Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Обоснование технологических параметров проведения подготовительных выработок по газоносным угольным пластам с использованием инертных сред

ВАК РФ 25.00.22, Геотехнология(подземная, открытая и строительная)

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Егорин, Сергей Владимирович

Введение.

1.Состояние вопроса управления газовыделением при проведении подготовительных горных выработок на пологих газоносных пластах.

1.1. Существующие способы управления газовым режимом при проведении подготовительных выработок.

1.2. Особенности технологии горных работ в инертной газовой среде.

1.3. Анализ возможности механизации и автоматизации работ технологических процессов при проведении подготовительных выработок.

1.4. Цель, задачи и методы исследования.

1.5. Выводы по главе.

2. Методика исследования.

2.1. Обоснование методики исследования газодинамического состояния атмосферы подготовительных горных выработок.

2.2. Обоснование факторов, влияющих на газодинамическое состояние атмосферы подготовительных горных выработок.

2.3. Обоснование математического аппарата для исследования газодинамического состояния атмосферы подготовительных горных выработок при проведении их с использованием инертной метановой среды.

2.4. Выводы по главе.

3. Исследование газодинамических процессов при проведении подготовительных горных выработок.

3.1. Выбор объектов исследования и их характеристики.

3.2. Исследование газодинамических процессов при проведении подготовительных горных выработок по пологим газоносным пластам.

3.3. Исследование целесообразности использования инертной метановой среды при проведении подготовительных горных выработок по пологим газоносным пластам.

3.4. Выводы по главе.

4. Разработка технологической схемы проведения подготовительных горных выработок с использованием инертной метановой среды.

4.1. Основные принципы конструирования технологической схемы проведения подготовительных горных выработок с использованием инертной метановой среды.

4.2. Технические и технологические решения схемы проведения подготовительных горных выработок с использованием инертной метановой среды.

4.3. Обоснование параметров технологической схемы проведения подготовительных горных выработок с использованием инертной метановой среды.

4.4. Апробация технологической схемы проведения подготовительных горных выработок.

4.5. Выводы по главе.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Обоснование технологических параметров проведения подготовительных выработок по газоносным угольным пластам с использованием инертных сред"

Успешное функционирование угольной отрасли в новых экономических отношениях требует высокой концентрации и интенсификации горных работ, использования высокопроизводительной добычной и проходческой техники.

В то же время горные работы на шахтах Кузнецкого угольного бассейна характеризуются постоянным увеличением глубины проведения. С увеличением глубины залегания угольных пластов их проницаемость уменьшается, а метаноносность увеличивается.

Увеличение метаносноннсти угольных пластов и высокая концентрация горных работ приводят к увеличению газообильности горных выработок и ограничению интенсивности горных работ по газовому фактору. Уменьшение проницаемости угольных пластов снижает эффективность использования дегазации.

Снижение темпов ведения горных работ особенно остро чувствуется при проведении подготовительных выработок. Несмотря на большое внимание, уделяемое этому вопросу, ограничение скоростей проведения подготовительных выработок на газоносных угольных пластах достигает пятидесяти процентов, что способствует увеличению затрат на проведение выработок и обуславливает нецелесообразность использования высокопроизводительной горнопроходческой техники.

В настоящее время на действующих горных предприятиях задача управления газовыделением при ведении проходческих работ решается за счет использования проветривания и дегазации. Как показывает практика, в условиях низкопроницаемых угольных пластов, характерных для Центрального района Кузбасса, перечисленные способы не могут в полной мере решить проблему исключения влияния метоновыделения на темпы проведения выработок.

Таким образом, 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.

Так как использование проветривания и дегазации не дает решения этих задач, необходимо рассмотреть возможность применения в отмеченных условиях новых нетрадиционных способов борьбы с газом.

В связи с изложенным задача повышения темпов проведения подготовительных горных выработок на высокогазоносных угольных пластах на базе нетрадиционных технологических решений является актуальной для угольной отрасли.

Целью диссертации является установление зависимостей газодинамического состояния подготовительных выработок от скорости их проведения и длины тупиковой части для обоснования рациональных технологических параметров проведения подготовительных выработок с использованием инертных сред.

Идея работы заключается в том, что на газоносных угольных пластах повышение скорости проведения подготовительной выработки может быть достигнуто применением инертной метановой среды в ее изолированной призабойной части рациональной длины.

Научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна: повышение интенсивности и безопасности проведения подготовительных горных выработок на газоносных угольных пластах достигается за счет использования инертной (пожаро-взрывобезопасной) метановой среды в изолированной призабойной части подготовительных выработок. эффективность и безопасность проведения подготовительных выработок с использованием инертной метановой среды в зоне горных работ базируется на выборе рационального размера изолированной призабойной части выработки, отделенной от проветриваемой части мобильным шлюзовым устройством.

- скорость проведения выработки и параметры проходческого цикла определяются длиной изолированной призабойной части выработки, заполненной инертной метановой средой.

- методика определения рациональных параметров интенсивного проведения подготовительных выработок базируется на технико-экономическом критерии, отражающем экономические показатели реализации схемы с учетом газодинамического состояния горного массива, технологических характеристик проводимой выработки и технических характеристик используемого оборудования.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

• корректной постановкой задачи исследования;

• использованием современных методов анализа литературных данных и опыта проведения подготовительных выработок по высокогазоносным угольным пластам;

• удовлетворительной сходимостью (расхождение до 18 %) результатов теоретических исследований и наблюдений проведения подготовительных выработок на четырех участках шахт Кузнецкого угольного бассейна.

Научное значение работы состоит в установлении зависимостей параметров технологии проведения выработок от их газодинамического состояния и обосновании методики определения рациональных параметров интенсивного проведения подготовительных выработок с использованием инертной метановой среды.

Практическое значение работы заключается в разработке технологических параметров схемы интенсивного проведения подготовительных выработок с использованием инертной метановой среды.

Апробация работы: Основные результаты работы докладывались на научных симпозиумах, посвященных «Неделе горняка» (МГГУ, 20002002 гг.) и на научных семинарах кафедры «Подземная разработка пластовых месторождений» (МГГУ, 2000-2003 гг.).

Реализация выводов и рекомендаций: Выводы и рекомендации работы использованы в проекте на подготовку запасов Южной прирезки пласта «Бреевский» шахты «Комсомолец» ОАО «Ленинскуголь».

Публикации: По теме диссертации опубликованы 4 научные статьи.

Объем работы: Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 178 страницах машинописного текста, содержит 28 таблиц, 26 рисунков, список литературы из 70 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Геотехнология(подземная, открытая и строительная)", Егорин, Сергей Владимирович

4.5. Выводы по главе.

1. Главной особенностью технологической схемы проведения подготовительных выработок с использованием инертной метановой среды является разделение подготовительной выработки на две зоны с помощью мобильного шлюзового устройства. В призабойной зоне работы выполняются в инертной метановой среде. В этой зоне выполняются те технологические процессы, выполнение которых можно механизировать и автоматизировать. В остальной части выработки работы проводятся в проветриваемой атмосфере и выполняются те технологические процессы, выполнение которых требует использования ручного труда и длительного присутствия персонала.

2. Разработана технологическая схема проведения подготовительных выработок с использованием инертной метановой среды. В призабойной изолированной части подготовительной выработки осуществляются временное крепление, процессы отбойки и погрузки отбитой горной массы, в проветриваемой части подготовительной выработки должны осуществляться процессы постоянного крепления, настилки рельсовых путей, навески трубопроводов, проведения канавки и другие технологические процессы, степень механизации которых в настоящее время недостаточна. Мобильное шлюзовое устройство должно выполнять следующие функции: надежное разделение двух газовых сред, передвижение вместе с фронтом проходческих работ, пропуск людей и материалов, пропуск отбитой горной массы, обеспечение водоотлива из изолированной части, поддержание кровли выработки над шлюзовым устройством, обеспечение возможности разгерметизации изолированной части выработки и установление в ней атмосферы с параметрами, соответствующими требованиям ПБ.

3. Основным параметром технологической схемы проведения подготовительных выработок с использованием инертной метановой среды, определяющим все остальные параметры технологической схемы, является длина изолированной призабойной части. Разработана методика определения параметров технологии проведения подготовительных выработок с использованием инертной метановой среды в призабойной части выработки рациональной длины. Длина изолированной части выработки определяется из условий возможностей технологического оборудования и достижения максимального экономического эффекта.

