Особенности применения выемочных участков больших размеров при интенсивной отработке пологих угольных пластов
Автор: Рыпаков А.А.
Журнал: Научный форум. Сибирь @forumsibir
Рубрика: Природопользование
Статья в выпуске: 1 т.5, 2019 года.
Бесплатный доступ
Рассмотрено влияние различных факторов технологии и систем разработки на уменьшение энергорасходов при подземной отработке угольных пластов. Приведены примеры лучших практик добычи угля в ведущих угледобывающих странах. Показаны технологические схемы, обеспечивающие полное использование потенциала высокопроизводительного оборудования очистных механизированных комплексов. Поставлена задача обоснования технической возможности увеличения длины лавы № 5003 шахты им. В.Д. Ялевского АО «СУЭК-Кузбасс». Выявлены основные тенденции энергосбережения и повышения нагрузки на очистной забой при системах разработки угольных пластов длинными столбами.
Шахта, угольный пласт, перспективы, подземная разработка, производительность
Короткий адрес: https://sciup.org/140242207
IDR: 140242207
Текст научной статьи Особенности применения выемочных участков больших размеров при интенсивной отработке пологих угольных пластов
Доказанные мировые запасы угля по данным компании ВР составляют 891,531 млрд тонн, что достаточно для поддержания уровня добычи, достигнутого в 2015 году (7,820 млрд т) в течение 114 лет. По отношению доказанных запасов к достигнутому уровню добычи уголь остается самым распространенным энергетическим ресурсом в сравнении с нефтью и природным газом (50,7 и 52,8 соответственно). Вместе с тем, темпы роста потребления угля в 2015 году снизились до 1,8%, что ниже среднего за 10 лет роста 2,1%, а угледобыча в мире по сравнению с 2014 годом упала на 4%. Доля угля в мировом производстве энергии в 2015 году снизилась до 29,2% – самый низкий показатель с 2005 года.
Угольная промышленность играет ключевую роль в экономиках многих стран, обеспечивая занятость, налоги, экспортные поступления, обеспечивающие развитие инфраструктуры и общее повышение уровня жизни людей, особенно в развивающихся странах. В угольной отрасли в мире напрямую заняты более 7 миллионов человек (более 149 тысяч человек в России), также миллионы рабочих мест созданы в смежных отраслях.
Таким образом, угольная промышленность является важнейшей отраслью мировой экономики, от развития которой во многом зависит достижение глобальных целей устойчивого развития, провозглашенных ООН [1].
Одним из путей повышения технико - экономических показателей подземной добычи угля является увеличение длины лавы. В угольной промышленности Германии лавы длиной до 450 м стали обычным явлением начиная с 1990-х годов. При разработке аналогичных угольных месторождений в США отмечается тенденция увеличения длины лав. В Австралии также заметна тенденция к увеличению длины лав до 300 м и более, хотя в настоящее время средняя длина лавы составляет 240 м при средней мощности пластов около 3 м. Высокопроизводительные участки работают и на предприятиях компании «Шеньхуа» в КНР, где при длине выемочного поля 3-6 км и мощности пластов до 6,5 м длина лавы равняется 300 м. Ежегодный рост длины лавы и длины выемочных столбов является общемировой тенденцией. Так, по данным, средняя длина лавы на шахтах США в 2018 г. составила 363 м, длина столба – 3661 м, максимальные значения составили 474 и 6750 м соответственно. Всего в 2018 г. на шахтах США работали 40 длинных очистных забоев, из них 33 – в режиме «шахта-лава». Средняя производительность длинного очистного забоя составила 5,11 млн т в год (17 тыс. т в сутки) [4].
Анализ показателей работы ведущих предприятий показывает, что с увеличением длины лавы сокращается их число, растет нагрузка на забой, транспортную выработку, увеличивается концентрация производства, уменьшается объем вспомогательных работ.
Для того чтобы решить задачу определения оптимальной длины лавы, необходимо изучить закономерности изменения величины удельной прибыли в зависимости от длины лавы или установить ее значение при наиболее вероятных вариантах длины лавы. Для оценки длины лавы принято критерий удельной прибыли. Результаты расчетов при устойчивой и неустойчивой кровлях приведены на рис 1.
Рис. 1. Влияние длины лавы на удельную прибыль, если: 1 – устойчивая кровля, 2 – неустойчивая кровля.
Анализ графика изменения удельной прибыли позволяет сделать вывод, что в современных экономических условиях необходимо максимально увеличивать длину лавы (до предельных значений), что позволит получить максимальную прибыль. Основными элементами систем разработки угольных пластов является длина лавы и длина выемочного столба. Отечественное оборудование при длине лавы 150-200 м имеет производительность на 30-40% ниже зарубежного, а при длине лавы 250300 м отличие достигает 2,0-2,5 раза (рис. 2).
