Разработка технических предложений по поддержанию производственной мощности филиала "Шахта "Юбилейная" за счет отработки запасов угля тонких пластов

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ЭФФЕКТИВНАЯ ОТРАБОТКА ТОНКИХ ПЛАСТОВ ПОЛОГОГО ПАДЕНИЯ

1.1 Актуальность и перспективы разработки тонких пластов

1.2 Анализ негативных явлений, возникающих при отработке тонких пластов

1.3 Техника и технологии, применяемые для отработки тонких пологих пластов

1.3.1 Комбайновая выемка

1.3.2 Бурошнековая выемка

1.3.3 Струговая выемка

1.3.4 Скреперо-струговая выемка

1.3.5 Гидравлическая выемка

1.3.6 Конвейеро-струговая выемка

1.4 Анализ зарубежного опыта

1.5 Анализ отечественного опыта

1.6 Специфика подготовки и отработки тонких пластов, способы управления кровлей

1.7 Выводы и перспективные направления разработки тонких пластов

2. ХАРАКТЕРИСТИКА ДЕЙСТВУЮЩЕГО ПРЕДПРИЯТИЯ

2.1 История строительства шахты

2.2 Геологическая часть

2.2.1 Стратиграфия и тектоника

2.2.2 Границы шахтного поля

2.2.3 Гидрогеологические условия

2.2.4 Горнотехнические условия разработки

2.2.5 Разведанность и динамика изменения запасов

2.2.6 Качество углей и прогноз горно-геологических условий залегания пластов

2.3 Технологическая схема действующего предприятия

2.4 Технико-экономические показатели работы предприятия за 2004 г.

2.5 Перспективы развития шахты и совершенствование горного производства

3. ОЦЕНКА ЗАПАСОВ УГЛЯ, СОСРЕДОТОЧЕННЫХ В ТОНКИХ ПЛАСТАХ НА ШАХТЕ «ЮБИЛЕЙНАЯ»

4. ПРЕДЛАГАЕМЫЕ ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ

4.1 Выбор технологической схемы отработки тонких пластов в условиях шахты «Юбилейная»

4.2 Сущность предлагаемой технологической схемы

4.3 Достоинства и недостатки предлагаемой технологи выемки

5. ОБОСНОВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННО- ПЛАНИРОВОЧНЫХ РЕШЕНИЙ ОТРАБОТКИ ТОНКИХ ПЛАСТОВ ДЛЯ ЗАДАННЫХ УСЛОВИЙ

5.1 Характеристика пласта на проектируемом участке

5.2 Вскрытие запасов выемочного участка

5.3 Технология подготовки запасов выемочного участка

5.4 Выемка запасов выемочного участка

5.4.1 Технология отработки

5.4.2 Запасы выемочного участка

5.4.3 Время отработки блока скреперостругом

5.5 Организация работ в очистном забое

5.6 Планограмма работ

5.7 Основной и вспомогательный транспорт

5.7.1 Технологическая схема выдачи горной массы из очистных и подготовительных забоев

5.7.2 Вспомогательный транспорт

5.8 Водоотлив

5.9 Вентиляция выемочного участка

5.10 Мероприятия по разупрочнению угольного массива

5.11 Охрана труда и безопасность работ

6. РАСЧЕТ ДОБЫЧИ УГЛЯ ИЗ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ И ОЧИСТНЫХ ЗАБОЕВ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЕМОВ РАБОТ

6.1 Определение производительности скрепероструговой выемки

6.2 Определение производительности гидромониторной выемки из целиков

6.3 Выход угля из подготовительных забоев

6.4 Определение расхода технологической воды в очистном забое

6.5 Расчет (составление) баланса воды по шахте или участку

6.6 Характеристика применяемого выемочного, проходческого и вспомогательного оборудования

7. РАСЧЕТ КАПИТАЛЬНЫХ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ЗАТРАТ

7.1 Удельные капитальные затраты

7.2 Определение эксплуатационных затрат по элементам

7.2.1 Определение эксплуатационных затрат по элементу «Затраты на оплату труда»

7.2.2 Определение эксплуатационных затрат по элементу «Амортизация основных фондов»

7.2.3 Определение эксплуатационных затрат по элементу «Затраты на материалы и инструменты»

7.2.4 Определение эксплуатационных затрат по элементу «Затраты на электро- и гидроэнергию»

8. РАСЧЕТ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ МОЩНОСТИ ПРЕДПРИЯТИЯ С УЧЕТОМ ВВОДА В ОТРАБОТКУ ЗАПАСОВ ИЗ ТОНКИХ ПЛАСТОВ

8.1 Технические возможности по фронту горных работ

8.2 Технические возможности по пропускной способности подземного гидравлического транспорта

9. ОБОСНОВАНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ОТРАБОТКИ ТОНКИХ ПЛАСТОВ В УСЛОВИЯХ ФИЛИАЛА «ШАХТА «ЮБИЛЕЙНАЯ»

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время угольная промышленность решает задачи, главными из которых являются увеличение производства и повышение производительности труда на основе комплексной механизации и автоматизации процессов угледобычи. Как правило, эти задачи решаются за счет технического перевооружения горного предприятия. Однако данный способ обновления шахтного фонда не всегда позволяет повысить технико-экономический уровень действующей шахты.

Объектом исследования дипломной работы является филиал «Шахта «Юбилейная». В настоящее время на предприятии сложилась достаточно острая обстановка: запасы наиболее продуктивных пластов дорабатываются, новое техническое оборудование при всех его новшествах не позволяет повысить добычу угля, напротив, сокращая ее в несколько раз. Все это говорит о том, что необходимо разработать ряд мероприятий, позволяющих сохранить производственную мощность шахты на запланированном годовой программой уровне.

В данной дипломной работе на основе анализа балансовых запасов шахтного фонда, из которых более чем 50 % сосредоточено в тонких пластах, предлагается перейти к эффективной отработке именно этих запасов для поддержания производственной мощности предприятия, так как поддержание производственной мощности предприятия, как одного из способов обновления шахтного фонда, позволит не только повысить добычу, но и продлить срок службы шахты в целом.