4. Проведена апробация технологической схемы проведения подготовительной выработки для условий проведения конвейерного штрека длиной 700 м по пласту «Бреевский» ш.п. шахты «Комсомолец» ПО «Ленинскуголь». Применение технологической схемы в означенных условиях позволяет снизить полную стоимость проведения штрека на 612640 рублей, что составляет 11.79% от полной стоимости проведения, а также повысить скорость проведения конвейерного штрека со 157.5 м/месяц до бЗОм/месяц. Технологическая схема проведения выработок с использованием инертной метановой среды не обеспечивает снижение трудоемкости проходческих работ, но ее применение делает рентабельным применение средств механизации проходческих работ. Применение крепеустановщика ДК при проведении конвейерного штрека по пласту «Бреевский» с помощью технологической схемы проведения подготовительных выработок с использованием инертной метановой среды позволяет получить дополнительный экономический эффект в 16862 рубля за счет снижения трудоемкости работ по установке крепи.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научной квалификационной работой, в которой содержится решение актуальной для угольной отрасли задачи повышения темпов проведения подготовительных выработок по высокогазоносным угольным пластам за счет использования инертной метановой среды в изолированной призабойной части выработки рациональной длины.

Основные научные результаты, выводы и рекомендации заключаются в следующем:

1. Обосновано, что эффективным способом повышения темпов проведения подготовительных выработок на высокогазоносных угольных пластах является применение инертной метановой среды в зонах горных работ. Выполнение технологических операций проходческого цикла в пожаро-взрывобезопасной среде обеспечит рост темпов проходки в 3-4 раза и снижение затрат до 20 %. Использование инертной среды позволяет эффективно использовать средства механизации труда, что обеспечивает повышение производительности труда.

2. Установлено, что уровень механизации и автоматизации существующих технических средств проведения подготовительных выработок обеспечивает выполнение технологических операций проходческого цикла в инертной метановой среде только в призабойной части выработки размером от 8 до 25м. Структура газового баланса подготовительной выработки определяет рациональные размеры ее призабойной части в конкретных горно-геологических условиях.

3. Предложена методика определения технологических параметров проведения подготовительных выработок, с помощью которой установлено то, что в рассмотренных горно-геологических условиях по фактору метановыделения скорости проведения выемочных штреков не могут превышать 150-160 м/месяц, в то же время изолированный от общешахтной атмосферы отвод 30 % выделяющегося в выработке газа позволяет увеличить скорости проведения штреков в 3-4 раза.

4. Предложена технологическая схема проведения подготовительных выработок с использованием инертной метановой среды в изолированной призабойной части, включающая автоматизированное горнопроходческое оборудование, систему управления инертной метановой средой и мобильное шлюзовое устройство, позволяющее создать в призабойной части выработки инертную среду с необходимыми параметрами.

5. Предложена методика определения параметров технологии проведения подготовительных выработок с использованием инертной метановой среды в призабойной части выработки рациональной длины. Методика основывается на определении технико-экономического критерия, отражающего экономические показатели реализации схемы с учетом газодинамического состояния массива, технологических характеристик проводимой выработки и технических характеристик используемого оборудования.

6. Разработанная технологическая схема проведения подготовительных выработок с использованием инертной метановой среды апробирована для условия пласта «Бреевский» ш.п. шахты «Комсомолец», применение новой технологической схемы позволило повысить среднюю скорость проведения выработки со 157 до 630 м/месяц и снизить стоимость проведения выработки на 11,8%.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Егорин, Сергей Владимирович, Москва

1. Абрамов Ф.А., Бойко В.А., Гращенков Н.Ф. Справочник по рудничной I вентиляции. М.: Недра, 1977. - 328с.

2. Айруни А.Т. Основы предварительной дегазации угольных пластов на больших глубинах. -М.: Недра, 1970. 79с.

3. Айруни А.Т. Прогнозирование и предотвращение газодинамических явлений в шахтах. М.: Недра, 1987. -310с.

4. Айруни А.Т. Теория и практика борьбы с рудничными газами на больших глубинах. М.: Недра, 1981. -332с.

5. Батраков Н.Ф. Физическая модель системы уголь-газ. Ростов-иа-Дону: Издательство СКРЦНВШ, 1992. -272с.

6. Базер Я.И., Крутилин В.И., Соколов ЮЛ. Проходческие комбайны. -М.:Недра, 1974. -304с.

7. Беляев А.А. Переспективы использования ресурсосберегающих технологий в угольной промышленности: Обзор. -М.: ЦНИИЭИуголь, 1987.-48с.

8. Бокий Б.В., Зимина Е.А., Смирнов В.В., Тимофеев О.В. Проведение и крепление горных выработок. -М.: Госгортехиздат, 1963. -558с.

