Обоснование проектных решений по эффективной отработке запасов участков угольных месторождений сложной конфигурации тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.21, кандидат технических наук Сущев, Роман Алексеевич

• Сущев, Роман Алексеевич
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Сущев, Роман Алексеевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И НАПРАВЛЕНИИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ

ОТРАБОТКИ ВЫЕМОЧНЫХ ПОЛЕЙ СО СЛОЖНОЙ КОНФИГУРАЦИЕЙ.

1.1. Особенности горно-геологических и горнотехнических условий отработки выемочных полей в период строительства и реформирования шахтного фонда.

1.2. Анализ практики использования технологий отработки запасов в сложных горно-геологических условиях.

1.3. Опыт отработки выемочных полей, имеющих участки сложной конфигурации с ограниченными запасами.

1.4. Цель, идея, задачи и методы исследований.

ВЫВОДЫ

2. МЕТОДИКА ОБОСНОВАНИЯ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИИ ПО ЭФФЕКТИВНОЙ ОТРАБОТКЕ ЗАПАСОВ УЧАСТКОВ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ СЛОЖНОЙ КОНФИГУРАЦИИ.

2.1. Характеристика оставленных целиков угля как объектов обоснования проектных решений вовлечения их в отработку.

2.2. Опыт отработки выемочных полей сложной конфигурации с ограниченными запасами угля.

2.3. Характеристика горношахтного оборудования для отработки выемочных участков сложной конфигурации с ограниченными запасами угля.

2.4. Принципы формирования технологий отработки выемочных участков сложной конфигурации с ограниченными запасами угля.

2.5. Методика исследования технологий отработки выемочных участков сложной конфигурации с ограниченными запасами угля.

ВЫВОДЫ

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ОТРАБОТКИ ВЫЕМОЧНЫХ УЧАСТКОВ СЛОЖНОЙ КОНФИГУРАЦИИ С ОГРАНИЧЕННЫМИ

ЗАПАСАМИ УГЛЯ.

3.1 Технологии отработки выемочных участков длинными очистными забоями с криволинейной траекторией движения линии очистного забоя.

3.2 Технологии отработки выемочных участков камерно-столбовыми и камерными системами разработки.

3.3. Технологии отработки выемочных участков короткими лавами с креплением призабойного пространства.

3.4 Технология отработки выемочных участков без крепления призабойного пространства.

3.5. Технология отработки выемочных участков с использованием! гидромеханизации.

ВЫВОДЫ.,. [

4. РЕКОМЕНДУЕМЫЕ ВАРИАНТЫ РАЦИОНАЛЬНЫХ СОЧЕТАНИЙ ТЕХНОЛОГИЙ РАЗРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ

4.1. Рекомендуемые варианты высокопроизводительной отработки угольных пластов длинными комплексно-механизированными очистными забоями.

4.2. Рекомендуемые варианты технологии отработки угольных пластов короткими комплексно-механизированными очистными забоями.

4.3. Рекомендуемые варианты технологии отработки угольных пластов короткими очистными забоями с использованием гидромониторных и механогидравлических агрегатов.

4.4. Разработка агрегатов с использованием тонких струй для очистной выемки угля.

ВЫВОДЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование проектных решений по эффективной отработке запасов участков угольных месторождений сложной конфигурации»

Актуальность работы. В настоящее время в угольной отрасли продолжается преобразование шахтного фонда, которое по предварительным оценкам закончится в 2012 году. Основная его цель — создание высокоэффективного шахтного фонда угольных компаний России. Практически все шахты в частности Кузбасса переоснащаются импортным горно-шахтным оборудованием, имеющим высокую производительность и надежность. Однако применение высокопроизводительного оборудования требует благоприятных условий ведения горных работ.

