Бурошнековий комплекс КСВУ-Б

Криза компанії «Грузуголь» і шляхи її подолання.

За 7 місяців 2018 року в компанії «Грузуголь» (ТОВ «Сакнахширу») на шахті ім. Мінделі, під час ведення гірничих робіт у виймальних камерах у межах 10-го поля, сталося 2 вибухи метану. Перший вибух стався в ніч на 5 квітня, що спричинив загибель 6 осіб, а також були травмовані 4 особи. Другий вибух стався 16 липня. Загинуло 4 особи, 6 – травмовано.

Слід зазначити, що подібні аварії на цій шахті трапляються неприпустимо часто. Так, у 2010 році сталося 2 вибухи, в результаті яких загинуло 7 осіб. У наступні роки також відбувалися спалахи метану. Загинув 1 працівник, кілька були поранені.

Основними причинами вибухів метану у виймальних камерах, на мою думку, є дуже низький рівень професійної підготовки інженерно-технічного персоналу шахти та робітників, що виражається у грубих порушеннях правил ведення вибухових робіт, порушенні паспортів ведення гірничих робіт, нехтуванні правилами і методами контролю вмісту метану в рудниковій атмосфері та забезпечення необхідного провітрювання виробок.

Слід також зазначити, що сама технологія виймання вугілля не передбачає можливого зниження ризику в роботі шахтарів. Так, проходка всіх дільничних виробок виконується вручну із застосуванням вибухових робіт. Проходка розрізних печей угору по падінню пласта під кутом до 45° ведеться таким самим способом. Відбійка вугілля в камерах і їх кріплення – вручну із застосуванням вибухових робіт. Доставка матеріалів на дільницях також здійснюється вручну. Тобто у компанії на основних гірничих роботах застосовується повністю ручна праця, помножена на низьку виробничу дисципліну.

Абсолютно очевидно, що нинішня технологія, яка застосовується протягом багатьох десятиліть, не відповідає сучасним соціальним вимогам суспільства, вимогам безпеки й не має права на подальше існування.

Підприємство (нині зупинене) повинно перейти на інші технології, які дозволять забезпечити безпеку праці й економічну ефективність. Сьогодні постає питання щодо подальшої долі вугільного підприємства, а це, по суті, доля шахтарського міста з населенням приблизно 10 тис. осіб і прилеглих сіл. Вугільна компанія є єдиним містоутворюючим підприємством, яке забезпечує роботою майже 1500 осіб.

У статті, присвяченій застосуванню бурового станка МЗ-300, наведено коротку характеристику гірничо-геологічних умов шахти та технології виймання.

У 80-ті роки минулого століття в об’єднанні «Грузуголь» робилися спроби застосування механізованих комплексів при шаровому вийманні запасів. Однак через схильність пластів до самозаймання у всіх лавах виникали пожежі, що призводило до втрати всього обладнання і запасів.

Вивчення питання можливого використання механізованих комплексів наразі показало, що навіть за наявності існуючих засобів і методів боротьби з ендогенними пожежами їх застосування не виключає ризиків виникнення пожеж, а питомі витрати на розкриття та підготовку запасів, а також придбання необхідного гірничошахтного обладнання становитимуть не менше 40 доларів США на 1 тонну. При цьому строк виконання робіт для запуску першої лави становитиме не менше 3 років.

Керівництвом компанії наприкінці 2010 року було поставлено завдання розробити технологію видобутку вугілля, яка забезпечить:

  • збільшення обсягів видобутку;
  • збільшення продуктивності праці;
  • зниження ризиків виникнення аварій, пов’язаних із динамічними явищами (шахта небезпечна за гірничими ударами);
  • зниження ризиків виникнення ендогенних пожеж;
  • запобігання випадкам вибухів метану в діючих гірничих виробках;

При цьому технологія повинна бути досить недорогою й економічно ефективною.

Упродовж 2011–2017 років було розроблено 5 технологічних схем, які відповідали зазначеним вимогам.

Об’єднувальні фактори запропонованих схем:

  • Механізація проходки гірничих виробок за допомогою прохідницьких комбайнів і транспортних систем.
  • Механізація процесів виймання вугілля.
  • Горизонтальна або похила підрізка вугільної товщі потужністю 1,2–2,5 м, як засіб попереднього розвантаження масиву з метою запобігання гірничим ударам.
  • Використання газоподібного азоту на різних етапах виймання як засобу попередження ендогенних пожеж.
  • Часткова дегазація вугільного масиву.

Відмінні фактори запропонованих схем:

  • Дві зі схем не передбачають присутності людини в зоні руйнування та виймання вугілля, тобто в пласті. Це означає, що немає потреби у провітрюванні цієї зони. Отже, туди можна постійно подавати азот у достатній кількості, який у суміші з метаном створюватиме безкисневе середовище. Таким чином суттєво знижується ризик вибуху метану та його вплив на людину.
  • Максимальне вилучення метану з вугільного масиву шляхом дегазації на всіх етапах виймання.

Розглянемо дві технології виймання вугілля, які дозволяють максимально підвищити рівень безпеки й при цьому забезпечити мінімальні фінансові вкладення та дуже низьку собівартість видобутку вугілля (гірничої маси).

Обидві технології передбачають свердловинний спосіб виймання вугілля, але з певними істотними відмінностями, продиктованими гірничо-геологічними умовами на різних ділянках шахтного поля.

Отже, технологія 1:

«Виймання гірської маси з пласта “Товстий” за допомогою бурошнекового комплексу КСВУ-Б методом первинної підрізки підповерхового шару вздовж простягання пласта з подальшим вилученням обрушеного вугільного масиву цими ж комплексами».

