Технология отработки тонких и весьма тонких угольных пластов в Украине

Проблемы государственных угольных предприятий Украины известны – они глубоко убыточны. Причин этому более, чем достаточно. Но, пожалуй, главная — это отсутствие прогресса в развитии технологий ведения горных работ на шахтах, отрабатывающих тонкие и весьма тонкие пласты, которые бы комплексно снижали финансовые затраты предприятия.

Прежде чем начать добычу угля, надо пройти вскрывающие и подготавливающие горные выработки. На тонких пластах проходка сопровождается извлечением из недр большого количества породы. Подготовка выемочного столба для механизированной лавы требует достаточно большого времени. То есть, в течение длительного времени мы тратим деньги на разрушение и извлечение породы из шахты. Это затраты, которые вместе с условно постоянными затратами по шахтному водоотливу, вентиляции, обслуживанию стационарных установок и административно-бытовыми расходами, участвуют в формировании основных элементов себестоимости.

При этом необходимо сформировать надежные транспортные системы, которые останутся работоспособными и для транспорта горной массы из очистного забоя, иначе её придется ремонтировать или менять.

Кроме того, должным образом необходимо поддерживать горные выработки для дальнейшего их использования по назначению. Это тоже затраты.

Извлекая породу из шахты на дневную поверхность, надо четко понимать, куда её складировать, и как содержать породные отвалы, так как это стоит немалых денег.

Добывая существующей техникой из очистных забоев высокозольную горную массу породу её необходимо обогащать, то есть извлечь породу с последующим её складированием, а это также существенно увеличивает себестоимость угля, отправляемого потребителю.

Главный вывод – существующие технологии механизированной добычи угля на тонких и весьма тонких пластах неизбежно связан с попутной добычей большого количества породы. Это напрямую негативно влияет на экономику предприятий. В результате, на предприятиях нет никаких средств на подготовку и оснащение новых очистных забоев. Обычным делом стал переход на добычу угля по технологии вековой давности – с помощью отбойных молотков. Конечно, сегодня такой способ добычи не может быть экономически оправданным.

Нами была разработана технология (способ) отработки тонких и весьма тонких пластов, которая способна принципиально снизить себестоимость угольного предприятия, и обеспечить его работу с прибылью при существенно более высоком уровне промышленной безопасности. Технология запатентована в России, и сейчас ведется патентование в Украине, Китае, ЕС.

Предлагаемая Вашему вниманию технология выемки тонкого пласта, включает в себя проходку подготавливающей горной выработки смешанным забоем по пласту, с селективной выемкой самого угольного пласта, отбойку породы кровли и почвы пласта, которая подвергается дроблению до максимального размера не более 25-30 мм, с последующим использованием в качестве закладочного материала в смеси с водой в выемочные скважины (камеры), пробуренные комплексом скважинной выемки угля (КСВУ), или, как принято называть, бурошнековым комплексом.

Представленный далее технологический комплекс проходческого, закладочного и выемочного оборудования состоит из трех функциональных подсистем, объединенных в одну технологическую систему, и предполагает их параллельную работу в одной горной выработке. Назовем его «Технологический комплекс проходческо-выемочного оборудования» — «ТКПВО».

Рассмотрим такой технологический комплекс на примере пласта L4⁰ шахты «Кураховская».

Этот пласт в настоящее время не отрабатывается, но является для шахты перспективным по своим показателям качества и объемам запасов.

  • Подсистема проходки.

Состоит из стандартного проходческого комбайна (со стреловидным рабочим органом), например, модельного ряда EBZ/ЕВН производства КНР. Поскольку крепость пород кровли и почвы пласта невелики, то достаточным по фактору надежности будет модель весом до 30-40 тонн.

проходческий комбайн EBZ-260H

Комбайн оснащается ленточным перегружателем для транспорта породы, оборудованием для установки анкерной крепи и скребковым конвейером для транспорта угля.

Характеристики пород кровли пласта позволяют проходить выработки прямоугольного сечения. Крепление выработки осуществлять сталеполимерной крепью, с длиной анкеров 2,4 м. В зонах, прилегающих к нарушениям, усиливать тросовыми анкерами длиной до 5-7 метров. При переходе нарушений использовать подпорную рамную крепь. Ширина выработки, исходя из геометрических размеров применяемого оборудования и условий его размещения, при углах падения пласта до 12⁰, что очень важно для конструктивных особенностей бурошнековых комплексов, должна быть примерно 4,8 – 5,0 метров. Высота выработки, по этим же причинам, должна быть не менее 3,5 метра. Подрывка почвы пласта выполняется таким образом, чтобы со стороны падения пласта она была не менее 70-80 см.

Проходческий комбайн имеет длину 10 — 12,0 метров в зависимости от мощности.

Длина перегружателя комбайна, обычно, составляет до 19 метров, и может регулироваться по месту эксплуатации количеством линейных секций. Приемная часть перегружателя закреплена шарнирно к траверсе комбайна, а сбрасывающая стрела перегружателя с помощью каретки подвешена и перемещается по монорельсу (как вариант), закрепленному анкерами к кровле выработки.

