Размещено на http://www.allbest.ru/

Аннотация

Темой дипломной работы является: "Разработка технологических решений при проектировании подземной отработки запасов угольных месторождений брахисинклинального типа".

Целью работы является обоснование параметров пространственно-планировочных и технологических решений при проектировании подземной отработки запасов угольных месторождений брахисинклинального типа для обеспечения безопасного и эффективного ведения горных работ с минимальными потерями полезного ископаемого в недрах.

Основная идея работы заключается в обеспечении безопасной и эффективной отработки запасов угольных пластов, залегающих в виде брахисинклинальных складок, с минимальными потерями полезного ископаемого за счёт перехода на реализацию прогрессивных пространственно-планировочных и технологических решений на базе системно-упорядоченного синтеза подземной и физико-химической геотехнологий и рационального сочетания комплексно-механизированной, агрегатно-гидравлической, скважинной гидравлической и механо-гидравлической технологий очистных работ.

Дипломная работа содержит 135 страниц, 22 рисунка, 11 таблиц.



The summary

The theme of the thesis is: "Development of technological solutions in the design of underground mining reserves of coal deposits brahisinklinalnogo type."

The aim is to study the parameters of space- planning and technology solutions in the design of underground mining reserves of coal deposits brahisinklinalnogo type for the safe and efficient mining with minimal loss of minerals in the ground.

The basic idea is to provide a safe and efficient development of reserves of coal seams occurring as brahisinklinalnyh folds , with minimal loss of minerals due to the transition to the progressive realization of the space- planning and engineering solutions based on a system- ordered underground synthesis and physico- chemical and Geotechnology rational combination of complex mechanical , hydraulic - aggregate , downhole hydraulic and mechanical- hydraulic technology sewage works .

Diploma thesis contains 135 pages, 22 drawing, 11 tables.



Содержание

• Введение
• 1. Геологическая часть
• 1.1 Общие сведения об административном и физико-географическом положении шахтного поля шахты "Казанковская"
• 1.2 Стратиграфия
• 1.3 Тектоника
• 1.4 Гидрогеология
• 1.5 Качество углей
• 1.6 Характеристика разведанности месторождения
• 1.7 Угленосность и характеристика угольных пластов
• 1.8 Инженерно-геологические и горно-геологические условия разработке
• 2. Технологическая часть
• 2.1 Режим работы шахты
• 2.2 Производственная мощность шахты
• 2.3 Вскрытие шахтного поля
• 2.4 Технологический комплекс на поверхности
• 2.5 Подготовка пластов в шахтном поле
• 2.6 Система разработки угольных пластов
• 2.7 Технологическая схема очистных работ
• 2.8 Нагрузка на комплексно-механизированный очистной забой
• 2.9 Водоотлив
• 3. Вентиляция шахты
• 3.1 Выбор и обоснование способа и схемы проветривания шахты
• 3.2 Расчет расхода воздуха по выделению углекислого газа
• 3.3 Расчет расхода воздуха по наибольшему числу людей
• 3.4 Расчет расхода воздуха из условия оптимальной скорости по
• пылевому фактору
• 4. Безопасность труда
• 4.1 Анализ опасных и вредных факторов
• 4.2 Меры безопасности при ведении горных работ
• 4.3 Мероприятия по борьбе с пылью
• 4.4 Мероприятия по безопасному ведению работ
• 4.5 План ликвидации аварий
• 5. Экономическая часть
• 5.1 Анализ рынка сбыта продукции. Оценка конкурентоспособности.
• 5.2 Мероприятия по освоению проектной мощности в нормативные сроки
• 5.3 Капитальные вложения
• 5.4 Основные промышленно-производственные фонды и нормируемые оборотные средства
• 5.5 Себестоимость добычи угля
• 6. Технологические решения при проектировании подземной отработки запасов угольных месторождений брахисинклинального типа
• 6.1 Анализ исследований технологических схем разработки угольных месторождений брахисинклинального типа
• 6.1.1 Современные направления развития подземной технологий отработки угольных пластов на шахтах России и за рубежом
• 6.1.2 Анализ способов и схем вскрытия брахисинклинальных складок
• 6.1.3 Анализ технологических схем вскрытия, подготовки и отработки запасов угольных пластов залегающих в виде брахисинклиналей
• 6.2 Разработка вариантов пространственно-планировочных и технологических решений по освоению угольных месторождений брахисинклинального типа6
• 6.2.1 Разработка требования к пространственно-планировочным решениям при проектировании подземной отработки запасов угольных месторождений
• 6.2.2 Систематизация пространственно-планировочных и технологических решений при освоении угольных месторождений брахисинклинального типа


Введение

Современный этап развития технологии подземной угледобычи характеризуется усложнением технологических процессов и применяемого оборудования. Это приводит к тому, что усложняются и сами технологические схемы, они становятся зависимыми от большого количества влияющих горно-геологических и горнотехнических факторов. В процессе начала работ по вскрытию, подготовке, отработке шахтного поля, не говоря уже о дальнейшем долгосрочном сроке службы шахты, поднимается большой ряд вопросов технического характера связанных с особенностью рельефа местности, геологического строения пластов, газоносности пластов, а также наличия грунтовых вод и других факторов, которые в значительной степени повлияют на выбор способов: проведения выработок, их крепления и дальнейшего поддержания; отработки пластов и безопасного ведения горных работ.

Разнообразие горно-геологических и горнотехнических условий разработки месторождений определяет многообразие самих составных элементов. Таким образом, из большого количества элементов может быть составлена определенная последовательность, позволяющая осуществить поставленную цель - добычу угля. При выполнении дипломной работы уделено большое внимание техническому прогрессу в угольной промышленности, использование новейшие достижения в области научного проектирования, опыт передовиков производства.



1. Геологическая часть

1.1 Общие сведения об административном и физико-географическом положении шахтного поля шахты "Казанковская"

Успенская брахисинклиналь находится в юго-западной части Ерунаковского угленосного района. На ее площади разведано два участка: Казанковский, расположенный в южной части складки, и Успенский. Административно участки входят в состав Кузнецкого района Кемеровской области. Районный центр - город Новокузнецк - находится в 30-35 км южнее Казанковского участка.

Ерунаковский угленосный район расположен в центральной части Кузнецкого бассейна, является богатейшим угленосным районом, с прогнозными запасами каменного угля до гор. - 300 м порядка 60 млрд. тонн.

