автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Совершенствование технологических процессов при техническом перевооружении угольных шахт в условиях ограниченных инвестиций

Российская академия наук Сибирское отделение Институт угля

На правах рукописи

ЛАВРИК Владимир Георгиевич

УДК 622.268:622.012.2

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ТЕХНИЧЕСКОМ ПЕРЕВООРУЖЕНИИ УГОЛЬНЫХ ШАХТ В УСЛОВИЯХ ОГРАНИЧЕННЫХ ИНВЕСТИЦИЙ

Специальность 05.15.02.- Подземная разработка

месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кемерово 1995

Работа выполнена на шахтах АОУК "Кузнецкуголь" и в Сибирской Государственной горно-металлургической академии

Научный руководитель : доктор технических наук,

профессор, действительный член АИН РФ В.Н. Фрянов

Научный консультант: кандидат технических наук,

ст.н.с. Г.Г. Стекольщиков

Официальные оппоненты: доктор технических наук

В.Д. Ялевский

кандидат технических наук В.П. Корнеев

Ведущая организация: Кузнецкий научно-исследовательский

и проектно-конструкторский угольный институт (КузНИУИ)

Защита диссертации состоится МОЯ_"1995г в Л? .часов

на заседании диссертационного совета Д 003.57.01 при Институте угля Сибирского отделения Российской академии наук (650610, Кемерово, ГСП, ул. Руковишникова, д21).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенные печатью, просим направлять в адрес Совета.

Автореферат разослан".

Й " М 1995г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук член корреспондент AMP

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. При общем кризисном состоянии экономики России угольная промышленность также характеризуется снижением объемов добычи и производительности труда. Причинами таких процессов являются новые рыночные условия, в которых угольные шахты оказались неконкурентноспособными на рынках сбыта угля из-за удаленности шахт от потребителей, низкой производительности труда (в 5-6 раз ниже, чем на шахтах Австралии, ЮАР, США), высокой аварийности оборудования и др.

Практическими решениями, направленными на ликвидацию создавшейся ситуации, является реструктуризация и реформирование угольной промышленности России, в т.ч. Кузбасса. При этом возникает необходимость совершенствования технологических процессов с использованием высокоинтенсивных малозабойных технологий и опыта зарубежных шахт. Такой переход возможен при техническом перевооружении действующих шахт и повышении надежности технологической схемы.

Для реализации этого направления необходимо создание методологии перевода шахт на новые технологии, а также проведение исследований, направленных на их совершенствование в условиях ограниченных инвестиций.

Диссертационная работа обобщает результаты проведенных аналитических и шахтных исследований параметров технологических процессов при техническом перевооружении шахты в условиях ограниченных инвестиций, на основе применения высокоинтенсивных малозабойных технологий, новых схем проветривания и подготовки выемочных участков.

Исследования выполнялись на шахтах АОУК "Кузнецкуголь", в СибГГМА и ВосгНИИ в соответствии с планом научно-исследовательских работ по теме 0300028000-032 (№ГР 01890048037) и заказ-наряду №35-6 Госкомитета РФ по высшему образованию (№ГР 01900054062), а также по планам НИР АОУК "Кузнецкуголь".

Целью работы является совершенствование технологических схем отработки угольных пластов на основе малозабойных высокоинтенсивных технологий, обеспечивающих конкурентноспособность продукции на рынках сбыта.

Идея работы заключается в использовании установленных закономерностей функционирования и взаимосвязей элементов технологии

для синтеза малозабойной высокоинтенсивной технологической схемы шахты, реализующейся на действующем предприятии при ограниченных инвестициях.

Задачи исследований:

- разработать методику технического перевооружения действующей шахты с переводом ее на малозабойные высокоинтенсивные технологии при ограниченных инвестициях;

- установить рациональную структуру и закономерности изменения надежности технологической схемы шахты при переходе к малозабойным высокоинтенсивным технологиям;

- провести декомпозицию технологической схемы шахты и ранжирование ее элементов для обоснования программы технического перевооружения при ограниченных инвестициях;

- разработать технологические схемы проветривания выемочных участков при интенсивной отработке высокогазоносных пластов;

- синтезировать технологическую схему действующей шахты, включающую малозабойную высокоинтенсивную технологию очистных и подготовительных работ;

- разработать рекомендации и программу технического перевооружения действующих в рыночных условиях шахт на базе малозабойных высоксшнтенсивных технологий.