При использовании традиционных проектных решений перспективные угольные запасы на действующих шахтах будут отработаны в течение ближайших 8-10 лет. Одновременно с этим на шахтах остается значительное количество запасов участков со сложной конфигурацией. Только на шахтах Центрального и Северного Кузбасса объем таких запасов составляет порядка 250 млн.тонн, а в целом по России - около 600 млн.тонн. При проектировании новых горизонтов строящихся и действующих шахт и обосновании параметров схем вскрытия и подготовки в целях оптимизации эксплуатационных затрат считается нецелесообразным вовлекать в отработку запасы в участках со сложной конфигурацией. Однако в процессе обоснования проектных решений не принимается во внимание, что увеличение полноты извлечения значительно сокращает удельные капитальные вложения и способствует продлению срока службы шахты. Вовлечение в отработку таких запасов должно обеспечиваться на стадии проектирования новых горизонтов. В проектные решения должны быть заложены адаптивные технологии и технические средства, обеспечивающие полноту выемки запасов угля. В соответствии с этим исследования, направленные на обоснование рациональных схем вскрытия, подготовки и отработки запасов участков шахтных полей со сложной конфигурацией, обеспечивающих максимальное извлечение, являются актуальными.

Целью работы является обоснование проектных решений по эффективной отработке запасов участков угольных месторождений сложной конфигурации на основе использования адаптивных технологий и технических средств, обеспечивающих повышение полноты извлечения запасов, интенсивности и эффективности эксплуатации месторождений.

Идея работы состоит в реализации комплексного подхода к разработке проектных решений, основанных на использовании эффективных технологий, адаптированных к условиям участков угольных месторождений сложной конфигурации с ограниченными запасами.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

- повышение полноты извлечения запасов угольных месторождений достигается за счет вовлечения в отработку участков шахтных полей сложной конфигурации с ограниченными запасами угля с применением мобильных малозатратных технологий очистной выемки;

- проектные решения по отработке запасов участков шахтных полей сложной конфигурации с ограниченными запасами угля должны базироваться на технических и технологических решениях, обеспечивающих максимальное использование георесурсного потенциала месторождения;

- обоснование проектных решений, базирующихся на использовании прогрессивных технологий отработки запасов оставленных участков шахтных полей, осуществляется по критериям, учитывающим иерархию технологической и экономической целесообразности вовлечения их в отработку;

- разработка проектных решений, основанных на применении мобильных малозатратных технологий очистных работ оставленных запасов угля с использованием коротких лав позволяет повысить эффективность эксплуатации и продлить срок службы действующих и подлежащих ликвидации шахт.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций работы подтверждаются:

- достаточным объемом геолого-маркшейдерской информации о неотра-батываемых участках шахтных полей сложной конфигурации с ограниченными запасами угля (14 шахт, 39 участков) и вариантах принципиальных технологических схем очистных работ (19 технологических схем), а также представительным периодом анализа информации (последние 10 лет);

- корректным использованием современных методов исследований;

- положительными результатами внедрения технологических решений на шахтах им. Ярославского («Егозовская») и им. 7-е Ноября.

Новизна научных результатов заключается в:

- разработана экономико-математическая модель, позволяющая из множества вариантов, представляемых в виде технологических схем отработки запасов участков со сложной конфигурацией и ограниченными запасами, выбрать наиболее эффективный, а также оценить целесообразность вовлечения в отработку таких запасов с учётом конъюнктуры рынка угольной продукции;

- разработана структура технологической модели, реализуемой для любых совместимых сочетаний схем подготовки, систем разработки и технологических средств отработки запасов угля на участках сложной конфигурации.

Научное значение диссертации заключается в разработке методических положений по обоснованию проектных решений по отработке участков шахтных полей сложной конфигурации с ограниченными запасами угля на основе установления закономерностей влияния горно-геологических и горнотехнических условий на эффективность очистных работ в границах этих участков.

Практическое значение работы состоит в разработке рекомендаций по отработке запасов участков шахтных полей сложной конфигурации с ограниченными запасами угля, применение которых позволяет продлить срок службы шахт и повысить эффективность их работы.