Согласно "Генеральной схемы развития угольной промышленности Кузбасса от 1986 г" в районе заложено 9 шахт и 6 разрезов на общую производственную мощность 124 млн. т в год. На участках Успенской бахисинклинали по этому проекту заложена крупная шахта "Казанковская " мощностью 1,5 млн т в год. В настоящее успешно осваивается район, построены общерайонные объекты.

Каких-либо других промышленных предприятий вблизи от границ участка нет. До действующих предприятий проложены автомобильные технологические дороги со щебеночным покрытием и построены собственные ЛЭП. Тепло- и водоснабжение предприятий осуществляется от индивидуальных котельных и водозаборов. Жилых поселков и каких-либо комплексов ЖКХ предприятия не имеют. Основная масса трудящихся проживает в г. Новокузнецке, откуда к месту работы и обратно доставляется автомобильным транспортом.

Связь района и разрабатываемых участков осуществляется по железнодорожной ветке Артышта-Томусинская, проходящей по южной границе участка "Казанковского".

В геоморфологическом отношении участок расположен на водоразделе рек Ускат, ЕланныйНарык и Тагарыш. Поверхность участка имеет резко выраженный холмистый характер с постоянными и временными водостоками, с долинами, поросшими кустарниковой растительностью и редкими березовыми рощами.

Климат района резко континентальный с колебаниями от -47.5⁰С в декабре до +35.5⁰С в июле. Амплитуда колебаний за год достигает 83⁰С. Безморозный период составляет , в среднем, 120 дней. Морозы начинаются в сентябре и держатся до середины - конца мая. Среднегодовое количество осадков 514 мм, снеговой покров от 0.5 до 1.8 м, в зависимости от этого изменяется и глубина промерзания от 0.35 до 2.4 м. преобладающее направление ветров северо-восточное и юго-западное.

Угли пластов участка исследовались на содержание редких элементов. Среднее содержание германия в углях составляет 1.31 - 1.82 г/т сухого топлива, галия - 1.91 - 2.42 г/т сухого топлива.Среднее содержание в углях собственно "малых" и редких элементов - меди, кобальта, никеля, ниобия, ванадия, серебра, а также промышленных концентраций не имеют.

Из вредных компонентов, представляющих потенциальную опасность заражения окружающей седы и для здоровья рабочих изучались мышьяк, ртуть, хлор. Согласно инструкции по изучению токсичных компонентов при разведке угольных и сланцевых месторождений, эти элементы повышенных концентраций по шахтному полю не имеют - угли не токсичны.

Кроме каменных углей на площади шахтного поля имеется сырье для производства строительных материалов. Суглинки и глины могут использоваться для производства кирпича, черепицы, пустотелых блоков, дренажных труб, а также керамзитного гравия и песка при условии обязательной предварительной обработки. Песчаники могут использоваться в качестве бутового камня и наполнителя в бетонных смесях, но недостаточный объем опробования не позволяет рекомендовать их к использованию в указанных направлениях. Алевролиты изучались как сырье для получения керамзита. Учитывая результаты испытаний алевролиты можно использовать как сырье для получения керамзита.

1.2 Стратиграфия

В геологическом строении Ерунаковского геолого-экономического района принимают участие кольчугинская, мальцевская, табраганская серии осадков повсеместно перекрытых мощным чехлом четвертичных отложений.

Промышленная угленосность шахтного поля связана с отложениями верхнепермского возраста Р₂. Отложения верхней перми представлены отложениями кольчугинской серии.

Кольчугинская серияР₂kl сложена ретмичным чередованием мелко- и среднезернистых песчаников, алевролитов, углей. В пределах горного отвода шахты в составе этой серии распространены угленосные отложения ерунаковскойподсерииР₂er.

Углесодержащими являются кузнецкая,ильинскаяи ерунаковскаясвиты кольчугинской серии.

Кузнецкая свитаР₂krпредставлена переслаиванием разнозернистых алевролитов и мелкозернистых песчаников с явным преобладанием в разрезе глинистых разностей.

Ильинская свитаР₂irпредставлена переслаиванием песчаников и алевролитов, включающих пласты углей. Алевролиты мелкие и среднезернистые залегают невыдержанными по мощности и литологическому составу слоями, по падению и простиранию часто замещаются песчаниками тонко и мелкозернистыми, иногда частым переслаиванием алевролитов и песчаников.

Ерунаковская свита Р₂er представлена мелкозернистыми песчаниками и алевролитами. Алевролиты залегают невыдержанными по мощности слоями.

Мощность четвертичных отложений меняется от 1 - 10 м в долинах рек и логах, и до 50 м на водоразделах. В долинах рек коренные породы часто перекрыты галечниками.

Рис. 1.1. Стратиграфическая колонка угленосных отложений поля шахты "Казанковская"

1.3 Тектоника

Продуктивные отложения поля шахты Казанковской слагают крупную Успенскую брахисинклинальную складку с простиранием оси с северо-запада на юго-восток.

Максимальное погружение оси отмечается в районе IX разведочной линии. Складка асимметрична. Углы падения юго-западного крыла достигают 70⁰, северо-восточного 20 - 34⁰. Пласты залегают в ядре Успенской брахисинклинали. Крылья складки дислоцированы крупными взбросами на юго-западе Иганинским, на северо-востоке Успенским. Пласты угля в зоне взбросов сильно нарушены дополнительной складчатостью. Центральная часть складки имеет относительно спокойное пологое залегание пластов, особенно на северо-востоке крыла.

1.4 Гидрогеология

Основной дренирующей артерией всего Ерунаковского района является река Томь. Режим реки характеризуется следующими данными: максимальный расход воды - 900 м³/с; ледоход с 3 по 8 мая; ледостав в конце ноября.

В пределах Казанковского участка протекает река Салаир, пересекающая по диагонали территорию участка впадающая в реку Томь у деревни Казанково. Река имеет несколько притоков (слабых ручьев) с хорошо разработанными долинами. Максимальный (весенний) расход воды 2 - 3,5 м³/с, минимальный 0,0009 м³/с, ледоходов не бывает, паводок проходит раньше, нежели оттаивает почва и подстилающие ее грунты.

