоя бурятся скважины для пропуска подъемных канатов. Гидромониторный агрегат монтируется в горизонтальном слое. Выемка угля в пределах контура производится заходками по восстанию шириной 1,5 - 2 м, После выемки угля на величину заходки, высота которой определяется, исходя из рабочей длины струи гидромонитора, агрегат подни-мается с помощью лебедок, установленных на вентиляционном штреке, до забоя, и в выработанное пространство подается либо гидравлическая, либо упроченная литая закладка, которая принимает свой угол намыва. Гидромо-ниторный агрегат опускается на откос закладки, и начинается выемка очередной находки по восстанию. Гидромониторный агрегат включает в себя гидромонитор с направляющими, тяговый орган и привод для перемещения гидромонитора вдоль забоя. Управление гидромониторным агрегатом дистанционное. К направляющим примыкает разобщитель-полотно, которое предотвращает смешивание угольной пульпы с закладкой.

ВНИИГидроуголь совместно с АО УК «Прокопьсвскуголь» предложил способ возведения межучастковых искусственных целиков (рис. 6.7).

 

Рис.6.7. Схема отработки квершлажного целика мощного крутого пласта с упрочненной закладкой

 

Мощный крутой пласт вскрыт на вентиляционном и основном горизонтах промквершлагами. Уголь в пределах целика вынимается механогидравли-ческим способом из слоевых ортов.

В приведена технологическая схема разработки мощных крутых пластов горизонтальными слоями с выемкой угля комбайном ГПКГ с гидротранспортом и управлением горным давлением твердеющей закладкой выработанного пространства (рис. 6.8).

Рис.6.8. Горизонтальные слои с механогидравлической технологией и твердеющей закладкой

 

При двукрылом выемочном поле на вентиляционном и основном горизонтах пласт вскрыт блоковыми квершлагами, нижний пройден с уклоном 0,05-0,07 в сторону угленосной станции. Выемка угля ведется горизонтальными слоями механогидравлическим способом. Желоб для гидротранспорта угля располагается в лежачем боку пласта. Высота горизонтального слоя - 3,5 м.

Для решения вопросов развития добычи угля с закладкой выработанного пространства на базе комплексной механизации очистных и закладочных работ научно-исследовательскими и проектно-конструкторскими институтами проведен большой объем экспериментальных и опытных работ, в основном

применительно к условиям Прокопьевско-Киселевского месторождения Кузбасса.

Так, были созданы комплекс КТЗ для механизации выемки и доставки угля, крепления и управления кровлей с литой закладкой при разработке мощных крутых пластов, агрегат АКЗ для послойной выемки пластов мощностью 1,8-7,5 м, с углом падения более 450 длинными столбами по про-стиранию с жесткой твердеющей закладкой, комплекс КВЗ для комплексной механизированной разработки наклонных и крутых пластов угля средней мощности и мощных столбами по восстанию с закладкой выработанного пространства любым способом, а также комплекс КГСЗ для отработки горизонтальными слоями в нисходящем порядке с жесткой твердеющей закладкой выработанного пространства мощных (более 7 м), крутых (50° и выше) пластов угля в особо сложных горно-геологических условиях.