Общая длина комбайна с перегружателем составит примерно 30 метр.

По желанию заказчика комбайн может быть оснащен системой пылеотсоса.

Работа комбайна по разрушению массива ведется первоначально по угольному пласту. Отбитый уголь, с помощью перегружателя, грузится на скребковый конвейер.

Отбитая порода транспортируется перегружателем и аккумулируется на почву выработки.

  • Подсистема подготовки породы для закладки в выработанное пространство.

Состоит из породопогрузочной машины, которая перегружает породу с почвы выработки в бункер дробилки. Дробилка измельчает породу до крупности куска не более 25-30 мм, которая затем с помощью короткого транспортера подается в бункер-смеситель насосной установки по перекачке подвижной водо-породной смеси по металлическому трубопроводу диаметром примерно 150 мм к закладочной установке, которая обеспечивает подачу закладочной смеси в выработанное пространство, сформированное в виде полостей выемочных скважин (желательно, в нисходящем направлении).

Длина породопогрузочной машины составляет от 5,5 метра до 9,0 метров, в зависимости от длины сбрасывающей стрелы скребкового конвейера машины.

Экскаватор-погрузчик для угольных шахт типа ZWY-120/55L

Приемный бункер дробилки соединен с корпусом дробилки, и размещен над дробилкой. Дробилка с приемным бункером должна иметь высоту не более 2,0-2,3 метра, чтобы могла размещаться под сбрасывающей стрелой породопогрузочной машины. Дробилка может перемещаться как по монорельсу, так и по почве на колесах.

Дробленая порода перегружается в бункер-смеситель насоса. В этом бункере порода смешивается с водой до получения текучей, пастообразной массы, которая насосной установкой перекачивается по трубам под давлением до 25 Мпа на расстояние до 500-600 м.

Насосная установка стоит из двух частей: насоса по перекачке породной пасты и насосной станции, которая создает давление для рабочих гидроцилиндров породного насоса. Насосная станция и породный насос размещены на своих платформах, и механически соединены между собой тягой, а также шлангами высокого давления. Платформы на подвесных каретках перемещаются по монорельсу.

Породопогрузочная машина, дробилка, насосная установка, могут быть кинематически соединены между собой. В этом случае, тяговые гидромоторы ходовой части породопогрузочной машины обеспечивают перемещение всего комплекса оборудования при всяких маневрах машины. Управление машины, дробилки, насосной установки может быть, как единое, так и раздельное. Можно рассматривать также иное компоновочное решение, когда дробилка, смеситель и насосная группа размещены на единой платформе, оснащенной гусеничной ходовой частью.

Некоторые технические параметры 1-ой и 2-ой подсистем:

При подвигании комбайна на один метр проходки, комбайн извлечет сначала угольный пласт (условно примем мощность пласта 0,65 – 0,7 метра), и отбитый уголь будет погружен на работающий скребковый конвейер. Останется извлечь породу кровли и почвы. При сечении выработки 17,5 м³. С учетом коэффициента разрыхления 2,2 объем породы составит почти 38,5 м³. Разместить такое количество породы в выработке, на одном метре её длины невозможно. Выгружая породу на почву выработки за перегружателем комбайна, мы образуем склад в виде конуса, с размером по высоте не более 2,0м, и диаметром основания не более 4,0м. Его объем составит 8,4 м³. С учетом поправочного коэффициента 0,8 получим 6,72 м³. Таким образом, для устойчивой работы комбайна, с учетом его технологических остановок, мы должны обеспечить работу закладочного комплекса оборудования с необходимой производительностью.

Здесь следует сразу сказать, что закладка породы в скважину не может происходить без остановок, так как необходимо постоянно перемещать закладочную трубу в скважине, укорачивая её при извлечении по мере заполнения скважины закладочным материалом.

Породный насос обеспечивает давление подачи смеси от 12 Мпа до 25 Мпа на расстояние до 500-600 метров, в зависимости от профиля выработки. Для обеспечения хорошей подвижности пастообразной массы, можно добавить в неё больше воды, или добавить какой-либо пластификатор в небольшом количестве.

  • Подсистема выемки угля.

Состоит из 2-х КСВУ. Первый от забоя комбайна, ведет скважинную выемку вниз по падению пласта, а второй – вверх по восстанию пласта. Выемочные скважины являются необходимым инструментом для формирования способа управления кровлей в выработанном пространстве. Кровля пласта не подвергается полному обрушению, а поддерживается на целиках, оставляемых между скважинами, и на закладочном материале, уложенном в выемочные скважины.

Расчетные параметры.

Глубина бурения скважин зависит от углов падения пласта и конструкции выемочного органа КСВУ. При наличии собственного электропривода непосредственно на выемочном органе, можно обеспечить большую глубину бурения, что особенно важно при бурении нисходящих скважин. Кроме того, повышается эффективность системы управления рабочим органом КСВУ. Однако, это приводит к его удорожанию.