Геологоразведочными работами установлено, что в пределах участка выделяется два основных типа вод:

а) воды четвертичных отложений,

б) воды пермских отложений.

Воды четвертичных отложений приурочены к рыхлой толще осадков, мощность которых на большей части территории участка - 35 м. на водораздельных пространствах осадки представлены в большей части суглинками с небольшими линзами супеси и глин, с различными фильтрационными свойствами. Какой-либо закономерности в чередовании слоев не выяснено, поэтому лишь по индивидуальным наблюдениям установлено, что появление в весенний период и после длительных дождей по бортам логов и долин речек, нисходящих источников с рассеянным выходом, связано с подземными водами типа "верховодки". В сухое время года "верховодка" исчезает, источники прекращают свою деятельность.

Питание четвертичных отложений в процессе их вскрытия горными выработками в силу непостоянства и низких фильтрационных свойств на условия проходки не окажут отрицательного влияния.

Водоносный комплекс пермских отложений связан с осадками верхней перми, которые литологически представлены переслаиванием песчаников, алевролитов, реже аргиллитов и пластами угля.

Наибольшей выдержанностью отмечаются песчаники между пластами Тагарышскими 34 и 35 мощностью до 40 м с глубиной погружения в центре брахисинклинали до 340 м.

Наибольшими значениями удельного дебита 1,63 л/с характеризуется песчаниками в кровле Тагарышского 35.

На площади выделяется водоносный горизонт, приуроченный к песчаникам в кровле и почве пластов Тагарышских 34 и 35. По мере погружения пласта увеличивается обводненность пород.

В целом в верхней наиболее обводненной зоне пород интенсивной трещиноватости может иметь место весьма сложная гидродинамическая зависимость как с водами четвертичных отложений, так и с нижележащей зоной затухающей трещиноватости.

В пределах водоразделов воды зоны интенсивной трещиноватости являются безнапорными с положением уровня на 10 - 25 м ниже дневной поверхности. В депрессиях рельефа они напорные или слабонапорные с величиной подъема уровня в 1-5 м над поверхностью земли. Питание осуществляется за счет атмосферных осадков. Разгрузка происходит в местную речную сеть.

Таким образом, наиболее обводненными в зоне интенсивной трещиноватости являются крупные слои песчаников и пласты углей.

Эта водоносная зона будет оказывать наиболее неблагоприятные влияния на условия отработки углей.

По химическому составу подземные воды пермского водоносного комплекса к типу гидрокарбонатно-калиевого, магниево-натриевыхили смешанных по катионному составу, жесткие или умеренно-жесткие (5-9 мг-экв/дм³) с минерализацией до 1-1,5 г/дм³.

Из анионов преобладают гидрокарбонаты, содержание которых меняется от 70 до 300 мг/дм³. Остальные анионы содержаться в недостаточных количествах. Из катионов превалирует натрий. Содержание его меняется от 80-100 до3000 мг/дм³.

По отношению к металлу и бетону воды некоррозирующие и неагрессивные. Воды пригодны для хозяйственно-питьевых целей.

1.5 Качество углей

В соответствии со стратиграфической схемой Кузнецкого бассейна 1979 года продуктивные отложения участка представлены осадками ленинской свиты ильинскойподсерии и нижней частью разреза грамотеинской свиты ерунаковскойподсериикольчугинской серии верхней перми.

Угли участка марки Г, со средней зольностью 12,4 % и теплотой сгорания, колеблющейся в пределах от 32,8 МДж/кг до 36,2 МДж/кг. Среднее содержание серы 0,87 %.

Таблица 1.1. Характеристика качества углей

Индексы пласта	Марка угля	Зольность Аd,%	Выход летучих веществ Vdaf, %	Влага аналитическая Wa, %	Теплота сгорания Qri, МДж/кг	Толщина пластического слоя у, мм	Содер-жание серы Std,%
34	Г	7,2	36,6	1,5	35,7	9	0,72
35	Г	10,5	36,1	3,2	33,5	8	0,93
36	Г	16,3	36,4	2,8	32,8	9	1,17
37	Г	8,7	35,9	2,2	36,2	9	0,62



1.6 Характеристика разведанности месторождения

Согласно геологическому отчету о детальной разведке по сложности геологического строения участок в целом относится к Iгруппе месторождений - простого строения, с выдержанной мощностью и строением угольных пластов и качества угля.

Разведанные запасы соответствуют категориям А, В и С₁. Общее количество запасов по чистым пачкам по пластам Тагарышским 36, 35, 34 составляет 39 897 тыс. тонн, в том числе по категориям:

А - 31 132 тыс. тонн (78 %)

В - 5 012 тыс. тонн (13%)

С₁ - 3 753 тыс. тонн (9%).

1.7 Угленосность и характеристика угольных пластов

Успенская брахисинклиналь представляет собой многопластовое месторождение закрытого типа с благоприятной синклинальной структурой. Верхние пласты структуры находятся в сравнительно простых геолого-гидрологических условиях. Угленосные отложения Успенской брахисинклинали включают 46 пластов угля. Коэффициент рабочей угленосности в статиграфическом разрезе изменяется: казанков-маркинской свиты от 0,5 до 1,5 %, ускатской свиты от 2,6 до 3,9 %, ленинской свиты от 4,1 до 4,8 %. Пласт Тагарышский 34 располагается в 84 - 98 м стратиграфически ниже пласта 35 при увеличении расстояния с севера на юг. Пласт отнесен к выдержанным, имеет среднюю мощность 2,76 м при колебаниях от 2,17 до 3,23 м. пласт характеризуется сложным строением, состоит преимущественно из 2 - 3 пачек, реже имеет простое строение. Породные прослои в основном маломощные, от 0,01 до 0,37 м, представлены алевролитами, реже углистыми алевролитами.