Методы исследований. В работе использован комплекс методов исследований, включающих научное обобщение хрономегражных наблюдений работы очистных и подготовительных забоев, натурные эксперименты при изучении закономерности деформирования горньо выработок и испытание новых типов и конструкций крепей математическое моделирование надежности технологической схемы шахты опытно-промышленные испытания механизированных комплексоЕ "Фазос", "КМ-138" и проходческих комбайнов АМ-50.

Научные положения, защищаемые автором:

- конкурентноспособность действующих шахт достигаете техническим перевооружением с применением малозабойны? высокоинтенсивных технологий отработки пологих пластов пр! ограниченных инвестициях;

- надежность малозабойной высокоинтенсивной технологическо! схемы шахты обеспечивается совершенствованием ее элементов I резервированием за счет увеличения производительности очистных I

подготовительных забоев, качества применяемого горношахтного оборудования, а также эффективности проветривания забоев;

- при ограничении инвестиций техническое перевооружение действующей шахты следует осуществлять поэтапно с предварительным ранжированием элементов технологии по степени их влияния на интегральный экономический эффект;

- технология проветривания газоносных выемочных участков, отрабатываемых по высокоинтенсивным технологиям, включает способы снижения концентрации метана и пыли в призабойном пространстве до допустимых параметров за счет отвода пылевоздушной смеси в отработанное пространство;

- синтез технологической схемы шахты нового технико-экономического уровня осуществляется с использованием альтернативных вариантов ее элементов, характеризующихся высокой производительностью очистных и подготовительных забоев, надежностью горношахтного оборудования и системы подземного транспорта;

- реализация программы технического перевооружения шахты при ограниченных инвестициях возможна путем реструктуризации горного производства за счет внедрения малозабойных высокоинтенсивных технологий.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

- значительным объемом длительных (более 10 лет) шахтных инструментальных наблюдений при внедрении технологических схем бесцеликовой отработки, в т.ч. с применением системы газодренажных выработок и газоотсасывающих вентиляторов (отработано семь выемочных участков на пластах 16 и 26а);

- удовлетворительной сходимостью аналитических и экспериментальных исследований параметров метановыделения и обрушений пород кровли в комплексно-механизированных забоях;

- положительными результатами внедрения на шахте "Абашевская" механизированных комплексов "Фазос", КМ-138, вентиляторов УВЦГ-15, полученным экономическим эффектом;

- положительными результатами реализации первого этапа программы технического перевооружения шахты "Абашевская".

Научная новизна работы заключается в:

- разработке методики технического перевооружения действующей шахты, включающей бизнес-план, системный анализ и декомпозиции: существующей технологической схемы, программу научно-исследовательских работ, новые технологические решения пс малозабойной высокоинтенсивной технологии, новый вариант технологической схемы шахты и рекомендации по реализации программы технического перевооружения при ограниченных инвестициях;

- установлении зависимости надежности технологической схемы шахты от количества очистных забоев в выемочном поле и числе конвейеров в транспортной цепи;

- разработке системы поэтапного технического перевооруженш шахтного фонда, сущность которого состоит в том, что при ограниченны? инвестициях модернизация элементов технологии осуществляется I соответствии с их влиянием на интегральный экономический эффект;

- разработке технологических схем проветривания выемочны? участков при интенсивной отработке высокогазоносных пластов;

- обосновании параметров технологических решений, позволяющие снять ограничения по газовому фактору, темпам подготовки запасов I выемке и транспорту при использовании малозабойно{ высокоинтенсивной технологии отработки выемочных полей.

Личный вклад автора состоит в:

- разработке методики технического перевооружения действующе! шахты при ограниченных инвестициях с использованием малозабойно! высокоинтенсивной технологии отработки пологих угольных пластов;

- установлении надежности работы высокоинтенсивной технологи! отработки выемочных полей;

- совершенствовании элементов существующей технологическо! схемы шахты и обосновании параметров высокоинтенсивно] малозабойной технологии;

- разработке и установлении параметров технологических схег проветривания выемочных участков при интенсивной отработк высокогазоносных пластов;

- разработке программы поэтапного технического перевооружения использованием установленных параметров элементов технологическо: схемы шахты нового технико-экономического уровня и объема инвестиций

Практическое значение работы заключается в том, что результат! выполненных исследований позволяют:

?

- использовать методику технического перевооружения действующих шахт при ограниченных инвестициях;

- устанавливать надежность технологической схемы доя действующих или реконструируемых шахт;

- использовать методику декомпозиции существующей технологической схемы шахты, совершенствования ее элементов и синтеза технологической схемы шахты нового технико-экономического уровня;

- устанавливать параметры технологии проветривания выемочных участков, отрабатываемых по высокоинтенсивным технологиям;

- расширять область применения малозабойных высокоинтенсивных технологий отработки высокогазоносных угольных пластов в условиях действующих шахт со сложной инфраструктурой.