Применяемые ранее технологии отработки тонких пластов приводили к отрицательным экономическим показателям, ухудшению качества угля за счет присечки боковых пород, а соответственно - к увеличению объема вырабатываемых отходов, увеличению техногенной нагрузки. Отсюда вытекает цель работы: необходимо на основе отечественного и зарубежного опыта разработать такую технологическую схему вскрытия, подготовки и отработки тонких пластов, которая позволила бы получить экономический эффект от ранее вложенных капитальных затрат, что вполне возможно, так как в пределах шахтного поля расположены тонкие пласты которые когда-то были вскрыты и подготовлены к отработке, но позднее были законсервированы.

1. ЭФФЕКТИВНАЯ ОТРАБОТКА ТОНКИХ ПЛАСТОВ ПОЛОГОГО ПАДЕНИЯ

1.1 Актуальность и перспективы отработки тонких пластов

На шахтах Кузбасса в настоящее время ведется отработка пластов наиболее удобной технологической мощности, для которых создана и серийно выпускается новая высокопроизводительная техника для очистных работ, проходки, транспорта. Запасы, сосредоточенные в тонких и маломощных пластах, как правило, остаются в недрах и не вынимаются.

Основной причиной сокращения объемов добычи угля из тонких пластов стало отсутствие высокопроизводительной техники для их отработки, а при применении комбайновой отработки - крайне низкие нагрузки на очистной забой и высокая трудоемкость работ.

Так как угольные пласты залегают свитами при строительстве горного предприятия на стадии проведения основных вскрывающих горных выработок, как правило, производится вскрытие не только намечаемых к отработке мощных пластов, но и маломощных.

Отказ от разработки пластов малой мощности приводит к увеличению глубины горных работ, нарушению порядка отработки свиты, а также быстрому истощению запасов более мощных пластов, для восполнения которых необходимы вложения больших средств для доразведки запасов, строительства новых предприятий, реконструкции или их технического перевооружения. При этом необходимо учитывать, что минеральные ресурсы имеют характерную особенность - они не восстанавливаются. Это приводит к тому, что запасы в мощных пластах иссякают и возможно наступление того момента, когда добыча угля начнет затухать и тогда возникает необходимость разработки мероприятий, целью которых является увеличение срока службы шахт.

Оценка запасов угля в Кузнецком бассейне по степени необходимости и целесообразности отработки, выполненная в различные годы в ОАО ОУК «Южкузбассуголь», «Гидроуголь» с учетом всего многообразия горно-геологических и горнотехнических факторов показала, что пригодными для выемки запасы угля в тонких пластах составляют более 63 млн. т. Это запасы, которые в настоящее время не подлежат отработке традиционно применяющимися средствами и технологическими схемами выемки.

Совсем скоро возникнет такая ситуация, когда угольная отрасль будет поставлена перед необходимостью отрабатывать оставленные по различным причинам запасы угля в тонких пластах, но не будет располагать к этому времени ни соответствующей техникой, ни технологией такого уровня, который обеспечил бы добычу угля в требуемых объемах и качестве.

Отказ от отработки этих запасов повлечет за собой невосполнимую потерю значительного количества угля, ведь по подсчетам удельный объем запасов угля в тонких пластах по Кузбассу составляет 60 %, а в Байдаевском районе он достигает 43 %. В тонких пластах залегают большие запасы углей высокого качества. Так, на пластах мощностью 0,8-1,2 м средневзвешенная зольность углей находится в пределах 13 %, в то время как зольность добываемых в настоящего время углей из пластов средней мощности в 2-3 раза выше этого уровня. Тонкие угольные пласты являются ценными и с точки зрения их комплексного использования, так как содержат более высокие концентрации металлов по сравнению с мощными пластами.

Исходя из этого, разработка технических решений по подготовке и отработке тонких пластов является весьма актуальной проблемой, которая одновременно и весьма сложна, ввиду специфичности условий их разработки.

1.2 Анализ негативных явлений, возникающих при отработке тонких пластов

При отработке тонких пластов негативное влияние оказывают факторы природного, техногенного и социально-психологического характера.

Влияние природных факторов, таких как гипсометрия пласта и его строение, глубина отработки, газоносность, подверженность внезапным выбросам угля и газа и горным ударам и т.д., на эффективность отработки значительно выше, чем влияющее значение этих же факторов при отработке пластов средней мощности. Так, если нарушение с амплитудой 0,3 м на пласте мощностью 2-2,5 не создает трудностей для работы механизированного комплекса, то на пласте 0,8-1,2 м оно становится непреодолимым препятствием.

Увеличение глубины разработки интенсифицирует отрицательное влияние проявление горного давления, увеличивается газоносность и удароопасность пластов. Поэтому совершенствование уже созданных технологий выемки на тонких пластах особенно для сложных горно-геологических условий, является наиболее важным вопросом в настоящий период. Более того, создание высокоэффективных средств отработки для пластов мощностью до 1,2 м, позволит снизить интенсивность усложнения горно-геологических условий отрабатываемых пластов и продлить срок службы действующих шахт.

Одним из основных технологических факторов, ухудшающих технико-экономические показатели при отработке тонких пологих пластов, является применение технологических схем с большим удельным объемом подготовительно-нарезных выработок и, практически, постоянным присутствием людей в призабойном пространстве, что заставляет идти на большие затраты по возведению крепи.

Необходимая для обеспечения экономичности высокая концентрация добычи требует большой скорости подвигания очистного забоя. Для этого нужно, чтобы скорость проходки не сдерживала скорость подвигания очистного забоя или соответственно проходить выемочные штреки заранее на всю длину выемочного поля.

Специфика разработки тонких пластов, значительные трудности размещения и обслуживания забойного оборудования, обусловленные стесненностью рабочего пространства, требует, наряду с совершенствованием ранее созданных средств и технологии, изыскания и разработки новых решений, исключающих присутствие людей в очистном забое.

При отработке тонких пластов возникают также трудности социально-психологического характера. Это связано с тем, что горно-геологические условия в значительной мере предопределяют особенности рабочего места, к которым относятся: нестационарность, ограниченность по высоте, больший или меньший наклон рабочей поверхности, степень обводненности. Все эти особенности рабочего места усложняют работу и сказываются на ее эффективности.

