Обоснование технологических схем интенсивной отработки пологих газоносных угольных пластов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.22, кандидат наук Виноградов Евгений Александрович

• Виноградов Евгений Александрович
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Виноградов Евгений Александрович

ВВЕДЕНИЕ

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. 1 Анализ горно-геологических и горнотехнических условий отработки угольных пластов на шахтах Кузбасса

1.2 Анализ технологических схем интенсивной отработки пластов на шахтах РФ

1.3 Обзор мирового опыта интенсивной отработки пластов

1.4 Анализ способов управления газовыделением при интенсивной отработке пластов

1.5 Выводы по главе

2 НАТУРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОВЫДЕЛЕНИЕМ НА ВЫЕМОЧНЫХ УЧАСТКАХ

2.1 Выбор методики проведения исследований и характеристика объекта

2.2 Исследование неравномерности метановыделения при интенсивной отработке выемочных участков на шахте «Котинская» АО «СУЭК-Кузбасс»

2.3 Исследование влияния параметров скважин и ППДУ на эффективность управления газовыделением

2.4 Исследование влияния технологических параметров на газовый баланс при интенсивной отработке выемочных участков на шахте «Котинская» АО «СУЭК-Кузбасс»

2.5 Выводы по главе

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-АНАЛИТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОВЫДЕЛЕНИЕМ НА ВЫЕМОЧНЫХ УЧАСТКАХ

3.1 Выбор программного комплекса для проведения численных исследований и построение численной модели

3.2 Исследование влияния способа подготовки выемочных участков на эффективность управления газовыделением

3.3 Оценка влияния параметров заложения промежуточного штрека на эффективность управления газовыделением

3.4 Исследование влияния параметров способов управления газовыделением на показатель максимальной нагрузки на очистной забой по газовому фактору

3.5 Выводы по главе

4 ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ИНТЕНСИВНОЙ ОТРАБОТКИ ПОЛОГИХ ПЛАСТОВ НА ШАХТАХ АО «СУЭК-КУЗБАСС»

4.1 Обоснование параметров способа подготовки выемочных участков

4.2 Обоснование параметров управления газовыделением на выемочных участках

4.3 Экономическая оценка разработанных рекомендаций

4.4 Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование технологических схем интенсивной отработки пологих газоносных угольных пластов»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Увеличение глубины ведения горных работ, повышение нагрузок на очистные забои приводит к росту газообильности выемочных участков. В таких условиях управление газовыделением средствами вентиляции, дегазации и изолированного отвода метановоздушной смеси не всегда позволяет снять ограничения нагрузок на очистные забои по газовому фактору. При наличии в шахте лишь одного очистного забоя существенно возрастают убытки от неполного использования возможностей современного горного оборудования. Значительная часть метана в выработки выемочных участков поступает из выработанного пространства. В то же время, применяемые на шахтах Кузбасса схемы отвода метановоздушной смеси из выработанного пространства с помощью поверхностных модульных дегазационных установок (МДУ) через скважины, пробуренные с поверхности, требуют больших затрат и не обеспечивают необходимого уровня устойчивости управления газовыделением. С увеличением глубины ведения работ такие схемы становятся еще более затратными и менее устойчивыми.

Вопросы отработки газоносных угольных пластов и управления метановыделением на выемочном участке рассмотрены в работах Айруни А.Т., Забурдяева В.С., Казанина О.И., Калединой Н.О., Качурина Н.М., Коршунова Г.И., Мельника В.В., Мясникова А.А., Пучкова Л.А., Рубана А.Д., Сластунова С.В., Шувалова Ю.В. и др. По результатам исследований разработаны нормативные документы, регламентирующие вопросы проектирования способов и средств управления газовыделением. В тоже время, в условиях интенсивной отработки угольных пластов в режиме «шахта-лава» технические возможности современного оборудования в ряде случаев ограничиваются газовым фактором, а средства управления газовыделением не позволяют снять данные ограничения. Поскольку большинство шахт РФ отрабатывают газоносные угольные пласты, все большее количество предприятий переходит на режим «шахта-лава» и вопросы обоснования

параметров технологических схем, обеспечивающих эффективность и безопасность отработки пластов в таких условиях, являются актуальными.

Цель работы. Разработка технологических схем, позволяющих снять ограничения нагрузок на очистные забои по газовому фактору при интенсивной отработке пологих газоносных пластов шахт Кузбасса, обеспечивающих эффективность управления газовыделением без использования поверхностных дегазационных установок.

Идея работы. Эффективное управление газовыделением, обеспечивающее снятие ограничений нагрузок на очистные забои по газовому фактору без использования МДУ достигается при использовании технологических схем подготовки выемочных участков спаренными выработками и промежуточным штреком, параметры заложения которого определяются на основе моделирования аэрогазодинамических процессов на выемочном участке.

Основные задачи исследований:

1. Анализ мирового опыта интенсивной отработки газоносных угольных пластов.

2. Натурные исследования влияния параметров технологических схем на эффективность управления газовыделением на выемочном участке.

3. Экспериментально-аналитические исследования влияния способов управления газовыделением и режимов проветривания, при различных параметрах технологических схем на нагрузки на очистной забой.

4. Разработка рекомендаций по определению параметров технологических схем при отработке газоносных угольных пластов в режиме шахта-лава.

5. Оценка эффективности и определение области применения разработанных рекомендаций.

Методы исследований. Для решения поставленных задач использован комплексный метод, включающий обобщение и анализ теории и практики отработки газоносных пластов длинными столбами; натурные исследования

влияния параметров технологических схем на эффективность управления газовыделением на выемочном участке; экспериментально-аналитические исследования влияния параметров технологических схем на эффективность газоуправления на выемочном участке; компьютерная обработка данных.

Научная новизна:

■ Установлены нелинейные зависимости допустимых нагрузок на очистные забои по газовому фактору от параметров технологических схем, проветривания и дегазации при интенсивной отработке пологих газоносных угольных пластов.