Можно применить выемочный орган с приводом через шнековый став. В этом случае, глубина нисходящих скважин будет примерно 110 метров.

Глубина восстающих скважин будет до 130 метров.

Мощность электродвигателей приводов шнековых ставов (2шт.) должна быть не менее 130 квт каждого.

Если мощность пласта уменьшается до 0,6 м, то диаметр шнеков должен быть примерно 500 мм, с обеспечением высоты транспортного модуля, в котором они смонтированы, не более 550 мм.

Ширина выемочных скважин по условиям характеристик кровли пласта L4⁰ может быть принята до 2,2 м. Ширина целика между скважинами будет расчетной, но условно примем 0,8м.

При работе 2-х КСВУ ширина выемочного столба составит 240 м, без учета ширины выработки.

Глубина нисходящих скважин имеет прямое отношение к работе закладочного комплекса.

Как уже было посчитано выше, максимальный объем породы в разрыхленном виде, с одного метра проходки, составляет 38,5 м³. При смешивании породы с водой, и последующему ее сжатию насосом, объем породы уменьшится примерно на 40%, до 23,0 м³. Объем нисходящей скважины, при длине 110м и мощности пласта 0,65м, составляет 157 м³. Этого объема достаточно для заполнения породой от проходки 6,8 метра выработки.

Сумма ширины скважины и целика составляет 3,0 метра. Это расстояние называется подвиганием КСВУ за один полный цикл технологических работ: бурение скважины, извлечение шнекового става и выемочного органа из скважины, перемещение буровой машины на новую точку.

По своим техническим возможностям каждый КСВУ могут выполнить по 2-3 цикла в сутки. При выполнении 2х циклов, подвигание проходческого забоя должно быть не менее 6,0 м/сут. Объем приготовленной породной смеси для закладки, при таком темпе проходки, составит ориентировочно 138,0 м³. Объем одной выемочной скважины достаточен для закладки породы от суточной проходки на 6,0 метров. При проходке 9,0 м (на три цикла) объем породной смеси составит 207 м , и её можно закладывать в выемочные скважины не на всю их длину, а на 50-70 метров.

Объем добычи из одной нисходящей скважины составляет: 110 х 2,2 х 0,65 х1,3 = 205 тонн. Из восходящей – 242 тонны. Объем добычи с одного цикла по двум комплексам составит — 447 т. Суточный объем добычи составит 894 тонны. Объем добычи с проходки составит примерно 25,0 т/сут.

Итого – 919 т/сут. Добыча за месяц, на 27 рабочих дней – 24813 тонн (3 рабочих дня резервируются на проведение монтано-демонтажных работ). Объем проходки – 162 метра. Объем закладки – 3726 м³ в месяц, или почти 45,0 тысяч м³ в год.

При выполнении 3-х циклов в сутки, что возможно по техническим возможностям технологического комплекса, увеличится добыча угля, объем закладки породы в выемочные скважины.

Увеличение объема добычи возможно также за счет рационального размещения выемочных выработок, относительно падения пласта. Если угол падения пласта в выработке уменьшить, то можно увеличить длину нисходящих скважин до 130 м, что увеличит количество добываемого угля.

Работа и размещение КСВУ в выработке.

КСВУ №1.

Для начала рассмотрим основные технологические операции, выполняемые при работе традиционного бурошнекового комплекса.

Он состоит из буровой машины, которая представляет собой сборную стальную раму, состоящую из нескольких основных стальных функциональных модулей: 2 модуля ориентации с домкратами подъема/опускания, 2 модуля распора с домкратами, распирающими машину в выработке, модуль гидроподатчика рамы привода, рама привода, с установленными на ней приводами шнеков.

Габариты и вес модулей таков, чтобы их можно было опустить в шахту известными способами, и доставить в горную выработку.

Сборка буровой машины выполняется с помощью существующих механических талей, грузоподъемностью до 10 тонн. Время сборки модулей и основных узлов машины составляет примерно 30-35 часов.

После сборки и установки буровой машины на исходную точку, начинается процесс бурения. С помощью гидравлического подающего устройства, в скважину заходит выемочный орган. Далее, к выемочному органу крепится транспортный (шнековый) модуль. Углубление скважины происходит за счет увеличения количества стыкуемых друг к другу транспортных модулей. После достижения требуемой глубины скважины, начинается последовательное извлечение модулей. Модули складируют в горной выработке. Буровая машина вместе с выемочным органом перемещается на новую точку бурения.

Мы видим, что при такой компоновке КСВУ, процедура извлечение транспортных модулей не связана с добычей угля. Это снижает производительность комплекса и требует не менее 55 метров длины горной выработки для их размещения.