1.3 Техника и технологии, применяемые для отработки тонких пластов

В данном разделе дипломной работы рассмотрим оборудование и соответствующие технологические схемы выемки, которые могут применяться для разработки тонких пластов пологого падения. Далее на основе анализа отечественного и зарубежного опыта применения предложенной техники, а также перспективных направлений в области отработки тонких пластов для конкретных горно-геологических условий будет предложен наиболее оптимальный вариант.

Для отработки тонких пластов применяются: узкозахватные комбайны, бурошнековые комплексы, струговые и скреперо-струговые установки.

1.3.1 Комбайновая выемка

Основными особенностями, характеризующими технологии отработки тонких пологих пластов комбайнами, являются:

1. Возможность применения способа управления кровлей полным обрушением.

2. Возможность применения эффективных схем проветривания и газоуправления для достижения высоких нагрузок на очистной забой.

3. Широкие возможности для частичной и полной автоматизации очистных работ.

Эффективность работы комбайна на тонких пластах всегда ограничивалась недостаточной мощностью двигателей. Попытки использовать более мощные двигатели не увенчались успехом из-за стесненности рабочего пространства. Сложной проблемой является и отсутствие надлежащего управления положением комбайна в условиях тонких пластов.

Выемка угля на тонких пластах осуществляется узкозахватным комбайном с индивидуальной крепью или в составе механизированного комплекса. Комплекс представляет собой комплект определенного добычного оборудования (см. лист 1 графической части работы), транспортного оборудования и механизированной крепи, увязанной по основным техническим параметрам.

Небольшое распространение получили комплексы, состоящие из:

1. Узкозахватного комбайна.

2. Изгибающегося забойного конвейера.

3. Гидрофицированной забойной крепи.

4. Гидрофицированной крепи сопряжения.

На пластах мощностью до 1,2 м используются комбайны, работающие с почвы очистной выработки. Выемка угля в лаве, оборудованной узкозахватным очистным комбайном, производится следующим образом. В исходном положении комбайн заведен в нишу, конвейер и крепь придвинуты к забою, ниша оформлена. Комбайн начинает движение вверх с выемкой полосы угля. Вслед за комбайном с определенным отставанием задвигается крепь. После выхода комбайна в верхнюю нишу, начинается движение комбайна вниз с зачисткой почвы. Вслед за комбайном с отставанием 10-12м задвигается конвейер. Когда комбайн возвращается в нижнюю точку лавы, цикл повторяется.

1.3.2 Бурошнековая выемка

Бурошнековая выемка, исключающая присутствие человека в зоне выемки угля, является весьма перспективным направление разработки тонких пологих пластов.

Сущность бурошнековой выемки заключается в последовательном бурении скважин (см. лист 1 графической части работы), диаметром несколько меньшим мощности вынимаемого пласта. Между скважинами оставляются целики угля шириной 0,2-0,3 м. Бурение производится без закладки выработанного пространства, а управление кровлей путем плавного опускания на оставляемые целики.

Бурошнековая установка представляет собой 2-х или 4-х шпиндельную установку, исполнительный орган представлен в виде спаренного шнекового бура, в который входят буровые коронки, производящие разрушение угля, а шнеки сдвоенных ставов обеспечивают его транспортировку от забоя скважины до устья. Оставленные целики, по мере подвигания забоя постепенно разрушаются, и происходит плавное опускание кровли.

Основными достоинствами бурошнековой выемки являются:

1. Возможность отрабатывать тонкие пласты без присутствия людей в забое, а также пласты со слабыми вмещающими горными породами;

2. небольшой объем подготовительных работ;

3. отличная сохранность горных выработок за счет создания податливых зон на целиках.

Однако данная технология имеет ряд недостатков, что существенно ограничивает область ее применения.

1. Из-за сложности проветривания применяется только на пластах первой и второй категории;

2. относительно малая длина и диаметр скважин;

3. высокие потери угля;

4. низкое качество угля.

Эта схема может быть усовершенствована в части снижения потерь путем выемки оставшегося в выработанном пространстве угля от пробуренных скважин с помощью струговых или скрепероструговых установок.

1.3.3 Струговая выемка

На тонких пластах, а также на пластах углей и антрацитов средней крепости при любой мощности, наиболее целесообразна струговая выемка, отличающаяся от комбайновой, и имеющая преимущества по многим показателям: производительности, безопасности, сортности и качеству угля.

При струговой выемке достигаются минимальные энергозатраты при высоком товарном качестве угля (без обогащения).

Струговая выемка - это способ узкозахватной выемки угля, при которой разрушение угля производится путем отделения его от массива тонкими (3-15 см) стружками на всю длину забоя в зоне его максимального отжима.

В отличие от комбайна струг не режет уголь, а скалывает его с поверхности забоя движущимся вдоль него ножом (см. лист 1 графической части работы).

Общим для ряда конструкций струговых установок являются трубчатые направляющие, расположенные с забойной стороны конвейера (см. лист 2 графической части работы). Благодаря такой конструкции установка объединяется в один единый агрегат с конвейером, при этом достигаются самые высокие показатели.

Основными узлами струговой установки являются:

1. Корпус струга с выполненной в виде лыжи нижней частью (с подконвейерной плитой или без нее), резцовыми головками и регулирующими устройствами для ограничения глубины стружки и управления положением струга относительно почвы пласта;

2. Тяговый орган - струговая цепь;

3. Забойный конвейер со смонтированными на нем конструктивными элементами для направленного движения струга и тяговой цепи и остальным навесным оборудованием (дополнительными бортами с желобами для укладки силового кабеля, кабелями сигнализации и управления, осветительной арматурой, шлангами для подачи воды и оросительными устройствами);

4. Устройство для прижатия конвейера к забою и одновременно для его передвижки;

5. Устройство для управления поперечным наклоном конвейера, т.е. для регулирования работы струга в плоскости пласта;

6. Приводные станции для тяговой цепи струга и скребковой цепи конвейера;

7. Устройство для удержания конвейерного става, соединенные с секциями механизированной крепи и при необходимости концевые устройства у приводных станций;

8. Станция энергоснабжения, включающая коммутационную и контрольную аппаратуру;

9. Устройство и пульт управления.

Струг, двигаясь между забоем и конвейером, перемещается в бесстоечном пространстве при помощи тягового органа, которым является круглозвенная цепь. Цепь имеет две ветви: рабочую и холостую, которые перемещаются внутри трубчатых направляющих.