■ Установлены зависимости затрат на управление газовыделением от глубины ведения работ при использовании МДУ и скважин, пробуренных с поверхности, а также при проведении промежуточного штрека для подсвежения струи воздуха в лаве для условий шахты «Котинская» АО «СУЭК-Кузбасс».

Основные защищаемые положения:

1. При интенсивной отработке пологих газоносных угольных пластов Соколовского месторождения длинными забоями изолированный отвод метановоздушной смеси через скважины, пробуренные с поверхности, с помощью МДУ не обеспечивает эффективного управления газовыделением на достигнутых глубинах при нагрузках на очистные забои 15000 т/сут и более.

2. Снятие ограничений нагрузки на очистные забои по газовому фактору для условий Соколовского месторождения без использования МДУ обеспечивается при использовании технологических схем подготовки выемочных участков спаренными выработками и промежуточным штреком, который проводится для подсвежения воздуха в лаве на расстоянии не более 70 м от конвейерного штрека и погашается после прохода лавы.

3. Выбор технологических схем интенсивной отработки пологих газоносных пластов определяется соотношением затрат на управление газовыделением, обеспечивающим снятие нагрузок на очистные забои по газовому фактору, для условий Соколовского месторождения схемы с отказом

от бурения скважин с поверхности в выработанное пространство и переходом на схемы с промежуточным штреком становятся предпочтительными при глубине ведения работ более 220 м и нагрузках на очистные забои более 12000 т/сут.

Практическая значимость работы:

■ Разработана технологическая схема с применением промежуточного штрека, обеспечивающая эффективность управления газовыделением и позволяющая отказаться от бурения скважин с поверхности в выработанное пространство.

■ Разработаны рекомендации по выбору расположения и размеров сечения промежуточного штрека для управления газовыделением на выемочном участке.

■ Разработаны рекомендации по выбору параметров проветривания выемочного участка с помощью двух воздухоподающих выработок и изолированного отвода метановоздушной смеси.

Достоверность и обоснованность научных положений и рекомендаций. Достоверность защищаемых положений, основных выводов и рекомендаций обеспечивается представительным объемом данных натурных наблюдений, использованием современных апробированных методов исследований; удовлетворительной сходимостью результатов натурных и численных исследований.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на: международной конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики «Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики» (Тула, 2014г.); международной научно-практической конференции «Промышленная безопасность предприятий минерально-сырьевого комплекса в XXI веке» (Санкт-Петербург, 2014г.); международной научно-практической конференции « Горное дело в XXI веке: технологии, наука, образование» (Санкт-Петербург, 2015г.), научных семинарах кафедры

разработки месторождений полезных ископаемых Национального минерально-сырьевого университета «Горный» (2014-2015 гг.).

Личный вклад автора. Сформулированы цель и задачи исследований, выбраны методики и проведены экспериментально-аналитические и натурные исследования, обобщены результаты исследований, сформулированы основные научные положения и выводы.

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 3 печатных работах, из них 2 - в изданиях из Перечня, рекомендуемого ВАК Минобрнауки России

Структура и объем работы. Диссертационная работа общим объемом 121 страниц состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 94 источников, включает 69 рисунков и 11 таблиц.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Анализ горно-геологических и горнотехнических условий отработки угольных пластов на шахтах Кузбасса

Кузнецкий угольный бассейн (площадь 26,7 тыс. км2) является главным угольным регионом России. Две основные угленосные толщи (кольчугинская и балахонская серии) содержат пласты с каменными углями от длиннопламенных до антрацитов. Разнообразны и структурные условия залегания пластов: нарушенные многочисленными разрывами складки в северной части бассейна, сжатые линейные складки с крутым залеганием пород, осложненные надвигами и взбросами в крайней западной части, малонарушенные брахискладки в центральной части и пологое моноклинальное залегание в южной части бассейна. Всего в пределах бассейна имеется около 126 рабочих угольных пластов, из них мощностью менее 1,3 м — 19%, 1,3-3,5 м — 43%, 3,5-10 м (редко до 20-30 м) —38%. Угли каменные полосчатые с участием фюзинита — балахонские и однородные витринитовые — ерунаковские от Д до А, малозольные, низкосернистые — 0,4-0,6% и фосфористые — до 0,12%.

I падения пластов

Рисунок 1.1 - Распределение балансовых запасов углей Кузбасса Общие геологические запасы до глубины 1800 м составляют 725 млрд. т., из них 548 млрд. т отвечают параметрам по мощности пластов и зольности угля, принятых кондициями для месторождений, вовлекаемых в

промышленное освоение. Балансовые запасы угля Кузнецкого угольного бассейна, подсчитанные в основном до глубины 600 м, составляют 110,8 млрд. т, из них разведанные по сумме категорий А+В+С1 около 67 млрд. т, предварительно оцененные (категория С2) 44,0 млрд. т. По запасам коксующихся углей Кузнецкий угольный бассейн — самый крупный в СССР. На долю коксующихся углей приходится 42,8 млрд. т, из них дефицитных марок Ж, К, ОС 25,4 млрд. т.

Рисунок 1.2 - Горнопромышленные районы и распространение основных марок углей. На долю Кузбасса приходится 56 % добычи каменных углей в России, около 80 % от добычи всех коксующихся углей, а по целой группе марок особо ценных коксующихся углей — 100 %. Действующий фонд угледобывающих

предприятий Кузбасса представлен 57 шахтами и 36 разрезами. В число крупнейших угледобывающих предприятий входят такие как АО «СУЭК-Кузбасс» , ОАО «ХК Кузбассразрезуголь», ОАО «УК Кузбассуголь», ЗАО «Южкузбассуголь», ОАО «Южный Кузбасс», ЗАО «Шахта Распадская», ООО «НПО Прокопьевскуголь».

В настоящее время в состав АО «СУЭК-Кузбасс» входит 9 действующих шахт, а также 3 угольных разреза - «Майский», «Заречный» и «Камышанский». Сведения об основных горно-геологических и горнотехнических условиях, характеризующих показатели работы шахт, собраны в таблице 1.1.