(Примем длину модуля 1,8 метра. Для бурения нисходящей скважины глубиной 110 метров потребуется 61 модуль. Их складирование предусмотрено штабелем в три уровня. Получаем 21 штабель. Рабочий зазор между каждым штабелем не менее 1,0м. Для размещения 21 штабеля потребуется примерно 55 — 60 метров длины выработки.)

При традиционной компоновке КСВУ, необходимость складирования транспортных модулей увеличивает длину коммуникаций между комплексами и их энергетическими установками, длину скребковых конвейеров, а также длину первоначального технологического отхода комбайна.

Закладку породной массы (закладочного материала) в пробуренную скважину необходимо выполнять не ближе чем через одну скважину от буримой, то есть примерно на расстоянии 8,0 метров от буровой машины. В этом случае ведение работ по бурению скважины, извлечению модулей, не мешает ведению работ по закладке выработанного пространства.

На некотором расстоянии от комплекса, с учетом расстояния для размещения устройства по подаче и извлечению закладочного трубопровода в скважину, находится энергостанция комплекса №1. Она состоит из 2-х платформ, длиной по 4 метра, на которых смонтирована электропусковая аппаратура. Насосные станции с эмульсионными баками можно разместить как на энергопоезде, так и отдельно, в централизованной машинной камере.

Общая длина выработки, занятая КСВУ традиционной компоновки будет примерно 75 метров, а общая длина выработки от забоя до конечной границы КСВУ №1 составит примерно 125-130 м.

КСВУ №2.

Этот комплекс будет размещаться на расстоянии примерно 5-10 от конечной границы КСВУ №1.

После извлечения транспортных модулей и выемочного органа из скважины, в устье скважины устанавливается герметичная перемычка. Перемычки являются также важным конструктивным элементом поддержания выработки. Их несущая способность зависит от ширины и применяемого материала. Ширина перемычки должна быть в пределах 0,8-1,2 мощности пласта. Она может быть выполнена в виде трех рядов деревянной органной крепи, с заполнением пластичной глиной пространства между рядами, или представлять собой стену из готовых строительных блоков из шлака или породы на цементной основе, обмазанных глиной.

Для увеличения срока поддержания горной выработки, что может возникнуть в случае её большой длины, или в следствии каких-либо горно-геологических, причин, возможно также частичное заполнение закладочным материалом восстающих скважин. Для этого необходимо:

— уменьшить подачу закладочного материала в нисходящие скважины, на то количество, которое необходимо подать в восходящие скважины. Для эффективного поддержания горной выработки восстающие скважины необходимо заполнить на длину не менее 5-10 метров. При этом, в закладочный материал необходимо добавить вяжущее средство, чтобы паста затвердела, и при увеличении горного давления ее не выдавило внезапно в выработку. Возможно, что при этом не потребуется закладка всех скважин, например, через одну. Закачку закладочного материала в восходящие скважины можно выполнять через заранее вмонтированные в устьевые перемычки трубки. Трубки должны быть достаточной длины (с учетом угла падения пласта и подвижности закладочного материала) и диаметром, например, 100мм. Вяжущий материал добавлять в пасту надо непосредственно при её выходе из трубки.

Режим работы.

Режим работы всего технологического комплекса оборудования (ТКПВО) не отличается от общепринятого на шахтах, и разделен на 4 смены по 6 часов каждая. Одна смена отведена на ремонт и профилактику оборудования, монтаж и наращивание коммуникационных систем. Три смены по проходке и добыче угля. При этом, какие-то работы, например, по закладке породной смеси в скважины, можно производить, в том числе, и в ремонтную смену.

Скорость бурения нисходящей скважины меньше, чем восстающей равной длины. Она составит, примерно, 1,5 мин./м, или 2,7 минуты на один модуль. Монтаж транспортного модуля в буримую скважину составляет менее 1 мин. Время на бурение нисходящей скважины составит примерно 226 минут или 3,8 часа. На извлечение транспортных модулей потребуется 1,5 часа. Перемещение КСВУ на новую точку (3,0 м), его установка, устройство герметичной перемычки в устье скважины составит примерно 2 часа. За 3 рабочих смены можно пробурить не менее 2-х скважин.

Конвейеры в выработке.

Транспортировку угля от комбайна осуществляют с помощью двухцепного скребкового конвейера (назовем его, условно, конвейер №1) с шириной рештака 420 — 630 мм, и производительностью 100-150 т/час. Длина конвейера должна быть примерно 150 метров. Оснащается он 2-мя электродвигателями по 55 квт.

Конвейер №1 размещается со стороны восстающих скважин. Его приводная часть, и став на длину примерно 90 метров должны размещаться над конвейером №2, и перемещаться по нему при перемонтаже. Длина конвейера №2 также 150м, но мощность двигателей должна быть не менее 75 квт. Перемещение конвейеров по выработке осуществляется с помощью 2-х гидравлических тяговых устройств, оснащенных силовыми тяговыми гидроцилиндрами и распорными гидроцилиндрами. Тяговые устройства размещены на концевых головках конвейеров. Перемонтаж конвейера №1 можно выполнять по окончании каждого цикла или 1 раз в сутки в ремонтную смену. После перемещения на длину 80 — 90 м, требуется передвижка конвейера №2 на это же расстояние. На место перемещенного конвейера №2 необходимо смонтировать ленточный конвейер с шириной ленты 800-1000 мм. В дальнейшем, все передвижки конвейера №2 будут сопровождаться удлинением ленточного конвейера.

