книги из ГПНТБ / Патрушев М.А. Проветривание высокомеханизированных лав

!

ваться местные скопления газа при минимально возмож­ ной потере депрессии /гд, способствующей выносу его в лаву. В связи с этим количество воздуха в дополнитель­ ном потоке необходимо рассчитывать по трем условиям:

По условию разбавления метана

в дополнительной выработке, при которой ис­ ключаются местные скопления метана, м1сек. Определяется по формулам, приведенным в работе [37];

5Д— площадь поперечного сечения выработки по условиям ПБ, транспорта или другим факто­ рам, м2.

По условию минимально возможной величины деп­ рессии дополнительной выработки

где S 'д — необходимая величина площади поперечного сечения выработки, м2.

При этом должны выполняться условия

Qij Q a 2 и ^д2 ^д3 ЛД1 , т. е. S 'д 5Д.

Увеличение площади сечения выработки с Sa до S \ повышает затраты на ее проведение. Это имеет смысл только тогда, когда дополнительные затраты £доп оку­ пятся снижением себестоимости 1 т угля С при увеличе­ нии нагрузки на очистной забой за счет уменьшения вы­ носа метана из выработанного пространства в лаву.

Новая.себестоимость должна быть равна

104

откуда

^ Д О П ^ J Q Q > руб/т.

Дополнительные затраты, отнесенные к 1 г вынима­ емого угля с 1 пог. м выработки, определятся

где Р и Р ' — стоимости проведения 1 м2 выработки дли­ ной 1 пог. м при площади ее поперечного сечения соответственно S и S', руб!пог. м м2; А — объем добычи с 1 п'ог. м по длине выработ­

ки, т!пог.м.

/

Снижение себестоимости 1 т угля при росте нагрузки на АА находим по формуле [5]:

-расходы по участку, выраженные в процен­ тах от себестоимости 1 тугля, %.

Подставляя выражение (78) в (77), получим

По газовому фактору нагрузку можно увеличить на

где ул и у’л — относительная газообилшшсть лавы при депрессии дополнительной выработки соответственно до и после увеличения ее поперечного сечения, м3/т.

у'Л = Упп• ки + к'сУъ.П,

105

При заданных условиях дополнительные затраты окупятся при увеличении площади поперечного сечения до 13,3 м2.

106

Г Л А В А IV. ЭФФЕКТИВНОСТЬ НОВЫХ СХЕМ ПРОВЕТРИВАНИЯ ВЫЕМОЧНЫХ УЧАСТКОВ

Эффективность основных вариантов схем проветривания по результатам технико-экономического анализа

Основным недостатком новых схем проветривания является необходимость проведения или поддержания Дополнительных выработок, объем которых различен и определяется конструкцией схемы, а отсюда и дополни­ тельные затраты. Вместе с тем, рост нагрузки на очист­ ные забои, который обеспечивается при новой схеме, по­ зволяет снизить эти расходы.

Для определения экономической эффективности наи­ более характерных вариантов схем проветривания в ДонУГИ проведены специальные исследования с техни­ ко-экономическими расчетами на ЭВМ [13]. В качестве критерия экономической эффективности вариантов схем принималась сумма приходящихся на 1 т угля эксплуа­ тационных расходов и нормативная эффективность удельных капитальных затрат. В экономико-математи­ ческой модели были учтены затраты на проведение и поддержание выработок в пределах шахтопласта, на очистные работы, транспортирование грузов, монтаж и демонтаж оборудования, а также нормативная эффек­ тивность удельных капиталовложений. Сечения вырабо­ ток при данном уровне общешахтной депрессии опти­ мизировались. Варианты сравнивали при оптимальных параметрах систем разработки и схем подготовки, рас­ считываемых предварительно также на ЭВМ, норматив­ ной длине лав и одинаковой нагрузке на панель.

Анализ результатов показал, что главным фактором, влияющим на сравнительную экономическую оценку ва­ риантов схем проветривания, является прирост нагруз­ ки на очистной забой, определяемый соотношением сос­ тавляющих (<7Р.п, <7в.п, <7о.у, <7п.в) газового баланса выемоч­ ного участка.