По запасам угля - 5,6 млрд. тонн - СУЭК занимает пятое место среди угольных компаний мира. По объемам добычи и международных продаж СУЭК входит в десятку крупнейших мировых производителей.

СУЭК обеспечивает примерно 28% всей добычи российского угля в 2014 году (98,9 млн т) из которых 33 млн т производит «СУЭК- Кузбасс», около 27% (40.5 млн тонн) экспорта российского угля и 5% мирового экспорта угля.[75]

Наибольшая глубина ведения горных работ, достигшая или превысившая отметку 400 м, характерна для шахт ОАО «Шахта им. С.М. Кирова», «Шахта им.А.Д.Рубана» и «Шахта Полысаевская». Наибольший годовой объем добычи был достигнут на шахтах «им. С.М. Кирова» и «Котинская». Угли большинства шахтопластов склонны к самовозгоранию. Около половины угольных пластов с глубины более 150 м относятся к угрожаемым по горным ударам. В 20-30 % случаев вмещающие породы анализируемых шахт характеризуются наличием обводненности разрабатываемых пластов с водопритоком от 5 до 300 м3/ч.

Таблица 1.1 - Сведения об основных горно-геологических и горнотехнических условиях, характеризующих показатели работы шахт, входящих в состав АО «СУЭК-Кузбасс»

Наименование предприятия Абсолютная газообнль -ностъ, м3мин Относительная газообиль -ность, м-/т Количество разрабатываемых пластов, благоприятных для отработки Вынимаемая мощность, м Природная газоносное тъ пластов, м3/т с.б.м] Склонно сть углей к самовозг оранню Средства дегазации на поверхност н шахты Способ проветривания Схема проветривания Расход воздуха, подаваем ого в шахту расчетное факт., м3/мин В од о приток норм. шах, м3/ч

ОАО «Шахта им. С.М. Кирова» 163,2 42,3 2 0,8-2,4 10-20 не склонны ППДУ нагнет,-всасыв. фланговая - -

«Шахта им. 7 Ноября» 31,9 15,68 1 4.6 8-12 склонны - нагнет-вс а сыв. 12682 70340

фланговая 14130 550630

ОАО «СУЭК-Кузбасс» шахта им. А.Д.Рубана 10.62 13,32 4 2.51-2,97 5,7 склонны - - 120

центр.-фланговая 160

ОАО «Шахта Полые а евская» 108,98 61.53 3 1 >4-2,3 - не склонны - нагнетат. —

фланговая 10996

ОАО «Шахта Октябрьская» 53.33 39,48 4 2.5-3,5 7,6-8.1 склонны ППДУ нагнет,-всасыв. - 720

фланговая 1400

«Шахта Котинекая» 2,83 8,61 1 4,45-4,33 1-8,5 склонны ППДУ нагнетат. -

фланговая 6500

«Шахта № 7» 20,95 3,67 1 склонны - нагнетат. 6192 -

центральная 5260

«Таллинская-Западная-1» 7,55 1.91 2 4.5 весьма склонны - нагнетат. центральная - -

«Талдннская-Западная-2 0,0 0,0 1 5,04 0-0,5 склонны - нагнетат. центральная 40 50 -

ОАО «Шахта «Комсомолец» 95,3 32,2 2 1,65-2,00 10-12 не склонны ППДУ нагнет,-всасыв. - -

комбиниров анная

Поле шахты «Котинская» расположено на северо-западе центральной части Ерунаковского геолого-экономического района Кузбасса, в пределах южной части Соколовского каменноугольного месторождения. Административно находится на территории Прокопьевского района Кемеровской области РФ.

Район освоен угледобывающей промышленностью. Непосредственно к границам шахты примыкает горный отвод действующей шахты №7 АО «СУЭК-Кузбасс». Кроме того, на площади Соколовского месторождения расположено ООО «Сибкоул».

Населенных пунктов непосредственно на территории участка нет. В 1 км на северо-запад от участка расположено село Котино; в 2-х км к западу - село Соколово. Ближайшие города южного Кузбасса: Киселёвск, Прокопьевск и Новокузнецк - расположены соответственно в 25, 30 и 40 км к юго-западу и югу от участка.

В геологическом строении Соколовского месторождения Ерунаковского района принимают участие пермские и четвертичные отложения.

Пермская система включает отложения верхнего отдела, выделяемые в кольчугинскую серию, которая подразделяется на три подсерии: кузнецкую, ильинскую и ерунаковскую.

Ерунаковская подсерия (Р2ег) охватывает верхнюю, наиболее продуктивную часть разреза кольчугинской серии, широко распространена на всей площади района и месторождения. Подсерия подразделяется на ленинскую, грамотеинскую и тайлуганскую свиты полной мощностью 1660^2315 м. В пределах Соколовского месторождения имеют распространение ленинская и грамотеинская свиты, граница между которыми проводится по кровле угольного пласта 60.

Ленинская свита (Р21п) - сложена в равной степени как песчаниками, так и алевролитами. Циклы осадконакопления крайне неравномерны, мощные (30-40 м) слои песчаников чередуются с интервалами частого переслаивания песчаников и алевролитов. Песчаники мелкозернистые полимиктовые,

алевролиты преимущественно тонкозернистые, реже встречаются аргиллиты и углистые аргиллиты, а также конкреции и прослои сидеритов. В отложениях свиты содержится до 24 пластов угля, большинство из которых имеют рабочую мощность. Мощность отложений свиты в пределах месторождения составляет 600-780 м.

Пласт 52 находится в средней части разреза ленинской свиты (Р2 1п) ерунаковской подсерии кольчугинской серии Кузбасса.