Как вариант, вместо скребковых конвейеров, возможно использовать ленточный конвейер, но особой, низкогабаритной конструкции става.

Размещение в выработке кабелей и трубопроводов.

В выработке размещаются различные кабели, а также трубопроводы. Силовые кабели питают:

  • — комбайн;
  • — породопогрузочную машину и закладочный комплекс;
  • — КСВУ №1;
  • — КСВУ №2;
  • — конвейеры №1 и №2;
  • — телекоммуникационные кабели и системы газовой защиты.

Сечение силовых кабелей должно быть достаточным, чтобы обеспечить надежную работу оборудования, при удалении от сухой подстанции на расстояние до 1000 метров.

Размещение сухих подстанций, их мощность и количество, определяются проектом.

В выработке размещаются также трубопроводы:

  • — высоконапорный и низконапорный для гидросистем КСВУ, диаметром 50-75мм;
  • — противопожарный, диаметром 150мм;
  • — вентиляционный, диаметром 1000 мм;
  • — водоотливной трубопровод диаметром 100 мм, в случае необходимости.

Трубопроводы и элементы крепления кабелей, а также монорельсовые балки закрепляются с помощью анкеров в кровлю и бока выработки.

Вентиляция выработки.

Проводимая выработка является тупиковой, и должна проветриваться с помощью вентилятора местного проветривания. При этом, имеется 4 основные точки выполнения горных работ – это зона рядом с проходческим комбайном, зона подготовки закладочной породной смеси, зона КСВУ №1 и закладки породной смеси, зона КСВУ №2. Кроме того, в выработке могут находится работники, занятые обслуживанием конвейеров, коммуникационных систем.

Учитывая, что работа проходческого комбайна сопровождается обильным пылеобразованием, то при нагнетательном способе проветривании выработки (наиболее распространенном), необходимо обязательное применение системы пылеотсоса. В противном случае, все работающие люди будут находится в сильно запыленном пространстве. Вентиляторы пылеотсоса, фильтрационный блок размещают на тележке, прикрепленной к перегружателю, а всасывающий пневматический трубопровод, над перегружателем комбайна. Практикуется также размещение системы пылеотсоса отдельно от комбайна, на крепи выработки. По мере подвигания забоя, перемещают и пылеотсос. Применение пылеотсоса резко снижает запыленность выработки, но создает дополнительные неудобства. Это усложняет конструкцию перегружателя комбайна, увеличивает его габариты, а также возникает необходимость в подводе к комбайну дополнительного количества воды, которую после насыщения её пылью, необходимо куда-то, через трубопровод, эвакуировать. В нашем случае, эвакуация грязной воды возможна в смеситель приготовления породной закладочной пасты.

При использовании всасывающего способа проветривания тупикового забоя, выработка на всем протяжении проветривается свежим воздухом. В этом случае не требуется применение пылеотсоса на комбайне, что упрощает его эксплуатацию. При этом, необходимо применять вентиляционные металлические трубы, или гибкие армированные вентиляционные трубы. Они более дорогие, чем обычные вентиляционные трубы. Следует отметить, что на шахтах с нагнетательным способом проветривания, применение всасывающего способа проветривания тупикового забоя будет предпочтительным, так как ВМП будет работать с большей эффективностью.

При большой длине выемочного столба, согласно требованиям безопасности, необходимо обеспечить своевременный выход людей на свежую струю. При подготовке традиционных лав, через определенное расстояние, проходят диагональную сбойку между оконтуривающими выемочный столб выработками.

Аналогично, предполагается проходка параллельной выработки. В зависимости от выбранной последовательности отработки запасов, выше или ниже проводимой описанным способом выработки (условно №1), параллельно во времени располагается проходческий забой №2. В зависимости от размера шахтного поля (крыла, панели), расстояние между выработками №1 и №2, составит сумму длины восстающей скважины из первой выработки и длины нисходящей скважины из второй выработки, то есть расстояние (условно) 240 метров. Если окажется, что по каким-либо причинам, восстающие скважины из выработки №2 будут меньше длины 130 метров, то целесообразно уменьшить расстояние между выработками, и как следствие, уменьшится длина нисходящих скважин, вплоть до того, что может быть вообще отказаться от их бурения. В этом случае, вторую выработку нужно расположить таким образом, чтобы целик между выработкой №2 и восходящими скважинами из выработки №1 составил 3-5 метров. Такого целика будет достаточно для поддержания выработки №2, и в тоже время, достаточно в этом целике пробуривать скважины диаметром 120 — 150 мм, чтобы через них закачивать породную смесь в восходящие скважины, пробуренные из выработки №1.

