автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Разработка технологических схем отработки высокогорных месторождений угля в сложных горно-геологических условиях

Министерство науки, высшей школы и технической политики Российской Федерации

Московский ордена Трудового Красного Знамени горный институт

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ОТРАБОТКИ ВЫСОКОГОРНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ УГЛЯ В СЛОЖНЫХ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

Специальность 05.15.02 — «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

На правах рукописи

РАИМЖАНОВ Бахаднржан

УДК 622.272.6 : 622.278

Москва 1992

Работа выполнена в Московском ордена' Трудового Красного Знамени торном 'институте.

Научные консультанты:

доікт. техн. наук, проф. ЯРУНИН С. А.,

чл.-корр. АН Республики Узбекистан,

, докт. техн. наук, проф. РАХИМОВ В. Р.

Официальные оппоненты:

ч чл.-корр. АН Республики 'Казахстан,

докт. техн. наук, проф. АДИЛОВ К. Н.,

докт. техн. наук, проф. ХАРЧЕНКО В. А„

цокт. техн. наук КРЕЙНИН Е. В.

, Ведущее предприятие — Институт угля СО РАН.

Защита диссертации состоится « . » СС4С'>С~^\ 1992 г.

в .с/^?час. на заседании специализированного совета

Д-053.12.02 Московского ордена Трудового Красного Знамени горного института: 117935, ГСП, Москва, В-49, Ленинский проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в'библиотеке института. .

Автореферат разослан

. . .1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета

докт. техн. наук, проф. КУЗНЕЦОВ Ю. Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Вывод экономики стран СНГ из глубокого кризиса возможен на . основе ускорения научно-технического прогресса в базовых отраслях народного хозяйства, в первую очередь горнодобывающей, обеспечивающей народное хозяйство основными видами минерального сырья и топлива. Развитие угольной промышленности должно базироваться на интенсификации технологических процессов, использовании новых эффективных технологий и высокопроизводительной техники.

Особенно остро в современных условиях хозяйствования стоит вопрос отработки высокогорных месторождений угля, специфическими особенностями которых являются повышенная тектоническая активность, сложный рельеф (местности, сейсмичность, осложняющие условия эффективной разработки угольных [пластов. Величина и характер распределения напряжений в массиве таких месторождений зависят не только от глубины залегания и физических 'свойств пород, но и от тектоники и рельефа;. Кроме того, на подавляющем большинстве -шахт имеются отдельные уча ста и шахтного поля, отличающиеся повышенной сложностью условий, оде традиционная технология либо вообще неприемлема, либо характеризуется низкими технико-экономическими показателями. Списание с (баланса шахт запасов угля таких участков приводит к увеличению потерь в недрах и удельных капитальных затрат, а также сокращению срока службы предприятий.

Шахты Среднеазиатского региона как типичные представители высокогорных месторождений характеризуются, как правило, низкими техни;ко-э:кокомическими показателями по сравнению со среднеотраслевыми, малой производственной мощностью, невысоким уровнем механизации очистных и подготовительных работ, труднодостучшостью многих месторождений, высокими1 эксплуатационными потерями угля особенно при слоевой вьгемже мощных пластов. .

1В этих условиях возникает настоятельная необходимость разработки и совершенствования технологических схем шахт яри традиционной технологии для отработки участков высокогорных месторождений с более благоприятными условиями

и создания нетрадиционных технологий для отработки участков со сложными условиями, основанных, 'в частности, на подземной газификации и подземном сжигании угля.

В связи с изложенным разработка эффективных технологических схем отработки высокогорных месторождений угля ■со сложивши горно-геолотическими условиями представляет собой актуальную [проблему, имеющую важное народнохозяйственное значение.

Цель работы — установление закономерностей изменения условий отработки высокогорных (месторождений под влиянием геотектонических факторов для типизации этих месторождений по сложности; и разработки наиболее производительных' традиционных и нетрадиционных технологических схем, обеспечивающих высокие технико-экономические показатели работы плахт.

Идея работы заключается в учете типизации высокогорных месторождений по сложности горно-геологических условий при выборе технологической схемы их отработки, включая схемы отработки наиболее сложных участков месторождений щ оставленных в недрах запасов угля путем их подземной газификации и подземного сжигания.

Методы исследований. ‘В работе использован комплексный метод наследований, включающий: анализ литературных и фондовых источников; теоретическое обобщение результатов исследований, передового опыта добычи угля в сложных горно-геологических условиях для обоснования и; выбора прогрессивных решений при разработке технологических схем отработки высокогорных месторождений; методы технико-экономического (моделирования; натурные измерения, лабораторные эксперименты.

Научные положения, выносимые на защиту: особенностями высокогорных месторождений являются сложный рельеф местности, высокая нарушенность и сейсмичность, степень изменчивости которых может быть спрогнозирована по геотектоническим факторам;

'высокогорные месторождения разделяются по сложности го р но-теол опич ески х ’уел о в ий на пять однородных групп, каждой 1йз которых соответствует определенный комплекс предпочтительных элементов технологических схем вскрытия, подготовки и систем разработки;

участки высокогорных месторождений с ограниченными и некондиционными запасами угля, а также месторождения пятой группы сложности целесообразно отрабатывать с использованием технологий подземной газификации пли подземного сжигания угля, а> оставшиеся после применения традиционной технологии сильнонарушенные участки (пластов и другие потери — с помощью технологии подземного сжигания угля;

повышение эффективности технологии подземной газификации угля обеспечивается воздушно-кислородным или паровоздушно-кислородным дутьем либо применением двустадийной газификации с разделением окислительного и восстановительного ироцессов горения и собственно газификации в пространстве и времени, при этом использование воздушнокислородного дутья с содержанием Ог 49—55% шли паровоздушно-кислородного с тем же содержанием 02 и содержанием .пара Ю—15% повышает теплотворную способность газов подземной газификации угля в 1,4 —1,6 раза, а двустадийной газификации — .в 1,5—1,8 раза;

при применения технологии подземного сжигания мощных пологих угольных трастов с неустойчивыми кровлями расположение каналов горения на расстояниях до двух мощностей пласта обеспечивает наивысшую полноту сгорания угля, а размещение теплообменников непосредственно в канале горения увеличивает КПД процесса теплоотбора ото сравнению с наземным теплообменником в пять раз.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций работы подтверждаются:

положительным опытом использования основных положений и рекомендаций диссертации, в условиях шахт высокогорных месторождений, обеспечивающих улучшение их техникоэкономических шоказателей;

удовлетворительной (сходимостью результатов аналитических и лабораторных исследований с фактическими параметрами процесса подземной газификаций угля (отклонение не более 10%); ,

удовлетворительной сходимостью расчетных параметров по количеству выгоревшего угля >с результатами стендового моделирования процесса при различных схемах подготовки участка (расхождение результатов не превышает 10—15%). Научная новизна работы заключается в следующем: установлены закономерности влияния основных геотектонических факторов на нарушенность и, рельеф высокогорных месторождений на примере Среднеазиатского региона;

■ обоснована методология формирования однородных групп высокогорных месторождений- угля по сложности горно-геологических условий;

произведена' типизация участков высокогорных месторождений по наиболее предпочтительному подмножеству горно-геолоточеоких факторов;

установлены предпочтительные альтернативные технологические звенья-подсистемы шахты и произведено упорядочение их для синтеза' шахговариантов ,в условиях высокогорья;

установлены закономерности, изменения содержания и теплотворной способности горючих тазов подземной газификации-угля от состава окислителя и 'скорости подачи дутья;

предложен метод определения материального и тепловой баланса процесса (подземной газификации угля, отличающий <оя учетом расположения границы термодинамической сиете .мы не на- границе уголь — газ, а на фронте парообразования расположенном в массиве в нескольких десятках сантиметрої от границы гуголь— газ; .