Разрез ленинской свиты представлен переслаиванием невыдержанных по простиранию и падению пород песчано-глинистого состава с пластами и пропластками каменного угля. Наибольшим и преимущественным распространением в разрезе пользуются алевролиты (алевролиты мелкозернистые - 48%, алевролиты крупнозернистые - 15 %). Песчаники, представленные тонко-, мелко- и среднезернистыми литотипами, в отложениях разреза составляют 27 %. Аргиллиты встречаются крайне редко. Присутствие их в разрезе составляет 1-2 %. Углистые алевролиты встречаются в виде тонких прослойков в угольных пластах или в их кровле и почве в виде ложной кровли и почвы. В интервале угленосных отложений части свиты, входящей в границы участка «Нижние горизонты шахты Котинская», содержится 12 угольных пластов и пропластков мощностью до 5,72 м. Рабочая угленосность свиты в границах участка составляет 7,3 %.

Все горные породы участка можно разделить на 4 группы: рыхлые четвертичные отложения, не затронутые выветриванием коренные горные породы, выветрелые коренные породы, горные породы особого состава и состояния - «горельники». Ввиду того, что отработка угольного пласта 52 в настоящее время ведется на значительных глубинах (более 200 м), рыхлые отложения и породы, затронутые выветриванием, отсутствуют и угленосная толща представлена породами, не затронутыми процессами выветривания. Краткая характеристика этих пород приводится ниже.

В разрезе угленосной толщи месторождения установлены две газовые зоны: зона газового выветривания и зона метановых газов. Зона газового

выветривания (деметанизации) формируется в приповерхностном слое активного газо-водообмена угленосной толщи с атмосферой под воздействием различных геологических факторов за время геологической дегазации. Определяется эта зона по результатам анализов углегазового опробования по соотношению основных газовых компонентов - метана (менее 80 %), азота и углекислого газа. Мощность зоны деметанизации служит показателем степени дегазации угольного месторождения и на оцениваемой территории возрастает от 74 м до 130 м в зависимости от формы рельефа местности.

По результатам газового опробования поверхность зоны метановых газов находится в интервале абсолютных отметок от +150 м до +190 м, величина метаноносности угольного пласта 52 на границе метановой зоны составляет 3 м3/т.

В составе газов метановой зоны, помимо метана, присутствует азот, углекислый газ, примеси тяжелых углеводородных газов - этана (0,1-1,9 %), пропана (0,1-0,9 %), бутана (0,1 %).

Линия изогазы «5» м3/т с.б.м. преимущественно прослеживается на абсолютных отметках от +140 м до +170 м (глубина залегания от поверхности составляет 90-147 м), положение изогазы «9» м3/т с.б.м - от +5 м до -25 м (глубина залегания составляет 250-317 м), метаноносность в 10 м3/т с.б.м наблюдается в интервале -10 - - 60 м, при глубине залегания от 285 м до 355 м.

Произведенные расчеты и графическое их исполнение (рисунок 1.3) показало, что градиент нарастания метаноносности угольных пластов изменяется с глубиной залегания и составляет на горизонте +100 м - 3,06 м3/т.с.б.м., на горизонте +0 м - 2,2 м3/т с.б.м., на горизонте -100 м - 1,66 м3/т с.б.м. и на горизонте -200 м - 1,3 м3/т с.б.м.

В соответствии с установленной закономерностью, прогноз метаноносности угольного пласта 52 в границах рассматриваемого участка «Нижние горизонты шахты «Котинская», составит 9-12 м3/т.

прогнозные точки метаноносности ■ результаты углегазового опробования

Рисунок 1.3 - Характер нарастания метаноносности угольных пластов с глубиной залегания

Тяжелые углеводородные газы в породно-газовых пробах были представлены этаном, пропаном и бутаном в концентрациях от 0,1 до 3,4 %. В отдельных пробах в незначительных количествах отмечался водород. Коллекторские свойства углевмещающих пород по лабораторным исследованиям следующие:

общая пористость до 10,03 %; открытая пористость до 9,14 %; газопроницаемость до 0,01 Мд.

Эти данные позволяют сделать заключение, что породы могут содержать только незначительное количество рассеянного метана. При этом не исключается возможность кратковременных выделений метана из трещиноватых пород, но, в целом, учитывая низкую газоносность пород и их слабую газопроницаемость, газовыделение в горные выработки из вмещающих пород будет незначительным.

В соответствии со списком шахтопластов угля, склонных к самовозгоранию на шахтах АО «СУЭК-Кузбасс» и филиала АО «СУЭК» уголь пласта 52 относится к группе весьма склонных к самовозгоранию. Время инкубационного периода самовозгорания угля - 46 суток.

С учетом вышеизложенного горно-геологические условия залегания анализируемых шахтопластов следует рассматривать как осложненные одновременно несколькими неблагоприятными факторами, а в отдельных случаях как сложные.

1.2 Анализ технологических схем интенсивной отработки пластов

на шахтах РФ

На шахтах Кузбасса, производящих отработку пологих угольных пластов, наибольшее распространение получила столбовая система разработки при которой подготовительные и очистные работы разделены в пространстве и времени. Участковые подготовительные выработки поддерживаются в массиве полезных ископаемых, по мере отработки выемочного столба длина поддерживаемой части этих выработок, как правило, сокращается. Заблаговременное проведение подготовительных выработок обеспечивает доразведку пласта в пределах выемочного столба и создаёт условия для проведения его дегазации, осушения. Указанные особенности делают столбовые системы разработки особенно эффективными при интенсивном производстве, когда очистные и подготовительные работы насыщены большим числом высокопроизводительных машин и механизмов. На долю этой системы приходится около 86% всего угля, добытого подземным способом (рисунок 1.4).

С каждым годом наблюдается повышение уровня концентрации горных работ и рост производительности очистных забоев. Стремительный рост нагрузок на очистные забои закономерно приводит к тому, что многие современные шахты переходят к структуре «шахта — лава», когда вся шахтная угледобыча сосредоточивается в одном высокопроизводительном очистном забое.

Длиппо-столбовая одпослоевая Слоевая выеша

С выпускам угля из подкровельпои топим

Коротко-столбовая одпослоевая Крутые пласты

Рисунок 1.4 - Доля различных технологий в добыче угля подземным способом.