Реализация работы.

Фактические результаты работы использованы при составлении программы технического перевооружения на период 1995-2005гг., отработке семи выемочных участков на пластах 16 и 26а с применением газоотсасывающих вентиляторов ВМЦГ-7 и УВЦГ-15, реконструкции котельной, осуществлении концентрации горных работ на шахте "Абашевская" АОУК "Кузнецкуголь".

Апробация работы. Основные положения диссертации и результаты исследований докладывались на Международной научно-технической конференции "Перспективы развития горнодобывающей промышленности" 7-10 февраля 1994г. в г.Междуреченске, Пятой научно-практической конференции по проблемам машиностроения и горного дела 28-30 июня 1994г. в СибГГМА, г.Новокузнецк, на Международной научно-практической конференции "Проблемы реформирования региональной экономики" 22-23 сентября 1994г. в г.Кемерове, на технических совещаниях АОУК "Кузнецкуголь".

Публикации по теме диссертации. По теме диссертации опубликовано 8 работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, изложенных на 122 страницах машинописного текста, включает 19 таблиц, 31 рисунок, список литературы из 84 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первом разделе дан анализ результатов исследований и производственного опыта технического перевооружения шахтного фонда. Эффективность этого способа развития шахтного фонда подтверждается в работах Н.А.Архипова, А.С.Малкина, М.И.Устинова и др.

Решению проблем совершенствования отдельных элементов технологических схем угольных шахт посвятили свои работы известные ученые и практики В.Н.Вылегжанин, Г.И.Грицко, П.В.Егоров, В.Е.Зайденварг, В.В.Игошин, В.П.Корнеев, О.В.Михеев, В.И.Мурашев, В.М.Муров, А.А.Мясников, Б.Г.Никишичев, В.Н.Пузырев, Г.Г.Стекольщиков, В.Д.Ялевский, и др.

Анализ работ перечисленных авторов и опыт действующих шахт свидетельствует о том, что при стабильном финансировании проектных и строительно-монтажных работ техническое перевооружение является эффективным способом развития шахтного фонда. Характерной особенностью этапа технического перевооружения является планирование временного спада производства.

В условиях ограниченных инвестиций основным направлением совершенствования шахтного фонда действующих шахт является техническое перевооружение, декомпозиция существующей технологической схемы, выбор альтернативных вариантов и синтез новой технологической схемы, включающей высокоинтенсивные малозабойные технологии, эффективность которых обеспечивается за счет применения надежного горношахтного оборудования нового технического уровня и использования прогрессивных технологических схем проветривания.

Поэтому актуальным является решение задачи создания новой методологии технического перевооружения шахтного фонда, учитывающей ограниченность инвестиций и возможность получения прибыли за счет интенсификации технологических процессов без сниженш производственной мощности шахты.

Во втором разделе диссертации разработана методик; прогнозирования параметров шахты при техническом перевооружена действующего в рыночных условиях горного предприятия. Сущносп методики состоит в том, что с использованием системного подхода д< начала технического перевооружения шахты необходимо разработав комплексную программу, включающую следующие разделы: бизнес-план системный анализ существующей технологической схемы шахты и е

декомпозиция, план научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, новые технологические решения, новые параметры шахты, оптимальная технологическая схема шахты нового технико-экономического уровня, календарный план технического перевооружения шахтного фонда.

В методике существенное внимание уделяется маркетинговым исследованиям, которые включают потенциальные возможности потребителей, прогноз системы ценообразования, описание рекламы и методов стимулирования покупателей продукции, а также способы поддержания устойчивой репутации шахты. Качество маркетинговых исследований определяет возможность получения стабильной прибыли предприятия и инвестиций, необходимых для технического перевооружения шахтного фонда.

Важным элементом методики является системный анализ существующей технологической схемы шахты. Технология системного анализа заключается в следующем: анализ технологической схемы как единой сложной системы; декомпозиция технологической схемы на элементы и подсистемы; ранжирование элементов и подсистем по степени влияния на интегральный экономический эффект; определение пропускной способности и технико-экономических показателей обособленных систем и элементов.

В качестве основного критерия оценки качества функционирования отдельных элементов и подсистем технологической схемы шахты в методике принят интегральный экономический эффект, рекомендуемый ЦНИЭИуголь и учитывающий конкурентноспособность продукции на рынках сбыта, время реализации новаций и неравноценность разновременных затрат.

