Специальная часть №1

« Выбор и обоснование системы разработки в

условиях угольного пласта m₅^1в»

I Основными факторами влияющими на выбор варианта системы разработки пласта являются:

1. Мощность пласта. На пластах весьма тонких и тонких стремятся применить сплошную систему разработки, а на пластах средней мощности и мощных – столбовые или комбинированные системы разработки.

Так как проектируемый пласт m₅^1в сложного строения, состоящий из двух угольных пачек мощностью 0,7 м – верхняя, 0,35 м – нижняя и прослоя породы мощностью 0,02 м, то полезная мощность пласта составляет 1,03 м, а вынимаемая, для действующего выемочного участка – 5-й северной лавы – 1,15 м. В связи с тем, что применяется в качестве средств крепления и управления кровлей в очистном забое механизированный комплекс КД-90 первого типоразмера, было принято решение производить выемку слабых пород почвы на величину 0,1м.

2. Угол падения пласта влияет на выбор направления подвигания очистного забоя.

Когда угол падения находится в пределах 10-12 градусов, рекомендуется применять направление подвигания очистного забоя по падению пласта (в бремсберговых участках шахтного поля), кроме пластов мощностью более 2,0 м и слабых углях, и по восстанию пласта (в уклонных участках шахтного поля), кроме пластов с большим водопритоком в лаву – более 5 м³/час из-за возможного осложнения работ.

Так как угол залегания пород, вмещающих угольный пласт m₅^1в, составляет 10 градусов, то возможно применение вышеописанного способа при погоризонтном способе подготовки шахтопласта. Однако целью данного дипломного проекта является доработка запасов оставшейся части шахтного поля, запасы которого уже подготовлены с помощью уклонов по этажному способу подготовки, то принимаю направление подвигания очистного забоя -по простиранию пласта.

3. Глубина ведения работ влияет на эффективность поддержания выработок за лавой или в зоне её влияния, на возможность повторного использования выработок при комбинировании вариантов систем разработки и на выбор способа охраны участковых выработок.

На данный момент времени ведения горных работ по пласту m₅^1в, глубина расположения откаточного штрека 5-й северной лавы составляет 630 м при отметке поверхности земли “+180 м”.Конечная глубина у нижней технической границы шахтного поля составляет 835 м.

Таким образом, при слабых вмещающих угольный пласт породах необходимо либо применение столбовой системы разработки с расположением выработок в массиве угля до ведения очистных работ и погашением их за проходом лавы, либо сплошную систему разработки «лава–этаж» с охраной участковых выработок бутовыми полосами вслед за проходом лавы. Также возможен один из вариантов комбинации рассмотренных систем разработки.

4. Характеристика пород вмещающих угольный пласт.

При слабых вмещающих породах почвы пласта рекомендуется применять сплошную систему разработки со специальными способами охраны выемочных выработок. При столбовой системе разработки необходимо либо сразу проводить выработки с присечкой всего пучащего слоя пород почвы, либо большей его части (при этом планируемое поднятие оставшейся части слоя не должно превысить максимально допустимого уровня для применяемых в выемочных выработках средств транспорта), либо проводить мероприятия по недопущению поднятия пород выше допустимого уровня.

При слабых породах кровли пласта выемочные выработки, при их длительном нахождении в зоне влияния горных работ, могут потерять свою работоспособность из-за потери податливости крепи и выхода её из строя в результате превышения возможных смещений пород кровли над пределом податливости крепи, установленной в выработке.

Вмещающие же породы пласта m₅^1в как кровли так и почвы относятся к породам средней устойчивости (породы непосредственной кровли – сланец песчаный мощностью 10 м и крепостью по шкале профессора М.М. Протодьяконова f=4; породы основной кровли –песчаник мощностью до 10 м и крепостью f=6, относящийся к категории легкообрушаемых; породы непосредственной почвы – сланец песчаный мощностью 0,7 м и крепостью f=4 (средней устойчивости); ниже в основной почве пласта залегает крепкий песчаник мощностью 8,0-20,0 м и крепостью f=7).

5. Крепость угля влияет на выбор средств выемки угля в очистном забое и на направление подвигания очистного забоя при работе лав по падению-восстанию пласта.