В этих условиях резко возрастают требования к качеству проектов подготовки и отработки выемочных участков, обеспечению требований промышленной безопасности [20].

В Кузбассе около 64% механизированных лав работают в условиях природной газоносности свыше 10 м3/т. В условиях, опасных по горным ударам, работают около 82% очистных забоев и 79% - в условиях, опасных по самовозгоранию угля. Обеспечение безопасной работы в таких условиях требует применение специальных мероприятий, направленных на их предотвращение, что ведёт к увеличению эксплуатационных затрат[53].

Поддержание на высоком уровне технико-экономических показателей, а также дальнейший рост производительности в условиях возрастания глубины ведения горных работ ограничены такими факторами, как горное давление, приток воды в горные выработки, повышенное метановыделение.

Все вышеперечисленные факторы оказывают существенное влияние на работу очистных забоев в частности и на всю шахту в целом. Следствием их негативных проявлений являются простои добычных и подготовительных участков, что приводит к значительным финансовым убыткам.

Из отечественной и зарубежной практики известно, что работа очистных забоев с высокой нагрузкой на высокогазоносных угольных пластах возможна только с применением высокоэффективной подземной дегазации выемочных

применением

эффективных схем

участков в сочетании с проветривания[1,2,3,4,59,60,69].

В настоящее время на большинстве шахт РФ используются схемы подготовки выемочных участков спаренными выработками с оставлением неизвлекаемых ленточных целиков, что обеспечивает большую эффективность и безопасность горных работ по сравнению с бесцеликовыми схемами[5]. Длина лав в отдельных случаях превышает 300 метров, длина выемочных участков достигает 4000 и более метров.

Рисунок 1.5 - Схема разработки пологих пластов длинными столбами по простиранию при подготовке выемочных участков спаренными выработками.

На момент начала очистных работ выемочный участок полностью оконтурен подготовительными выработками.

Вентиляционный штрек предназначен для выдачи исходящей вентиляционной струи воздуха из очистного забоя, доставки материалов и оборудования, перевозки людей, а также служит запасным выходом для людей, работающих в очистном забое.

Штреки имеют сечение в свету 16-18 м2, с использованием кровельных планок длиной и кровельных сталеполимерных анкеров. Шаг анкерного

крепления - 1,0 м. Борта закреплены клинораспорными анкерами и перетянуты решетчатой затяжкой и сеткой «рабица».

Конвейерный штрек служит для транспортировки горной массы, , подачи свежей струи воздуха в очистной забой, размещения электроаппаратуры и выхода людей из лавы.

Данная схема применяется на самых производительных шахтах РФ, обеспечивающих среднесуточную нагрузку 8895т, при средней по стране 4267т. Использование данной схемы позволяет обеспечивать суточную добычу свыше 25тыс. тонн[75].

Рисунок 1.6 - Выкопировка с плана горных работ шахты «Котинская» Также находит применение более прогрессивная схема многоштрековой подготовки выемочного участка с использование трех штреков с каждой стороны выемочного столба, обладающая большими возможностями управления газовыделением по сравнению с подготовкой спаренными выработками. Поскольку наличие трех параллельных выработок предопределяет оставление двух рядов ленточных целиков для их охраны, возможно использование целиков одинаковой или различной ширины. Например, один для работы в режиме заданных нагрузок, другой - в податливом режиме.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Виноградов Евгений Александрович, 2016 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Абдрахманов Б. А. Современные проблемы рудничной аэрогазодинамики и безопасности при подземной разработке угольных месторождений / Б. А. Абдрахманов, Ю. М. Бирюков. - Калининград : КГТУ. Кн. 1 : Аэрогазодинамика и газодинамические явления. - 2006. - С. 264-271

2. Айруни А.Т. Комплексная дегазация высокопроизводительных выемочных участков. Обзор / А.Т. Айруни, Л.М, Зенкович, В.А. Ставровский и др. - М.: ЦНИЭИуголь, 1986.- 342с.

3. Айруни А.Т. Теория и практика борьбы с рудничными газами на больших глубинах / А.Т. Айруни. -М.: Недра, 1981. - 335с.

4. Баймухаметов С.К. Шахта - лава в Караганде / С.К. Баймухаметов, А.М. Чеховских, Ю.Н. Бобнев. - Глюкауф. -2001. - № 2.-С.43-51.

5. Бобровников В. Н., Эннс А. А., Шейман Э. М., Скатов В. В. Управление газовым режимом газообильных выемочных участков при подготовке спаренными выработками // Горный информационно-аналитический бюллетень. -2000.- №1.- с.158-159.

6. Бокий Б. В., Белый В. А., Касимов О. И. Управление газовыделением в высокопроизводительных лавах //Способы и средства создания безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах: сб. науч. тр./МакНИИ-Макеевка-Донбасс. - 2004. - С. 16-27.

7. Бокий Б.В., Боровский А.В., Бунько Т.В. К вопросу совершенствования технологии управления процессами воздухораспределения и газовыделения на выемочных участках //Геотехническая механика. - 2012.- С.58-68.

8. Бондаренко В. И. и др. Основные научные положения прогноза динамики метановыделения при отработке газоносных угольных пластов //Науковий вюник Нащонального прничого ушверситету. - 2013. - №. 5. - С. 24-30.

9. Виноградов Е.А. Анализ газового баланса выемочного участка при интенсивной отработке газоносного угольного пласта // Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности,

строительства и энергетики - 10-я. Материалы конференции: ТулГУ, Тула, 2014, Т1. -С. 232-237.

10.Виноградов Е.А. Оценка неравномерности метановыделения на выемочном участке при интенсивной отработке пласта 52 на шахте «Котинская» АО «СУЭК-КУЗБАСС» / Е.А. Виноградов // Горный информационно-аналитический бюллетень. - № 2 (специальный выпуск 7).- 2015.- С.152-159.

11. Дополнения к Руководству по проектированию вентиляции угольных шахт : утв. 27.12.79/ Минуглепром СССР. - М.: Недра, 1981. - 79 с.