Реализация выводов и рекомендаций. Научные результаты и практические рекомендации, изложенные в диссертации, использованы при составлении программ развития горных работ на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс», а также при отработке оставленных запасов на шахтах им. Ярославского («Егозовская») и им. 7-е Ноября, что обеспечило добычу свыше 750 тыс. т угля.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на научных симпозиумах в рамках «Недели горняка» (Москва, 2006-2010гг.), научно-техническом совете ОАО «СУЭК-Кузбасс» (Кемерово, 2008г.), научных семинарах кафедры «Подземная разработка пластовых месторождений» Московского государственного горного университета (Москва, 2006 - 2010гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 4 научные статьи. Объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 разделов, заключения, содержит 58 рис, 17 таблиц, список литературы из 71 наименования.

Заключение диссертации по теме «Теоретические основы проектирования горно-технических систем», Сущев, Роман Алексеевич

ВЫВОДЫ

1.Скорректирована методика определения нагрузки на длинный комплексно-механизированный очистной забой, учитывающая особенности ведения очистной выемки при наличии предохранительных целиков различных размеров у подготовительных выработок (табл.3). В общепринятую зависимость по определению нагрузки на длинный комплексно-механизированный очистной забой введен коэффициент повышения производительности очистных работ Кпп, который составляет 1,0 -1,4 при изменении ширины предохранительных целиков в диапазоне 0-80 м Коэффициент Кпп учитывает влияние геомеханических и технологических условий отработки запасов выемочных участков при наличии предохранительных целиков.

2.Установлены рациональные параметры двух- и трехструйного разрушения угольного пласта при агрегатно-гидравлической технологии с подвижными органами разрушения: начальное давление воды 25,0 МПа, диаметр двух насадок 0,022 м, расстояние между осями насадок 0,27 м, начальное расстояние от насадок до забоя 0,32 м, величина вынимаемой стружки угля 0,8 м, выемка угля с предварительной врубовой щелью глубиной 3,2 м и величина плеча обрушения 0,28 м.

3. Обоснованы параметры прогрессивных вариантов агрегатно-гидравлической технологии очистных работ с использованием тонких струй, отличительной особенностью которых являются использование перекрещивающихся струй для разрушения угольного массива и равномерное их расположение по длине очистного забоя, постоянное прижатие струеформирующих устройств к угольному забою, обеспечение благоприятных условий безнапорного транспорта пульпы.

4. Обоснованы параметры механогидравлической технологии отработки тонких пластов агрегатом АСМ-1 и АСМ-2. Длина камеры рекомендуемой технологической схемы составляет 120 м, а высота 0,6 м при прямом ходе и 1,2 м при обратном (очистной выемке). Суточная нагрузка на очистной забой составит для агрегата АСМ-1 при ширине захвата 3,6 м - 429 т/сут; 5,0 - 596 т/сут; 7,5 м - 823 т/сут; 10 м - 1053 т/сут. Суточная нагрузка на очистной забой, оборудованный агрегатом АСМ-2, составит 1153 т/сут.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой изложены научно обоснованные технологические разработки по обоснованию проектных решений по эффективной отработке запасов участков угольных месторождений сложной конфигурации на основе разработанной экономико-математической модели, имеющие важное значение для теории и практики проектирования горнодобывающих предприятий.

Основные научные и практические результаты, полученные лично автором:

1. На основе анализа результатов теоретических и практических исследований в области обоснования параметров технологий извлечения запасов из участков месторождений сложной конфигурации установлено, что в современных условиях продолжающегося преобразования шахтного фонда угольных компаний необходимо создание адаптивных технологий выемки данных запасов, которые должны использоваться при разработке проектных решений с целью обеспечения полноты выемки и повышения эффективности подземной угледобычи.

2. Установлено, что для разработки эффективных проектных решений, обеспечивающих полноту выемки запасов угля, наиболее прогрессивными, надежными и экономичными являются элементы короткозабойной, камерной и камерно-столбовой систем разработки, которые в конкретных горно-геологических и горнотехнических условиях могут быть адаптированы к отработке запасов из участков сложной конфигурации.

3. Доказано, что существующее горношахтное оборудование, а также стратегия технического перевооружения шахт позволяют обосновать рациональные проектные решения, основанные на интенсивной отработке оставленных в шахтах запасов угля с учетом рентабельной работы предприятия и существенного повышения полноты извлечения запасов шахтных полей.