' 'выявлены закономерности изменения температуры и со става газов подземного сжигания угля, температуры горячеі воды, фронта горения от схемы рааположения каналов горе ния (торных выработок) стрій различных технологических схе мах (подземного сжигания угля. __

Научное значение работы состоит в обосновании выбор; рациональных технологических схем шахт на основе установ ления закономерностей формирования однородных груш шахтопласгов высокогорных месторождений по сложносгі горно-геологических условий с учетом геотектонических фак торов и установлении оптимальных іпараметров подземных га зификацйи и сжигания мощных пологих здластов. Практическое значение работы заключается в: установлении основных ігорно-геологических факторов влияющих на выбор схем и способов вскрытия, подготовки 1 отработки шахтных полей в условиях высокогорья, что іпозво ляет обоснованно вьгбрать рациональные технологически! схемы шахт;

конструировании технологических схем шахт для условиі высокогорных (месторождений в зависимости от категорш сложности горно-геологических условий, ПОЗВОЛЯЮЩИХ ЛОВЫ сить технико-экономические показатели работы шахт;

разработке 'способа, .прогноза условий отработки резерв ных месторождений (участков) иго геотектонике;

■разработке способа двустадийной ігазификащи іупля, поз воляющей. повысить теплотворную способность газов подзем ной газификации угля и полноту извлечения ізаиасов угля;

разработке технологических схем вскрытия и подготовки і подземному сжиганию некондиционных запасов, а также зкс плуатационных (потерь угля (по площади .и остающихся в це ликах :в іпериод погашения шахт, позволяющих повысить іко зффициент извлечения угля из недр до 0,80—0,95 и утилизи ровать физическое тепло извлекаемых ш роду кто в сгорания;

разр.аботіке технологических схем утилизации физичеоко го тепла газов подземной газификации угля. .

Реализация работы. Результаты исследований включені в Технологические схемы очистных и подготовительных ра бот для угольных .шахт Средней Аізии, утвержденные ПС «Средазуголь»; Методическое руководство по вскрытию подготовке и отработке запасов полей № 11 и 12 шахті «Восточная» шахтоуправления «Сулюкткнское», утвержден ное ПО «Средазуголь» и согласованное с Госгортехнадзоро?

Республик® Кыргызстан; Рекомендации шо подготовке I оче-зеди вскрытия шахтного яоля № 11 шахтоуправления «Су-тюктинокое».

Разработанные научные положения и рекомендации зоошш как основные технические решения в Проект строительства опытно-промышленного участка «Углегаз» в г. Ан-'рене, утвержденный ПО «Средазутоль» и согласованный : Госгортехнадзором Республики Узбекистан, с институтами ВостНИИ и Карагандинским филиалом ВНИМИ.

Результаты исследований /используются в учебном процессе в Ташкентском государственном техническом университете при чтении дисциплин «Технология подземной разработки пластовых месторождений полезных ископаемых» и ^Процессы тоодземных горных работ. Управление состояни-ам массива».

Апробация работы. Основные результаты работы, отдельные. положения и разделы диссертации докладывались на ученом совете ИГД им. А. А. Скочинскаго в составе научных ггчетоз (Люберцы, 1986—1990'гг.); (Всесоюзной научно-технической конференции «Интенсивная и безотходная техно-иогия разработки угольных и сланцевых месторождений» (Москва, 1989); Всесоюзной научно-технической конференции «'Система человек — (машина—ереща в торном деле. Настоящее и будущее» (Москва!, 1990); II Республиканском :еминаре «Проблемы разработки полезных ископаемых в условиях высокогорья». (Фрунзе, 1990); технических советах пахты [№ 9 и стаиции «Подземгав» ;ПО «Средазуголь» (Ангрен, 1986—1990 'гг.);> совместном совещании научного совета до химии ископаемого твердого топлива Отделения общей я технической химии АН СССР и научно-технического совета ПО «Средазуголь» по проблемам химии и. технологии под- . земной газификации углей (Ангрен, 1990).

Публикация. ч Основное содержание диссертации «публиковано в 26 научных работах, включая 2 положительных решения о выдаче авторского свидетельства на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести разделов и заключения, содержит 383 страницы машинописного текста, 69 рисунков, 54 таблицы, список литературы йз 195 наименований.

Автор выражает глубокую 'благодарность проф., докт. гехн. наук А. С. Бурлакову за ^постоянную методическую помощь и научные консультации при (подготовке диссертации.

' ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

При проектировании, строительстве и эксплуатации горных предприятий в высокогорных районах необходимо учитывать такие специфические для высокогорья факторы, как

повышенная тектоническая активность, рельеф местности, сейсмичность, существенно влияющие на технологию разработки высокогорных: месторождений угля. Типичными высокогорными месторождениями являются угольные месторождения Средней Азии, (промышленное освоение которых обязательно связано со специфшчеокйми особенностями труднодоступных высокогорных районов.

Для месторождений полезных ископаемых, расположенных в складчатых структурах высокогорных районов, вследствие (перемещений пород характерна их исключительная трещиноватость.

Трещиноватость горных пород равнинных областей более редка и проста., она связана с изгибом слоев при формировании и ростом тектонических структур иод -влиянием радиальных сил медленного поднятия. 'В 'складчатых структурах высокогорных областей, осложненных разнообравньшитипамитак-тонических нарушений, трещиноватость чрезвычайно сложна.

В высокогорном районе величина м характер распределения напряжений в .массиве зависят не только от глубины залегания и физических свойств пород, НО 'И от рельефа (местности и тектоники. В Среднеазиатском .регионе отмечены высокие горизонтальные тектонические напряжения с зональными распределениями по направлению действия.

В связи с (продолжающимся .горообразованием вполне вероятно появление больших внутренних напряжений и возникновение горных ударов на глубинах 'более 300—400 м.

Высокогорные районы располагаются в 'сейсмических зонах с частым» землетрясениями значительной силы. Угольные месторождения Средней Азии, расположены в 7—9-балльнои ионах шо шкале Рихтера. •

В условиях высокогорных районов, отличающихся, как правило, сложностью сочетаний тектонических факторов при крайне пересеченном рельефе, .можно (предполагать повышение 'сейсмичности(по крайней мере на один балл. ■

Важнейшей особенностью высокогорья является рельеф местности, существенно влияющий на эффективность транспорта, сооружения и эксплуатации накрывающих выработок и планировку различных зданий и сооружений на поверхности.

В целом высокогорные районы .слабо обеспечены современными видами внешнего транспорта., а применяемые виды ограничивают скорость (перевозки грузов, .затрудняют доставку оборудования, увеличивают себестоимость добычи угля, что в некоторых случаях приводит к консервации шахт и разрезов. \

. Для достижения цели и реализации основной идеи работы необходимо решить следующий комплекс задач:

изучение и комплексная оценка, природных условий высокогорных (месторождений угля Средней Азии;

выделение однородных -групп и типизация высокогорных месторождений угля по сложности! горно-геологических условий; ' .

обоснование и конструирование рациональных технологических схем для однорядных групп высокогорных (месторождений (шахт сипл а сто в);

исследование процесса щодземнай газификации, угля в лабораторных условиях и установление влияния основных (Параметров на эффективность процесса Л ГУ;

разработка технологических схем подземного сжигания тешгогазогенератора! с подземным и на-земным способами утилизации тепловой энергии; '

обоснование и разработка технологических схем утилизации физического тепла тазов подземной ‘газификации угля.