Значительное место в методике уделено совершенствованию математической модели выбора оптимального количества очистных забоев на шахте, а также конвейеров и бункеров в транспортной цепи. Алгоритм определения этих параметров включает выбор нагрузки для высокоинтенсивной технологической схемы выемочного участка (не менее 4000т/сутки), установление ограничений и разработку рекомендаций по устранению этих ограничений.

Для оценки надежности технологической схемы предложено определять коэффициент вариации общешахтной добычи по формуле

ю

где

I

N Оцц

м

Ь

}

-коэффициент вариации общешахтной добычи;

-время работы шахты, мин; -добыча с ¿-го выемочного столба за время I; -количество отрабатываемых выемочных столбов; -коэффициент, учитывающий количество конвейеров в транспортной цепи Ьго выемочного участка, мин; -общешахтная добыча за время г;

-число элементов общешахтного транспортного комплекса; -коэффициент готовности .¡-го элемента общешахтного

транспортного комплекса;

-коэффициент дисперсии добычи угля, учитывающий

простой .¡-го элемента общешахтного транспортного комплекса по собственным причинам, мин. Для условий шахты "Абашевская" Ь^=0.9, apO.31-l-l.72Ki,

где Ю -количество конвейеров в транспортной цепи ¡-го

выемочного участка. Результаты расчетов по формуле (1) для шахты с суточной нагрузкой бОООтонн для разного количества одновременно работающих выемочных участков приведены на рис.1. V

В третьем разделе диссертации приведены результаты анализа и декомпозиции существующей технологической схемы шахты, а также дано обоснование альтернативных вариантов элементов шахты нового технико-экономического уровня.

В процессе анализа были выделены следующие 12 элементен существующей технологической схемы шахты: очистной забой проходческий забой, транспорт горной массы, проветривание, дегазация доставка оборудования и материалов, доставка людей, водоотлив, штат рабочих, профессиональная подготовка кадров, поверхностный комплекс энергообеспечение. Было проведено ранжирование перечисленные элементов по степени влияния на интегральный экономический эффект \ установлено (рис.2), что основными.факторами, сдерживающими нагрузк;

И

на очистные забои, являются шахтная вентиляция, низкие темпы проходки подготовительных выработок (164м/мес.), сложная схема транспорта и др.

я

и 7

е- ' >>

а б _

ео

£

*о о ЕС

5 _

1-1-1-1-Г

0123456789 10 Количество забоев

Рис. 1. Изменение области возможных значений суточной добычи шахты от количества очистных забоев

5000

■ Проветривание

■ Водоотлив

■ Доставка людей

□ Подготовительные забои

■ Дегазация

■ Транспорт угля

■ Доставка материалов

■ Профессиональная подготовка кадров

■ Поверхностный комплекс

■ Энергоснабжение

■ Штат рабочих

■ Очистной забой

Рис.2. Диаграмма максимальной нагрузки на выемочное поле по обособленным элементам технологической схемы шахты "Абашевская"

Для снятия ограничений нагрузки на очистной забой по газовому фактору рассмотрено четыре альтернативных варианта совершенствования схемы и способа проветривания. Оптимальным оказался вариант с переводом вентиляции на нагнетательный способ проветривания с подачей

свежего воздуха на гор.-ЗООм через осевой вентиляционный ствол и формированием сети газодренажных выработок с отсосом метановоздушной смеси с помощью вентиляторов ВМЦГ-7 и УВЦГ-15. Интегральный экономический эффект после реализации этого варианта составит 3.2млрд.руб. в год в ценах 1994г. Для повышения эффективности вентиляторов УВЦГ предлагается их устанавливать на устье скважин диаметром 3.5м, пробуренных с земной поверхности.

Для повышения концентрации горных работ были рассмотрены три варианта технологических и организационных решений по изменению инфраструктуры общешахтного технологического комплекса, который включает три района и, как следствие, способствует росту обслуживающего персонала. При реализации концепции малозабойных высокоэффективных технологий отработки выемочных полей наибольшую эффективность обеспечивает вариант объединения всех районов в единую технологическую схему, что позволит ликвидировать 40км горных выработок, 11 ленточных конвейеров, сократить штат рабочих на 51 человека и обеспечить годовой экономический эффект 890млн.руб. в ценах 1994г.

