Обоснование технологических параметров проведения подготовительных выработок по газоносным угольным пластам с использованием инертных сред

Успешное функционирование угольной отрасли в новых экономических отношениях требует высокой концентрации и интенсификации горных работ, использования высокопроизводительной добычной и проходческой техники.

В то же время горные работы на шахтах Кузнецкого угольного бассейна характеризуются постоянным увеличением глубины проведения. С увеличением глубины залегания угольных пластов их проницаемость уменьшается, а метаноносность увеличивается.

Увеличение метаносноннсти угольных пластов и высокая концентрация горных работ приводят к увеличению газообильности горных выработок и ограничению интенсивности горных работ по газовому фактору. Уменьшение проницаемости угольных пластов снижает эффективность использования дегазации.

Снижение темпов ведения горных работ особенно остро чувствуется при проведении подготовительных выработок. Несмотря на большое внимание, уделяемое этому вопросу, ограничение скоростей проведения подготовительных выработок на газоносных угольных пластах достигает пятидесяти процентов, что способствует увеличению затрат на проведение выработок и обуславливает нецелесообразность использования высокопроизводительной горнопроходческой техники.

В настоящее время на действующих горных предприятиях задача управления газовыделением при ведении проходческих работ решается за счет использования проветривания и дегазации. Как показывает практика, в условиях низкопроницаемых угольных пластов, характерных для Центрального района Кузбасса, перечисленные способы не могут в полной мере решить проблему исключения влияния метоновыделения на темпы проведения выработок.

Таким образом, при отработке участков шахтных полей с повышенным газовыделением, на долю которых в Ленинском районе Кузбасса приходится до 65% промышленных запасов угля, в настоящее время практически не решены задачи управления метановыделением при проходке.

Так как использование проветривания и дегазации не дает решения этих задач, необходимо рассмотреть возможность применения в отмеченных условиях новых нетрадиционных способов борьбы с газом.

В связи с изложенным задача повышения темпов проведения подготовительных горных выработок на высокогазоносных угольных пластах на базе нетрадиционных технологических решений является актуальной для угольной отрасли.

Целью диссертации является установление зависимостей газодинамического состояния подготовительных выработок от скорости их проведения и длины тупиковой части для обоснования рациональных технологических параметров проведения подготовительных выработок с использованием инертных сред.

Идея работы заключается в том, что на газоносных угольных пластах повышение скорости проведения подготовительной выработки может быть достигнуто применением инертной метановой среды в ее изолированной призабойной части рациональной длины.

Научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна: повышение интенсивности и безопасности проведения подготовительных горных выработок на газоносных угольных пластах достигается за счет использования инертной (пожаро-взрывобезопасной) метановой среды в изолированной призабойной части подготовительных выработок. эффективность и безопасность проведения подготовительных выработок с использованием инертной метановой среды в зоне горных работ базируется на выборе рационального размера изолированной призабойной части выработки, отделенной от проветриваемой части мобильным шлюзовым устройством.

— скорость проведения выработки и параметры проходческого цикла определяются длиной изолированной призабойной части выработки, заполненной инертной метановой средой.

— методика определения рациональных параметров интенсивного проведения подготовительных выработок базируется на технико-экономическом критерии, отражающем экономические показатели реализации схемы с учетом газодинамического состояния горного массива, технологических характеристик проводимой выработки и технических характеристик используемого оборудования.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

• корректной постановкой задачи исследования;

• использованием современных методов анализа литературных данных и опыта проведения подготовительных выработок по высокогазоносным угольным пластам;

• удовлетворительной сходимостью (расхождение до 18%) результатов теоретических исследований и наблюдений проведения подготовительных выработок на четырех участках шахт Кузнецкого угольного бассейна.

Научное значение работы состоит в установлении зависимостей параметров технологии проведения выработок от их газодинамического состояния и обосновании методики определения рациональных параметров интенсивного проведения подготовительных выработок с использованием инертной метановой среды.

Практическое значение работы заключается в разработке технологических параметров схемы интенсивного проведения подготовительных выработок с использованием инертной метановой среды.

Апробация работы: Основные результаты работы докладывались на научных симпозиумах, посвященных «Неделе горняка» (МГГУ, 20 002 002 гг.) и на научных семинарах кафедры «Подземная разработка пластовых месторождений» (МГГУ, 2000;2003 гг.).

Реализация выводов и рекомендаций: Выводы и рекомендации работы использованы в проекте на подготовку запасов Южной прирезки пласта «Бреевский» шахты «Комсомолец» ОАО «Ленинскуголь».

Публикации: По теме диссертации опубликованы 4 научные статьи.

Объем работы: Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 178 страницах машинописного текста, содержит 28 таблиц, 26 рисунков, список литературы из 70 наименований.

4.5. Выводы по главе.