4. Предложены научно обоснованные прогрессивные и надежные проектные решения, направленные на повышение полноты извлечения запасов из участков угольных месторождений сложной конфигурации, позволяющих продлить срок службы шахты, снизить себестоимость угля, обеспечить повышение конкурентоспособности и инвестиционную привлекательности угольных компаний.

5. Разработана технологическая модель, реализуемая при проектном обосновании любых совместимых сочетаний схем подготовки, систем разработки и технологий отработки ограниченных запасов угля и участков сложной конфигурации.

6. Разработана экономико-математическая модель, позволяющая из множества вариантов, представляемых в виде технологических схем отработки участков со сложной конфигурацией и ограниченными запасами, выбрать наиболее эффективный, а также оценить экономическую целесообразность вовлечения в отработку таких запасов с учётом рыночной конъюнктуры на угольную продукцию.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Сущев, Роман Алексеевич, 2010 год

1. Козовой Г.И., Кузнецов Ю.Н., Рыжов A.M. Гибкие технологические системы высокопроизводительных угольных шахт. — М.: 2003. 501 с.N

2. Белов В.П., Мазикин В.П., Ремезов A.B. Разработка пологих и наклонных пластов Кузнецкого угольного бассейна. Прокопьевск: КузНИУИ, 1995.

3. Пучков Л.А., Красюк H.H. Эффективная и безопасная отработка запасов угля в сложных горно-геологических условиях. Учебное пособие. М.: МГГУ, 2003.-283с.

4. Михеев О.В., Малышев Ю.Н., Евтушенко А.Е. Совершенствование технологии отработки угольных пластов Кузбасса, осложненных геологическими нарушениями. -М.: Издательство МГГУ, 1994.-104 с.

5. Малышев Ю.Н., Михеев О.В., Никишичев В.Г. О развороте комплекса 4КМ-130 на 180° на шахте Распадская. Уголь,1985, №5, С.55-58.

6. Килячков А.П., Халимов А.И. Отработка пологих пластов с разворотом механизированных комплексов. -Уголь, 1983,№7, С.17-19,

7. Разворот механизированной лавы на 180°. Новости зарубежной угольной промышленности. -М.: ЦНИЭИУголь,1978,№5.

8. Кованевич П.М., Птицин В.П. Опыт отработки выемочного поля механизированным комплексом без демонтажа его при переходе в следующую лаву. -М.: Уголь,1973,№2,С.14-15.

9. Клэс Ф., Вайнхаймер О. Повороты лав в каменноугольной промышленности ФРГ. Глюкауф, 1980, №11, С.4-12.

10. Ю.Абрамов В.М., Западинский Л.А. и др. О повышении уровня извлечения запасов угля в Кузбассе. //Уголь. 1986. № 2. - С 12-15.

11. П.Бирюков P.A., Буткевич Р.В. О потерях угля в недрах при подземном способе разработки угольных месторождений. // Добыча угля подземным способом. -М.: ЦНИЭИуголь. 1977. - № 6. - С. 11-13.

12. Беляев Е.В. Отработки околоствольных целиков. Уголь. 1982. - № 1. -С. 17-20.

13. Беляев Е.В., Ельчанинов Е.А. Разработка забалансовых запасов угля. Обзорный информ. вып. 8. 1988. - 36 с.

14. Борецкий М. Опыт польской угольной промышленности в области выемки угля из охранных целиков. М.: Внешторгиздат. - 1967. - 16 с.

15. Бурчаков A.C. Научные основы создания шахты будущего /Уголь. -1988.-№1. -С. 9-13.

16. Бурчаков A.C. Разработка органически безопасной технологии и техники шахтной добычи угля и создание шахты с уменьшенными первоначальными и последующими затратами /Изв. вузов. Горный журнал. -1990.-№1.-С. 7-12.

17. Бурчаков A.C., Малкин A.C., Устинов М.И. Проектирование шахт. Учебник для вузов. М.: Недра - 1985.

18. Васючков Ю.Ф., Калфакчиян А.П. Разработка угольных пластов в сложных условиях с применением полимерных композиций. ЦНИЭИуголь. -М., 1992.

