Введение к работе
Современное состояние угольной отрасли России и определившиеся тенденции ее развития сопровождаются коренными структурными, технологическими и техническими преобразованиями на всех производственных уровнях, включая горнодобывающие предприятия. Производственно-хозяйственная деятельность угольных шахт основывается на рыночных экономических отношениях и формируется .ю критериям . сбалансированного объема добычи и переработки угля для получения высококачественной, пользующейся спросом угольной продукции. В связи с этим шахтами пересмотрены перспективные планы развития горных работ с учетом превалирования экономических критериев.
Сущность этих преобразований заключается в резком сокращении
объема проводимых и поддерживаемых горных выработок,
концентрации эксплуатационных работ на пластах с благоприятными
горно-геологическими условиями и запасами высококачественных
углей. Переход на отработку участков шахгных полей с кондиционной
мощностью пластов, малой нарушенностью, легкоупраь іяемьіми
вмещающими породами обусловлено также переоснащением горных
предприятий на высокопроизводительную дорогостоящую
горнодобывающую технику, требующую соответствующей
эксплуатационной отдачи.
Анализ горно-геологических условий шахт Кузбасса, отрабатывающих пологие и наклонные угольные пласты, показал, что развитие горных работ по новым программам и оснащение их высокопроизводительной проходческо" и добычной техникой зачастую сопровождается возникновением на шахтах локальных участков с повышенным газовыделением. В соответствии с готовыми к реализации паспортами на отработку выемочных участков, оснащенных комплексами очистного оборудования с технической производительностью до 7500 т/сут, на таких участках фактическая добыча угля составит не более 2000-2500 т/сут в основном из-за ограничений по газовому фактору. По шахтам Ленинского района Кузбасса в настоящее вре.чя темпы проведения горных выработок на газоносных пластах ниже на 28-35%, нагрузка на очистной забой - на
30-45%, производительность труда - на 22-35%, себестоимость добычи угля выше на 25-30%.
В Кузбассе, и особенно в Центральном его районе, применяется широкий спектр методов и технологий управления метановыделением в шахтах.- При этом с ростом глубины отмечается снижение эффективности дегазации в целом по региону и сворачивание работ по дегазации. Например, на глубинах свыше 400 м практически не дают эффекта барьерные скважины при проходке, пластовые скважины и вертикальные скважины в купола обрушения при очистной выемке. Применение фланговых скважин большого диаметра дало положительный эффект, но в новых горно-геологических и горнотехнических условиях проблему метана в должной мере не решает.
Итак, при отработке участков шахтных полей с повышенным газовыделением, на долю которых в Ленинском районе Кузбасса приходится до 65% промышленных запасов угля, в настоящее время практически не решены задачи управления метановыделением при проходке и нет достаточно эффективных способов управления метановыделением на выемочных участках. Требуются поиск и освоение новых, нетрадиционных решений, обеспечивающих безопасную и эффективную подготовку и отработку выемочных участков высокопроизводительной техникой с технико-экономическими показателями работы, обеспечивающими требуемые современными экономическими условиями уровень рентабельности и конкурентоспособности производства.
В связи с изложенным научная задача создания технологии отработки газообильных участков шахтных полей с рациональным сочетанием дегазации и инертных сред, обеспечивающих эффективное управление метановыделением и требуемый уровень технико-. экономических показателей добычи угля, является актуальной для угольной отрасли.
Цель работы - установление . зависимостей изменения структуры газового баланса выемочного участка при развитии горных работ в производстве и во времени для разработки технологии отработки участков шахтных полей с повышенным метановыделением, обеспечивающей требуемый уровень технико-экономических показателей добычи угля и безопасность горных работ.
Идея роботы заключается в использовании рационального сочетания дегазации и работы в инертных средах, параметры которого определяются пространственно-временными координатами смежных выемочных участков.
Основные научные положения, разработанные соискателем, и их новизна:
1. Развитие во времени и пространстве подготовительных и
очистных работ на газообильном участке шахтного поля
сопровождается существенным изменением структуры газового
баланса выем чных участков, требующем обязательного учета при
управлении метановыделением.
2. На глубинах свыше 400 м для условий Центрального района
Кузбасса необходимая эффективность дегазации разрабатываемого
пласта достигается применением способа гидродинамического
воздействия через скважины с поверхности, параметры которого
учитывают особенности фильтрационных и коллекторских свойств
угленосной толщи.
3. При достижении по мере развития горных работ доли
газовыделения из сближенных пластов и выработанного пространства
60-65% отработка запасов газообильного участка шахти ^го поля
должна осуществляться в изолированном от общешахтной атмосферы
пространстве, заполненном инертной газовой средой.
4. Эффективная и безопасная технология подготовки и отработки
газоносного выемочного участка формируется с учетом возможностей
управления метановыделением с рациональным сочетанием дегазации
на базе гидродинамического воздействия через скважины и
последующей отработки выемочного участка в инертной газовой среде.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций работы подтверждаются:
достаточным объемом экспериментальных исследований влияния динамики структуры газового баланса выемочного участка при развитии подготовительных и очистных работ на технико-экономические показатели добычи угля и уровень безопасности горных работ;
результатами лабораторных исследований фильтрационных и коллекторских свойств углей, обосновывающих технологию гидродинамического воздействия на угольные пласты для их заблаговременной дегазации;
положительными результатами апробации технологических решений на шахтах.
Значение работы. Научное значение работы заключается в установлении зависимостей изменения структуры газового баланса выемочных участков при развитии горных работ во времени и пространстве, которые используются при формировании технологических решений по эффективной и безопасной подготовке и отработке участков шахтного поля с повышенным метановыделением.
Практическое значение работы заключается в разработке технологических решений по подготовке и отработке выемочных участков с повышенным газовыделением, обеспечивающих высокие технико-экономические показатели добычи угля и безопасность горных работ.
Реализация работы. Технология подготовки и отработки газообильных участков шахтных полей с рациональным сочетанием дегазации и инертных сред использована в «Рекомендациях по техническому и технологическому перевооружению шахт в условиях перехода к рыночной экономике, утвержденных ОАО компания «Росуголь»; при составлении программы развития горных работ в Южной прирезке поля шахты «Комсомолец» АООТ «Ленинскуголь»; при составлении проекта на заблаговременную дегазацию пластов «Толмачевский», «Бреевский» и «Емельяновский» на поле шахты «Комсомолец»; при разработке технической документации на комплекс технических средств технологии горных работ в инертной газовой среде, утвержденных НТС ОАО УК «Ленинскуголь».
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и были одобрены на научно-технических советах ОАО УК «Ленинскуголь» (г. Ленинск-Кузнецкий, 1996-1997), научных симпозиумах «Неделя горняка» в МГГУ (Москва, 1995-1997), научных семинарах кафедры «Технология, механизация и организация подземной добычи угля» МГГУ (Москва^ 1996-1997).
Публикации. По теме диссертации опубликовано одно учебное пособие и три научных статьи.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на l4/ страницах машинописного текста, содержит 12 таблиц, {$} рисунок, список литературы из 86 наименований и приложения.
Автор выражает глубокую благодарность коллективам ученых и специалистов ОАО УК «Ленинскуголь», шахт «Комсомолец» и «Октябрьская», кафедры «Технология, механизация и организация подземной разработки угЛя» Московского государственного горного университета за оказанную методическую поддержку и помощь при выполнении исследований и внедрении результатов в производство.