При достижении какой-либо из выработок (№1 или №2) тупика предельной длины, необходимо первую и вторую выработки соединить между собой. Для этого достаточно, расположенные по одной оси, противолежащие между собой скважины (восходящую и нисходящую, или только восходящую), соединить и увеличить по высоте и ширине, до нужного сечения, чтобы в полученной таким образом сбойке, можно было расположить ходовое отделение, транспортное оборудование.

Проходку таких сбоек можно выполнять, как сверху вниз, так и снизу-вверх, с помощью породопогрузочной машины со стрелой экскаваторного типа, оснащенной дополнительно гидравлическим отбойным молотом. Породу от проходки можно также заложить или в рядом расположенные скважины, или в нисходящие скважины выработки той выработки, которая находится ниже сбойки.

Проведенная сбойка позволит включит в общешахтную вентиляционную сеть пройденные участки выработок №1 и №2, сократив, тем самым вентиляционные трубопроводы тупиковых частей этих выработок. Кроме того, сбойка позволит оптимизировать схему транспорта угля, сократив количество конвейеров в целом по двум выработкам.

(Как вариант, проходку параллельных выработок можно выполнять по сближенным пласта, соединяя их, периодически, между собой квершлагами. Такой способ увеличивает количество запасов, отрабатываемых на одну транспортную и вентиляционную инфраструктуру, увеличивает срок ее службы, уменьшает удельные капиталовложения, что положительно сказывается на финансовой деятельности предприятия.

Участковый водоотлив.

Устройство участкового водоотлива при рассмотрении данного способа выемки запасов не рассматривается, так как зависит от гидрологических условий месторождения, пласта, выемочного поля. Однако, учитывая потребность в технической воде для получения породной смеси, можно определенное количество естественного водопритока использовать при смешивании породы. Избыточное количество воды, при меняющемся профиле горной выработки, можно с помощью насоса требуемой производительности, перекачивать в нисходящие скважины, или обеспечить её сводный переток.

Численность персонала при проведение всех работ в одной выработке.

  1. Проходка.

Численность проходческой бригады в смену составляет 4 человека, из которых 1 электрослесарь, или 16 человек в сутки, плюс 4 чел. отдыхает (при скользящем графике выходов). В ремонтную смену выходит дополнительно 3-4 человека по доставке материалов и оборудования, и 3 электрослесаря.

Всего, с учетом коэффициента списочного состава 1,7 численность бригады по проходке, составит 40 человек.

  1. Подготовка закладочной породной смеси.

Численность сменного звена составляет 4 человека.

Списочный состав будет 33 человека.

  1. КСВУ.

Численность каждого звена (в смену) составляет 5 человек на один КСВУ. В их обязанности входит бурение скважины, извлечение транспортных модулей, а также закладка скважин породной смесью, и возведение перемычек. В ремонтную смену выходит дополнительно 7 человек, включая 3 электрослесаря.

Списочный состав будет 46 человек.

На два КСВУ численность по списку составит 92 человека.

Общая численность коллектива рабочих составит 165 человек по списку. К этой численности надо добавить по 2 дежурных электрослесаря в смену для обслуживания всей техники, а также 3 машиниста подземных установок по обслуживанию конвейеров, насосов и прочего оборудования. Списочный состав этой категории рабочих составит 35 человека.

Общая численность по участку составит 200 человек.

Мощностные параметры оборудования.

1. Проходческий комбайн для проходки выработок с крепостью вмещающих пород 2-5 единиц по Протодьяконову, может быть весом 30 -40 тонн. Комбайны такого веса имеют мощность привода рабочего органа 120-130 квт. Мощность двигателя насосной станции –60-70 квт.

Остановимся на максимальных значениях – 200 квт.

2. Породопогрузочная машина экскаваторного типа имеет мощность 55-75 квт.

3. Дробилка – примерно 55 квт.

4. Насосная станция – 90 квт.

5. КСВУ №1:

— привод шнеков – 2 двигателя по 130-160 квт.

Общая мощность – 320 квт.

6. Скребковый конвейер №1 – 2 двигателя по 55 квт = 110 квт.

7. Скребковый конвейер №2 – 2 двигателя по 75 квт = 150 квт.

8. КСВУ №2 – 320 квт.

9. Вентиляторы местного проветривания:

  • — основные на всасывание – 2 шт. по 90 квт. (один резервный).
  • — дополнительный, толкающий в забое – 40 квт.

10. Ленточный конвейер – 2 двигателя по 75 квт. = 150 квт.

11. Прочее оборудование: анкероустановщики, освещение, вспомогательные доставочные лебедки и устройства – 50 квт.

12. Насосные станции для КСВУ:

— 4 шт., по 2 шт на каждый комплекс, из них 2 в работе, и 2 в резерве. Мощность каждой по 120 квт., включая подпиточные насосы. Итого – 480 квт.