19. Воронин Б.И., Новиков В .Я. Опыт отработки целиков короткими очистными забоями. Уголь. - 1979. - № 6. - С. 15-17.

20. Гапанович JI.H., Стариков A.B. Разработка угольных пластов системами с короткими забоями. М.: ВИНИТИ, 1960. 71 с.

21. Малкин A.C. Как не потерять потери? //Уголь. 1990, №1, - 12 с.

22. Методические рекомендации по формированию внутрифирменных цен на продукцию, работы и услуги акционерного общества «Шахта Распадская». -М.: ИГД им.А.А.Скочинского. 1993, - 32 с.

23. Мировые цены на уголь явно растут. // Глюкауф. 1994. №4, - 5 с

24. Рекомендации по техническому и технологическому перевооружению шахт в условиях перехода к рыночной экономике. Сост. Мазикин В.П., Красюк H.H. и др. -М.: "Росуголь". 1995. - 35 с.

25. Гурьянов В.В. Основные направления научно-технического прогресса в топливных отраслях промышленности. Теплоэнергетика, - 1994. № 11, - С. 11-16.

26. Пучков JI.A., Михеев О.В., Сенкус В.В., Атрушкевич В.А. Системный анализ технологий подземной добычи угля. — М.: Издательство Академии горных наук. 200. - 148 с.

27. Кузнецов К.К., Митейко А.И. Применение методов операционных исследований и ЭВМ при оптимизации схем вскрытия и подготовки шахтных полей. М.: Недра. 1968. - 215 с.

28. Концепция шахты закрытого типа с безлюдной технологией горных работ в инертной газовой среде. М.МГИ. 1989, - 62 с.

29. Саламатин А.Г., Михеев О.В. Опыт перестройки угольной промышленности. М.:МГГУ. 1996. - 104 с.

30. Малышев Ю.Н. и др. Реструктуризация угольной промышленности. М.: Компания «Росуголь», 1996. 586 с.

31. Мирный И .Я., Рудой И. Д., Мамонтов А.Я. Перспективы вовлечения оставленных запасов на отработанных шахтах. Уголь. - 1988. - № 4. - С. 1819.

32. Михеев О.В., Некрасов В.В. и др. Новые технологические решения по вскрытию, подготовке и отработке угольных месторождений Кузбасса. М: МГИ. 1993. - 146 с.

33. Малкин A.C., Пучков JI.A., Саламатин А.Г., Еремеев В.М. Проектирование шахт. Учеб. Для вузов. М.:. Изд-во РАН. 2000. - 375 с.

34. Шундулиди А.И. Повышение технического уровня и безопасности ведения горных работ на угольных пластах с трудноуправляемыми кровлями. Дисс. докт.техн.наук. 1999.

35. Решетов С.Е. Формирование и реализация технологической базы эффективной реструктуризации шахтного фонда. М.: МГГУ. - 2003. - 105 с.

36. Решетов С.Е., Красюк H.H., Осыка Я.С. Вопросы стратегии развития угледобывающих предприятий в условиях рыночной экономики. М.: МГГУ. -1999.- 124 с.

37. Егоров П.В., Кузнецов Ю.Н., Решетов С.Е., Косьминов Е.А., Красюк H.H. Основы горного дела. М.: МГГУ. - 2000. - 420 с.

38. Решетов С.Е., Красюк H.H. Устойчивое и эффективное функционирование угольной компании в период реструктуризации шахтного фонда. М.:МГГУ, 2002. - 86 с.

39. Лурий В.Г., Михеев О.В., Никишичев Б.Г. Концепция и примеры синтеза технологий добычи и переработки угля. Научно-учебное издание. М.: МГИ. - 1993. - 73 с.

40. Красюк H.H., Решетов С.Е., Максименко Ю.М. и др. Управление состоянием горного массива. Ч. 2. М.: МГГУ, 2002. -224с.

41. Красюк H.H., Решетов С.Е. Максименко Ю.М. и др. Управление состоянием горного массива. 4.1. М.:МГГУ, 2002. - 108 с.