12.Забурдяев В.С., Мазаник Е.В. Метанообильность высокопроизводительных очистных забоев и способы ее снижения в условиях шахт ОАО СУЭК-КУЗБАСС // Горный информационно-аналитический бюллетень . 2009.- №12. -С.101-109.

13. Забурдяев В. С., Новикова И. А., Сметанин В. С. Особенности метановыделения при отработке пласта 52 на высокопроизводительной шахте Котинская (ОАО СУЭК-Кузбасс ). // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2011.-№11.- С.12-20.

14.Забурдяев В.С., Новикова И.А., Сметанин В.С. Эффективность дегазации выемочных участков при отработке сближенных угольных пластов на шахте им. С.М. Кирова (ОАО СУЭК-КУЗБАСС ) // Горный информационно-аналитический бюллетень . -2011.- №10. -С.13-19.

15. Инструкции по применению схем проветривания выемочных участков шахт с изолированным отводом метана из выработанного пространства с помощью газоотсасывающих установок , 2011 .-218с.

16.Инструкция по безопасному ведению горных работ на шахтах, разрабатывающих угольные пласты, склонные к горным ударам. РД 05-32899. М.-2004.-96с.

17. Инструкция по определению и прогнозу газоносности угольных пластов и вмещающих пород при геологоразведочных работах. М., Недра, 1977. - 93 с.

18. Инструкция по предупреждению и тушению подземных эндогенных пожаров в шахтах Кузбасса, Кемерово, 2007.-93с.

19. Инструкция по применению схем проветривания выемочных участков угольных шахт с изолированным отводом метана из выработанного пространства с помощью газоотсасывающих установок , утвержденная приказом Минприроды России от 08.10.2009 № 325, с изменениями, утвержденными приказом Минприроды России от 30.04.2010 № 142. М.-2010.-144с.

20.Казанин О.И. О проектировании технологических схем подготовки и отработки выемочных участков угольных пластов / О.И. Казанин, В.В. Козулин, М.В. Барабаш // Уголь. - 2010. - №6. - С. 24-29.

21. Казанин О.И. Стоимостная оценка технологических схем отработки пластов на шахте «Котинская» ОАО «СУЭК-КУЗБАСС» / О.И. Казанин, А.А. Мешков, А.М. Черданцев, Е.А. Виноградов // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2015. - № 11 (специальный выпуск 60-1). - С.98-108.

22.Казанин О.И., Задавин Г. Д.. Интенсивная отработка высокогазоносных угольных пластов на больших глубинах.- СПб., МАНЭБ, 2007.-240с.

23.Казанин О.И., Зайцева М.М., Иванов В.С. Стоимостная оценка многоштрековых схем подготовки выемочных участков на шахтах ОАО Воркутауголь // М.: МГГУ. - Горный информационно-аналитический бюллетень.- 2007 .- №1- С. 233-237.

24.Казанин О.И., Ромашкевич А.А. О научном сопровождении проектирования технологических схем интенсивной отработки угольных пластов. - Записки горного института. - 2012. - том 198. - С. 104-107.

25.Каирович Б. М. Управление газовыделением на пластах склонных к самовозгоранию на шахтах карагандинского угольного бассейна //Уголь. -2012. - №. 7.-С.61-66.

26.Каледина Н. О., Качурин А. Н., Сарычева П. В. Теоретическое обоснование модели метановыделения в подготовительный забой из отбитого угля // Известия ТулГУ. Науки о Земле .- 2011.- №1.- С.124-129.

27. Каледина Н. О. Требования к проектированию систем вентиляции высокопроизводительных угольных шахт // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2005.- №1.- С.44-56.

28. Касимов О. И., Бокий Б. В., Назимко И. В. Метановыделение в очистные выработки угольных шахт// Способы и средства создания безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах. Сборник научных трудов.-Макеевка-Донбас.- 2003.- С. 43-53.

29.Качурин Н. М., Мохначук И. И., Поздеев А. А. Математические модели газовыделения и диффузионного переноса газовых примесей на очистных участках шахт и рудников //Известия Тульского государственного университета. Технические науки. - 2013. - №. 4.-С.98-111.

30.Кобылкин С.С. Сологуб О.В. Обзор существующих средств программного обеспечения для моделирования вентиляции подземных сооружений и шахт. Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2009. - №12.- С.115-132.

31.Ковалев В.А. Анализ газовых балансов выемочных участков шахт / В.А. Ковалев, Л.А. Шевченко // Вестник КузГТУ. - 2012. - №4. - С. 61-63.

32.Ковалев О.В., Мозер С.П., Тхориков И.Ю., Лейсле А.В. Направления обеспечения эффективной отработки угольных пластов с использованием современных механизированных комплексов//Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения. Труды 9-й международной научно-практической конференции, Воркута.- 2011.- том 1.-С.73-76.

33.Козырева Е.Н., Пестриков В.Г. Оценка технологической необходимости добычи метана на горных отводах шахт кузбасса// Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2002. -№9. -С.99-101.

34.Колпаков В. А. Метановыделение и борьба с ним в шахтах /В. А. Колпаков. -М.: Недра, 1981. - 134с.

35.Красько Н.И. Особенности периодичности обрушения кровли в длинном очистном забое/ Н.И. Красько, В.В. Назимко, С.В. Кузяра// Уголь Украины. -2003. -№5.- С. 19-22.

36.Крейнин Е.В. К вопросу о происхождении метана угольных месторождений и способы его добычи: новая информация /Е.В. Крейнин, Л.К. Сильверстов //Уголь. - 2004. - №7. - С.52-55.

37.Курта И.В. Особенности управления газовыделением при интенсивной отработке угольных пластов опасных по самовозгоранию / И.В. Курта, Г.И. Коршунов, О.И. Казанин, М.А. Логинов // Горный информационно-аналитический бюллетень. -2011.- №7. -С. 31-33.