Величиной усилия подачи струга на забой регулируется ширина снимаемой стружки. Толщина стружки может быть определена измерением разности глубин шпуров, пробуренных вдоль забоя через определенные интервалы, причем измерение производится до и после прохода струга.

При движении струга вдоль лавы конвейер отжимается самим стругом от забоя, то есть во время прохода струга особенно возле домкрата подачи развивается максимальное прижатие его к забою. Рабочий орган как бы «продирается» между конвейером и забоем и снимает стружку угля заданной толщины.

Одним из основных условий успешной работы струга считается прямолинейность очистной линии забоя, поскольку искривление ее вызывает:

1. трудности в управлении кровлей;

2. значительное увеличение предварительного натяжения цепи, что может вызвать ее разрыв;

3. сильный износ и повреждение звеньев цепи, звездочек и рештаков конвейера с соответствующим сокращением их срока службы при струговой выемке.

Раньше на зарубежных шахтах применяли так называемый «кошачий глаз» (светящиеся пластмассовые токи) или отражающий свет конвейерной ленты, что значительно помогала контролю и сохранению прямолинейности забоя.

В настоящее время эти проблемы решаются применением автоматизированных систем управления.

1.3.4 Скреперо-струговая выемка

В настоящее время создана и успешно применяется на весьма тонких пластах скреперо-струговая технология добычи угля без крепления выработанного пространства, а значит, и присутствия людей в рабочей зоне очистного забоя. Применение такой технологии ранее сдерживалось сложностью и опасностью проведения нарезных печей. С появлением бурошнековых установок эта проблема устраняется.

Отличие скреперостругов от стругов заключается в том, что скепероструг осуществляет выемку угля в забое, а также его транспортирование в специальных емкостях (ящиках). Начиная с 1988 года, скрепероструги учитываются в составе струговых установок.

Среперо-струговая установка состоит из набора рабочих органов, выполненных в виде специальных ящиков, которые сгруппированы на строго определенном расстоянии друг от друга вдоль всей лавы, специальных обводных устройств, расположенных на вентиляционном и конвейерном штреке, разгрузочного стола, расположенного в нижней части лавы у сопряжения с конвейерным штреком, тягового каната или цепи, прижимного обводного каната, двух приводов (верхнего и нижнего) и распорного поддерживающего устройства на вентиляционном штреке как у обычного струга.

Основным элементов этих установок является конструкция рабочего органа, которая одновременно выполняет роль доставочного устройства. Обычно это металлические ящики специальной конструкции в виде параллелепипеда, не имеющего не одной крышки со стороны торца. Вторая же крышка может шарнирно открываться внутрь ящика.

Со стороны забоя каждый ящик снабжен режущими зубцами определенной конструкции. С завальной стороны на ящиках имеются проушины для пропуска прижимного каната.

Ящики собираются в виде «гирлянды», расположенной на тяговой цепи. Количество ящиков подбирается в соответствии принятому их объему. Набор ящиков может осуществляться в соотношении 1:2:3 или 2:3:4 и т.д.

Двигаясь вверх, скепероструг скалывающими зубцами осуществляет съем стружки с поверхности забоя. При этом потоком отбитого угля поднимается шарнирная крышка, и каждый набор ящиков доходит до своего строго определенного расчетного места.

При движении назад - вниз по лаве, захватываемый ящиками уголь заполняет их. При этом ящик может толкать уголь и впереди себя и одновременно производить съем или скол угля с поверхности забоя.

Если угля очень много, то можно ослабить прижим ящика каната и скола практически не будет

Таким образом, скреперо-струговая выемка в определенных условиях эффективной и перспективной среди других технологий безлюдной выемки на пологих тонких пластах.

1.3.5 Гидравлическая выемка

Гидравлическая выемка тонких пластов является наиболее совершенным видов комплексной механизации тонких пластов, в котором все основные процессы (отбойка угля и его транспортирование) осуществляются за счет энергии потока воды.

Отбойка угля на тонки пологих пластах при гидротехнологии реализуется в основном системами разработки короткими столбами (заходками) при различном ориентировании выемочных столбов относительно линии падения пласта (по падению, по простиранию, диагонально) с односторонней или двусторонней выемкой гидромониторами.

Имея примерно одинаковые технико-экономические показатели и достаточно широкую область применения, позволяющую работать практически в любых условиях, системы разработки с односторонними заходками обладают рядом недостатков. Поэтому на тонких пластах применяют системы разработки с двусторонними заходками.

Сущность такой схемы заключается в следующем: крыло шахтного поля готовится по этажной или панельной схеме с разделением на подэтажи или подъярусы. В одновременной работе в подъэтаже находится один или два гидромонитора, и 1-2 оборудованных резервных забоя. С одной установки гидромонитора производится выемка полосы угля шириной 25-30 м со стороны нетронутого массива, а затем полосы со стороны выработанного пространства. Для поддержания кровли в выработанном пространстве, по контуру заходки оставляется 3-4 целика треугольной формы, которые затем, по возможности, извлекаются.

Технологическая схема может быть применена на тонких пластах пологого падения, имеющих боковые породы не ниже средней устойчивости, при присутствии минерализованных включений не более 5-8 % (по объему).

1.3.6 Конвейеро-струговая выемка

Перспективным направлением является технология выемки на тонких пологих пластах при помощи конвейероструговой установки, которая выполнена в виде бесконечной круглозвенной пиловидной цепи, с закрепленными на ней каретками, оснащенными резцами для снятия стружки с забоя.

Для осуществления безлюдной выемки установка оснащается цепным подающим устройством с гидроприводом, вынесенным в оконтуривающие выработки.

Конвейеро-струг представляет собой выемочно-доставочную машину фронтального действия (см. лист 2 графической части работы), которая производит выемку угля или по всей мощности пласта и всей длине забоя, или полосами по всей длине забоя от кровли к почве пласта. При этом осуществляется одновременная доставка отбитого угля при помощи конвейера.

Область применения: конвейеро - струговые установки предназначены для выемки пластов мощностью 0,6-1,0 м, пологого падения, сопротивляемостью угля резанию до 250 кгс/см.

Область применения конвейеро-струговой выемки ограничена также тем, что она предназначена для работы в лавах длиной до 150 м при спокойной гипсометрии пласта и боковых породах средней устойчивости.