Так как уголь пласта слабый, а вмещающие породы и наличие горно-геологических нарушений не позволяют применить выемку угля с помощью струговых установок, то в очистном забое применяем механизированный комплекс с узкозахватным выемочным комбайном. Как было сказано выше, направление подвигания очистного забоя принято по простиранию пласта.

6. Обводнённость пласта отрицательно влияет на работу очистных и подготовительных забоев при подвигании их по падению пласта.

Пласт m₅^1в обводнён, однако это не влияет на работу очистных и подготовительных участков, так как направление выемки и подвигание производится по простиранию пласта, а проведение выемочных выработок осуществляется по направлению с уклоном в сторону наклонных выработок для стока воды.

7. Склонность угля к самовозгоранию.

8. Опасность пласта по внезапным выбросам угля и газа.

9. Опасность пласта по горным ударам.

Пласт m₅^1в относится к категории неопасных пластов по внезапным выбросам угля и газа и неопасных по горным ударам, однако, опасен по взрывам угольной пыли.

10. Газообильность выемочного участка в целом и метановыделение из пласта и выработанного пространства на выемочном участке в частности.

При высоком ожидаемом метановыделении на выемочном участке возможно снижение ожидаемого уровня добычи по газовому фактору. Поэтому целесообразно в таких случаях применять наиболее рациональные системы разработки, дающие возможность увеличивать нагрузку на лаву по газовому фактору – комбинированные с прямоточным проветриванием, подсвежением исходящей струи воздуха из лавы и выводом её на выработанное пространство.

Шахта «Добропольская» ГПДУ «Добропольеуголь» относится к сверхкатегорным по выделению газа метана, т.е. с относительным метановыделением более 15 м³/т.

11. Гипсометрия пласта влияет на применение средств транспорта полезного ископаемого от очистного забоя.

При сложной гипсометрии применяю откатку добытой горной массы в вагонетках с помощью электровозов, а при спокойной – транспорт угля конвейером.

12. Нарушенность разрабатываемого участка шахтопласта.

В нарушенных горно-геологическими разрывными нарушениями участках пласта целесообразно применять столбовые или комбинированные системы разработки на базе столбовых для возможного обнаружения зон нарушения пород. При сплошной и комбинированной на базе сплошной системах разработки такой возможности нет.

II Для выбора, рассматриваемых вариантов систем разработки, воспользуемся блок-схемой рис. 4.73, представленной на стр. 288 [1. Перечень предлагаемых вариантов систем разработки дополним другими возможными вариантами. Порядок выбора указываем на блок-схеме рис. 8.1.

Рисунок 8.1 – Блок-схема выбора вариантов системы разработки

Так как мощность пласта m₅^1в составляет 1,15 м, то выбираю область с мощностями менее 1,3 м.

На втором этапе без ограничения может применяться направление подвигания очистного забоя по простиранию пласта. По восстанию при углах падения пласта 10, а по падению при 10 и сухих забоях.

Как уже было описано выше направление подвигания очистного забоя, на втором этапе, принимаем по простиранию пласта.

На третьем этапе согласно характеристикам пород непосредственной почвы выбираем область с пучащими или не пучащими породами.

Так как порода непосредственной почвы пласта представлена сланцем песчаным мощностью 0,7м и крепостью f=4, то непосредственная почва пласта относится к области не пучащих.

Далее без ограничений могут применяться следующие варианты систем разработки:

1. Сплошная с полевым расположением выработок рис. 8.2.

2. Столбовая с пластовым расположением выработок рис. 8.3 (вариант применяющийся на шахте).

3. Столбовая с полевым расположением выработок рис. 8.4

4. Сплошная с пластовым расположением выемочных выработок, так как мощность пласта 1,15 м, т.е. менее 1,3 м и уголь не склонен к самовозгоранию, рис. 8.5.

5. По тем же причинам может применяться система разработки комбинированная сплошная со столбовой рис. 8.6, и комбинированная столбовая со сплошной рис. 8.7.

6. Комбинированные системы разработки с полевым расположением выработок: комбинированная сплошная со столбовой рис. 8.8; комбинированная столбовая со сплошной рис. 8.9.

Рисунок 8.2 – Сплошная система разработки с полевым расположением выработок

Рисунок 8.3- Столбовая система разработки с пластовым расположением выработок (шахтный вариант).