Вопросам выбора: рациональных технологических схем шахт посвящены научные исследования Б. И. Бокия,

А. М. Терпигорева, А. С. Бурчакова, К. Н. Адилова-, А. С. Астахова, Б. М. Воробьева, П. 3. Звягина, К. К. Кузнецова,

A. М. 'Курносова., С. М. Липковича-, А. С. Малкина-, А. И. Ми-тейко, Е. И. Рогова1, К. Ф. Сапицкого, М. И. Устинова,

B. А. Харченко и др.

' Вопросам .оценки сложности горно-геологических условий, влияющих на эффективность технологии добычи угля, посвящены исследования Н. В. Мельникова, А. С. Бурчакова, К. Н. Адилова, Ш. А. Болгожина, Л. А. Кафорина, С. С. Квс-на., Ф. Ф. Кузюкова, А. С. Саганова, В. А. Харченко, Р. Ш. Ходжаева и др.

■ Однажо в этих исследованиях недостаточно отражена роль горно-геологических факторов, специфичных только для высокогорья. Существуют неодинаковые точки зрения по вопросу оценки сложности гор но-геологических условий. Отсутствуют исследования, шосвященные (выбору рациональных технологических схем для высокогорных месторождений угля, особенно в сложных гор но-геологических условиях.

• Методикой исследований предусматривается разработка обоснованной структурной -схемы типизации высокогорных месторождений, с /помощью которой можно -было бы формировать группы шахтопластов, однородные по -основным горно-геологическим факторам, в рамках которых решается задача выбора1 рациональных технологических схем отработки.

Для установления однородных по сложности групп горно-геологияеских условий прежде всего необходимо выявить набор наиболее предпочтительных горно-геологических факторов, -влияющих на выбор технологических схем опахт. Степень влияния горно-геологических факторов на выбор элементов технологической схемы и (Производственных процессов шахты (вскрытие и подготовка шахтного поля, система разработки, поддержание горных выработок, очистные работы, подземный

транспорт) установлена с помощью экспертного опроса. Задача решалась методом парных сравнений. К 'исследованию было принято 29 природных'факторов. (Выбор наиболее предпочтительного 'подмножества факторов осуществлен на основе парного сравнения факторов для каждого эксперта. Составлены обобщенные матрицы тарного предпочтения для каждого элемента технологической схемы и производственного .процесса шахты. Далее, используя известный метод «решающего правила», выделялось наиболее (предпочтительное (подмножество факторов, влияющих на каждый элемент технологической схемы или производственный процесс шахты.

Полученное (предпочтительное «подмножество природных факторов послужило основой для формирования однородных групп высокогорных месторождений угля Средней Азии 1ПО сложности горнснгеолошческих условий и выбора рациональных технологических схем шахт для жаждой группы.

Учитывая, (что факторы, влияющие на 'производственные процессы, остаются неизменными независимо от того, является месторождение равнинным или высокогорным, .при формировании однородных групп шахтопластов оказалось возможным ограничиться только учетом факторов, влияющих на основные элементы технологической схемы шахты (вскрытие и подготовка шахтного поля, система! разработки). Другие факторы должны (учитываться в (каждом конкретном случае проектирования при более детальной проработке технологической схемы шахт применительно к индивидуальным особенностям (месторождения.

Принятые к исследованиям факторы были разделены на две группы—’постоянные и переменные. К (постоянным отнесены факторы, .влияющие на (варианты технологических схем для любых .месторождений. К ним относятся рельеф местности, мощность и угол (падения пласта, глубина разработки и нарушенность шахтного толя. 'Переменными являются факторы, принимающие участие в выборе элементов технологических-схем шахт в жонкретных условиях данного (месторождения или не участвующие вовсе, например, склонность пластов к самовозгоранию, удароопасность шла ста, число разрабатываемых пластов и т. д.

В состав структурной схемы типизации шахтопластов включены только постоянные факторы, а переменные факторы учитываются при проектировании технологических схем конкретных шахт.

Для группирования однородных шахтопластов по совокупности горно-геологичеоких условий [были установлены диапазоны изменений основных горно-геологических факторов. Формирование онородных групп высокогорных месторождений ('шахтопластов) осуществлялось путем 'реализации разработанного алгоритма, который позволил сгруппировать (место-

рождения (шахтопласты) .по заданной выборке в представительные группы, для условий которых в дальнейшем осуществлялся выбор рациональных технологических схем. Из всех шахтопластов, разрабатываемых в Среднеазиатском регионе, выделено пять представительных групп со сходными, горногеологическими условиями '(тайл. 1).

Следует отметить, что наибольшее распространение в Средней Азии имеют пласты .мощные (61,5%) и средней мощности (38,5%), а тонкие пласты представлены весьма незначительно и они, не отрабатываются. Что касается угла падения, то количество шахтопластов распределено по различным диапазонам углов спадения равномерно, но все же большинство составляют пологие и наклонные 'пласты с углом падения до 35 град. (61,5%).

Как известно, множество возможных вариантов технологической схемы формируется изменением отдельных ее элементов. Любое 'проектное решение по каждому из элементов технологической схемы, ведущее (К конструктивным и пространственным особенностям, приводит к появлению качественно нового варианта-.

Разработка вариантов технологических схем сводится к составлению качественно отличающихся комбинаций, представляющих некотор ое м ножество.

Известно, что в общем случае это множество является функцией числа вариантов на каждом элементе технологической схемы и описывается выра-жениам, -

^, = /4*.. Хг,.... Хп), (1)

где Nр_п —множество расчетных вариантов;

Х0 — множество независимых переменных, ха-растеризующих горно-геологические условия угольных пластов или части месторо-_ _ _ ждения;

Хи Х2....Х„ —множество качественных решений по

•вскрытию, 'подготовке шахтного поля, си-

■ стеме разработки и т. д. то п-му элементу технологической схемы или производственному (Процессу.

Для описания функционирования технологической схемы: нами была -принята блочная структура технологической схемы. Структура блокам состоит из- совокупности- элементов и связей между ними, заданных определенным образам.

Учитывая, что основополагающими элементами технологической -схемы являются вскрытие и подготовка -шахтного поля, система разработки на основе блочной структуры технологической схемы, нами решена задача выбора рацвональ-

• Таблица 1

Однородные группы по горно-геологическим условиям

Группа Количества шахт в группе Нарушенность' шахтного поля Угол падения пластов, град Мощность пласта, м Глубина разработки,- м Рельеф местности

' I 3 Средней нарушен-■ наста '■ ' До 35 . 1,21—3,50 <600 . Комбинированный

II 3 Средней нарушенное™ До 35 Более 3,5 <600 Комбинированный

III 2 Сильнонарушен- ные 36—55 1,21—3,50 <600 Комбинированный

IV 2 Средней нарушен-ности 19—35 Более 3,5 >600 Глубинный

V ' 3 Средней нарушенное™ 36—90 Более 3,5 <600 Высотный

ных технологических решений 'по этим основным подсистемам шахты с последующим конструированием технологических схем для однородных групп высокогорных месторождений.

Прежде чем приступить к непосредственному решению задачи выбора рациональных технологических схем, произведено вьвделение наиболее предпочтительных альтернативных технологических звеньев-подсистем шахты из ('множества возможных вариантов для жаждой группы то сложности,-высокогорных .месторождений с тем, чтобы резко [уменьшить объем расчетных операций. .

Далее, зная подмножество предпочтительных вариантов технологических звеньев-подсистем шахты, было осуществлено упорядочение их для последующего синтеза рациональных технологических схем шахтовариантов высокогорных месторождений.

Используя двухмерное упорядочение технологических звеньев-подсистем ща-хты (степень значимости звеньев и ранг предпочтительности альтернатив звена), составлен банк данных для 'формирования технологических схем ша'хтовариан-тов высокогорных месторождений для всех пяти (Групп по сложности горно-геологических условий.

Банк упорядоченных данных « виде набора щроектных решений ‘По каждому технологическому -звену позволяет формировать множество вариантов технологических схем шахты, которые подлежат численной экономической оценке с помощью известных методов, например, лосредством реализации .макроэкономической экспресс-модели. '

Наиболее предпочтительные разновидности элементов технологической схемы шахты1 т множества, возможных вариантов для всех тяти (выделенных групп высокогорных месторождений, полученные в результате проведенных исследований, приведены в табл. 2.