38.Курта И.В. Применение изолированного отвода метановоздушной смеси при управлении газовыделением на угольных шахтах / И.В. Курта, Г.И. Коршунов, О.И. Казанин, Е.П. Ютяев // Горный информационно-аналитический бюллетень. -2011. -№5. -С. 24-28.

39. Курта И.В. Проветривание высокопроизводительных газообильных выемочных участков при многоштрековой подготовке / И.В. Курта, Г.И. Коршунов, Е.П. Ютяев// Горный информационно-аналитический бюллетень.-2011. -№6. -С.21-24.

40.Курта И.В. Сравнительная оценка фактической и прогнозной газообильностей очистных забоев угольных шахт / И.В. Курта, Г.И. Коршунов, Р.С. Истомин, Е.П. Ютяев // Горный информационно-аналитический бюллетень.- 2011. -№8.-С. 298-299.

41.Логинов А.К. Современные технологические и технические решения отработки угольных пластов / Под ред. О.В. Михеева.- М.: Изд. МГГУ, 2006 - 389 с.

42.Малышев Ю.Н. Фундаментально прикладные методы решения проблемы метана угольных пластов /Ю.Н. Малышев, К.Н. Трубецкой, А.Т. Айруни. - М.: Изд-ва Академии горных наук, 2000. - 519с.

43.Мельник В.В., Шулятьева Л.И., Шабловский А.В. Обоснование параметров дегазации при отработке пластов высокопроизводительными очистными комплексами // Горный информационно-аналитический бюллетень.- 2010. -№1. -С.171-176.

44. Методические рекомендации о порядке дегазации угольных шахт (РД-15-09-2006). М.-2007.-78с.

45. Методология обоснования способов и параметров дегазации угольных шахт. /К. Н. Трубецкой, А. Д. Рубан, В. С. Забурдяев// Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых.- 2011.- №1.- С.3-11.

46.Мышляев Б.К. О проблемах безопасности ведения горных работ на шахтах Российской Федерации/ Б.К. Мышляев// Уголь. -2004. -№2.- С. 33-36.

47.Мясников А. А. Применение ЭВМ для решения задач управления метановыделением в шахтах /А. А. Мясников, В.П. Садохин, Т.С. Жирнова. -М.: Недра, 1977. - 248с.

48.Некоторые результаты применения на шахтах России технологических схем высокопроизводительной отработки угольных пластов/ Ю.Л. Худин, Е.Ф. Козловчунас, В.Д. Носенко, А.Н. Яковлев// Уголь. - 2004. -№ 10. -С. 3-7.

49. Обоснование требований к промышленному извлечению метана из выработанных пространств угольных шахт. Каледина Н. О., Аношина И. М., Молчанов С. Н. Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2004. -№ 3-С.15-17.

50.Одинцев В.Н. Образование фильтрационного пространства в газонасыщенных угольных пластах при десорбции метана/ В.Н. Одинцев// Горный информационно-аналитический бюллетень МГГУ. - 2001.- №12.- С. 48-51.

51.Охрана подготовительных выработок целиками на угольных шахтах / В.Б. Артемьев, Г.И. Коршунов, А.К. Логинов и др. - СПб.: Наука, 2009. - 231 с.

52.Палеев Д.Ю. Проектная и фактическая эффективность дегазации на высокогазо-носных шахтах / Д.Ю. Палеев, В.Г. Криволапов, Ю.М. Говорухин // Вестник Научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. Научно-технический журнал. - 2009.- №1. - С. 48-53.

53.Писаренко М.В. Анализ области применения нетрадиционных для Кузбасса технологий добычи угля подземным способом / М.В. Писаренко // Вестник КузГТУ. - 2010. - №4. - C. 38-40.

54.Полевщиков Г.Я. Программа инноваций по управлению газодинамикой высокотехнологичных подземных горных работ / Полевщиков Г.Я., Рябков Н.Я., Ютяев Е.П. // Сб. научных трудов. Отдельный выпуск Горного информационно-аналитического бюллетеня.-2008.- № ОВ7С.- С. 150-157.

55.Правила безопасности в угольных шахтах (ПБ 05-618-03). - М.: ГУП НТЦ Промышленная безопасность , 2005. - 293 с.

56.Преслер В.Т. Информационно-математическая среда прогноза газопроявлений в угольных шахтах /В. Т. Преслер. - Кемерово: Кузбассвузиздат, -2000. - 228с.

57.Проблемы разработки метаноносных пластов в Кузнецком угольном бассейне /Ю.Н. Малышев [и др.].- М.: Изд-во АГН, 1997. - 463 с.

58.Проскуряков Н.М. Управление состоянием массива горных пород /Н.М. Проскуряков. - М.: Недра, 1991. - 368с.

59.Пучков Л.А. Аэродинамика подземных выработанных пространств/Л .А. Пучков. - М.: Изд-во МГГУ, 1993. - 266с.

60.Пучков Л.А. Принципиальные технологические решения для промышленной апробации технологии заблаговременной дегазационной подготовки высокогазоносных угольных пластов в Кузбассе / Пучков Л. А., Сластунов С.В., Логинов А.К., Ютяев Е.П. // Наука и техника в газовой промышленности. 2009.- № 3.- С.58-62.

61.Пучков Л.А., Жежелевский Ю.А. Подземная разработка месторождений полезных ископаемых. - М.: Горная книга, 2009. - 562с.

62.Пучков Л.А., Красюк Н.Н., Шайдо С.П., Пинскер В.Л. Метанобезопасность высокопроизводительных выемочных участков. / Горный информационно-аналитический бюллетень. -2006.-№5- С.5-18.

63.Пучков Л. А., Сластунов С.В., Коликов К.С. Извлечение метана из угольных пластов. М., изд-во МГГУ, 2002. - 383 с.

64.Разумняк Н.Л., Шатиров С.В. Оценка реструктуризации и технического уровня подземного способа добычи угля на шахтах кузбасса // Горный информационно-аналитический бюллетень. -2000. -№4. -С.44-47.