Детальному экономическому сравнению были под­ вергнуты пять характерных вариантов схем проветрива­ ния. В качестве эталона принята возвратноточная схе­ ма 1—М—Н—в—ж с выдачей исходящей струи на мас­ сив угля (столбовая система разработки). Она наиболее

107

экономична во всем диапазоне рассматриваемых усло­ вий, по сравнению со схемами 1—В—Я—в—ж, 1—В—Я—в—з (см. рис. 1). Экономичность эталонной схемы возрастает со снижением удельного веса газовыделения из выработанного пространства. Максимальный эффект получается при разработке одиночного пласта (весь газ qBn разбавляется до концентрации 1% только за счет утечек воздуха). Наибольшая нагрузка на лаву при этой схеме примерно на 10—15% выше, чем при схе­ мах 1—В—Я—в—ж и 1—В—Я—в—з. Последние эко­ номически почти равноценны (разница в затратах нс превышает 5% в пользу 1—В—Я-—в—з). С ростом удельного веса газовыделения из выработанного прост­ ранства и уменьшением разности в нагрузках экономич­ ность эталонной схемы снижается до нескольких про­ центов, т. е. все три схемы становятся практически рав­ ноценными.

Схема 2—В—Я —в—с (см. рис. 2) экономически рав­ ноценна эталонной при приросте нагрузки на очистной забой 25—35% в зависимости от абсолютной газообильности выемочного участка, мощности пласта, глубины разработки и других факторов. Нижний предел соответ­ ствует максимальной газообильности и минимальной глубине работ и мощности пласта.

Схемы 2—В—Н—в—с (рис. 2) и 3—В—Н—в—р (рис. 4) во всем диапазоне рассматриваемых условий экономически почти равноценны, но поскольку разница в нагрузках между этими схемами в любом случае состав­ ляла 10% в пользу схемы 3—В—Я —в—р, то последняя получилась равноценна схеме 1—М—Я—в—ж при пре­ вышении нагрузки на 35—45%. Дополнительные затра­ ты в схеме 2—В—Н—в—с по сравнению с эталонной связаны с поддержанием верхнего выемочного вентиля­ ционного штрека позади лавы и с проведением и поддер­ жанием фланговых наклонных выработок. В схеме 3—В—Я—в—р по сравнению с 2—В—Я—в—с дополни­ тельно поддерживается еще один нижний выемочный штрек, число же наклонных выработок в обеих схемах одинаково.

Итак, чтобы окупить дополнительные затраты па поддержание одного выемочного штрека в выработан­ ном пространстве на глубине 600—800 м, надо увеличить нагрузку на лаву примерно на 10%• Это позволяет рае-

108

пространить результаты выполненных расчетов на дру­ гие варианты схем проветривания. Данный вывод для схем с. лавами, отрабатываемыми по простиранию, под­ тверждается аналогичными результатами, полученными в работе [15] для схем с лавами по восстанию (паде­ нию). Так как расчеты выполнялись для выработок в глинистых и песчано-глинистых сланцах, то в породах средней, устойчивости и устойчивых рост нагрузки для компенсации затрат на проведение и поддержание до­ полнительных выработок будет меньше-указанных выше

величин.

Проанализировали такие варианты новых схем, ко­ торые характеризуются максимальным (особенно схема 3—В—Н—в—р) объемом дополнительных работ, а зна­ чит и затрат. В других, наиболее эффективных вариан­

благодаря улучшению способов охраны штреков поза­ ди лавы, упрощению схем подготовки выемочного уча­ стка, сокращению объема поддерживаемых дополни­ тельных выработок.

В ряде вариантов (3—В—Я—н—л, 3—В—Я —в—п и др.) поддерживаемые дополнительные штреки использу­ ются повторно. Как правило, расходы на их восстанов­ ление, перекрепление и ремонт меньше, чем на проведе­ ние новой выработки. Кроме того, при использовании штреков отпадает необходимость оставления целиков уг­ ля шириной 20—40 м. Проведенные В. Ф. Бесединым [2] исследования показали, что на каждой тонне остав­ ляемою в целиках угля теряется в среднем 4,15 руб. Та­ ким образом, на 1 пог. м длины целика потери состав­ ляют 100—300 руб. Они возрастут, если учесть отрица­ тельное влияние целиков на состояние соседних поддер­ живаемых выработок, т. е. повторное использование штреков для большинства условий намного дешевле, чем проведение нового. Отсюда и дополнительные затраты на такие схемы равны нулю, а в ряде случаев получает­ ся и существенная экономия только по фактору проведе­ ния и поддержания горных выработок даже без увели­ чения нагрузки на лаву.