9. Бокий Б.В., Федоров С.А.,Зимина Е.А., Тимофеев О.В. Технология и механизация строительства подземных сооружений и шахт. М.: Недра, 1971.-712с.

10. Ю.Брайчева Н.А. Методы расчета температуры вентиляционного воздуха подземных сооружений. -Киев: Наук. Думка, 1981. -184с.

11. П.Бурчаков А.С. Научные основы создания шахты будущего. -М.: Уголь, 1988.-№1, с. 9-13.

12. Бурчаков А.С., Жежелевский Ю.А., Ярунин С.А. Технология и механизация подземной разработки пластовых месторождений: Учебник для ВУЗов. М.: Недра, 1989. -431с.

13. П.Воронин В.Н. Основы рудничной аэрогазодинамики. -JI.: Углетехиздат, 1951.-491с.

14. Дядькин Ю.Д. Тепловые процессы в горных выработках. -J1.: ЛГИ, 1978.-104с.

15. Иванов Б.М. Механические и физико-химические свойства выбросоопасных угольных пластов.- М.: Недра, 1979.- 236с.

16. Иванов Н.И., Евдокимов Ф.И. Стоимость и сроки строительства шахт.-М.: Недра, 1969. -216с.

17. Инструкция по расчету количества воздуха необходимого для проветривания действующих угольных шахт.-М.: Недра, 1975. -80с.

18. Иофис М.А. Научные основы управления деформационными процессами при разработке полезных ископаемых. -М.: МИИКОН АН СССР, 1982.-230с.

19. Кизряков А.Д., Кузьмина Р.П. Накопление метана в непроветриваемых выработках. -М.: Горный журнал, 1979. №10.с.

20. Кизряков А.Д. Аэрогазодинамика подготовительных выработок. -М.: Недра, 1985. -212с.

21. Кизряков А.Д., Хакимжанов Т.Е., Хегай Г. Метанообильность шахт Карагандинского бассейна.-Алма-Ата: Наука, 1983. 186с.

22. Клебанов Ф.С. Аэродинамическое управление газовым режимом. М.: Недра, 1979.-264с.

23. Колмаков В.А. Метановыделение и борьба с ним в шахтах.-М.: Недра, 1981.-134с.

24. Концепция шахты закрытого типа с безлюдной технологией горных работ в инертной среде. -М.: МГИ, 1989.- 62с.

25. Котляков Ф.И. Физика нефтяных и газоносных коллекторов.- М.: Недра, 1977. -72с.

26. Красюк Н.Н. Повышение эффективности работы шахты на основе промышленного использования метана: Автореферат дисс. док.тех.наук. -М.: МГИ, 1993. -22с.

27. ЗЬКрачевский P.M. Новый способ определения газопроницаемости нетронутого массива угольного пласта. -Донецк.: МакНИИ, 1980. -123с.

28. Крашкин И. С. Разработка пологих угольных пластов в неустойчивых породах.- М.: Недра, 1986. -205с.

29. Крепи и оборудование для крепления горных выработок: Каталог-справочник. -М.: ЦНИЭИуголь, 1976. -83с.

30. Лидин Г.Д., Газообильность каменноугольных шахт СССР.- М.: Наука, 1987.-198с.

31. Лидин Г.Д., Айруни А.Т. Управление газовыделением при проведении капитальных и подготовительных горных выработок. М.: Минуглепром, 1969. -80 с.

32. Мельников Н.Н. Проведение и крепление горных выработок. М.: Недра, 1972.-344 с.

33. Мясников А.А., Казаков С.П. Проветривание подготовительных выработок при проходке комбайнами. М.: Недра, 1981. -269 с.

34. Мясников А.А. Проветривание горных выработок при новых способах выемки угля. -М.: Недра, 1966. -203с.

35. Насонов И.Д., Федюхин В.А., Шуплик М.Н. Технология строительсива подземных сооружений: Учебник для ВУЗов.-М.: Недра, 1983. -31 1с.

36. Пак В.В., Иванов С.К., Верещагин В.А. Шахтные вентиляционные установки местного проветривания. М.: Недра, 1974. -112с.

37. Петров B.C. Отечественные и зарубежные конструкции временных передвижных проходческих крепей. -М.: НИИИНФОРМТЯЖМАШ, 1965.-32с.

38. Петросян А.Э. Выделения метана в угольных шахтах. М.: Недра, 1978.-187с.