В процессе анализа элементов технологической схемы шахты было установлено, что эффективность дегазации углепородного массива не превышает 0.3 и это не позволяет увеличить нагрузку на выемочный участок более 50тыс.т в месяц, а скорость подвигания подготовительных забоев свыше 200м/месяц. Поэтому были проведены исследования эффективности комплексной дегазации, включающей использование кустов скважин, пробуренных с земной поверхности, из подготовительных выработок и вентиляторов ВМЦГ-7 и УВЦГ-15.

Существенным фактором, сдерживающим увеличение нагрузки на очистной забой до 4-6тыс.т в сутки, является отставание фронта подготовительных работ. Действительно, при длине крыла панели 1.8-2.0км и газоносности пластов до 60м3/т трудно обеспечить надежное обособленное проветривание подготовительных забоев, доставку материалов и оборудования, а также ремонт и замену проходческих комбайнов типа ГПКС, которые разрушаются в смешанном забое после проведения 1-1.2км выработки. Поэтому была разработана новая технологическая схема проведения подготовительных выработок, включающая проходческий комбайн ALPINE MINER АМ-50-Р, ленточный перегружатель длиной 23м, конвейерный транспорт, напочвенную дорогу, дегазацию с помощью кустов скважин. Всего в подготовительном забое

используется 18 единиц оборудования. Применение такой технологии обеспечивает скорость проведения подготовительных выработок более 300м/мес., а годовой экономический эффект составит 2.22млрд.руб.

Основным элементом технологической схемы шахты является очистной забой. Серийно выпускаемые отечественные очистные механизированные комплексы типа КМТ, ОКП обеспечивают максимальную суточную нагрузку 2-Зтыс.т, что недостаточно для высокоинтенсивных технологий, так как ввиду низкой надежности оборудования, согласно расчетам по формуле (1), требуется применение очистных механизированных комплексов с максимальной производительностью 5.0-8.0тыс.т в сутки при плановом задании 4-6тыс.т. Многолетние, проведенные автором исследования режимов работы механизированного комплекса "Фазос" и анализ имеющихся на рынке комплексов отечественного и зарубежного изготовления, показали, что для высокопроизводительных очистных забоев наиболее эффективными являются комплексы КМ-138, "Глиник", КМ-130. Ожидаемый экономический эффект от внедрения одного механизированного комплекса "Глиник" составит 24.12млрд.руб в год в ценах 1994г.

В четвертом разделе приведены результаты шахтных и аналитических исследований элементов технологической схемы нового технико-экономического уровня.

Учитывая большую значимость способа и схемы проветривания на эффективность работы высокопроизводительного очистного забоя, с целью обоснования параметров вентиляции был проведен комплекс шахтных исследований, который включал следующие виды работ:

-исследовать и установить рациональные параметры прямоточной, возвратноточной и комбинированной схем проветривания выемочных участков и полей с различными вариантами подсвежения и отвода газа по газодренажным выработкам;

-изучить и разработать способы формирования системы горных выработок и каналов для газосборной сети в пределах выемочных и шахтных полей;

-установить параметры сопособа проветривания забоев подготовительных выработок при проведении их по высокогазоносным пластам с использованием газоотсасывающих вентиляторов.

Исследования и установление оптимальных параметров схем проветривания и управление газовыделением выемочных участков с различными вариантами подсвежения воздуха и отвода метановоздушной

смеси были проведены на шахте "Абашевская" при отработке выемочных участков 26-22 и 26-24 пласта 26а.

Пласт 26а мощностью 2.74м имеет угол падения 10-12°, природная газоносность достигает 60м3/т, а абсолютное метановыделение-22-55м3/мин. Изучались три варианта проветривания выемочного участка. Согласно первому варианту осуществлялось комбинированное проветривание выемочного участка 26-22 с нисходящим движением воздуха в очистном забое и отводом с помощью вентиляторов ВМЦГ-7 части метановоздушной смеси по выработанному пространству; по второму варианту нижняя часть очистного забоя проветривалась с нисходящим движением воздуха, а верхняя-с восходящим, метановоздушная смесь также отсасывалась вентилятором ВМЦГ-7; третий вариант подобен второму, но на фланге был установлен дополнительно газоотсасывающий вентилятор УВЦГ-15.