Общая установленная мощность на одну выработку составит 1620 квт, с учетом резерва – 1950 квт.

Общая установленная мощность второй выработки может быть меньше примерно на 150 квт, если не будет ленточного конвейера.

По двум выработкам, общая установленная мощность составит примерно 3850 квт.

При работе оборудования в течение 18 часов в сутки, потребление электроэнергии одним проходческо-выемочным комплексом составит примерно 29100 квт в сутки. Потребление электроэнергии в месяц составит примерно 0,8 млн. квт.

Примерная стоимость оборудования. (Оборудование производства КНР.)

  1. Проходческий комбайн (модель «130») 1 шт., включая запасные части, — 0,35 млн. долларов.
  2. Породопогрузочная машина, 1 шт., включая запасные части – 0,1 млн. долл.
  3. Дробилка, 1 шт., включая запасные части – 0,06 млн. долл.
  4. Насосная установка (породные) – 1 шт., — 0,25 млн. долл.
  5. КСВУ №1, включая запасные части – 1,6 млн. долларов (на глубину бурения 110м).
  6. КСВУ №2 – 1,8 млн. долларов (на глубину бурения 130м).
  7. Скребковые конвейеры – 2 шт., включая запасные части – 0,15 млн. долларов.
  8. Ленточный конвейер по 800 м длиной – 1 шт. – 0,35 млн. долларов.
  9. Пусковая аппаратура, и аппаратура управления – 0,8 млн. долларов.
  10. Насосные станции комплексов №1и №2 – 4 шт. – 0,12 млн. долларов
  11. Сухие подстанции различной мощности – 6 шт. — 0,15 млн. долларов.
  12. Кабели, трубы различного диаметра, монорельсовые балки (на 800 м проходки обеих выработок) – 0,8 млн. долларов.
  13. Анкероустановщики, коронки, штанги, компрессоры (2 шт.) – 0,08 млн. долларов.

Общая стоимость: — 6,31 млн. долларов. С учетом транспортных услуг – 6,8 млн. долларов. С учетом НДС и пошлин – 8,1 млн. долларов.

Примерный расчет участковой себестоимость добычи угля, и себестоимость по предприятию, в расчете на товарную продукцию (15,0 % золы), при работе одного ТКПВО.

Участок ТКПВО:

  1. Фонд Заработной Платы (ФЗП) в месяц, с учетом налоговых начислений, из расчета средней заработной платы подземного рабочего 800 долларов — 6,9 млн. грн .
  2. Электроэнергия – примерно 1,2 млн. грн. в месяц.
  3. Материалы для проходки горных выработок (179 м) – 1,6 млн. грн.
  4. Смазочные и прочие материалы – 0,4 млн. грн.
  5. Основные запасные части посчитаны в стоимости оборудования. Прочие запасные части – 0,2 млн. грн.
  6. Амортизационные отчисления. Срок ускоренной амортизации – 5 лет. Месячное отчисление составит 3,8 млн. грн.

Итого, затраты по технологическому забою, составят 14,1 млн. грн. (из которых 3,8 млн. начисляется, но не уплачивается).

По шахте:

  1. Оплата кредитных ресурсов (8,1 млн. долл. на 5 лет под 10% годовых) – 4,16 млн. грн.
  2. Электроэнергия (водоотлив, вентиляция, транспорт) – примерно 6,6 млн. грн.
  3. Административные расходы – 1,2 млн. грн.
  4. Заработная плата промышленной группы поверхности – 1,4 млн. грн.
  5. Заработная плата подземной промышленной группы – 3,2 млн. грн.
  6. Прочие операционные расходы – 1,4 млн. грн.

Итого: 18,0 млн. грн.

Общие затраты составят почти 32,1 млн. грн.

Добыча угля с золой 15% (условно) составит — 24813 т. тонн в месяц.

Затраты на 1 тонну товарной продукции составят: 1294,0 грн.

При работе 2-х ТКПВО объем добычи составит 49,6 тысяч тонн.

Себестоимость товарной продукции 931,5 грн./т

Цена угля марки «ДГ», в настоящее время, составляет примерно 1620 грн./т. при золе 22% и влаге 9,5%. За снижение зольности и влажности угля можно рассчитывать на увеличение цены примерно на 10%, то есть до 1782 грн./т

Прибыль до налогообложения, при одном ТКПВО составит 488 грн./т или 12,2 млн. грн./месяц. При работе 2-х ТКПВО – 850.5 грн./т или 42,2 млн. грн.

Срок окупаемости при одном ТКПВО – 18.6 месяцев, при 2-х ТКПВО – 11 месяцев.

Учитывая, что уголь пласта L4⁰ имеет серу до1%, можно этот уголь поставлять на коксохимические предприятия (с обогащением до 9,5%). В этом случае прибыль будет больше, а срок окупаемости меньше.