39. Поздняков Г.А. Теория и практика борьбы с пылыо в механизированных подготовительных забоях. -М.: Наука, 1983. -127с.

40. Потапенко В.А., Казанский Ю.В., Циплаков Б.В. и др. Проведение и поддержание выработок в неустойчивых породах. М.: Недра, 1990. -ЗЗбс.

41. Правила безопасности в угольных и сланцевых шахтах. -М.:Недра, 2003. -447с.

42. Проявкин Е.Т. Исследование возможности и условий применения нейтральной газовой среды в изолированных участках. Донецк: ДонУГИ, 1971.41., с. 15-23.

43. Пучков JI.A., Красюк Н.Н., Косминов Е.А., Ксенофонтов С.И., Коликов К.С. Технология отработки газообильных участков шахтных полей с добычей и утилизацией метана. М.: МГГУ, 1995. -122с.

44. Руководство по дегазации угольных шахт. М.:Недра, 1975.-189 с.

45. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. -М.: Недра, 1975.-238с.

46. Руководство по проектированию подземных горных выработок и расчету крепи. -М.: Стройиздат, 1983. -272с.

47. Семенихин А.Я., Соин В.Г., Смирнова С.А., Технология горнопроходческих работ и организация проведения подготовительных выработок. Новокузнецк: Кузбасский политехнический институт, 1990. -85с.

48. Сорокин А.В., Обоснование технологических параметров выемочного участка при создании и управлении инертной газовой средой: Автореферат дисс. канд. тех. наук. -М.: МГИ, 1989. -22с.

49. Технологические схемы проведения подготовительных выработок проходческими комбайнами на угольных шахтах Кузбасса. -Прокопьевск: КузНИИ,1990. -125с.

50. Технологические схемы разработки пластов на угольных шахтах. -М.: ИГД им. А.А. Скочинского, 1991. ч.2. -416с.

51. Технико-экономическая оценка дегазации угольных шахт. -М.: Недра, 1979. -200с.

52. Ушаков К.З., Бурчаков А.С., Пучков JI.A., Медведев И.И. Аэрология горных предприятий: Учебник для ВУЗов. -М.: Недра, 1987. -421с.

53. Ушаков К.З. Вентиляция подземных выработок при их сооружении. -М.:МГИ, 1967.-156с.

54. Ушаков К.З. Газовая динамика шахт. М.: Недра, 1984. -248с.

55. Филиппов В.Н. Методические рекомендации по расчету необходимого количества воздуха для проветривания протяженных горных выработок: Сборник «Физико-технические проблемы управления воздухообменом в горных выработках больших объемов. Таллинн, 1979. -218с.

56. Хорин В.Н., Машины и оборудование для угольных шахт: Справочник.- М.: Недра, 1987.-432с.

57. Чарный И.А. Подземная гидрогазодинамика. -М.:Гогортехиздат, 1979. -260с.

58. Шереденин А. К. Аэрогазодинамика подготовительных выработок.- М.: Недра, 1985.-212с.

59. Штокман И.Г., Мухопад Н.Д. Транспорт при строительстве подземных сооружений и шахт. М.: Недра, 1970. -232с.

60. Щербань А.Н. Газопроницаемость угольных пластов. Киев: Акад. наук УкрССР, 1968.-110с.

61. Эксплуатация проходческого комбайна ПК-8м. М.:Недра, 1978. -175с.

62. Ягельский А.Н. Тепловые расчеты вентиляционного воздуха в выработках с тупиковым забоем в глубоких угольных шахтах. -М.:Госгортехиздат, 1960. -144с.

63. Егорин С.В. Использование инертной метановой среды при отработке пологих угольных пластов средней мощности системами разработки с коротким забоем. М.: Депонированная рукопись, ГИАБ.- 1998. - №1.-127с.

64. Егорин С.В. Использование метановой среды при проведении подготовительных горных выработок на высокогазоносных угольных пластах с помощью проходческих комбайнов. М.: Депонированная рукопись, ГИАБ. - 2002.-№3. - 164с.

65. Егорин С. В. Повышение скорости проведения подготовительных выработок по высокогазоносным угольным пластам. М.: МГГУ, ГИАБ, 2002. №6, с 187-190.

66. Егорин С.В. Перспективы использования проходческих комбайнов пониженной производительности при проведении подготовительных выработок по пологим высокогазоносным угольным пластам. М.: МГГУ, ГИАБ, 2002. №9, с 141-143.