Таблица 1.2. Характеристика пластов угля

Наименование пласта	Марка угля	Подсчет- ная мощность пласта, м	Нормальное расстоя- ние от нижнего пласта, м	Строение пласта	Степень устойчи-вости	Вмещающие породы
						кровли	почвы
34	Г	2,17-3,23 (2,76)	84-98	Пласт характери-зуется сложным строением, состоит из 2-3 пачек, мощность породных прослоев 0,01-0,37м	Устойчив	Алевро-лит, реже песчаник	Пересла-ивание песчани-ка и алевро-лита с пропласт-ками угля мощ-ностью 0,2-0,5м
35	Г	2,15-3,52 (3,05)	105	Пласт характери-зуется сложным строением, состоит из 3-4 пачек, мощность породных прослоев 0,25-0,30м	Устойчив	Алевро-лит, реже песчаник	Алевро-лит, реже песчаник
36	Г	1,0-3,05 (2,04)	100	Пласт характери-зуетсяпростым строением	Устойчив	Алевро-лит	Алевро-лит
37	Г	3,24-4,36 (4,04)	80	Пласт характери-зуется простым строением	Устойчив	Алевро-лит	Алевро-лит

1.8 Инженерно-геологические и горно-геологические условия разработке

Условия отработки угольных пластов подземным способом представляется довольно простым.

Устойчивость пород в почве и кровле оценивается удовлетворительной, за исключением толщ пород с толщ пород с повышенной трещиноватостью в зоне поверхностного выветривания, где породы отличаются значительно пониженными прочностными параметрами, неустойчивы в кровле и почве пластов и склонны к размоканию.

По физико-механическим свойствам и инженерно-геологическим особенностям в пределах участка выделяются три группы пород:

-неогено-четвертичные рыхлые отложения;

- пермские угленосные отложения, затронутые выветриванием;

- пермские угленосные отложения, не затронутые выветриванием.

Рыхлые отложения, за редким исключением развиты на всей площади участка. Минимальная их мощность (0 - 5 м) приурочена к логам и долинам рек. Максимальная - к водоразделам. Наибольшую мощность (до 40 м) наносы имеют на водоразделах в южной части участка. На остальной площади мощность наносов на водоразделах не превышает 20 м. Отложения представлены суглинками, глинами, песками, галечниками.

Суглинки от светло- до тёмно-жёлтого и от буровато-серого до тёмно-серого цвета, плотные, нередко с примесью щебня, дресвы и алевролитовой гальки. При бурении зачастую размываются.

Глины зеленовато-серого, серого цвета со щебёнкой алевролита размером до 0.01 ми галечника, вязкие. Очень плотные. Имеют ограниченное распространение.

Галечники приурочены к основанию наносов. Развиты в долинах рек Томь и Еланый Нарык. Их мощность колеблется от 2 до 13 м. Обломки представлены кварцитами, кремнями, породами кислого состава размером от 0.02 до 0.10 м с глинисто-песчанистым заполнителем.

Породы пермских отложений представлены песчаниками, разнозернистыми алевролитами, аргиллитами, взаимопереходными разностями, углистыми алевролитами, мощность слоев колеблется от нескольких сантиметров до нескольких десятков метров.

Песчаники в основном мелко- и среднезернистые, полимиктовые, от светло- до тёмно-серых, с массивной и слоистой текстурой. Слоистость горизонтальная, косая, прерывистая, реже волнистая за счёт включения детрита и смене гранулометрического состава. Слои песчаника содержат включения линз угля, прослойков алевролита мощностью от 0.10 до 0.50 м. Часто встречаются прожилки кальцита и сидеритизированные слои, а также прослои гравелитов. Размер гальки достигает 15 см. Песчаник в основном крепкий. Предел прочности на одноосное сжатие колеблется от 40 до 78 МПа. По минерализованным интервалам он превышает 100 МПа, а по трещиноватым интервалам снижается до 15 МПа.

Алевролиты тёмно-серого и серого цвета с тонкой горизонтальной, волнистой, косой слоистостью, обусловленной детритом и гранулометрическим составом. Часто встречаются слои сидеритизированного алевролита и прожилки кальцита. По составу обломков алевролиты относятся к полимиктовым. Предел прочности на одноосное сжатие находится в пределах 25-53 МПа. По сидеритизированным интервалам достигает 163 МПа, а по трещиноватым -1.5 МПа.

Аргиллиты от тёмно-серого до чёрного цвета с отпечатками растений и сидеритизированными прослойками, участками пиритизированный. Излом раковистый. Предел прочности на одноосное сжатие не превышает 25 МПа.

Углистые породы представлены аргиллитами и алевролитами с повышенным содержанием угольного вещества. В пределах участка пользуются незначительным распространением и приурочены в основном к кровле и почве угольных пластов в виде мощных прослоев и линз, мощностью 0.05-0.40 м. Микроскопически это тёмно-серые чёрного цвета осадочные породы, в которых угольное вещество содержится в рассеянном виде или в форме линзовидных прослойков. По ФМС они занимают промежуточное положение между углями и аргиллитами, характеризуются как наиболее слабые породы участка.

Угли участка полублестящие и блестящие, полуматовые иногда полосчатые за счёт переслаивания различных разностей. Крепкие, хрупкие, с налётами пирита и прожилками кальцита.

Породы пермских отложений в верхней части разреза затронуты выветриванием. Мощность зоны выветривания колеблется от 30 м в долинах рек и логов до 60 м на водоразделах от нижней границы рыхлых отложений. По интенсивности выветривания можно выделить три подзоны. Первая - характеризуется интенсивным окислением углей: они превращены в сажу. Коренные породы по прочностным свойствам приближаются к рыхлым отложениям. Мощность этой подзоны достигает 12 м. Вторая подзона распространяется на глубину 20-40 метров от поверхности коренных пород. Визуально породы этой подзоны отличаются бурым и желтовато-бурым оттенком, обусловленным гидроокислами железа. Породы разбиты сетью секущих и послойных трещин. Прочность пород по сравнению с невыветренными уменьшается в 2 - 2.5 раза, увеличивается их пористость и влажность. Ниже этой подзоны до глубины 30 - 60 м от нижней границы наносов трещиноватость пород значительно ослабевает, внешние признаки выветривания постепенно исчезают, прочность пород повышается, а по отдельным интервалам приближается к показателям невыветренных пород.

Гидрогеологические условия шахтного поля сложные. Сложность вызвана наличием повышено обводненных отложений ленинской свиты. Наиболее обводненными являются слои песчаников в зоне интенсивной трещиноватости и особенно под логами. К водоразделам водообильность отложений уменьшается, ниже зоны интенсивной трещиноватости - 110 м, породы практически неводоносны.

Для улучшения условий отработки угля ленинской свиты необходимо предварительное осушение.