Рисунок 8.4 – Столбовая система разработки с полевым расположением выработок

Рисунок 8.5 – Сплошная система разработки с пластовым расположением выработок.

Рисунок 8.6 – Комбинированная система разработки сплошной со столбовой с пластовым расположением выработок

Рисунок 8.7 – Комбинированная система разработки столбовой со сплошной с пластовым расположением выработок

Рисунок 8.8 – Комбинированная система разработки сплошной со столбовой с полевым расположением выработок

Рисунок 8.9 – Комбинированная система разработки столбовой со сплошной с полевым расположением выработок

Варианты систем разработки с проведением выработок по пустым породам основной почвы пласта в слое песчаника мощностью 15-17 м и крепостью f=7 приведут к улучшению условий поддержания подготовительных выработок и возможности повторного использования полевых конвейерных штреков в качестве вентиляционных для следующего этажа. Однако, стоимость проведения выработок по пустым породам выше, чем по пласту, а так же возникает необходимость в дополнительной ступени транспорта на сопряжениях промквершлагов с пластовыми и полевыми штреками.

Так как вмещающие породы пласта средней устойчивости, а глубина ведения работ для проектируемой лавы составляет Н_р=650 м и у нижней технической границы – Н_р^max=830 м, то считаю необходимым отказаться от вариантов с расположением выработок по породам почвы пласта и исключить их из дальнейшего рассмотрения при выборе систем разработки (рисунки 8.2; 8.4; 8.8 и 8.9).

Вариант с возможным повторным использованием выработок при комбинированных системах разработки будет рассмотрен ниже.

Так как уголь пласта не склонен к самовозгоранию, то возможно применение сплошной и столбовой систем разработки.

Так как шахта относится к категории – сверхкатегорных по газу, а относительная фактическая метанообильность шахты составляет q_ш^ф=28,11 м³/т, при абсолютной фактической метанообильности J_ш^ф=19,54 м³/мин, то можно предположить, что на выемочном участке при шахтном варианте системы разработки (столбовая) в очистной выработке будет такое количество газа, которое снизит суточную нагрузку на очистной забой по газовому фактору. В этом случае необходимо переходить на наиболее рациональный по газовому фактору вариант системы разработки – комбинированная столбовая со сплошной рис. 8.7.

Однако, проведенные в разделе № 7 и специальной части № 3 расчёты по определению нагрузок на очистной забой по факторам, технически возможная и по газовому фактору, показал, что при фактической абсолютной метанообильности участка J_уч^ф=3,4м³/т и фактической суточной добыче угля А_сут^ф=980 т/сут, нагрузка на очистной забой по газовому фактору составила А_max^ф=1874 т/сут, что больше чем фактическая.

При изменении параметров очистного забоя: l_оч=220 м (расчётная длина лавы); А_сут^р=1200 т/сут (расчётная суточная добыча), нагрузка на лаву при шахтном варианте системы разработки рис. 8.3 составила А_max^р=1857 т/сут.

Проведенные расчёты нагрузок по газовому фактору для сплошных и комбинированных на базе сплошных систем разработки показали, что А_max больше чем А_сут^р, значит оставленные для рассмотрения системы разработки не приведут к нарушениям правил безопасности по загазированию горных выработок.

С точки зрения улучшения условий применения техники и технологии ведения очистных и подготовительных работ необходимо выбрать системы разработки, которые:

1. Улучшают условия работы очистных механизированных комплексов.

2. Исключают совмещение работ во времени и пространстве работ по добыче угля и проведению горных выработок.

3. Дают возможность применения современной техники и технологии по скоростному проведению подготовительных выработок.

4. Дают возможность применения при высокой суточной добыче угля на участке (более 500 т/сут) транспорта добытой горной массы ленточными конвейерами.

5. Возможность доразведки выемочного участка при предварительном проведении горных выработок.

Все эти условия выполняются при столбовой системе разработки и комбинированной на базе столбовой и не выполняются при сплошной и комбинированной на базе сплошной системах разработки, поэтому из дальнейшего рассмотрения исключаем варианты систем разработки представленных на рис.8.5 и 8.6, а в качестве оставшихся для рассмотрения вариантов системы разработки являются шахтный вариант – столбовая система разработки с выемкой одинарными лавами по простиранию пласта, изображенный на рис. 8.3 и комбинированная столбовой со сплошной изображенная на рисунке 8.7.