Для типичных шахт-лредставителей каждой та выделенных )групп по сложности горно-геологических условий на базе серийно выпускаемого оборудования разработаны технологические схемы -очистных работ, обеспечивающие максимально возможные нагрузки на- лаву и .производительность труда рабочего на выход.

В перспективе ряд шахт Среднеазиатского региона должны будут закрываться из-за высокой трудоемкости ведения горных работ, невозможности достижения высоких нагрузок на очистные забои, -сложности геотектоники.

Для оценки: перспективности резервных участков с учетом -сложности ведения геологоразведочных работ в условиях- высокогорья и отнесения этих участков к той или иной группе по сложности- предложен метод прогноза по фактору -геотектоники. .

и

Предпочтительные разновидности элементов технологической схемы шахты

1 Группа сложно* сти высокогорных месторождений Элементы технологической схемы шахты .

Вскрытие шахтного поля Схема и способ подготовки шахтного доля Система разработки

1 2 3 4

I 1. Наклонными стволами без вспомогательных вскрывающих выработок. 2. Штольнями без вспомогательных вскрывающих выработок. 3. Штольнями с горизонтальными аспамага-тельными вскрывающими выработками 1. Панельная, индивидуальный, пласгоный. 2, а. Панельная, индивидуальный, полевой.. 2, б. Панельная, групповой, полевой ' ' 1, а. Длинными столбами по падению с одинарными лавами. 1,6. Длинными столбами по падению со спаренными лавами. 2. Длинными столбами по простиранию

II 1. Наклонными стволами без вспомогательных вскрывающих выработок. 2. Комбинированный способ вскрытия. 3. Наклодными стволами с горизонтальными вспомогательными вскрывающими выработками 1. Панельная, индивидуальный, пластозый. 2. Погоризойт-ная, индивидуальный, полевой 1. Наклонными сло-кми, а в слое длинными столбами по простиранию. 2, а. Длинными столбами по падению с одинарными лавами. 2,6. Длинными столбами по падению со спаренными лавами

III 1. Вертикальными стволами с. горизонтальными вспомогательными вскрывающими выработками 2. Комбинированный способ вскрытия. ' 3. Наклонными стволами с горизонтальными вспомогательными вскрывающими выработками 1. Этажная, групповой, полевой. 2. Этажная, индивидуальный, полевой 1. Длинными столбами по простиранию. 2. Сплошная

1 2 3 4

IV 1. Вертикальными стволами с горизонтальными вспомогательным,и вскрывающими' выработками. 2. Комбинированный способ вскрытия. 3. Вертикальными стволами без вспомогательных вскрывающих выработок 1. Этажная, индивидуальный, полевой. 2. Этажная, индивидуальный, пласговый 1. Наклонными слоями, а выемка слоя длинными столбами по простиранию. 2. Длинными столбами по простиранию

V 1. Штольнями без вспомогательных вскрывающих выработок. 2. Штольнями с горизонтальными вспомогательными вскрывающими выработками. 1. Этажная, индивидуальный, полевой. 2. Этажная, индивидуальный, пластотый 1. Столбами по падению с крепью ЩРП. 2. Столбами по падению под гибким перекрытием. 3. Подэтажиым обрушением

Установлено, что по наиболее важным геотектоническим факторам 28 угольных месторождений Средней Азии,, расположенных в эшиплатформенной орогенной зоне, разделяются на пять (геотектонических зон. Эти зоны различаются по расположению угольных пластов над .зонами с различными тектонической историей, временем вовлечения в интенсивные движения различных участков мезо-кайнозойского чехла иод воздействием разных фаз альпийского текготенеза, степенью активизации трещинно-разрывной тектоники вдоль фиксированных разломов зон фундамента, (принадлежностью к текто-нофации.

Наложение карт тектонической активности, сейсмоактав-ности и жарт районирования яшаат по группам сложности подтверждает тесную взаимосвязь указанных факторов.

Исследования показали, что для эффективной разработки месторождений (шахгопластов), -входящих в III—V группы по сложности, необходимо радикально 'менять существующую технологию горных работ.

В качестве альтернативы традиционным способам подземной угледобычи 1можно рассматривать технологии подземной газификации и (подземного сжигания угля.

Приоритет и ведущая роль в разработке технологии подземной газификации угля (ИГУ) и применении ее в промышленных масштабах принадлежат России. Работы по ПГУ проводились и проводятся в США, Англии, Бельгии, Франции, Чехословакии, ФРГ, Польше и ряде других стран. Большой вклад в разработку технологии ПГУ внесли (В. Ж. Аренс,

И. С. Га р куш а, .'К. Н. Звягинцев, Е. В. Крейнин, В. Н. Казак, В: В. 'Канторович, О. В. Колоколов, Н. В. Лавров, А. А. Мясников, М. К. Ревва, П. В. Ока(фа, 3. Ф. Чуханов, Н. А. Федоров и др.

Подземная газификация, имея ряд преимуществ по сравнению с добычей угля в шахтах и на. разрезах, шесте с тем имеет много недостатков: большие потери тепловой энергии угля под землей; пятая теплота сгорания газов, 'вырабатываемых на станциях «Подзеигаз» на воздушном дутье; ограниченное расстояние '(15—30мм) транспортированиятаза'; невысокий химический КПД метода. (50—65%); большие аэродинамические сопротивления в воздухоподающих и газоотводящих скважинах малого диаметра; трудность управления составом и теплотворной способностью газа в процессе газификации и др. .

Анализ работ действующих Ангренокой и Южно-Абинской станций '«Подземтаз» показывает, что они имеют невысокие технико-экономические показатели и на данный период не составляют серьезной конкуренции традиционным технологиям добычи угля и получения энергии.

Оценивая современное состояние работ по развитию ПГУ за рубежом, необходимо отметить, нто эти работы находятся на. стадии экспериментальных и (полупромышленных испытаний. Отдельные (эксперименты дали обнадеживающие .результаты.

С целью повышения эффективности технологии ПГУ нами были рассмотрены некоторые теоретические аспекты процесса по методу определения материального и энергетического баланса1, а также способы .повышения теплотворной способности газов ПГУ путем использования различных окислителей.

На рис. 1 схематически изображена’ термодинамическая система ПГУ. Как показано на этом рисунке, полость выгазо-ва.ния целиком расположена 'в пределах угольного шласта. Граница газ — уголь .предполагается разогретой, и тепло .проникает в массив. Пунктирная линия внутри угольного пласта обозначает участки, где темшература угля упала, до точки кипения воды: при существующем |В полости давлении. Эта граница располагается в нескольких десятках сантиметров от границы уголь—газ. При сокращении объема угля пар, об-., разующийся на этой границе, проникает в полость. Представляется (целесообразным расположить границу термодинамической системы не на границе уголь — газ, а на этом фронте парообразования..

В режиме установившегося состояния фронт парообразования продвигается в массив с перемещением границы уголъ — газ. Уголь и высвободившийся пар (поступают в термодинамическую систему ■через ату границу со скоростью, за-

висящей от скорости, фронта 'парообразования. Свойства угля на этой стадии хорошо известны, а тепловые потери, связанные с уходам тепла в неподработанный уголь, 'малы и иодг даются точной оценке. Свойства, угля на' разогретой границе с газом известны 'хуже, а, тепловые дотер»—весьма 'большие и их оценка затруднена. Недостаток размещения границы термодинамической аистамы на фронте парообразования за-, ключается в том, что в расчет вводится большая масса твердого материала, значительно превышающая массу газа в полости. Поэтому анализ 'будет достоверен в установившемся состояний, когда эта масса сохраняется (постоянной.