Газоносность угольных пластов невысокая.Газоносность угольных пластов невысокая. Наиболее газоносным является пласт 34, на котором газоносность достигает 12,2 м³/т.

Все литологические типы пород типы пород, залегающие в угленосных отложениях имеют в своем составе от 10% до 40% двуокиси кремния и, следовательно, являются силикозоопасными.

Угли пластов, принятых к отработке на участке, склонны к самовозгоранию.

Согласно "Прогноза потенциальной выбросоопасности угольных пластов поля шахты "Казанковская" в Ерунаковском районе Кузбасса", угольные пласты Тагарышские 35, 34в пределах Успенской брахисинклинали залегают выше критической глубины появления внезапных выбросов угля и газа и могут разрабатываться без прогноза выбросоопасности и способов предотвращения внезапных выбросов.

Пласт 35 был отнесен к угрожаемым по горным ударам.

Склонность пласта 35 к удароопасности рассматривалась заново, исходя из следующих соображений.

При брахисинклинальном залегании пластов, донная часть пласта 35 находится на глубине 210-220 м от поверхности, а стратиграфически пласт 35 залегает выше пласта 34, который не является опасным по горным ударам, на 90 м.

Учитывая стратиграфическое положение пласта и прогнозируемую глубину возможного возникновения горных ударов в особо сложных условиях, принятую равной 320 м, пришли к выводу о возможности исключения пласта 35 из числа угрожаемых по горным ударам.

Изучения теплового режима горного массива шахтного поля выполнялось на основе прямых замеров температуры в скважинах при проведении ГИС и построении диаграмм ее изменения с глубиной. При всех замерах отрицательных значений температур не обнаружено.

По результатам замеров нагор. ±0,0 м, являющегося нижней границей шахтного поля средняя температура горного массива составляет +13,7⁰С.

В целом тепловой режим типичен для центральной части Кузбасса. Геотермический градиент, т.е. приращение температуры с увеличением глубины на 100 м, в среднем составляет 2,7 ⁰С, а геотермическая ступень - интервал глубин, отвечающий возрастанию температуры на 1 ⁰С равен 37 м.



2. Технологическая часть

2.1 Режим работы шахты

Для обеспечения производственной мощности шахты принят следующий режим работ шахты:

1. Число рабочих дней в году для шахты 355, в том числе 300 дней по добыче и 55 дней на перемонтаж механизированного очистного комплекса.

2. Пятидневная рабочая неделя для трудящихся с одним общим выходным днем и одним выходным днем по скользящему графику.

3. Продолжительность рабочей смены:

* на подземные работы - 6 часов;

* на поверхности - 8 часов.

4. Количество рабочих смен в сутки:

* в очистном забое - три по добыче и одна ремонтно-подготовительная;

* в подготовительных забоях - три по проведению горных выработок и одна ремонтно-подготовительная;

* на поверхности - три смены.

2.2 Производственная мощность шахты

Одним из основных критериев, определяющих экономическую эффективность отработки запасов является производственная нагрузка на очистной забой (т/сут). Для расчета производственной мощности шахты воспользуемся формулой профессора А.С. Малкина.



где:

- надёжность технологической цепи шахты: очистной забой - подземный транспорт - подъём - поверхность шахты.

= 0,8-0,9 - при блоковой отработке шахтного поля, панельной (погоризонтной) схеме подготовки, вертикальном подъеме;

= 0,75-0,85 - при индивидуальной (не блоковой) отработке шахтного поля, панельной схеме подготовки, вертикальном подъёме;

= 0,7-0,8 - при индивидуальной отработке шахтного поля, панельной схеме подготовки, наклонном подъёме, фланговой схеме вентиляции;

= 0,6-0,75 - при индивидуальной отработке шахтного поля, этажной схеме подготовки, вертикальном подъёме.

- число пластов, принятых к одновременной отработке;

- число угольных пластов в шахтном поле;

- коэффициент, учитывающий устойчивость кровли;

= 0,06 -- значение коэффициента при неустойчивой кровле;

= 0,08 -- значение коэффициента при среднеустойчивой кровле;

= 0,10 -- значение коэффициента при устойчивой кровле;

- коэффициент, учитывающий крепость почвы;

= 0,01 -- при крепости почвы f = 4;

= 0,015 -- при крепости почвы f = 5-6;

= 0,02 -- при крепости почвы f > 7;

- коэффициент, учитывающий нарушенность запасов в шахтном поле; = 0,1-0,5;

- объём нарушенных (в разной степени) запасов в шахтном поле, тыс.т.

- объём промышленных запасов, тыс. т.

- коэффициент дегазации угольных запасов; = 0-0,6

- продуктивная (природная за вычетом остаточной) газоносность угольных пластов, м³/т

- относительная газообильность шахты, характерная для шахт данного региона угледобывающего бассейна, м³/т

- месячная нагрузка на очистной забой при средней мощности одновременно разрабатываемых пластов, т/мес.

где:

- длина лавы, м.

- средняя мощность одновременно разрабатываемых пластов, м.

где: - мощность i-того пласта в шахтном поле;

- суточное подвигание очистного забоя, м.

- плотность угля, т/м^З.

- коэффициент извлечения угля по системе разработки

= 0,9-0,98;

- число рабочих дней в месяце;

- средняя мощность угольных пластов в шахтном поле, м



- суммарная мощность всех пластов в шахтном поле, принятых к отработке, м

- суммарная мощность всех одновременно разрабатываемых пластов, м.

- глубина верхней границы шахтного поля, м

- глубина нижней границы шахтного поля, м

При определении производственной мощности ш. "Казанковская" по вышеуказанной методике учитывался также прогноз объемов спроса на продукцию шахты и возможные объемы добычи угля с учетом развития горно-капитальных работ, строительства поверхностных сооружений и технического перевооружения предприятия. Кроме этого учитывается экономическая ситуация на шахте.

С учетом вышесказанного предусмотрено развитие горных работ на шахте "Казанковская", обеспечивающее производственную мощность 1,5 млн. тонн в год.

2.3 Вскрытие шахтного поля

Вскрытием месторождения или шахтного поля называют проведение комплекса вскрывающих выработок, которые открывают доступ с поверхности к полезному ископаемому и обеспечивают возможность проведения основных подготовительных выработок.