Для определения эффективности основных вариан­ тов схем проветривания по' приросту нагрузки на очист­ ной забой выполнены расчеты в соответствии с «Руко-

109

Из анализа кривых (рис. 41, а и 42) видно, что на­ грузка на лаву 1000 т/сут при обычной возвратноточной схеме проветривания {д„.п — 60%) и достигнутой на се­ годня эффективности дегазации(&Пл=:0>3,)иласта скважи­ нами возможна только при природной газоносности его не свыше 7,5 м31т г. м. (Кривые 2, рис. 41, а; 42), а при <7в.п = 70 — 80% — не свыше 5—6 м3/т г. м. При схемах проветривания с полным обособленным разбавлением и Удалением метана в пределах вентиляционного участка нагрузка па лаву 1000 т/сут возможна при газоносности не более 19 м3/тг. м. (рис. 41, а; 42, кривые 7); в пределах

не свыше 8 и 11 м3/т г. м. С внедрением автоматизиро­

ния метана по источникам поступления и удельного веса газовыделения из выработанного пространства в газо­ вом балансе выемочного участка новые схемы проветри­ вания по сравнению с обычными при qBM= 90% позво­ ляют увеличивать нагрузку на очистной забой до 15 раз (рис. 41, в). Так, при дв.п = 80% и схемах с обособлен­ ным разбавлением вредностей на вентиляционном уча­ стке (кривая 3) нагрузка возрастает в 5,3 раза, в пре­ делах всей шахты (кривая 4) — в 6,7 раза; при схемах с обособленным разбавлением в пределах участка и до­ полнительном рассредоточенном проветривании лавы (кривая 5) нагрузка на лаву повышается в 9 раз.

Результаты расчетов показывают, что от степени обособленности разбавления метана, выделяющегося из отбитого угля за пределами рабочего пространства ла­ вы, и природной газоносности разрабатываемого пласта нагрузка при новых схемах возрастает на 10—40% (рис. 41,6). Для большинства шахтопластов Донбасса полная обособленность разбавления метана на вентиля­ ционном участке обеспечивает прирост нагрузки до 20% (кривая 1), в пределах шахты до 40% (кривая 2).

Следовательно, внедрение новых схем обеспечивает по эффективности такое снижение газовыделения в ла-

111

ве, какое удается достичь за счет дегазации пласта скважинами. Прирост нагрузки на очистной забой толь­ ко за счет обособленного разбавления метана, выделяю­ щегося из отбитого угля за пределами лавы, окупает все затраты по внедрению новой схемы проветривания.

С ростом нагрузки на лаву снижаются затраты на 1 г угля. Для столбовой системы разработки кривая изме­ нения себестоимости 1 т угля от нагрузки по расчетам, выполненным ДоиУГИ, показана на рис. 43. Проанали­ зирована экономия, получаемая за счет применения сле-

Рис. 43. Изменение затрат в зависи­ мости от нагрузки на лаву при узко­ захватном комбайне с механизиро­ ванной крепью и мощности ' пласта m = 0,7 м

дующих вариантов схем проветривания с обособленным разбавлением метана (условно схемы 2—4) по сравне­ нию с воэвратноточной схемой (схема I):

2 — с обособленным разбавлением метана, выделяю­ щегося только из выработанного пространства выемоч­

Сэ в зависимости от нагрузки на лаву по газовому фак­ тору А, природной газоносности пласта х и удельного ве­ са газовыделения из выработанного пространства qB.п приведены в табл. 19 (без учета дополнительных затрат). Из таблицы видно, что экономия повышается с ростом степени обособленности разбавления метана по источни­ кам его поступления в рудничную атмосферу. Например,