При мощности пласта 0,6-0,8 м суточная нагрузка на лаву достигает 2000 тонн в сутки.

1.4 Анализ зарубежного опыта

Несмотря на трудности, тонкие пласты разрабатываются почти во всех странах с развитой угледобывающей промышленностью. Однако, отсутствие единой классификации пластов по их мощности приводит к тому, что в разных странах к категории тонких относятся пласты различной мощности: в Бельгии - до 0,6 м, в Болгарии - до 1,3 м, в Великобритании - до 0,91 м, в Германии - 0,7 м, во Франции и Чехословакии- до 1,0 м, в США - до 1,05 м, в России - до 1,2 м /4, с.47/.

Эффективная отработка тонких пластов приобретает в последнее время большое значение для многих стран.

Организация и техника подземной разработки тонких пологих пластов на зарубежных шахтах мало, чем отличается от разработки пластов средней мощности. Пласты разрабатываются по сплошной столбовой или комбинированной системам разработки, лавами, длина которых достигает 200 - 250 м, иногда 300 м. Средняя отрабатываемая мощность пласта за эти годы увеличилась в 1,3 раза. Причем отрабатываются, в основном, пологие (85 %) и полого- наклонные пласты (12 %).

В Германии для отработки пластов мощностью до 1,6 м применяются струговые и скреперо-струговые установки и лишь в единичных случаях комбайны. Это связано, прежде всего, с тем, что возникает особая проблема при отработке тонких пластов, которая заключается в недостаточно хорошей навалке мелкого угля на конвейер и образовании, вследствие чего, угольной подушки на почве. Эта угольная подушка препятствует не только сохранению заданного горизонта резания, но и уменьшает шаг передвижки крепи.

Развитие угольных стругов за рубежом до их современной формы прошло через несколько этапов. Первые струги появились заграницей еще в 1937г., когда на шахте «Иббенбюрен» (Германия) проводились опыты по выемке угля методом строгания. К рудничным рельсам были приварены клиновидные резцы. Этот снаряд вначале протягивали локомотивами в откаточном штреке, строгая угольную стенку выработки, а затем его заводили в лаву и протягивали вдоль забоя при помощи канатных лебедок, установленных на штреках, причем удавалось снимать стружку толщиной до 15 см. Хотя отсутствие опорной направляющей, т.е. забойного конвейера, создавало многочисленные трудности, здесь было впервые доказано, что выемка угля возможна струговым способом.

В 1941 году в мастерских шахты «Иббенбюрен» был изготовлен первый угольный струг, состоящий из резцовой головки и двух колонок для закрепления тяговых канатов. Таким образом, этот струг имел примерно те же конструктивные элементы, что и современные струги. Однако у него не было опорной подконвейерной плиты, а корпус струга перемещался по прикрепленной к забойному конвейеру металлической направляющей, глубина стружки составляла около 30 см, скорость перемещения исполнительного органа (0,07-0,1 м/сек.) была намного ниже, чем у современных струговых установок.

Повышения скорости струга и увеличение толщины стружки можно получить лишь путем соответствующего увеличения мощности, расходуемой на разрушение угля и навалку его на конвейер. Учеными Германии было доказано, что увеличения доли энергии, расходуемой на отделение угля от массива, можно достигнуть за счет уменьшения потерь на трение, путем перемещения дороги, по которой скользит рама струга, с почвы пласта на прикрепленную к забойному борту конвейера наклонную направляющую и одновременного устранения подконвейерной плиты, что, в свою очередь, требует размещения тяговой цепи с забойной стороны конвейера. Так заграницей появились струговые установки скользящего типа. Её рабочая ветвь, как и у струга отрывного действия «Райсхакенхобель», движется под холостой ветвью, причем корпус струга через продольную прорезь в нижнем канале тяговой цепи соединен с ее рабочей ветвью. Струги скользящего типа, у которых за пределы прижатой к забою наклонной направляющей выступают лишь резцы, позволяют выдерживать постоянную глубину стружки и не отжимают забойный конвейер. Благодаря отсутствию подконвейерной плиты удается предупредить заштыбовку мелким углем, как холостой ветви скребковой цепи, так и почвы пласта за конвейером на полосе передвижки крепи.

В струговых установках старого типа с подконвейерной плитой избежать попадания мелкого угля под конвейер удается лишь частично. Однако скользящие струги, не имеющие подконвейерной плиты, нуждаются в очень тщательном управлении в плоскости пласта и, следовательно, в весьма квалифицированном обслуживании.

Комбинацией скользящего струга и струга отрывного действия с подконвейерной плитой, соединенной с тяговой цепью с завальной стороны конвейера, является струг «Гляйтшвертхобель » фирмы «Вестфалия Люнен». В нем объединены достоинства скользящих стругов (заданная глубина резания, активное управление по мощности пласта, меньшие потери энергии на трение) с достоинствами стругов отрывного действия (удобный ремонт тяговой цепи, расположенной с завальной стороны конвейера, и широкая опорная база в виде подконвейерной плиты).

На сегодняшний день на шахтах Германии применяются струговые установки непрерывного действия. Одной из таких установок является Continuous Longwall Miner, которая успешно эксплуатируется также на шахте 1-го мая в Польше. Забой, где применяется установка Continuous Longwall Miner, даёт четверть всей добычи на шахте, что позволило снизить число разрабатываемых забоев с восьми до шести.

Также в Германии ведется отработка тонких пластов комбайнами. Шнековый комбайн «Е -170» - фирмы «Машиненфабрик» впервые был использован при выемке пластов мощностью до 1,1 м в сочетании с системой подачи «Эйкотрек» (без тяговой цепи в лаве) и соответствующей щитовой крепью. Опыт применения не дал тех результатов, которые достигаются при применении стругов. /4,с.52/.

В США, ввиду резкого отличия в лучшую сторону горно-геологических условий залегания пластов от Европейских и находящихся в России, применяются камерно - столбовые системы разработки, для которых создано соответствующее выемочное оборудование.

Для отработки тонких пластов в США, в основном, применяются струговые установки западногерманского производства, а пласты с твердым углем отрабатываются шнековыми комбайнами «Сирус», установленными на конвейер «Е - 170», которые передвигаются по почве впереди конвейера.