Схема и способ вскрытия должны обеспечивать:

- рациональную разработку шахтного поля в течение всех этапов работы шахты и получение стабильной проектной добычи угля на каждом этапе;

- минимальный объем вскрывающих выработок;

- минимальные первоначальные капитальные затраты на вскрытие месторождения и строительство шахты;

- однотипность транспорта по всем горным выработкам;

- возможность периодического обновления горного хозяйства шахты;

- выемочный горизонт с достаточно большими запасами угля, чтобы промежутки между углубками стволов или изменениями элементов схемы были по возможности более длительными;

- концентрацию производства и грузопотоков и преимущественное применение конвейерного транспорта;

- максимальную производительность труда при минимальной себестоимости 1 т угля;

- эффективное проветривание горных выработок.

Классификация схем и способов вскрытия

Шахтные поля вскрывают различными способами в зависимости от целого ряда геологических, горнотехнических и экономических факторов:

* формы и размеров шахтного поля;

* мощности и углов падения пластов;

* числа рабочих пластов в шахтном поле и расстояния между ними;

* глубины залегания пластов от поверхности и ее рельефа;

* нарушенности месторождения;

* газоносности пластов;

* производственной мощности шахты и срок ее службы;

* марочного состава углей и применяемой технологии и техники.

Учет влияния перечисленных факторов должен быть комплексным и при этом необходимо стремиться к тому, чтобы выбранные схема и способ вскрытия обеспечивали максимальную производительность труда при минимальной себестоимости 1 т угля. Этого возможно достичь при выполнении ряда требований в период строительства и особенно эксплуатации шахты. К важнейшим из них следует отнести:

· минимальные первоначальные капитальные затраты и сроки строительства шахты;

· концентрацию производства т.е., увеличение производственной мощности шахты, увеличение до максимальной нагрузки на очистной забой и на пласт при ограниченном числе одновременно разрабатываемых пластов;

· минимальный объем вскрывающих горных выработок;

· однотипность транспорта по всем горным выработкам;

· сокращение протяженности поддерживаемых горных выработок путем интенсификации очистных работ и периодического обновления горного хозяйства шахты за счет реконструкции;

· эффективное проветривание горных выработок горных выработок при полном соблюдении правил безопасности и охраны труда.

В зависимости от конкретных условий залегания и числа пластов способы вскрытия шахтных полей различают по:

· типу главной вскрывающей выработки, проходимой с поверхности;

· расположению главной вскрывающей выработки относительно пласта и элементов его залегания;

· числу транспортных горизонтов в шахтном поле;

· наличию и типу вспомогательных вскрывающих выработок.

Различают следующие типы главных вскрывающих горных выработок:

· вертикальные стволы;

· наклонные стволы;

· штольни;

· шурфы и скважины большого диаметра.

Для вскрытия шахтных полей в классическом варианте в сочетании с вертикальными (наклонными) стволами или штольнями используются капитальные или погоризонтные квершлаги. При этом в случае использования капитального квершлага обычно говорят об одногоризонтном вскрытии. При применении данного способа вскрытия шахтное поле отрабатывается без деления на части (горизонты) по падению. Главный ствол проходится до уровня подъемного горизонта и далее не углубляется, при этом капитальный квершлаг, проводимый на уровне подъемного горизонта, эксплуатируется в течение всего срока службы шахты. Воспроизводство вскрытых запасов угля осуществляется в этот период лишь путем проведения капитального квершлага на длину, необходимую для вскрытия очередного пласта или группы пластов.

Одногоризонтное вскрытие шахтных полей является наиболее эффективным с точки зрения эффективности показателей воспроизводства запасов, однако область его применения ограничена шахтами небольшой производственной мощности при отработке достаточно угленасыщенных месторождений. Во всех других случаях разработка наклонных угольных пластов возможна только при многоризонтном вскрытии шахтных полей с последующей отработкой на нескольких горизонтах. При многоризонтном вскрытии в период строительства шахты главный и вспомогательный стволы проходят до уровня первого подъемного горизонта, затем погоризонтными квершлагами вскрываются пласты, предназначенные для первоочередной отработки. Последующее воспроизводство вскрытых запасов на первом горизонте осуществляют путем проведения погоризонтных квершлагов для вскрытия очередной группы пластов, пока не будет отработана вся свита. К этому моменту, в соответствии с требованиями технологически правильного и упорядоченного порядка ведения горных работ, должны быть вскрыты запасы на втором горизонте путем углубки действующих стволов, а в необходимых случаях и проходки новых, а также проведены погоризонтные квершлаги для вскрытия первоочередной группы пластов на новом горизонте (строительство нового горизонта). В дальнейшем циклы работ по воспроизводству вскрытых запасов повторяются до полного исчерпания всех запасов в шахтном поле на нескольких горизонтах. Следует отметить, что многогоризонтное вскрытие шахтных полей, обеспечивая достаточно большой срок службы шахты, постоянно требует цикличного проведения перманентных, с периодичностью в 10-20 лет, капиталоемких работ по строительству новых горизонтов, в связи с чем, на многих шахтах, описанная технологическая схема многогоризонтного вскрытия реализуется лишь частично. В результате снижения объемов проходки и темпов углубки вертикальных стволов на многих шахтах основных угледобывающих бассейнов уровень подъемных горизонтов "завис" над уровнем горных работ. Образовавшийся разрыв между глубиной ведения горных работ и уровнем подъемного горизонта по вертикали достиг на ряде шахт пятисот и более метров, в результате чего развитие горных работ перешло в формирование многоступенчатых уклонных полей со всеми вытекающими отрицательными последствиями в области транспорта, вентиляции, водоотлива, поддержания гораздо больше требуемой топологии сети горных выработок и т.д.

При выборе вариантов вскрытия был учтен ряд осложняющих факторов присущих рассматриваемому участку. Успенская брахисинклиналь находится в юго-западной части Ерунаковского угленосного района. Казанковский участок расположен в южной части складки на расстоянии 30 - 35 км от города Новокузнецка.

В геоморфологическом отношении участок расположен на водоразделе рек Ускат, Еланый Нарык, Тагарыш. Поверхность участка имеет резко выраженный холмистый характер с постоянными и временными водостоками с долинами поросшими кустарниковой растительностью и редкими березовыми рощами.