1. Главной особенностью технологической схемы проведения подготовительных выработок с использованием инертной метановой среды является разделение подготовительной выработки на две зоны с помощью мобильного шлюзового устройства. В призабойной зоне работы выполняются в инертной метановой среде. В этой зоне выполняются те технологические процессы, выполнение которых можно механизировать и автоматизировать. В остальной части выработки работы проводятся в проветриваемой атмосфере и выполняются те технологические процессы, выполнение которых требует использования ручного труда и длительного присутствия персонала.

2. Разработана технологическая схема проведения подготовительных выработок с использованием инертной метановой среды. В призабойной изолированной части подготовительной выработки осуществляются временное крепление, процессы отбойки и погрузки отбитой горной массы, в проветриваемой части подготовительной выработки должны осуществляться процессы постоянного крепления, настилки рельсовых путей, навески трубопроводов, проведения канавки и другие технологические процессы, степень механизации которых в настоящее время недостаточна. Мобильное шлюзовое устройство должно выполнять следующие функции: надежное разделение двух газовых сред, передвижение вместе с фронтом проходческих работ, пропуск людей и материалов, пропуск отбитой горной массы, обеспечение водоотлива из изолированной части, поддержание кровли выработки над шлюзовым устройством, обеспечение возможности разгерметизации изолированной части выработки и установление в ней атмосферы с параметрами, соответствующими требованиям ПБ.

3. Основным параметром технологической схемы проведения подготовительных выработок с использованием инертной метановой среды, определяющим все остальные параметры технологической схемы, является длина изолированной призабойной части. Разработана методика определения параметров технологии проведения подготовительных выработок с использованием инертной метановой среды в призабойной части выработки рациональной длины. Длина изолированной части выработки определяется из условий возможностей технологического оборудования и достижения максимального экономического эффекта.

4. Проведена апробация технологической схемы проведения подготовительной выработки для условий проведения конвейерного штрека длиной 700 м по пласту «Бреевский» ш. п. шахты «Комсомолец» ПО «Ленинскуголь». Применение технологической схемы в означенных условиях позволяет снизить полную стоимость проведения штрека на 612 640 рублей, что составляет 11.79% от полной стоимости проведения, а также повысить скорость проведения конвейерного штрека со 157.5 м/месяц до бЗОм/месяц. Технологическая схема проведения выработок с использованием инертной метановой среды не обеспечивает снижение трудоемкости проходческих работ, но ее применение делает рентабельным применение средств механизации проходческих работ. Применение крепеустановщика ДК при проведении конвейерного штрека по пласту «Бреевский» с помощью технологической схемы проведения подготовительных выработок с использованием инертной метановой среды позволяет получить дополнительный экономический эффект в 16 862 рубля за счет снижения трудоемкости работ по установке крепи.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Диссертация является научной квалификационной работой, в которой содержится решение актуальной для угольной отрасли задачи повышения темпов проведения подготовительных выработок по высокогазоносным угольным пластам за счет использования инертной метановой среды в изолированной призабойной части выработки рациональной длины.

Основные научные результаты, выводы и рекомендации заключаются в следующем:

1. Обосновано, что эффективным способом повышения темпов проведения подготовительных выработок на высокогазоносных угольных пластах является применение инертной метановой среды в зонах горных работ. Выполнение технологических операций проходческого цикла в пожаро-взрывобезопасной среде обеспечит рост темпов проходки в 3−4 раза и снижение затрат до 20%. Использование инертной среды позволяет эффективно использовать средства механизации труда, что обеспечивает повышение производительности труда.

2. Установлено, что уровень механизации и автоматизации существующих технических средств проведения подготовительных выработок обеспечивает выполнение технологических операций проходческого цикла в инертной метановой среде только в призабойной части выработки размером от 8 до 25 м. Структура газового баланса подготовительной выработки определяет рациональные размеры ее призабойной части в конкретных горно-геологических условиях.

3. Предложена методика определения технологических параметров проведения подготовительных выработок, с помощью которой установлено то, что в рассмотренных горно-геологических условиях по фактору метановыделения скорости проведения выемочных штреков не могут превышать 150−160 м/месяц, в то же время изолированный от общешахтной атмосферы отвод 30% выделяющегося в выработке газа позволяет увеличить скорости проведения штреков в 3−4 раза.

4. Предложена технологическая схема проведения подготовительных выработок с использованием инертной метановой среды в изолированной призабойной части, включающая автоматизированное горнопроходческое оборудование, систему управления инертной метановой средой и мобильное шлюзовое устройство, позволяющее создать в призабойной части выработки инертную среду с необходимыми параметрами.

5. Предложена методика определения параметров технологии проведения подготовительных выработок с использованием инертной метановой среды в призабойной части выработки рациональной длины. Методика основывается на определении технико-экономического критерия, отражающего экономические показатели реализации схемы с учетом газодинамического состояния массива, технологических характеристик проводимой выработки и технических характеристик используемого оборудования.

6. Разработанная технологическая схема проведения подготовительных выработок с использованием инертной метановой среды апробирована для условия пласта «Бреевский» ш. п. шахты «Комсомолец», применение новой технологической схемы позволило повысить среднюю скорость проведения выработки со 157 до 630 м/месяц и снизить стоимость проведения выработки на 11,8%.