■В .модели рассматриваются входные смеси кислорода., азота и пара. 'Входные соотношения, как и скорость потока входной массы б!;Х , управляются и, .поэтому принимаются извест-ным'и. Неподработанный уголь разделяется в какой-то степени произвольно' на воду, золу и сухой беззольный уголь. В том или ином районе залегания они содержатся в постоянных (пропорциях. Все эти составляющие проникают через границу системы со скоростью потока массы Сст , зависящей от охвата стенки полости горением.

В задачу входит определение величины <?ст . В полость могут поступать подземные воды. В общем они проходят через фронт парообразования, но, вероятно, этот приток легче включить ;в модель, если его трактовать как входной поток. Скорость потока выходной (массы й определяется су»м.мой й пХ и С„. Получаемый газ (может содержать. Н20, С02, СО, Н2, ОН4, 02 и N2. Зола угля может оставаться в системе или же можно предположить, что какая-то ее часть (возможно, и все количество) -выходит с полученным .газом.

Величина С вых определяется на основе общего материального баланса1. Скорость потока массы инертных компонентов—азота и золы—сохраняется. Поэтому юс доля в полученном газе зависит только от скоростей С„х , (5выХ и Сохранение атомов углерода, водорода и кислорода (можно использовать для определения величины <5 „ и концентрации двух химически, активных компонентов (через четыре другие. Представляется (целесообразным предположить отсутствие 02 в яголученном газе, гак как он снизит качество газа, и такая система не будет рентабельно функционировать длительное время. Целесообразно также выразить все остальные составляющие через тр® горючих компонента в получаемом газе — Н2> СО и ,СН4. В условиях эксперимента доля СН4 намного .меньше долей СО и Н2. Поэтому компонентой СН4 можно (пренебречь для упрощения математических расчетов. Это не приведет к изменению количественных результатов. ч

Тогда: ’

А'со, = 11 /ЗА'СУТ • Ост/Овых - 11/7-Лео, (2)

А^о = ^н2о X 0ВХ/0БЬ1Х 4- Янго X 0СТ/0,ЫХ — ЭХн,, (3)

где

Ос1/Овых = 3. №8 + *н2 + *со/14)/(^т + 3/8-^ (4)

и

бм/Овых = 1 — ОсТ/Овых, (5)

где Я'—/массовые доли. Значения X без верхнего .индекса обозначают доли выходного потока, верхние индексы «вх» и «ст» — соответственно входной поток и границу на фронте (парообразования;

Х^у —массовая доля сухото беззольного угля в массиве. Численные коэффициенты получают, исходя из соотношений [.молекулярных ,маос.

Массовые доли горючих жсшпонентов брались за независимые переменные, так как они определяют количество получаемого газа. Если он огораег с образованием С02 и воды в жидком состоянии, то теплота сгорания газа определяется по формуле

(?сгг= 142,9ХН, + 10,131 - ^со + 55,6-АГсн,- (6)

Здесь теплота сгорания определяется из расчета на один грамм.

Температура также зависит только от массовых долей горючих компонент получаемого газа. Измерять температуру можно в различных точках термодинамической системы. Наиболее точные представления получают при измерении температуры непосредственно 'в точке, где химические реакции являются завершенными (см. рис. 1). В этом случае необходимо учитывать только тепловые потери через фронт парообразования. При 'использовании темлературы на устье скважины щришлось бы оценивать тепловые потери в обсадной колонне в других элементах скважины.

Чтобы записать уравнение энергетического баланса, необходимо включить в расчет химическую теплоту образования всех компонент, пересекающих границу, наряду с теплосодер- ■ жаниам, т. е. члены вида €р 7, где Ср —удельная теплоемкость. При вычислении теплоты реакции можно пренебречь инертными составляющими, а теплота образования Н2 и Ог равна нулю, так как они находятся в исходном состоянии. :В предположении постоянной удельной теплоемкости и отсутствии метана в получаемом 1газе уравнение энергетического баланса будет в виде '

СеТ = — Хсо ■ Нсо — Хсо,-Нсо2 — Хц,о--Ннго — Я„/Ошх +

+ [А'н'аО ' («П,0 + Нпар) + ХуТ ■ Ну* + СрТ- Т'ст] ' 0ст/03их +

+ (С,“ ■ гах + Х^-Н1л-Свх1юшх, (7)

где <2 п— тепловые іпотери 'через фронт .парообразования;

НI —анталышя.

Теплота обраїзования характеризуется большими отрицательными значениями, поэтому (Первые три члена будут положительными и преобладающими. В уравнение энергетического -баланса входят еще члены, содержащие Хсо2, ^н,о и бет • Эти величины іможно рассчитать по уравнениям (2)-(4).

На рис. 2 представлен способ интерпретации приведенных выше уравнений путем нанесения изолиний на (плоскость с осями X н, '№ АТсо. Изотермы представляют собой диагонали. 'Система -может функционировать только в -области между началом координат и этими линиями, так как 'за их (пределами отрицательные (массовые ідоли физически невозможны. На рисунке интервал изотерм составляет 500° К- Самая нижняя из них соответствует комнатной температуре (300° К).

Если на основании уравнения (6) на,носить на график линии, соединяющие постоянные 'значения теплоты сгорания, то они предстали бы, в виде диагоналей, почти параллельных изогермаім. Если при расчете теплоты сгорания предполагать, что вместо воды в каждом состоянии образуется пар, то эти линии были; бы параллельными. Максимальная температура приходится на- начало координат, что соответствует отсутствию Н2 или СО в получаемом газе, Этот газ не обладает теплотой огорания. С уменьшением температуры теплота сгорания получаемого газа увеличивается. Очевидно, что в случае пренебрежимо малых іпотерь С>п энергия распределяется імежду теш л о сод е р ж а н и ач и теплотой сгорания, образующейся при (горении, получаемого газа.

С учетам термохимического равновесия на систему можно накладывать дололнительное ограничение. Оно не является жестким ограничением, 'поскольку скорость реакции может быть настолько низкой, что система никогда не достигает термохимического равновесия. Термохимическое равновесие ограничивает систему, изображенную на> рис. 2, областью, лежащей вдоль (пунктирной лини». Эта ситуация сравнивалась с экспериментальной газификацией угля в лабораторных условиях, когда: темпера,тура-, измеренная 'в точке завершения химических реакций, составляла 1300° К. Состав -полученного газа определяли- после охлаждения и удаления воды и смолы. Концентрация Н2 в этом газе была существенно выше, чем в точке, где равновесная кривая пересекает изотерму 1300°<К (см. рис. 2). Равновесие смещается в сторону больших значений Н2 гари низких температурах, а экспериментальное значение соответствует температуре гаїза порядка 900° К. (Вполне возможно, что (полученный газ до этого значения охладился еще до достижения равновесия вследствие снижения скорости реакции.

Используя предложенный метод определения материального и энергетического 'балансов процесса ЛГУ, в дальнейшем были проведены лабораторные исследования по установлению влияния различного состава я расхода окислителя на содержание и теплотворную способность газов ПГ;У.

Для 'проведения экспериментов была разработана и смонтирована лабораторная установка. Все эксперименты были проведены натурам угле Ангренакогоместорождения.

На первом этапе проводились исследования по выявлению оптимального содержания кислорода в воздушно-кислороднам дутье. Были; проведены два- двухфакторных эксперимента! то четыре опыта в жаждам. В первом эксперименте 'были .приняты следующие интервалы варьирования факторов:

— содержание 02 в дутье, |% — 2:1; 35;' 49;'

Х2— расход дутья, л/мин — 1; 5,5; 10.

Были получены следующие уравнения регрессии:

. У, = 12,7 + 6,5^ + 3,95Х2 + 0.1Х, -Хг. (8)

у, = 3,48 + 12,06*, + 1,24Хг + 0,34АГ, -Хш, (9)

где У\ —процентное содержание СО в отходящих газах; У2 — отношение СО/СОа в отходящих тазах. "

Анализ полученных уравнений показывает, что наибольшее положительное влияние на содержание оксида углерода в отходящих газах, а. следовательно, и на теплотворную способность оказывает содержание кислорода в дутье, а расход дутья влияет меньше.'