Пласты Тагарышкие 37 - 34 залегают в ядре Успенской брахисинклинали на площади 6,2 км². Крылья складки дислоцированы крупными взбросами на юго-западе и северо-востоке. Пласты угля в зоне взбросов сильно нарушены дополнительной складчатостью. Центральная часть складки имеет относительно спокойное пологое залегание пластов, особенно на северо-восточном крыле. По данным разведке, отрабатываемые пласты Тагарышские 35 и 34 имеют одно тектоническое нарушение.

Исходя из данных горно-геологических условий, принимаем схему вскрытия пласта 34 тремя наклонными стволами: путевым, конвейерным и людским. Наклонные стволы проводим под углом 2-13⁰. Стволы располагаются у юго-восточной границы шахтного поля.

Достоинства вскрытия пластов наклонными стволами:

- относительно небольшие первоначальные затраты, связанные со вскрытием шахтного поля и оборудованием поверхности;

- быстрый ввод шахты в эксплуатацию. Исследования показывают, что срок строительства шахты с наклонными стволами примерно на 20--30 % меньше, а затраты на 30 % ниже, чем при сооружении в аналогичных условиях шахты с вертикальными стволами. Однако объем горных работ за весь срок службы шахты при вскрытии наклонными стволами несколько больше, чем вертикальными стволами (на 13--15%);

- при проходке стволов по пласту имеется возможность получения дополнительных геологоразведочных данных и использования попутно добытого угля для нужд строительства, что особенно важно в условиях малообжитых безлесных районов;

- упрощенная схема подземного транспорта; в результате средняя его трудоемкость, отнесенная к 1000 т суточной добычи, при наличии одной ступени в транспорте на шахтах с наклонными стволами на 25 % меньше, чем при вертикальных стволах;

- возможность полной конвейеризации транспортирования от забоя до поверхности горной массы (рядового угля с примесью породы кусками размером 25 мм и более, содержание которых превышает установленные нормы).

К недостаткам рассматриваемого способа вскрытия относятся:

- значительные расходы на поддержание наклонных стволов вследствие большей их длины по сравнению с вертикальными, пройденными на ту же глубину, а также более сильного проявления горного давления вмещающих пород;

- большое сопротивление крепи наклонных стволов движению воздуха;

- ограниченная пропускная способность вспомогательного канатного подъема по наклонным стволам по сравнению с вертикальными в связи с большей их длиной, меньшей допустимой скоростью движения подъемных сосудов. Применять способ вскрытия наклонными стволами целесообразно в условиях, когда выход пласта прикрыт наносами незначительной мощности (до 50--70 м), в наносах отсутствуют плывуны, залегание пластов спокойнее, угол наклона пластов до 25°.

Конвейерный наклонный ствол предназначен для транспортировки угля из шахты на поверхность. Конвейерный наклонный ствол оборудуется пятью конвейерами 1ЛУ-120, дорогой ДМКМ и противопожарным трубопроводом.

Таблица 2.1. Техническая характеристика ленточного конвейера 1ЛУ-120

Длина транспортирования при максимальной производительности / горизонтальной установке:	650/1200
Суммарная мощность привода, кВт:	2x250/ 4x250
Напряжение электрической сети, В:	660
Крупность кусков породы, мм, не более:	300
Диаметр барабана/ролика, мм:	/152
Приемная способность, м3/мин:	630/815
Скорость движения ленты, м/сек:	2,0/3,15
Ширина ленты, мм:	1200
Производительность, т/ч:	850/1100

Путевой наклонный ствол предназначен для подачи свежего воздуха и вспомогательных операций по доставке оборудования, материалов и оборудуется дорогой ДКН-4. По путевому стволу прокладываются: рельсовый путь на колею 900 мм, водоотливные трубы, противопожарный трубопровод, телефонный провод.

Людской наклонный ствол служит для подачи свежего воздуха и перевозки людей, оборудуется дорогой МДК и противопожарным трубопроводом.

Площади сечений путевого и людского ствола принимаем по 19,0-19,2 м² в свету с использованием их для подачи свежего воздуха в шахту при максимальном количестве 140 м³/с.

В процессе проходки по предложению ПО "Южкузбассуголь" институт "Кузбассгипрошахт" согласовал уменьшение сечения стволов - путевого до 11,3 м², людского до 12,2 м² в свету.

Институтом ВостНИИ была рассмотрена пропускная способность вентиляционной системы при уменьшении сечения путевого и людского стволов и сделаны следующие выводы:

- при условии равной подачи воздуха по людскому и путевому стволам (по 70 м³/с) и изменении их сечений, компрессия вентиляторной установки ВОД-30М возрастает до 240-260 даПа;

- при Q = 175 м³/с режим работы будет находиться в зоне промышленного использования с достаточным запасом по депрессии и производительности;

- скорости движения воздуха по стволам будут находиться в пределах, регламентированных ПБ.

Наклонные стволы проведены с помощью комбайнов с креплением на всем протяжении огнестойкой крепью с полным заполнением закрепленного пространства песчано-цементным раствором.

2.4 Технологический комплекс на поверхности

Технологический комплекс на поверхности предназначен для приема и обработке энергетического угля марки Г в объеме 1500 тыс. тонн в год.

Транспортирование и обработка угля на технологическом комплексе приняты одной транспортно-технологической линией с производительностью оборудования 820 т/час, соответствующей максимальной производительности конвейерного транспорта из шахты.

Проектом принимаем технологический комплекс с закрытым складом угля облегченного типа с вантовым покрытием.

Надшахтные здания конвейерного и вентиляционного стволов сблокированы с механическим цехом в единый блок сооружений. Уголь из шахты выдается ленточным конвейером 1ЛУ-120, в секцию наклонного конвейерного ствола, где выполняются следующие технологические операции:

- выборка из горной массы металлических предметов подвесным железоотделителем П-160,

- разделение горной массы на классы 0-150 мм, +150 мм на колосниковом грохоте,

- дробление угля класса +150 мм до 150 мм с помощью дробилки барабанной ДБ-28,

- механизированная выборка посторонних предметов и породы из класса +150 мм с помощью дробилки барабанной ДБ-28.

Из секции наклонного конвейерного ствола порода и посторонние предметы ленточным конвейером В-1000 транспортируется в здание породного бункера, где из породы отделяются посторонние предметы, а чистая порода аккумулируется в бункере емкостью 60 тонн. Из бункера порода разгружается качающимся питателем ПКТ-10 в автотранспорт и вывозится в отвал.