42. Красюк H.H., Решетов С.Е., Виткалов В.Г. Направления и технологические решения по развитию угледобывающих предприятий. — М.: МГГУ, 2002.-182 с.

43. Красюк H.H., Решетов С.Е., Максименко Ю.М. Управление состоянием горного массива его обработкой полиуретановыми смолами в оперативном режиме. М.: МГГУ, 2002. - 72 с.

44. Стариков A.B. Комплексное освоение угольных месторождений. М.: Наука. 1990.- 184 с.

45. Решетов С.Е., Ремезов A.B., Мышляев Б.К. Особенности современной технологии анкерования кровли, применяемой в США. Уголь, - 1999. - №12. -С. 77-78.

46. Ремезов A.B., Мазикин В.П., Косьминов Е.А., Решетов С.Е., Лобойко Н.Г. Результаты первого этапа реструктуризации шахт ОАО «УК Ленинскуголь» и задачи второго этапа. Уголь. 1999. - № 6. - С. 56-60.

47. Мазикин В.П., Косьминов Е.А., Решетов С.Е., Ремезов A.B., Красюк H.H. Опыт повышения технического уровня и управления угольным производством на базе подготовки руководящих кадров и специалистов высшей квалификации. — ГИАБ. 2001.

48. Красюк H.H., Золотых С.С., Косьминов Е.А., Решетов С.Е. и др. Стратегия развития шахтного фонда в современных условиях хозяйствования // Материалы международной конференции «Горное дело» М.: МГГУ, 2001. -С. 61-74.

49. Судоплатов А.П. и др. Разработка короткими очистными забоями. М.: Госгортехиздат. 1962. - 303 с.

50. Хмелев А.Н., Михайлец В.Н. Опыт механизированной выемки межлавных целиков с применением комплекса ОМКТМ. Уголь. - 1971. - № 5. -С. 25-27.

51. Хохлов И.В., Шерстнев Н.В., Феданов В.П. и др. Разработка угольных месторождений Печорского бассейна. -М.: Госгортехиздат. 1960. - 195 с.

52. Яновский А.Б, Основы реструктуризации угольной промышленности. М.: Недра, 1995. 135 с.

53. Ялевский В.Д. и др. Рационально осваивать месторождения угля в Кузбассе. М.: Уголь, №12, 1986. С. 18-19.

54. Тациенко В.П. Научное обоснование и разработка технологических схем отработки пологих и наклонных угольных пластов короткими очистными забоями на шахтах Кузбасса. Дисс. докт. техн. наук, Кемерово, 2003, с.

55. Ремезов A.B. Отработка очистных забоев на криволинейном участке без предварительного проведения демонтажной выработки: Тезисы докладана конференции КузГТУ. Кемерово, 1990, -С,21-22.

56. Ремезов A.B. и др. Определение параметров камерно-столбовой системы при отработке целика угля неправильной формы в пределах горного отвода ОАО «Шахта им. 7 Ноября». Кемерово. -2003. С,11-23.

57. Ремезов A.B. и др. Опыт отработки пласта 7-7а в горно-геологических условиях шахты «Распадская» при помощи камерно-столбовой технологии. — Кемерово, 2004. -С. 18-20.

58. Калинин С.И. Анализ методов расчета межкамерных целиков. -Кемерово, 1999. -С. 21-23.

59. Климов В.Г. Отработка оставленных целиков угля на шахтах филиала «Ленинскуголь»ОАО «УК Кузбассуголь»'. М.: Уголь,-2001. № С.25-27.64.3айденварг В.Е. Оценка остаточных запасов коксующихся углей на ликвидированных шахтах. М.: Уголь. 2002. -№6. С.21-24.

60. Мельник В.В., Сущев P.A. Принципы проектирования технологии отработки запасов участков угольных месторождений сложной конфигурации.

61. Депонированная рукопись №778/10-10 от 23.07.2010 // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал) 7с.

62. Мельник В.В., Сущев P.A. Технология отработки мощных пологих угольных пластов с выпуском подкровельной толщи. М.:МГГУ // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). -2009.- №5 - С.198 - 210.