Выемка угля осуществляют комбайном с дистанционным управлением. Так на тонких пластах выемку угля производят путем нарезки длинных параллельных камер с оставлением между ними минимальных по размерам целиков. Камеры проходятся шириной 3 м без крепления. С помощью короткозабойных комбайнов на пологих пластах в США добывается более 60 % угля.

Первые бурошнековые установки были применены в США в 1952 году, созданные фирмой «Кардокс» и «Джой». За смену одной установкой добывалось около 60 тонн угля с коэффициентом извлечения 0,45 - 0,55.

В Канаде тонкие пласты разрабатываются на востоке страны, добыча из них составляет около 10 % всей добычи.

В связи с большой крепостью угля в Великобритании в основном развивается выемка угля резанием, т.е. при помощи комбайнов. Интересен тот факт, что на английских шахтах в 54 % механизированных лав эксплуатируется по два, а в некоторых лавах и по три комбайна. Почти во всех случаях речь идет о работе комбайна на концевых участках лав без захвата сечения штрека. Благодаря этому достигается лучшее использование комбайна в лаве, поскольку на английских шахтах распространена система проходки выемочных штреков одновременно с лавой, при которой концевые участки лав сильно сдерживают скорость подвигания очистных работ.

В Китае на шахте Jinhuagong в провинции Шаньси в период с 2002-2005 г.г. было приобретено 5 струговых установок, которые работают в лавах длиной 200 м. Это струги типа Гляйтхобель. Мощность угольных пластов на шахте Jinhuagong колеблется от 1 до 1,6 м и, поскольку уголь относительно твердый, то, как показали испытания, производительность струга должна быть выше, чем в длинных лавах Германии в аналогичных условиях.

1.5 Анализ отечественного опыта

В бывшем СССР из тонких пластов уголь добывался, главным образом, на шахтах Донецкого и Львовско-Волынского бассейнов. Для отработки тонких пологих пластов наиболее распространенной была технологическая схема отработки длинными столбами по простиранию с выемкой угля по падению. Примерно одна треть всех забоев была оборудована механизированными комплексами.

Согласно техническим характеристикам комплексов, все они, за исключением комплекса «Донбасс», могли эффективно применяться только на пластах, с боковыми породами не ниже средней устойчивости. На пластах с труднообрушаемой кровлей, как показала практика, эти механизированные комплексы работали неудовлетворительно.

Для анализа отечественного опыта выемки тонких пологих пластов необходимо восстановить тему по анализу работ очистных и подготовительных забоев, выполняемую на шахтах России и бывшего СССР.

Впервые анализ технологий выемки на тонких пологих пластах был выполнен в нашей стране А.Д. Пановым, который на страницах журнала «Уголь» № 8 за 1956 год освещает "перспективы выемки угля в лавах на пологих пластах стругами и узкозахватными комбайнами". В технической статье описываются положительные результаты работы на шахте № 9 треста "Снежнянантрацит", которые были достигнуты при помощи узкозахватного комплекса оборудования ДУ-1, состоящего из комбайна "Донбасс-1", скребкового конвейера, металлических стоек с шарнирными верхняками и посадочных стоек.

Состоянию и развитию струговой выемки на шахтах СССР посвящена статья Н.К. Гринько: "…В решении задачи технического перевооружения угольной промышленности большую роль должны сыграть струговые комплексы, являющиеся одним из наиболее перспективных и прогрессивных средств узкозахватной выемки угля" Журнал «Уголь»№ 2, 1975 г.. А в №1, за 1977 г., Н.К. Гринько анализирует основные направления развития науки и техники на 1960-1980 гг.

Первая струговая установка, которую прозвали своеобразным гигантским подземным "фуганком", в бывшем СССР была испытана в 1965 году на шахтах комбината "Ростовуголь".

Это была новинка угледобывающей техники. Бригада И.В. Савченко с шахты «Южная -1» одна из первых в городе освоила эту струговую установку. С её помощью бригада добывала за сутки более 1000 тонн угля и в 1966 году за 31 рабочий день выдала на гора 112300 тонн угля. Рекорд, поставленный Савченко показал, что новая угледобывающая техника (струговые установки) таят в себе большие возможности повышения производительности труда. До применения струговых установок уголь добывался при помощи широкозахватного комбайна, при этом добыча составляла 13 тысяч тонн угля за месяц.

На струговые установки перешла и бригада М. Чиха. Применение новой техники требовало и новой организации труда. После долгих поисков шахтеры пришли к выводу, что струг может работать с полной отдачей лишь при поточной организации труда, которая требовала совмещения процессов добычи и подготовки лавы. Вместе с инженерно-техническими работниками шахты разработали новый паспорт крепления лавы. Перейдя на поточный метод, бригада стала добывать 1500 и более тонн в смену на струговой лаве. В год бригада добывала 500 тысяч тонн угля.

Резерв повышения добычи при струговой выемке был в механизации управления кровлей при струговой выемке, для этого необходимо было разработка нового механизированного комплекса с гидрофицированной крепью, приспособленного под струговую установку. В ШахтНИУИ на базе М-87Э разработали струговую крепь 1-МКС.

В 1970 году такая механизированная крепь вместе со струговой установкой была смонтирована в лаве. С её помощью бригада увеличила среднесуточную добычу до 2000 тонн в смену.

На шахтах бывшего СССР в середине 70-х годов в основном работали струговые установки 3-х типов:

1) УСТ-2 (установка струговая тихоходная,V=20-40 м / мин.).

2) УСБ-2М (установка струговая быстроходная,V>40 м / мин.).

3) УСБ-67 (установка струговая быстроходная,V=20-40 м / мин.).

Все эти струговые установки имели общую компоновку: они состояли из трубчатых направляющих, расположенных с забойной стороны конвейера. Благодаря этому струговая установка объединялась в единый агрегат с конвейером.

Позже в нашей стране были разработаны, изготовлены и испытаны струговые установки нового технического уровня: отрывного типа - СО90У, скользящего типа - СН96, комбинированного типа ЗСКП. Технические решения, заложенные в конструкции этих установок, соответствовали лучшим зарубежным аналогам, а по некоторым показателям и превосходили их. Установки могли работать в комплексе со струговыми механизированными крепями.