Уголь класса 0-150 мм ленточным конвейером В-1400 транспортируется из секции наклонного конвейерного ствола в закрытый склад емкостью 8 тыс. т.

Сооружение склада представляет собой конусный штабель угля, заполнение которого осуществляется с помощью стационарного ленточного конвейера.

Погрузка угля в железнодорожные полувагоны производится погрузочным устройством УП-Р. Интенсивность погрузки 1000 т/ч. Погрузка производится с использованием платформенных весов В02003. Для передвижения вагонов при погрузке служит маневровое устройство МУ-25АМП.

2.5 Подготовка пластов в шахтном поле

Подготовкой шахтного поля называется проведение подготовительных выработок после вскрытия шахтного поля и характеризуется она схемой и способом.

Схемой подготовки называется такое пространственное расположение системы подготовительных выработок в шахтном поле, при котором оно разделяется на части, обеспечивающие условия для отработки выемочных полей.

Способом подготовки называется проведение подготовительных выработок в шахтном поле относительно пласта и его элементов и их функциональное назначение.

При строительстве шахт рекомендуется принимать следующие схемы подготовки пластов:

- погоризонтную - на необводненных пластах с углами падения до 10? с подвиганием очистного забоя в бремсберговых полях по падению, а в уклонных полях - по восстанию; для обводненных пластов при тех же углах падения - в бремсберговых и уклонных полях с подвиганием очистного забоя по восстанию;

- панельную - для пластов с углами падения от 10 до 25? при любой их мощности и обводненности, а также для водообильных пластов любой мощности с углами падения менее 10? как в бремсберговых, так и в уклонных частях шахтного поля;

- этажную - для пластов с углами падения более 25?;

- комбинацию перечисленных схем, если в пределах шахтного поля условия залегания платов существенно не изменяются.

Выбор схемы подготовки шахтного поля, ее параметров и конструктивных элементов является одним из основных технико- экономических вопросов, решаемых при проектировании новых шахт. Неправильное решение этого вопроса ведет к удорожанию добычи 1т. угля, значительному увеличению первоначальных затрат на строительство шахты, ухудшению условий поддержания горных выработок, увеличению пожароопасности и другим неблагоприятным факторам.

Следует отметить, что принципиальной разницы между решением задачи выбора способа подготовки одиночного пласта и их свит нет. Отличие состоит лишь в том, что при отработке свиты пластов появляется необходимость в проведении групповых горных выработок. В случае разработки свиты пластов выбор схемы и способа подготовки шахтного поля предопределяется главным образом затратами на проведение горных выработок.

Подготовку пласта 34 осуществляем бремсбергами и подэтажными штреками по двухкрылой схеме с размещением лав 120 и 150 м.

Путевой бремсберг служит для доставки в очистной забой материалов, оборудования, транспортировки из подготовительных забоев вагонеток с породой и выдачи исходящей струи воздуха.

Конвейерный бремсберг предназначен для транспортировки угля ленточными конвейерами из очистных и подготовительных забоев.

По людскому бремсбергу осуществляется механизированная доставка людей дорогой МДК, а также подача свежего воздуха в очистные и подготовительные забои. Сечение бремсбергов в свету - 12,2 м².

Крепление бремсбергов - металлическими арками из спецпрофиля СВП-27 кг/м с железобетонной затяжкой.



Таблица 2.2. Общий объем горных работ, подлежащий к выполнению по вскрытию и подготовке пласта 34.

Наименование горных выработок	Объем горных выработок, м3
Вскрывающие горные выработки (наклонные стволы)	132 994
Горные выработки по подготовке шахтного поля	62 361
Горные выработки по подготовке линии очистного забоя	57 762
Прочие горные выработки	74 009
Всего по шахте	327 126

Согласно графику подготовительных работ в первые два года необходимо пройти 15 085 м подготовительных выработок, 1 325 м выработок, проходимых в присечку к выработанному пространству и 3 600 м³ сопряжений горных выработок и камер. Выполнение такого объема подготовительных работ обеспечивается работой четырех проходческих бригад. В последующие годы необходимо будет проходить в среднем в год 5 075 м подготовительных выработок и 665 м³ сопряжений и камер, что обеспечивается работой двух проходческих бригад.

Проходка подготовительных выработок в пределах выемочного участка предусматривает проведение подэтажных штреков, разрезных печей. Одновременно начинается проходка двух бремсбергов: путевого и конвейерного спаренными забоями.

Устья бремсбергов сооружаются открытым способом. Выемка котлована под устье разрабатывается экскаватором типа драглайн на глубину 5-7 м. Постоянная крепь устья возводится в котловане снизу вверх и после возведения портала засыпается с помощью бульдозеров одновременно с обеих сторон котлована с целью исключения смещения постоянной крепи. К окончанию работ по сооружению устья должны быть закончены монтажные работы по подъемным машинам и поверхностному комплексу.

После проведения устьев бремсбергов в забой спускается проходческий комбайн. Транспортирование горной массы из забоя производится скребковыми конвейерами на ленточный конвейер и на поверхность.

Проходка наклонных квершлагов, узлов, камер предусматривается с помощью буровзрывных работ, наклонных стволов - комбайновая.

Крепление бремсбергов предусматривается арочной металлической крепью из спецпрофиля сечением в свете 12,2 м². крепление конвейерных и вентиляционных штреков предусматривается трапециевидной податливой крепью МПК-Т из спецпрофиля СВП-27 сечением в свету 9,1 м² и плотностью крепи - 2 рамы на 1 м при крепости пород 2-4.

Конвейерные штреки новых выемочных столбов предусматривается проходить в присечку к выработанному пространству нижележащего очистного забоя. В период эксплуатации для сокращения объема проходки конвейерных и вентиляционных штреков необходимо опытным путем установить возможность повторного использования указанных выемочных выработок, закрепленных крепью МПК-Т с податливостью 600 мм в соответствии с "Типовыми сечениями подготовительных горных выработок с унифицированной металлической податливой крепью с прямолинейным верхняком (МПК-Т)".

Транспортировка горной массы, получаемой от проходки подготовительных выработок, предусматривается скребковыми и ленточными конвейерами. Доставка материалов и оборудования в забой предусматривается с помощью дороги ДКН-4.