С щелью выявления оптимальных значений по обоим вышеуказанным параметрам был проведен еще один двухфакторный эксперимент с интервалами варьирования X! =35; 55; 75% и Х2= Ю; 15; 20 л/мин. _ .

Были получены следующие уравнения регрессии:,

. Г, = 13,675 - 0,625*, - 0,325Х3 - 0.225Х,-Х2, (10)

Г2= 1,72 —0,16*,-0,14*, —0,02Х,-Ха. (11)

Из уравнений видно, что на данных интервалах варьирования факторов и Х2 они влияют на калорийность отходящего газа отрицательно. Наличие ярко выраженных оптимальных значений по этим параметрам, в частности, по содержанию кислорода в дутье 49—55% и по расходу дутья Ю—12 л/мин, видно из рис. 3, а.

Следующим этапом лабораторных экспериментов было исследование газификации угля с использованием паровоздушно-кислородного дутья. Здесь также ставились два двух-

• факторных эксперимента по четыре опыта в каждом.

Были получены следующие уравнения регрессии: при первом эксперименте:

У, - 16,875 +8,525А", + 1,675*2 + 0,22ХГХ2, (12)

У2 = 9,075 4- 3,175*, + 2,075^+1,475*,•*„ (13)

где Х\—содержание 02 в' іпаровоздушно-'кислороднам дутье, % '№-21; 35; 49);

XV—содержание пара в дутье, % (Х2 = 5; 10; 15); '

У) — содержание СО в отходящем газе, |%;

—содержание Н2 в отходящем газе, <%, при втором эксперименте с интервалами варьирования факторов: Х,=21; 35; 49:% и-Х2= 15; 25; 35%;

ух = 15,2 + 6,8*, - 1,875*. - 2, IX, ■ *„ (14)

у2= 8,9 + 4,ОХ, —2,35*, + 0,025Х1-Х1. (15)

'По результатам экспериментов установлено, что добавка в 'воздушно-кислородное дутье водяного шара (повышает теплотворную способность газов ПГУ, причем оптимальной является добавка водяного шара в 10—15і% объема паровоз-душно-жислородного дутья (рис. 3,6).

Дальнейшие доследования были направлены, на изыскание новых способов повышения теплотворной 'способности газов ПГУ.

• Анализ процесса подземной газификации угля показывает, что основные реакции имеют (противоположные тепловые эффекты1. Так, реакции горения углерода и оксида углерода— экзотермические, они как основные поставщики тепла а процессе требуют значительного избытка кислорода* и иодни-імают температуру до 1100—1200° С, обогащая в то же время отходящий газ углекислотой.

Другая группа собственно газификадвонных реакций, обогащающих отходящие газы теплотворными компонентами СО и Нг, имеет отрицательный тепловой эффект, г. е. эндотер-імична, и для этих реакций нужны высокие температуры.

Следовательно, для того чтобы получить высококалорийный газ, необходимо разделить эти противоположные энергетические процессы на отдельные стадии. Лабораторный эксперимент проводился їв две стадии.

На первой стадии в угольный блок (газогенератор) подавали воздух, обогащенный кислородом, чтобы разогреть угольный блок до каїк іможно высоких температур и насытить отходящий газ 'углекислотой, т. е. угольный блок должен интенсивно гореть в избытке кислорода на (первой стадии газификации. Газ собирался в газгольдер, откуда затем 'подавался на вторую стадию газификации, в раскаленную

реакционную зону, уже в 'малом количестве с тем, чтобы увеличить время нахождения (молекул С02 в контакте с угле-'родом.

Исследования показали, что наилучшие результаты дал предварительный разогрев угольного блока в течение 40 мин воздушно-кислородным дутьем с содержанием 'кислорода '75% и расходом дутья 35—40 л/мин. Отходящий газ после (первой стадии содержал в -среднем 25,5% СОг и 5,1,% СО. После второй стадии газификации при расходе дутья 10— 15 л/,мин (газов первой стадии) содержание СО в отходящем газе уже составляло в среднем 41,3%, а СОг — 5,4%. Зависимости содержания СО и С02 в отходящем газе первой и второй стадии* газификации от 'расхода дутья приведены на рис. 4, а » 4, б.

На второй стадии можно предусмотреть добавку в дутье водяного пара (до 1:0—15% объема дутья). При этом отходящий газ (второй стадии обогащается кроме СО также водородом.

При -промышленном применении технологии двустадагйной газификации угля могут возникнуть некоторые трудности, связанные с необходимостью стабильного обеспечения определенных объемов газов на некоторое время, синхронизацией работы сжваж'ин различных газогенераторов, работающих на различных стадиях (процесса, периодичностью получения продуктивного газа, что в ска кой-то степени усложняет процесс

В ЦвЛ'ОМ. ' '

Преодолеть эти недостатки возможно введением еще одного рабочего газогенератора дополнительно к двум (рабочему и отработанному), синхронизированного с другим рабочим (газогенератором таким образом, чтобы они были задействованы постоянно на разных стадиях процесса одновременно: если один (подвергается окислительному горению, то второй — восстановительному (процессу, шли наоборот.

Таким образом, нами .предложен способ двустадийной газификации угля, который яляегоя альтернативой способу газификации с использованием паровоздушно-кислородного .дутья для получения высококалорийного газа при ПГУ. Разработаны рекомендации по применению технологической схемы двустадийной газификации в условиях Ангренекой стадии «Лодземгаз».

Процессы шодземной газификации проходят с тепловыделением в зоне газификации. Нагретые продукты ПГУ на устье газоотводящих скважин (имеют температуру от 110 до 350° С. Основными теплоносителями, продуктов газификации являются горючие, негорючие компоненты, а также влага. Таким образом, продукты ПГУ кроме химической энергии, содержащейся в горючих газах, имеют достаточно большой потенциал

энергии в виде физического тепла. Это тепло в настоящее время на 'станциях «Подземгаз» используется крайне неэффективно. .

В связи с этим .предложен ряд технологических решений, направленных на рациональное и эффективное использование попутных энергоресурсов на примере Ангренской станции «Подземгаз».

Возможными вариантами теплоиспользования являются:

получение тепловой энергии в виде горячен воды с температурами 60 и 90° С;

получение технологического пара и выработка электрической энергии;

выработка холода на !базе использования энергии горячей воды.

■В соответствии со схемой расположения источников тепловой энергии на газогенераторе и промплощадке определены их тепловые (МОЩНОСТИ.

Горячая вода, получаемая в результате утилизации тепла источников, может быть использована для горячего водоснабжения и отопительных целей или в качестве теплоносителя для выработки холода в бромисто-литиевых холодильных машинах, а также для подогрева воздуха в теплицах. Для получения горячей воды используются серийные котлы1 — утилизаторы.

Оставленные в недрах на отработанных шахтных (полях, а также горизонтах и участках действующих шахт запасы по традиционной технологии либо невозможно 'извлекать по технологическим приталам, либо экономически нецелесообразно. В таких случаях можно переходить к принципиально новой (альтернативной способу ПГУ) нетрадиционной технологии подземного сжигания угля (ПСУ), идея которой предложена в Московском горном институте академикам В. В. Ржевским.