Измерения метановыделения проводились в течение 18 месяцев на шести наблюдательных станциях и после обработки были получены следующие результаты:

-максимальная концентрация метана в очистном забое составила 1.8, 0.7, 0.4% соответственно при проветривании по первому, второму и третьему вариантам, а максимальное метановыделение 34.1, 40.0, 34.0м3/мин по соответствующим вариантам;

-при отходе очистного забоя от монтажной камеры в выработанном пространстве формируется газовый коллектор, объем которого зависит от размеров выработанного пространства и состояния пород налегающей толщи, при ее обрушении с первичньш шагом 250-300м происходит интенсивное выделение метана в призабойное пространство;

-производительность вентиляторов ВМЦГ-7 недостаточная при обрушении пород налегающей толщи, о чем свидетельствуют периодические повышения концентраций метана и остановки очистного забоя;

-наиболее эффективным является третий вариант проветривания с применением установленного на фланге вентилятора УВЦГ-15, в этом случае, несмотря на интенсивное метановыделение до 34м3/мин, случаев загазования и остановок очистного забоя по газовому фактору не установлено, производительность вентилятора достаточная не только для удаления метана, но и пыли.

В соответствии с результатами исследований различных схем проветривания было установлено, что для снятия газового барьера при отработке высокогазоносных угольных пластов по высокоинтенсивным технологиям, кроме системы проветривания выемочных участков за счет общешахтной депрессии, необходимо создавать сеть газодренажных выработок для отсоса меггановоздушной смеси с помощью вентиляторов типа УВЦГ-15.

Для создания сети газосборных выработок были проведены исследования технологии формирования газовых каналов на границе с выработанным пространством за счет частичного сохранения выемочных выработок. По результатам исследований установлено, что при глубине разработки более 400м применение деревянных крепей в сохраняемых выработках нецелесообразно ввиду малой податливости деревянных элементов крепи и способности к гниению.

Наиболее рациональным вариантом является применение металлической податливой крепи. Разработаны новые конструкции податливой металлической крепи для поддержания вентиляционных каналов на глубине горных работ более 400м.

Наличие вентиляционных каналов на границе с выработанным пространством позволило внедрить технологию проведения выемочных выработок вприсечку к выработанному пространству с использованием вместо вентилятора местного проветривания газоотсасывающего вентилятора ВМЦГ-7. Технология испытывалась при проходке вентиляционного штрека 16-08 по пласту 16, мощность которого 1.55м, угол падения 10°, глубина разработки 450м. Сущность технологии заключается в следующем.

Вентиляционный канал проводится на границе с выработанным пространством с помощью комбайна ГПКС. Поперечное сечение выработки 8.7м2, крепь КМП-Т, длина выработки 920м. Для проветривания подготовительного забоя была принята схема, рекомендованная ВостНИИ, согласно которой на устье скважины диаметром 500мм на земной поверхности был установлен газоотсасывающий вентилятор ВМЦГ-7. За счет депрессии, создаваемой этим вентилятором, свежий воздух поступает с панельного уклона в проходческий забой. Часть свежего воздуха проходит по вентиляционному каналу, сформированному в конвейерном штреке 16-06. Из забоя штрека 16-08 исходящая струя вместе с пылью направляется по вентиляционному каналу штрека 16-06, фланговому уклону и скважине на земную

поверхность. Необходимое для проветривания количество воздуха равно 110м3/мин.

Опыт применения предложенной технологии проведения выемочной выработки вприсечку к выработанному пространству позволил получить следующие результаты:

-скорость проходки выработки увеличилась с 164 до ЗООм/мес, а производительность труда проходчика-с 0.22 до 0.43мУвыход;

-уменьшилась энергоемкость разрушения угля и пород в смешанном забое за счет предварительного ослабления присекаемых пород непосредственной кровли энергией горного давления, что позволило также повысить срок службы проходческих комбайнов типа ГПКС;

-за период эксперимента превышения допустимых концентраций метана не установлены, минимальная скорость движения воздуха была больше 0.15м/с;

-устойчивость выработки была хорошей, прогибов верхняков и пучений почвы не зафиксировано.

В процессе анализа системы функционирования системы вспомогательных цехов было установлено, что в окрестности шахты "Абашевская" создалась неблагоприятная экологическая ситуация, вызванная неудовлетворительной работой отопительных котлов КВ-ТС-20 на районной котельной шахты. По результатам патентного поиска и анализа опыта зарубежных и отечественных фирм было предложено провести модернизацию котла, топки, системы загрузки угля, системы золоудаления, циклонов. В резудьтате выполненных работ удалось снизить удельный расход топлива в 2.4 раза, увеличить содержание золы в шлаке в 2.3 раза, сократить вредные выбросы пыли и окиси углерода в 3 раза. Экономический эффект от внедрения этих новаций составил 1.8млрд.руб в год в ценах 1994г.

В пятом разделе приведены результаты синтеза технологической схемы шахты нового технико-экономического уровня и разработаны рекомендации по их использованию на шахтах-аналогах.