На шахтах Кузбасса имеется опыт отработки тонких пластов при помощи гидромониторной отбойки. Так на бывшей гидрошахте «Юбилейная» ОАО ОУК «Южкузбассуголь», выемка угля осуществлялась механизированными комплексами с гидротранспортом по лаве. В результате этого было выяснено, что осуществление гидротранспорта по лаве в сочетании с данной технологией приводит к размоканию почвы, что в свою очередь вызывает неустойчивость секций крепи, и как следствие, аварийную обстановку забоя. Происходило заиливание оснований секций крепи мелким штыбом, что приводило к затруднениям по их передвижки. Из этого можно сделать вывод, что применение гидротехнологии непродуктивно и в сочетании со струговой установкой, которая требует использования с механизированных крепей.

Однако стало очевидным, что гидротранспорт угля позволит значительно снизить энергоемкость процесса выемки при технологиях выемки, не требующих применения механизированных крепей.

В 70-80-х годах на шахтах СССР в основном это шахты Львовско-Волынского бассейна, для разработки тонких пологих пластов применялись бурошнековые установки. В КНИУИ была разработана технологическая схема с групповым применением установок БУГ применительно к условиям залегания тонких пологих пластов с целью увеличения концентрации горных работ, значительного роста нагрузки на добычной участок, более эффективного использования установок. Испытания показали эффективность применения бурошнековых машин при отработке пластов мощностью до 1,0 ми залегающих слабых боковых породах.

В начале 70-х в нашей стране были предложены технологические схемы разработки тонких пластов с расширением камер обратным ходом с помощью комбайнов, оснащенных раздвижными исполнительными органами: комплексы КТП, КБВ, «Тентек».

В Донецком бассейне в ш/у им.г. «Правда» применялась скрепероструговая выемка в камерах. Сущность ее заключалась в следующем: столбы, подготовленные по простиранию или по падению шириной 100-120 м, отрабатываются камерами, шириной 14-25 м. Между камерами оставляются целики по всей высоте столба, шириной 3-4 м. Выемка угля ведется скреперостругами без крепления. Главным достоинством этой технологии, является отсутствие людей в забое.

1960-80-е годы в бывшем СССР были годами расцвета отработки тонких пластов, достижения им апогея в своем движении по орбите XX века. Выросла механизации проходческих работ за счет внедрения струговых установок, механизированных крепей, изменилась технология выемки угля. Росла нагрузка на забой, повышалась производительность туда, в корне менялся взгляд на возможности повышения эффективности производства.

Однако в начале 90-х годов после распада СССР ситуация в горной промышленности резко изменилась. Тонкие пласты ушли на задний план, так как предприятия, чтобы не стать безубыточными стали отрабатывать пласты угля более мощные, «снимая сливки» повышая добычу за счет внедрения новых очистных комплексов с механизированными крепями.

На сегодняшний день в большинстве комплексов оборудования применяется комбайновая выемка угля и только в ряде очистных забоев эксплуатируются струговые установки (см. таблицу 1).

Таблица 1 - Применение струговых установок на шахтах России и стран СНГ при отработке тонких пластов в 2004 году

Предприятие	В наличии	В работе	В ремонте, резерве	В монтаже	Списано	% использования
Донецкий бассейн	31	25	1	5	19	80,7
Печорский бассейн	1		---	1	---	---
ВоркутаУголь	1	1	---	---	---	100,0
РостовУголь	21	17		4	17	81,0
Компания «Южкузбассуголь»	1	1	----	---	---	100

Однако в последнее время в периодических журналах таких как «Уголь», «Горный вестник», «Глюкауф» стали появляться статьи о целесообразности применения струговых установок на тонких пластах в современных условиях. Горные институты предлагают совершенно новые перспективные предложения по совершенствованию технологии проведения подготовительных выработок для подготовки к отработке тонких пластов, обеспечивающие значительный рост темпов проведения работ.

Так на шахте “Казахстанская” успешный опыт применения первой струговой установки фирмы ДБТ «вселил уверенность в возможность рентабельной работы шахты при переходе на выемку тонких пластов».

Шахта “Казахстанская” отрабатывает пласты Т1, Д9, Д10, Д11, Д6, из которых пласт Т1 является опасным, Д6- особо опасным по внезапным выбросам угля и газа. Пласт Д6 - склонен к самовозгоранию, из отрабатываемых пластов только он имеет мощность 5,5-6 м, остальные от 0,8 до 1,6 м.

Для обеспечения рентабельности работы шахты в условиях ограниченного рынка сбыта угля, с целью концентрации горных работ начиная с 1999 г. на шахте начат переход на работу по схеме “шахта-лава”.

Учитывая то, что запасы по маломощным и тонким пластам шахты составляют 50 % от балансовых запасов, необходимо было изыскать способы отработки тонких пластов (0,8-1,5м) обеспечивающих рентабельную работу шахты. Кроме этого своевременное воспроизводство запасов по мощному особо выбросоопасному пласту Д-6 из-за низких темпов проходки, связанных с проведением противовыбросных мероприятий, затруднено.

После тщательного изучения опыта высокопроизводительной отработки тонких пластов в угледобывающих странах мира была приобретена струговая установка GH 9.34.VE 4.7 фирмы ДБТ. Привязка струговой установки к имеющейся в угольном департаменте механизированной крепи Глиник 066/16 была выполнена на заводе угольного машиностроения (РГПО) компании. Крепь и струговая установка были смонтированы на выемочном участке, выработка которых была пройдена несколько лет назад и не была приспособлена для струговой выемки. Среднесуточная нагрузка на лаву составила в 4167 т. (за 24 рабочих дня), при производительности труда 510,6 т.

Опыт работы первой струговой установки на шахте “Казахстанская” показал, что требуются новые технические решения в подготовке выемочного участка. Это увеличение длины лав до 250-300 м, проходка выработки шириной не менее 5 м, применение анкерной крепи, а также необходимость приобретения проходческой техники, способной обеспечить темпы проходки не менее 300 м/мин, а также применение перегружателей и ленточных конвейеров производительностью не менее 1000 т/час.

В процессе работы струговой установки производились замеры запыленности воздуха и газовыделения на участке. Запыленность воздуха составила около 55-70 мг/м3 при добыче более 5000 т в сутки по сравнению с 150-200 мг/м3 при комбайновой добыче; газовыделение на участке при этом не превышало 4-5 м3/мин.