Увеличение длины выемочных столбов позволяет повысить объем подготовленных к выемке запасов угля, снизить удельные затраты на монтажнодемонтажные работы и увеличить коэффициент использования комплекса. Однако из-за невысокого ресурса наработки отечественного оборудования (комбайна, конвейера) производительность комплексов, как правило, резко снижается при длине выемочного столба более 1200-1500 м [3].
Была поставлена и решена задача обоснования технической возможности и экономической целе- сообразности увеличения длины лавы № 5003 шахты имени В.Д. Ялевского АО «СУЭККузбасс» до 400 м и производительности до 70 тыс. т/сут. при отработке мощного угольного пласта.


Рис. 2. Влияние длины лавы (а) и длины столба (б) на производительность отечественных и зарубежных комплексов.
Проведенные расчеты по метановыделению в очистном забое № 5003 показывают, что при данной длине и производительности очистного забоя прогнозируется на исходящей струе концентрация метана 0,53% и ограничение по газовому фактору не происходит
При увеличении длины лавы с 400 до 512 м значительно (на 20,7%) снижаются потери угля в охранных межлавных целиках и затраты на проходку штреков (на 16,7%). Однако чистый дисконтированный доход при этом увеличивается всего на
0,5%, что позволяет сделать вывод о равноценности проектного варианта с длиной лавы 400 м и оптимального варианта с длиной лавы 512 м
Количество воздуха в лаве № 5003 снижается по линейной зависимости, а концентрация метана возрастает по нелинейной, гиперболической зависимости. При фактической длине 400 м лавы № 5003 концентрация метана на исходящей струе составляет 0,56%. При длине лавы 600 м концентрация метана соответствует предельной – 1%. Отсюда следует, что предельная допустимая по газовому фактору длина лавы составляет 600 м и соответствующая допускаемая производительность очистного забоя равна 80 тыс. т/сут.
Таким образом, расчеты показывают, что при длине лавы 400 м и увеличении производительности до 70 тыс. т/сут. ограничения по газовому фактору не ожидаются вследствие снижения метановы-деления из отбитого угля с 12,5 до 12,3 м3 /мин., при этом ожидается снижение концентрации метана на исходящей струе до 0,53%.
Проведены расчеты оптимальной длины лавы № 5003 по критерию максимума чистого дисконтированного дохода, получаемого шахтой имени В.Д. Ялевского за период отработки панели
,1+B)t -2n=l (1+E|t
(kk+kc)Lo == ^(s - cJymLpL^l --^) -SSuh^^ + ^ cos“) - K° - (кк+ксЯо - max при соблюдении ограничения по условию вентиляции: A(Lo ) ≤ AB где: AB – допускаемая производительность забоя по фактору вентиляции; Е – норма дисконта; с, ср – себестоимость соответственно очистных и подготовительных работ, руб./т; Ko – капитальные затраты на приобретение очистного комбайна, руб.; kk ,kc – удельные капитальные вложения на приобретение соответственно механизированной крепи и скребкового лавного конвейера, руб./м; δ (Lo) – коэффициент аннуитета, определяемый по формуле Моркилла:
so-J^-trsi™(2)
Анализ результатов расчета показывает, что максимум ЧДД достигается при длине лавы 512 м. Практически, равноценными являются также варианты длины лавы 500 и 525 м. При длине лавы 512 м оптимальными являются параметры: извлекаемые промышленные запасы угля в панели – 23768 тыс. т; количество выемочных столбов – пять; количество штреков – 10; потери угля в охранных межлав-ных целиках – 1902 тыс. т, или 7,4%; срок отработки панели – 4,6 лет со среднегодовым объемом добычи угля 5200 тыс. т в год [2].
Список литературы Особенности применения выемочных участков больших размеров при интенсивной отработке пологих угольных пластов
- Бузило В.И., Пойманов С.Н., Расстрига В.П. Анализ влияния технологии и элементов системы разработки на энергосбережение в угольных шахтах.//Перегляд Розробкародовищ. 2013. Т. 7. С. 115-120.
- Казанин О.И., Ютяев Е.П. Технологии подземной разработки угольных пластов: современные вызовы и перспективы//Горный информационно-аналитический бюллетень. 2018. № 11 (специальный выпуск 48). С. 26-36.
- Мешков А.А., Волков М.А., Ордин А.А., Тимошенко А.М., Ботвенко Д.В. О рекордной длине и производительности очистного забоя шахты имени В.Д. Ялевского.//Ежемесячный научно-технический и производственно-экономический журнал Уголь, 2018. № 7. С. 4-7.
- Steve Fiscor. Longwall Production Remains Steady//Coal Age. The Magazine for Coal Mining and Processing Professionals. JAN-FEB 2019, С. 24-28.