Значительный вклад в разработку теории и практическое применение технологии ПСУ внесли такие ученые <и производственники, как А. С. Бурчаков, Ю. Ф. Васючжов, Е. И. Глуз-берг, А. П. Дмитриев, А. П. Килячков, А. Б. Ковальчук,

A. С. Малкин, Г. И. Селиванов, Ю. С. Степанов, К. 3. Ушаков,

B. С. Ямщиков, С. А. Ярунин, Т. Г. Акбаров, Д. В. Берман,

B. А. Громов, Л. В. Заводчиков, А. В. Лебедев, В. А. Серов,

C. В. Янко и др.

Технология ПСУ направлена на производство экологически чистого газообразного энергоносителя, используемого для получения газа, горячей воды, пара и электрической энергии непосредственно на месте его добычи путем подземного сжигания оставленных в недрах забалансовых и некондиционных .запасов угля, а также •неотработ-анных запасов на участках и в шахтопластах ввиду особой сложности горно-геологических условий, которые зачастую имеют место при разработке высо-

кагор ных месторождений. Технология может быть использована также при разработке новых месторождений угля и сланца, для чего необходимо создать (первоначальный доступ к сжигаемым запасам путам бурения скважин соответствующего диаметра. ,

Имеющийся опыт по технологии ПСУ, накопленный в Подмосковном, Донецком и Кузнецком бассейнах, нельзя механически переносить на месторождения Средней Азии,-особенно при подземном сжигании «мощных угольных пластов. В связи с этим нами решалась задача обосновали,я и разработки технологических схем подземного сжигания мощных пологих пластов ю наземным и, (подземным способами утилизации тепла продуктов сгорания.

Для отработки различных технологических >схем подземного сжигания угольного .пласта, была сконструирована стендовая модель участка ПСУ применительно к условиям Ангрене,кого бл'роугольното .месторождения. ч

Согласно разработанной методике были проведены четыре серии экспериментов. Каждая серия в свою очередь включала четыре варианта сжигания угольных блоков. Все серии экспериментов проводились под непосредственным руководством и участием автора, -

Разработанные принципы физического моделирования три всасывающей и нагнетагельно-всасьгвающей схеме подачи, воздуха в каналы горения позволили установить: оптимальную схему расположения выработок (каналов), обеспечивающую равномерную и максимальную полноту и интенсивность сгорания угля; оптимальные тепловые режимы и аэродинамические характеристики процесса,; эффективность наземного и подземного 'способов теплоотбора. Кроме того, установлено, что сжигайте угольных блоков целесообразно производить двумя каналами с размещением их в шочве угольного .пласта таким образом,-чтобы фронты тореная от каналов охватывали-■весь сжигаемый массив, тричем зона развития фронта горения от канала составляет примерно две мощности угольного пласта. В зоне розжига, угольного блока целесообразно соз- • дание сети дополнительных каналов, приводящих к .получению мощной тепловой массы за счет сжигания угля, оконту-'ренного этими каналами. Точки воздухояодачи и газоотвода. необходимо размещать по отношению к сжигаемому блоку таким образо!м, чтобы обеспечивать равномерное развитие фронта, горения от начальных каналов.

В результате моделирования доказана работоспособность технологии ПСУ с размещением теплообменных устройств непосредственно в подземных выработках (каналах горения). Результаты двух этапов экспериментальных работ по установлению эффективности (подземного способа теплоотбора по-

казали пятикратную эффективность подземного способа .при размещения теплообменника' в подземных газоотводящих выработках.

Проведенные исследования по моделированию (процесса подземного сжигания угля для условий пологих мощных пластов позволили разработать ряд технологических «схем шо подземному сжиганию некондиционных запасов, охранных целиков, угля, оставленного в (потерях то площади выемки, и остающихся зал асов угля в отработанных газогенераторах стан-'ций «Подземгаа».

Применительно к условиям поля шахты № 9 Ангренсжого месторождения рекомендована наиболее рациональная технологическая схема; вскрытие—’Скважинами с поверхности; подготовка — штреками и наклонными обойками, пройденными из действующих горных выработок с последующей автоно-мизацией участка и управлением (процессам только с (поверхности. ,

Результаты (исследований включены в Проект строительства опытно-промышленного участка «Углегаз» в г. Авгрене.

Экономический аффект от внедрения результатов работы составил 317,3 тыс. руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации дано теоретическое обобщение и решение научной проблемы разработки эффективных технологических схем отработки высокогорных месторождений угля со сложными горно-геологическими условиями, имеющей ва>жное народнохозяйственное значение.

Основные научные результаты, выводы и рекомендации работы заключаются в следующем:

1. Доказано, что на, выбор технологических схем шахт при отработке высокогорных месторождений особое влияние оказывают такие горно-геологические факторы, как рельеф .местности, тектоническая нарушенность, сейсмичность, .при этом высокогорные (месторождения по сложности горно-геологических условий разделяются на пять однородных групп.

'2. Установлены закономерности изменения нарушенности и других характерных особенностей угольных месторождений Средней Азии -от геотектоники. По наиболее важным геотектоническим факторам угольные месторождения Среднеазиатского региона, разделяются на пять зон, различающихся рас-шоложением угольных пластов над ‘зонами с различной тектонической историей; временем вовлечения в интенсивные движения различных участков мезо-жайнозойского чехла под воздействием разных фаз альпийского токтогенеза; степенью активизации трещинно-разрывной тектоники вдоль фиксирован-

ных разломов зон фундамента; принадлежностью к тектоно-фащив и др. Указанные закономерности позволяют спрогнозировать условия отработки высокогорных (месторождений.

3. Произведена типизация участков высокогорных месторождений по 'сложности горно-геологических условий и рекомендованы рациональные технологические схемы очистных работ для каждой из однородных груш. Показано, что для (месторождений и участков V прушш достигнутые технике-экономические, (показатели .при использовании серийного обо-' рудования не могут 'быть существенно повышены и требуют разработки нетрадиционных технологических схем на. базе подземных газификации и: сжигания угля. .

4. Предложен метод определения материального и тепло-

вого баланса процесса подземной газификации угля, отличающийся учетом фактического расположения границы термодинамической системы. ■

5. Установлено, что повышение эффективности технологии подземной газификации угля достигается воздушно-кислородным или паровоздушно-кислородным дутьем, при этом использование воздушно-кислородного ц^утья с содержанием 02 49— 55% «ли .паровоздушно-кислородного с тем же содержанием 02 'и пара 10—15% 'повышает теплотворную способность газов Л ГУ -в 1,4—1,6 раза.

6. Разработан способ двустадийной газификации с разделением окислительного и восстановительного процессов. горения и собственно .газификации в .пространстве и времени, который позволяет (повысить теплотворную способность тазов ЛГУ в 1,5—'1,8 'раза и полноту извлечения запасов угля.

7. Проведено моделирование троцессов и разработаны технологические схемы подземного сжигания некондиционных запасов угля, а также запасов угля, остающихся в целиках, обеспечивающие практически .полное использование, запасов угля шахтного .поля. При атом установлено, что для мощныхшологих буроугольных .пластов.максимальная полнота, сгорания угля обеспечивается расположением каналов горения на расстояниях, равных двум, .мощностям пласта.

в. Предложенная технология теплоотбора. с .помощью подземных теплообменных устройств, расположенных в ка.-нала.х горения, обеспечивает высокий коэффициент извлечения энергии, заключенной в угле (80—85%), а также повышение КПД (процесса, теплоотбора более чем в пять раз- по сравнению с наземными устройствами.

9. Отработаны технологические -схемы утилизации физического тепла, 'продуктов ЛГУ на действующем газогенераторе Ангренсжой станции) «Подземтаз». Доказано, что горячая вода, получаемая <в результате утилизации тепла, источников,

может быть использована для горячего водоснабжения к отопительных целей или в качестве теплоносителя для выработ-' ки холода, а также для подогрева воздуха в теплицах.

10. Разработанные технологические схемы позволяют (Повысить эффективность отработки высокогорных «месторождений угля лри традиционной технологии, а технологические схемы ПГУ и ПСУ обеспечивают вовлечение в сферу промышленного прозводства дополнительных топливно-энергетических ресурсов и использование ®х для получения горячей воды, пара, электрической энергии, газа и химического сырья. Внедрение результатов ра'боты позволило получить экономический эффект в сумме 317,3 тыс. руб. .