В результате определения безубыточного объёма производства (добычи угля) в разделе № 17 «экономика» была поставлена цель дипломного проекта – увеличение годового объёма добычи угля до 1,5 млн.тонн в год при количестве рабочих дней в году – N=300 дней.

Способом решения этой задачи является увеличение числа очистных забоев до 7 по трём одновременно разрабатываемым пластам. Расчёт действующей и резервной линии очистных забоев произведен в пункте 7 проекта «Подготовка шахтного поля». Создание условий по своевременной подготовке фронта очистных работ за счёт снижения числа подготовительных выработок для каждого яруса и увеличения скорости проведения выработок. Эти рекомендации относятся только к рассматриваемому в специальных частях дипломного проекта пласту m₅^1в.

Применяемый на шахте вариант столбовой разработки хуже, чем комбинированная столбовой со сплошной, потому что:

1. пласт, рассматриваемый в специальных частях дипломного проекта - m₅^1в относится к категории опасных по пыли пластов. При столбовой системе разработки свежая струя воздуха, поступающего в очистную выработку, подается по конвейерному штреку, а значит, ухудшаются условия работы людей в лаве по запыленности, и может возникнуть опасность взрыва угольной пыли в лаве при столбовой системе разработки в отличии от комбинированной столбовой со сплошной при прямоточном проветривании на участке, когда свежая струя воздуха подается в лаву не по транспортной выработке, а подсвежение исходящей из очистного забоя струи осуществляется на конвейерном штреке;

2. также при комбинированной системе разработки возможны следующие результаты.

Снижение себестоимости 1 тонны угля по шахте за счет:

1.Снижения затрат на проведение участковых выработок по пласту m₅^1в.

2.Снижения численности проходчиков, затрат на оборудование и материалы для проведения выработок.

Это возможно при переходе на систему разработки комбинированную столбовую со сплошной с охраной откаточного штрека за проходом лавы для повторного использования в качестве вентиляционного. Поэтому принимаю решение – в качестве первого варианта системы разработки, принятого к рассмотрению, взять комбинированную систему разработки столбовой со сплошной изображенную на рисунке 8.7. В качестве альтернативного – второго варианта системы разработки предлагаю рассмотреть систему разработки с достоинствами, аналогичными предыдущему варианту, но транспортную выработку использовать повторно в качестве вентиляционной не полностью, а на определенном участке. На большей части крыла вентиляционная выработка проводится заново позади очистного забоя в присечку к бывшему конвейерному штреку (рисунок 8.10).

Значит в качестве альтернативного варианта системы разработки применяю – комбинированную систему разработки столбовой со сплошной с прямоточным проветриванием на участке, вывозом исходящей из лавы вентиляционной струи на выработанное пространство и подсвежением ее на конвейерном штреке, охраной конвейерного штрека за проходом лавы – бутовой полосой и проведением вентиляционного штрека заново за лавой с отставанием от нее вприсечку к конвейерному штреку верхнего этажа.

Рисунок 8.10 – Комбинированная система разработки столбовой со сплошной с проведением вентиляционного штрека вприсечку к откаточному

Для сравнения предлагаемых систем разработки и выбора наиболее рационального варианта для данных горно-геологических условий, ссылаясь на результаты решения специальной части № 2 делаю вывод, что вариант повторного использования конвейерного штрека в качестве вентиляционного с охраной выработки за проходом очистного забоя экономически выгоднее, чем проведение вентиляционного штрека вприсечку к выработанному пространству.

Выбор рационального варианта системы разработки с помощью составления и решения экономико-математической модели позволит окончательно сделать выбор лучшего для данных условий варианта системы разработки.

Для сравнения этих двух вариантов и выбора наиболее рационального необходимо составить и решить экономико-математическую модель (ЭММ), учитывающую затраты на проведение выработок К, поддержание выработок R и транспорт полезного ископаемого G, общий вид которой представлен выражением:

, (8.1)

где С – удельные затраты, грн/т;

Z – запасы угля, т.

При этом для обеих систем разработки учитываю, что l_л=220м, а А_сут=1200т/сут.