В основу синтеза технологической схемы шахты нового технико-экономического уровня принята малозабойная высокоэффективная технология отработки выемочных участков с суточной нагрузкой не менее 4000т, а параметры остальных элементов и звеньев технологической схемы шахты устанавливаются в зависимости от заданной нагрузки на высокопроизводительный очистной забой. В частности, в технологическую схему шахты предлагается ввести следующие новации: повысить

концентрацию работ за счет объединения трех районов, перевести вентиляцию шахты на нагнетательный способ, создать сеть газодренажных выработок с системой скважин и газоотсасывающих вентиляторов, внедрить малозабойную высокоинтенсивную технологию отработки выемочных участков с одновременной работой не более двух забоев, внедрить технологию проведения подготовительных выработок со скоростью более ЗООм/месяц с использованием комбайнов АМ-50-Р и газоотсасывающих вентиляторов, повысить надежность транспортной сети шахты за счет установки конвейеров с производительностью 1000-1500т/час и др.

Составлена программа реализации разработанных рекомендаций в несколько этапов, первый этап заканчивается в 1998г., последний - в 2005г. Длительность этапа определяется не только техническими возможностями шахты, но и объемом инвестиций. На завершающем этапе осуществляется перевод шахты в число рентабельных.

В заключительной части диссертации приведены результаты анализа шахт южного Кузбасса, которые разделены на три группы. К первой группе относятся шахты ("Распадская", "Новокузнецкая", "Есаульская", "Полосухинская", "Аларда" и др.), имеющие запасы, благоприятные для отработки по высокоинтенсивным технологиям, вскрытые и подготовленные по прогрессивным технологическим схемам и использующие современное горношахтное оборудование (мощность пластов 1.3-3 .Ом, угол падения до 18°, разрывные геологические нарушения в выемочных полях отсутствуют, глубина разработки до 350м); ко второй -шахты ("Зыряновская", "Абашевская", "Юбилейная", "им.Ленина" и др.) с благоприятными для высокоинтенсивных технологий горногеологическими условиями (мощность пластов 1.5-4.0м, угол падения до 25°, непереходимые для механизированных комплексов разрывные геологические нарушения отсутствуют, глубина горных работ до 600м), но с морально устаревшим шахтным фондом; для горно-геологических условий шахт третьей группы (им.Димитрова, "Бунгурская", "Высокая" и др.) отсутствуют прогрессивные и безопасные технологии отработки угольных пластов (угол падения более 30°, глубина разработки свыше 300м, пласты нарушенные, склонные к самовозгоранию и динамическим явлениям). Установлено, что для шахт первой группы требуются первоначальные инвестиции, а в последующем осуществляется их переход в число рентабельных, шахты второй группы могут развиваться только при наличии государственных дотаций, а шахты третьей группы подлежат

консервации с решением всех социальных проблем за счет государственного бюджета.

Разработанные для условий шахты "Абашевская" рекомендации могут быть реализованы на шахтах первой и второй групп с годовым экономическим эффектом 33.2млрд.руб. в ценах 1994г.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи разработки методики и технологических решений при переводе действующих шахт на высокоинтенсивные технологии в условиях ограниченных инвестиций путем поэтапного технического перевооружения, имеющей важное значение при реструктуризации и реформировании угольной промышленности Кузбасса.

Основные научные результаты, выводы и практические рекомендации, полученные при выполнении исследований и внедрении разработок, заключаются в следующем:

1 .Методика технического перевооружения действующих в рыночных условиях угольных шахт включает бизнес-план, декомпозицию и анализ существующей технологической схемы шахты, новые технологические решения и синтез новой технологической схемы, основу которой составляют малозабойные высокоинтенсивные технологии очистных и подготовительных работ и новые схемы проветривания.

2.Установлено, что при переходе шахт на малозабойные высокоинтенсивные технологии отработки угольных пластов снижается вероятность стабильной работы шахты из-за многоэлементности последовательной технологической системы и низкой надежности отечественного оборудования. Повышение надежности технологической схемы обеспечивается совершенствованием ее элементов за счет увеличения производительности очистных и подготовительных забоев, применения горношахтного оборудования нового технического уровня, а также схем проветривания.

3.При декомпозиции технологической схемы действующих шахт по степени влияния на производственную мощность отдельные элементы и их звенья следует ранжировать в следующей последовательности: шахтная вентиляция и дегазация, технология проведения подготовительных выработок, подземный транспорт (коэффициент готовности 0.2; 0.28; 0.31 соответственно).