Выводы:

Предлагаемая технология отработки запасов, сосредоточенных на тонких и весьма тонких пластах обеспечивает формирование прибыли на угольных предприятиях за счет следующих факторов:

  1. Горно-технические:
    1. Сокращается объем проходки подготовительных выработок, как минимум в 1,5-1,8 раза, по сравнению с традиционными способами подготовки запасов к выемке;
    2. Многократно сокращается время на подготовку запасов к выемке, что очень важно для эффективного использования финансовых ресурсов;
    3. При скважинной выемке угля не происходит его засорение породой кровли или почвы. Из скважины мы получаем, как правило, готовую товарную продукцию хорошего качества. Уголь не требует обогащения, если он используется для энергетических целей, и можно частично обогащать для целей коксохимии. Это существенно снижает затраты по предприятию и повышает его конкурентную способность на рынке;
    4. Порода, которую вынуждены скалывать в проходческом забое, сразу же закладывается в выработанное пространство, в выемочные скважины. Это ведет к резкому снижению износа подземного шахтного транспортного оборудования, экономии расходов на электроэнергию, материалы и запасные части;
    5. Стоимость ТКПВО существенно ниже стоимости оборудования для механизированных лав, что также снижает финансовую нагрузку на предприятие;
    6. Данный способ добычи обеспечивает многократное снижение деформации горного массива в контуре выемочной горной выработки. В результате, появляется возможность отработки запасов под гражданскими объектами, под затопленными зонами.
    7. Отсутствие конвергенции пород в выработанном пространстве, снижение деформаций, позволяет применять анкерную крепь, что также снижает затраты на проходку горных выработок и их безремонтное поддержание в процессе эксплуатации;
    8. Практически все технологические операции механизированы, с минимальным применением ручного труда. Это является главным фактором повышения производительности труда на предприятии;
  2. Социальные:
    1. Она позволяет эффективно отрабатывать запасы, сосредоточенные в весьма тонких пластах, которые считаются некондиционными (забалансовыми) по фактору мощности пласта, зольности горной массы. Это увеличивает срок службы предприятия, в том числе за счет включения в отработку пластов с низким содержанием серы;
    2. Имеется реальная возможность не только сохранения рабочих мест с хорошим уровнем заработной платы, но и создания новых, так как развитие горных работ (проходку выемочных горных выработок) можно вести в различных направлениях, увеличивая тем самым количество ТКПВО, а значит, и рабочих мест.
  3. Экономические:
    1. Срок окупаемости одного ТКПВО, при добыче энергетического угля, составляет примерно 18 месяцев. Это создает отличные условия для формирования на предприятиях собственного фонда развития производства, с помощью которого можно оснастить еще несколько новых ТКПВО, провести столь необходимую модернизацию стационарного оборудования шахты за счет собственных средств, без привлечения бюджетных или кредитных ресурсов;
    2. Увеличение объемов добычи с низкой себестоимостью товарной продукции неизбежно приведет к росту конкурентной способности украинского угля по сравнению с импортным, и в дальнейшем к его вытеснению с рынка Украины, за исключением тех марок угля, которые необходимы коксохимическому производству для получения качественного кокса.

И последнее.

Сегодня в СМИ только ленивый не обсуждает проблемы угольных предприятий Украины. Рассматриваются различные варианты их будущего, вплоть до тотального их закрытия. Но ни в одной публикации не было сказано о том, как практически вывести шахты из технологического провала, и как привлечь инвестиции. (Ведь дошли же на 100 лет назад, до отбойных молотков в лавах, как основного орудия труда!) Складывается такое впечатление, что кто-то придет с кучей денег, вложит их в шахты, и заживем по-прежнему хорошо. Такого точно не будет. Поэтому, когда задают вопрос, а где работает Ваша технология, где её можно посмотреть, мы отвечаем, что нигде. Вопрос, — Почему? Да потому, что всех все устраивало в падении угольной промышленности! И сейчас, наверняка, некоторых устраивает.

Внедрение новой технологии не под силу отдельному предприятию в сегодняшней ситуации, хотя ничего в ней сложного и неизвестного нет. Напротив, все известно, но надо все технологическое обеспечение правильно выстроить, и финансово поддержать. Важно понять, что финансовое состояние шахт напрямую зависит, в первую очередь, от применяемых технологий. Надо средства вкладывать в технологии!!! И государство должно максимально помогать и стимулировать их внедрение. В этом заключается определяющая поддерживающая роль государства! Методов и способов такой поддержки много и они тоже хорошо известны. Но этим должны заниматься специалисты, а не случайные люди, хоть и чиновники высокого ранга.

Приложение:

Эскизы «Технологического комплекса проходческо-выемочного оборудования». Взяты из заявки на изобретение под названием «Способ разработки тонких и весьма тонких угольных пластов».

(Решение по заявке № 2020114337/03(023951) о выдаче патента на изобретение от 23.09.2020)

Статья подготовлена с ипользованием материалов — Строяковского Л.М.

сочащийся шланг