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Раимжанов Б. Р. Особенности условий разработки высокогорных месторождений" угля/Комплексное освоение угольных месторождений: Сб. науч. тр,— М.: МГИ, 1989,— С. 27—29.

; 2. Раимжанов Б. Р. Тектоника высокогорных угольных месторождений и ее влияние на технологию подземной разработки угля//Узбекский геологический журнал.— Ташкент: Фан, 19В9, Ws 5.— С. 54—56.

3. Раимжанов Б. Р. Вскрытие высокогорных месторождений угля/Система автоматизированого проектирования шахт: Сб. науч. тр.— М.: МГИ, 1989,—С. 46—48.

' 4. Раимжанов Б. Р. Выбор предпочтительного подмножества горно-геологических факторов, осложняющих подземную разработку угля//Докла-ды Академии наук УзССР.— Ташкент: Фан, 1989, № 5.— С. 47—48.

■5. Раимжанов Б. Р. Формирование однородных групп высокогорных месторождений угля по сложности горно-геологических условий/Проблемы разработки полезных ископаемых в условиях высокогорья: Тез. докл. II Реотубл. семинара, ч. II.— Фрунзе: ФПИ, 1990.— С. 44—45. .

6. Кузнецов А, Н., Акбаров Т. Г., Раимжанов Б. Р., Томалак С. М.

К вопросу химического упрочнения угольного пласта и пород кровли на шахте «Северная» ПО «Средазуголь».— Ташкент: ТашПИ, 1988. Деп. в ЦНИЭИуголь 15.02.88, № 4427 — уп. 88. '

7. Томалак С. М., Одеттеыко Г. А., Раимжанов Б. Р., Кузнецов А. Н. О развороте комплекса 20КП-10 при отработке участков неправильной формы на шахте «Се’вер,ная»/Со.вершенствование электромеханического оборудования: Сб. науч. тр.— Ташкент: ТашПИ, 1987.—'С. 60—64.

8. Методическое руководство по вскрытию, подготовке и отработке запасов долей № 11 и 12 шахты «Восточная» шахтоуправления «Сулюктин-ское»/А.А. Федянин, И. Д. Плетнев, Г. Г. Кии, Б. Р. Раимжанов, С. М. Томалак, Т. Д. Садабаев.— Ташкент: Фан, 1991.—58 с.

9. Технологические схемы очистных и подготовительных работ для

угольных шахт Средней Азии/А. А. Федянин, Б. Р. Раимжанов, С. М. Томалак, И. Д. Плетнев, Г. Г. Ким, А. И. Ткачев.— Ташкент: Фан, 1991.— 181 с. .

10. Раимжанов Б. Р. Пути совершенствования подземной газификации

угля/Интенсивная и безотходная технология разработка угольных и сланцевых месторождений: Тез. докл. В.сесоюэ. науч.-техн. конф.— М.: МГИ, 1989.-С, 24-25. •

11. Баев С. А., Кузнецов А. Н., Раимжанов Б. Р., Валиев X. Р. Повышение теплотворной способности газов ПГУ 'на Ангренокой станции «Под-земгаз» за счет оптимизации состава дутья.— Ташкент: ТашПи, 1988. Дел. в ЦНИИЭИугодь 21.03.88. № 4458 — уп. 88.

12. Раимжанов Б. Р., Якубов С. И. Альбеков И. А. Повышение эффективности технологии подземной газификации угля/Проблемы разработки полезных ископаемых в условиях высокогорья: Тез. докл. II Республ. семинара, ч. II.— Фрунзе: ФПИ, 1990.—С. 31.

13. Баев С. А., Кузнецова А. Н., Раимжанов Б. Р., Валиев X. Р. К вопросу повышения теплотворной способности газов ПГУ на Ангренской станции «Подземгаз».— Ташкент: ТашПИ, 1989. Деп. в ЦНИЭИуголь 07.06.89, № 4904 — уп. 89,

14. Заявка на изобретение 4649860/03. Способ подземной газификации угля/А. Н. Кузнецов, С. А. Баев, В. И. Пащенко, Б. Р. Раимжанов, М. М. Холматов.— Положительное решение от 29.10.90.

15. Заявка на изобретение 4645408/23—03. Способ газификации углей/ С. А. Баев, Т. Д. Артыкбаев, А. Н, Кузнецов, И. М. Салтыков, Б. Р. Раимжанов, С. М. Томалак.— Положительное решение от 30.10.90.

16. Раимжанов Б. Р. Пути повышения эффективности отработки высокогорных месторождений угля/АДоклады Академии наук УзССР.— Ташкент: Фан, 1990, № 5.—С. 41—42.

17. Акбаров Т. Г., Кузнецов А. Н., Раимжанов Б. Р., Томалак С. М. Отработка мощных угольных пластов нетрадиционными способами/Повышение полноты извлечения и использования запасов месторождений полезных ископаемых: Сб. науч. тр.— Ташкент: ТашПИ, 1989,—- С. 19—24.

18. Акбаров Т. Г., Раимжанов Б. Р. Вопросы сжигания потерь угля шахты № 9 ПО «Средазуголь» по технологии «Углегаз»/Получение различных видов энергии при подземном сжигании угля по технологии «Углегаэ»: Сб. науч. тр,—М.: МГИ, 1988,—С. 87—91.

19. Раимжанов Б. Р., Акбаров Т. Г., Ярунин С. А. Моделирование процессов подземного сжигания мощных пологих угольных пластов (методические разработки).— Ташкент: ТашПИ, 1988.—24 с.

20. Акбаров Т. Г., Раимжанов Б. Р. Анализ потерь угля при разработке мощных угольных пластов на шахтах ПО «Средазуголь»/Технология комплексного извлечения угля, газа, энергии, воды, породы: Сб. науч. тр.— М.: МГИ, 1988,—С. 86—90.

21. Раимжанов Б. Р., Акбаров Т. Г., Басидов Р. С. Влияние топологии сети выработок на эффективность процесса подземного сжигания угля в условиях весьма мощных пластов/Интенсивная и безотходная технология разработки угольных .и сланцевых месторождений: Тез. докл. Всесогоз. «ауч.-техн. конф.— М.: МГИ, 1989.—'С. 94.

22. Раимжанов Б. Р., Акбаров Т. Г., Шарипов Т. Т. Меры безопасности при одновременной работе шахты и участка .подземного сжигания утля/Ин-тенсивная и безотходная технология разработки угольных и сланцевых месторождений: Тез. докл. Всесоюз. науч.-техн. конф.— М.: МГИ, 1989.— С. 95.

23. Альбеков И. А., Раимжанов Б. Р. Определение аэродинамических параметров участка подземного сжигания угля на шахте № 9 ПО «Средаз-уголь»/Интенсивная подготовка я отработка шахтного поля: Сб. науч. тр.— М.: МГИ, *1990,— С. 99—102.

24. Акбаров Т. Г., Раимжанов Б. Р. Технико-экономическое обоснование вариантов подземного сжигания мощных пологих угольных пластов (методические рекомендации).—Ташкент: ТашПИ, 1988.—24 с.

25. Раимжанов Б. Р. Исследование дополнительных энергоресурсов при подземной газификации угля/Система «человек—машина—среда» в горной деле. Настоящее и будущее: Тез. докл. Всесоюз. науч.-техн. конф. молодых ученых и специалистов угольной пром.— М.: ИГД им. А. А. Ско-чинского, 1990.— С. 66—67.

26. Раимжанов Б. Р. Выбор рациональных технологических схем шахт для высокогорных месторождений угля в Средней Азии/Техяико-экономи-ческий анализ и теория проектирования в горном деле: Сб. науч. тр.— Алма'-Ата: КазПТИ, 1991.—С. 120—121.