4.Для отработки высокогазоносных угольных пластов, имеющих метаноносность более 30м3/т, с суточной нагрузкой более 5-6тыс.т необходимо применять технологические схемы проветривания, обеспечивающие отвод пылегазовоздушной смеси из призабойного пространства в отработанное с помощью вентиляторов УВЦГ-15, установленных на скважинах диаметром более 2-х метров.

5.Наиболее эффективным способом снижения непроизводственных затрат и численности вспомогательного персонала является концентрация горных работ за счет применения малозабойной высокоинтенсивной технологии с нагрузкой на очистной забой 5000-6000т в сутки и скоростью проходки подготовительных забоев более ЗООм/мес. Экономический эффект от повышения концентрации работ составляет бЗОруб, нагрузки на очистной забой - 16000руб, скорости проходки - 1570руб на тонну годовой мощности шахты, т.е. соответственно 0.9, 22.8 и 2.2% от себестоимости добываемого угля.

6.Синтезирован? технологическая схема шахты нового технико-экономического уровня, включающая: 1-2 выемочных участка, оснащенных горнодобывающей техникой с производительностью забоя более 5000т в сутки и скоростью проходки подготовительных выработок не менее 300м в месяц; комплексную систему дегазации и вентиляции, в том числе сеть газодренажных выработок и газоотсасывающих вентиляторов типа УВЦГ-15, установленных на устье скважин диаметром более2.0 м; систему бункеров и конвейерного транспорта с производительностью 1000-

а

1500т/час; экологически чистую технологию получения тепловой энергии с удельным расходом топлива 190-200кг/Гкал.

7.Разработана комплексная программа поэтапного технического перевооружения действующих шахт южного Кузбасса, отрабатывающих пологие угольные пласты мощностью 1.6-4.0 м на глубине не более 600м. Программа позволяет без снижения мощности шахт с учетом полученных результатов исследований и объемов инвестиций, которые являются ограничениями при выборе вариантов одновременной модернизации нескольких элементов и звеньев технологической схемы шахты, осуществить перевод этих предприятий в число рентабельных. Экономический эффект после реализации программы и результатов исследований на шахте "Абашевская" с годовой мощностью 1.8-2.4 млн.т составит 33.2 млрд.руб в год в ценах 1994г.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Чубриков A.B., Лаврик В.Г. Исследование распределен! деформаций угольных целиков выемочных участков угольнь шахт//Техника и технология разработки месторождений полезнь ископаемых. Вып. 1.-Новокузнецк :,СибГГМА,1995.-С.96-101.

2. Лаврик В.Г., Ногих С.Р. Проблемы и опыт техническо] перевооружения угольных шахт II Проблемы реформирован! региональной экономики / Материалы Международной научн практической конференции, Кемерово: 1994.-С.110-111.

3. Опыт применения газоотсасывающих вентиляторов типа УВЦГ-при отработке высокогазоносных угольных пластов // Лаврик В.Г., Лудзи B.C., Стекольщиков Г.Г. и др.-Кемерово: Информац. карта №152-9 ЦНТИ, 1995.-4C.

4. Лаврик В.Г., Ногих С.Р. Повышение производительности снижение вредных выбросов отопительных котлов типа КВ-ТС-20. Кемерово: Информац. карта №153-95, ЦНТИ, 1995.-2с.

5. Лаврик В.Г. Опыт применения технологической схемы проведен) выемочных выработок вприсечку к выработанному пространству использованием газоотсасывающих вентиляторов.-Кемерово: Информа карта №154-95, ЦНТИ, 1995,-Зс.

6. Лаврик В.Г. Поэтапное техническое перевооружение действующ] шахт в рыночных условиях.-Кемерово: Информац. карта №155-95, ЦНТ 1995,-Зс.

7. Пугачев Е.В., Фрянов В.Н., Лаврик В.Г. Состояние и перспектш подземной укледобычи на юге Кузбасса // Перспективы развит горнодобывающей промышленности //Тезисы докладов II Международщ

<г

научно-практической конференции. Новокузнецк, Кузбасская ярмар! 1995.-С. 18-22.

8. Лаврик В.Г. Совершенствование технологических процессов п техническом перевооружении угольных шахт в условиях ограниченн] инвестиций - Новокузнецк, препринт АОУК " Кузнецкуголь", 1995.-21с.

АОУК "Кузнецкуголь", АООТ ,,Шахта"Абашевская". Ротапринт, заказ N 215, тираж 100 экз. Формат А5, 1 печ.л. 12.04.95г.