65.Рогов Е.И. Математические модели адаптации процессов и подсистем угольной шахты /Е.И. Рогов, Г.И. Грицко, В.Н. Вылегжанин. - Алма-ата, Наука КазССР, 1979. - 240с.

66. Розробка родовищ Mining of mineral deposits: щорiч. наук.-техн. зб./ [Держ. вищ. навч. закл. Нац. прн. ун-т та iH. ; голов. ред. В. Бондаренко].- 2013. -672с.

67.Рубан А. Д. Подготовка и разработка высокогазоносных угольных пластов: Справочное пособие/ А. Д.Рубан, В.Б. Артемьев, В.С. Забурдяев, В.Н. Захаров, А.К. Логинов, Е.П. Ютяев - М.: Издательство Горная книга, 2010.- 500с.

68.Рубан А.Д., Забурдяев В.С. Совершенствование технологии управления метановыделением на высокопроизводительных выемочных участках // Горный информационно-аналитический бюллетень-. 2008. -№3.- С. 250-261.

69.Рубан А.Д., Забурдяев В.С., Артемьев В.Б. Особенности дегазации угольных пластов на шахтах с высокой производительностью очистных забоев// Безопасность труда в промышленности. — 2009. — № 9. — С. 16-21.

70. Руководство по дегазации угольных шахт. М., 1990.-199с.

71. Руководство по применению способов торможения развития самонагревания угля в выработанных пространствах выемочных полей шахт. Кемерово, 1987.-154с.

72. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт . Макеевка-Донбасс, 1989. - 311 с.

73.Рыжков Ю.А., Игнатов Е.В. Сравнительная оценка горно-геологических условий разработки, техники и технологии при подземном способе добычи угля в россии и за рубежом // Вестник КузГТУ .- 2006.- №1. -С.67-74.

74.Сластунов С.В., Каркашазе Г.Г., Коликов К.С. Современные проблемы метанобезопасности при высокопроизводительной отработке угля. // Горный информационно-аналитический бюллетень.- 2011.- №12.- Том.1. -С.202-210.

75.Таразанов И.Г. Итоги работы угольной промышленности за 2014 год / И.Г. Таразанов // Уголь. - 2015. - №3. - С. 56-72.

76.Тарасов Б.Г. Прогноз газообильности выработок и дегазации шахт / Б.Г. Тарасов. - М.: Недра, 1973. - 208с.

77.Технологические схемы подготовки и отработки выемочных участков на шахтах ОАО СУЭК-Кузбасс . Том 1. Альбом технологических схем - СПб, 2011. - 150 с.

78.Технологические схемы подготовки и отработки выемочных участков на шахтах ОАО СУЭК-Кузбасс. Том 2. Пояснительная записка - СПб, 2011. -143с.

79.Трубецкой К.Н., Рубан А.Д., Забурдяев В.С. Особенности метановыделения в высокопроизводительных угольных шахтах. // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых.- 2011.- №4.- С.76-85.

80.Ушаков К.З., Бурчаков А.С., Пучков Л.А., Медведев И.И. Аэрология горных предприятий. М.:Недра. 1987.-421 с.

81.Хакимжанов Т.Е., Абдугалиева Г.Ю. Уменьшение загазованности лавы при выемке угольных пластов путем дегазации выработанных пространств // Горный информационно-аналитический бюллетень. -2009.- №12.-С.110-120.

82.Шувалов Ю.В. Работа высокопроизводительных очистных забоев на шахтах ОАО СУЭК-Кузбасс в современных условиях /Шувалов Ю.В., Ютяев Е.П. // Сб. трудов научно-практ. конф. Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения . Воркута. -2009. -Т.1.- С. 214-217.

83.Best Practice Guidance for Effective Methane Drainage and Use in Coal Mines Ece energy series No.31. United nations. New York and Geneva, 2010. 69 pp.

84.Howard L. Hartman, Jan M. Mutmansky Introductory Mining Engineering. Alabama.- 2002- 584p.

85.K. Wang, S. Xue. Gas drainage practices and challenges in coal mines of china. Coal 2008: Coal Operators' Conference, University of Wollongong & the Australasian Institute of Mining and Metallurgy, 2008, 178-185.

86.Karacan, C.O., 2007. Evaluation of the relative importance of coalbed reservoir parameters for prediction of methane inflow rates during mining of longwall development entries. Computers & Geosciences 34 (9), 1093-1114.

87.Karacan, C.O., 2008. Modeling and prediction of ventilation methane emissions of US longwall mines using supervised artificial neural networks. International Journal of Coal Geology 73, 371-387.

88.Karacan, C.O., 2009. Reservoir rock properties of coal measure strata of Lower Monongahela Group, Greene County (Southwestern Pennsylvania), from methane control and production perspectives. International Journal of Coal Geology 78, 4764.

89.Karacan, C.O., Esterhuizen, G.S., Schatzel, S.J., Diamond, W.P., 2007. Reservoir simulation-based modeling for characterizing longwall methane emissions and gob gas venthole production. International Journal of Coal Geology 71, 225-245.

90.Li Wei, Chen Jiaxiang, Liu Huamin, 2007. Practice of triple use of one surface well for gas control, in Proceeding of the 32nd international symposium on mine safety. the 32nd international symposium on mine safety, Beijing.

91.Modeling and prediction of ventilation methane emissions of U.S. longwall mines using supervised artificial neural networks C.Ozgen Karacan NationalInstitute for Occupational Safetyand Health, Pittsburgh Research Laboratory, Pittsburgh, PA, 15236, UnitedStates.

92.Rao Balusu, Srinivasa Yarlagadda, Ting Ren & Shi Su. Strategic review of gas management options for reduced ghg emissions. Csiro earth science & resource engineering. Roy Moreby. University of new south wales.

93.S. Fiscor U.S. Longwalls operators scale back production. - Coal Age, 2016, №2, P. 18-22.

94.You Hao, 2008b. The safe and efficient exploitation of high gassy and spontaneous prone seam by enhancing both ventilation and gas drainage simultaneously. International symposium on theory and practice of safe, efficient, and green mining. Xuzhou.