В настоящее время учеными Донбасса разработана технология раздельной выемки угля и породы при помощи комбайна. Ее суть состоит в том, что при движении комбайна в одну сторону вынимается чистый пласт угля мощностью от 0,6 м, при движении в обратном направлении -- высота призабойного пространства увеличивается до комфортной для работающего персонала величины, а подрубленная порода транспортируется в выработанное пространство.

В прошлом году на выставке «Майнинг» в г. Новокузнецке была предложена технология отработки тонких пластов при помощи комбайна УКД-200. Комбайн такого типа (см. лист 2 графической част работы) обеспечивает проход корпуса комбайна под верхняками крепи в пласте 0,85 м, а также проход угля под корпусом комбайна при движении его против движения конвейерной цепи.

На шахтах Кузбасса также имеется опыт отработки тонких пластов, как с помощью комбайна, так и при помощи струга. Главная задача, решаемая уже в нынешнем 2005 году, по мнению дирекции компании «Южкузбассугля», - это «реализация программы тонких пластов» /17/.

Программа тонких пластов касается трех предприятий "Южкузбассугля": шахт "Абашевская", "Юбилейная" и "Осинниковская". Сейчас на этих предприятиях активно внедряется новая техника, специализированная под данные горно-геологические условия. Взять, к примеру, шахту "Абашевская": введен в строй очистной комбайн SL-300 для маломощных пластов, что позволяет вынимать только угольную пачку, не пресекая породу. Благодаря этому резко уменьшилась зольность угля, что в свою очередь означает снижение затрат на перевозку породы, повышение производительности труда и, соответственно, увеличение объемов добычи. Кроме того, на шахте смонтирован лавный конвейер, перегружатель которого способен выдержать увеличение объемов угля, введены в строй два мощных проходческих комбайна П-220. Решение вопроса по отработке тонких пластов без присечки породы даст эффект порядка 900 миллионов рублей экономии в год. Все это лишь первые шаги в осуществлении программы, но и они уже дали ощутимый результат. Так в июле та же шахта "Абашевская" выдала на-гора свыше 285 тысяч тонн угля при плане в 235 тысяч. В 2004 году на «Абашевской» пласт 27 также отрабатывался при помощи струговой установки немецкой фирмы ДБТ.

1.6 Специфика подготовки и отработки тонких пластов, способы управления кровлей

При проведении подготовительных выработок на тонких пластах возникает ряд трудностей по их поддержанию. Это связано, прежде всего с тем, что необходимо проводить выработки большого сечения, при этом процент присечки породы достигает 80-85 %. Поэтому на тонких пластах, если позволяют горно-геологические условия (при наличии легко - и среднеобрушающихся кровель и прочной почвы), целесообразней проведение транспортного штрека и сохранение его в качестве вентиляционного для нижней лавы при помощи органной крепи.

При мощности пласта 0,9-1,0 м и устойчивых боковых породах транспортные штреки проводят узким забоем в виде одной выработки, как по пласту, так и по пустым породам, т.е. полевые. При этом способе проведения подготовительных выработок, для охраны штрека от горного давления и устранения утечек воздуха в выработанное пространство, у боков штрека выкладывают стенку из старых стоек, уложенных одна на другую, а также бутовых полос шириной не менее 6 м. Бутовые полосы могут быть односторонними и двусторонними.

При отработке тонких пластов возможно использование как короткозабойных систем разработки, так и систем разработки длинными забоями.

При работе длинными забоями отработку ведут как по сплошной, так и по столбовой системам разработки, - в зависимости от горно-геологических условий.

Сплошная система применяется в основном на тонких пластах с любым углом падения, на пластах, опасных по горным ударам и внезапным выбросам, залегающих на больших глубинах, где высокая температура и большое горное давление затрудняют предварительное оконтуривание запасов подготовительными выработками и поддержание этих выработок. Сплошную систему разработки применяют как при этажной, так и при панельной подготовке.

Столбовая система на тонких пластах применяется при любых схемах подготовки пластов. На пологих пластах (m = 0,9-1,3 м), при кровле не ниже средней устойчивости и непучащих почвах применяется способ подготовки спаренными штреками. Этот способ отличается от других применимых при подготовке тонких пластов тем, что между двумя проводимыми штреками производится выемка угля, т.е. штреки проходятся широким забоем. При этом оба угольных забоя объединены в один. Порода от подрывки размещается в общем выработанном между штреками пространстве - раскоске.

На тонких пластах для управления кровлей применяется способ управления кровлей полным обрушением, пневмозакладкой и плавным опусканием. Выбор способа производится на основе горно-геологических условий, а также способа выемки угля.

Известно, что на пластах малой мощности при наличии в кровле пласта песчаника и склонности почвы к пучению, происходит смыкание кровли с почвой на расстоянии 7-12 м и более от забоя и через 35-40 м периодически происходит обрушение пород основной кровли. Таки образом, при данном способе управление кровлей производится ее плавным опусканием. При этом, не нужно производить каких - либо мероприятий - все происходит самопроизвольно, что значительно снижает затраты на поддержание очистного забоя.

При средне и легкообрушающихся породах непосредственной кровли, когда их мощность достаточна для подбучивания основной кровли применяют способ управления кровлей полным обрушением с использованием механизированных или индивидуальных крепей. При удалении механизированной крепи в выработанном пространстве происходит обрушение пород кровли.

При данном способе управления кровлей возникает ряд трудностей. В лавах с управлением кровлей обрушением работы по креплению, в большинстве случаев, непосредственно связаны с работами по посадке кровли. В случае применения индивидуальной крепи при современной высокой скорости подвигания забоя посадку кровли уже нельзя проводить в отдельную от добычи угля смену, так как к концу добычной смены ширина полосы непосаженой кровли превышает допустимую.

Способ управления кровлей с пневмозакладкой рекомендуется в случае необходимости предупредить обрушение вмещающих пород после выемки. В лавах с управлением кровлей пневмозакладкой на тонких пластах данный способ применяется в единичных случаях, так как скорость подвигания лавы ограничивается пропускной способностью пневмозакладочной установки и системы доставки закладочного материала. Сооружением промежуточных бункеров удается в значительной мере уменьшить зависимость очистных забоев от мелких неполадок в доставке закладочных материалов по главным транспортным выработкам.