Ця технологія передбачає поділ виїмкового горизонту на декілька окремих підповерхів горизонтальними виробками (далі — штреками). Висоту підповерху визначають з урахуванням гірничо-геологічних умов родовища; вона може становити кілька десятків метрів. Штреки прокладають по простяганню пласта в породі підошви, залишаючи між штреком і пластом породний прошарок 2–5 м залежно від кута падіння пласта та міцності порід підошви. Довжина штреків відповідає довжині виїмкового поля.

Залишення породного прошарку необхідне для запобігання контакту рудникової атмосфери штрека з вугільним масивом (що важливо для попередження ендогенних пожеж), а також для забезпечення стійкості штрека. Бурошнековий комплекс розташовують у підповерховому штреку так, щоб його робочий орган був направлений у бік пласта. Виймання вугілля здійснюється бурінням горизонтальних або похилих виїмкових свердловин до покрівлі пласта або меншої довжини.

Спершу пробурюється породний прошарок між бортом штрека та вугільним пластом, залишаючи між свердловинами цілики породи й вугілля. Ширину ціликів визначають з огляду на фізико-механічні властивості масиву; вона має забезпечувати стійкість свердловин на час буріння та можливих зупинок. Ширина свердловини може становити 2,5–3,0 м, висота — 0,5–2,5 м.

Буріння свердловин може виконуватися під різними кутами. З одного положення бурошнековий комплекс може бурити кілька свердловин (наприклад, одну горизонтальну, іншу — під кутом β). В горизонтальній площині комплекс також може бути орієнтований під необхідним кутом до похилої площини підошви.

У міру збільшення кількості свердловин відбувається підрізка масиву на всю довжину штрека та його потужність h. Після вилучення інструменту у вустях свердловин встановлюються герметичні перемички, що ізолюють їх від рудникового повітря та підтримують стійкість штрека.

Провітрювання підповерхового штрека здійснюється за рахунок загальношахтної депресії. Провітрювання свердловин не передбачається.

Під дією гірського тиску масив над свердловинами починає руйнуватися й обрушуватися у їхню порожнину. Руйнуються і цілики, що зменшує їхню несучу здатність та активізує обрушення. У масиві постійно формуються тріщини, що веде до додаткових обрушень, але вони відбуваються поступово, без різких динамічних проявів, що важливо для попередження гірничих ударів.

Подальше вилучення обрушеного вугілля здійснюється тим самим бурошнековим комплексом. Для цього достатньо демонтувати перемичку та знову подати інструмент у свердловину. Оскільки руйнування вибою вже не потрібне, енергозатрати значно менші, а швидкість проходження інструмента — вища.

Для запобігання утворенню стійких склепінь і для регулювання процесу обрушення масив можна додатково розущільнювати штучними методами: вибуховими зарядами або нагнітанням води через спеціально пробурені свердловини. В газоносних пластах такі свердловини можуть служити для дегазації.

Виймання вугілля з раніше пробурених свердловин може здійснюватися кількома бурошнековими комплексами одночасно, розташованими в різних місцях штрека. Комплекси не заважають один одному.

(Опис ілюстрацій 1–5 пропущено згідно з оригіналом — лише текст.)

Штрек має переріз близько 17 м². Проходка здійснюється комбайном; темпи — до 100 пог. м/місяць.

Кріплення — металева рамна піддатлива та анкерна між рамами, у покрівлю та у висячий бік, нижче місць майбутніх свердловин і між ними. Вибір кріплення визначається потребою розмістити габаритне обладнання та забезпечити роботу маніпулятора.

Було розроблено технічну документацію на:

Виймальний орган КСВУ-Б

  • горизонтальний ріжучий орган з двома барабанами та ріжучим ланцюгом між ними;

  • діаметр — 1200 мм, довжина — 2500 мм;

  • привід: два двигуни водяного охолодження по 132 кВт;

  • два планетарні редуктори в барабанах;

  • ланцюг — нерухомий (не тяговий), призначений для руйнування масиву між барабанами;

  • орган оснащено двома відгрібаючими шнеками та має порожнини для датчиків;

  • редуктори охолоджуються водою через теплообмінники.

Привід шнекового става та шнековий став

Враховуючи можливі обрушення масиву:

  • потужність приводу — 500 кВт (2×250 кВт);

  • шнекові модулі — посиленої конструкції, розраховані на багатотонні навантаження;

  • гідроподавальник розвиває зусилля до 600 т при вилученні става;

  • передбачено систему визначення ваги обрушеного масиву з виведенням даних на пульт оператора.

Документація на раму машини, кріплення, гідроподавальник, маніпулятор та інші елементи готова на ≈60%.

Економічні показники

  • Довжина виїмкових стовпів перших двох підповерхів — ~1100 м.

  • Запаси — ~4,0 млн т.

  • При роботі 4 комплексів КСВУ-Б із навантаженням 500 т/добу кожен — тривалість відпрацювання ~6,5 року.

  • Запаси 3-го підповерху — 2,4 млн т, термін відпрацювання ~4 роки.

  • Собівартість (без загальношахтних витрат): 5,5–6,0 дол./т.

  • Загальношахтна собівартість із збагаченням — ~25 дол./т.

При добовому видобутку 2000 т шахта отримує:

  • 600 т коксівного концентрату (зола 10–11%);

  • 600 т енергетичного концентрату (5000 ккал/кг);

  • 200 т енергетичного продукту (≈2800 ккал/кг).

Очікуваний прибуток до оподаткування — ≈36,7 дол./т.

Результат — цілком гідний.

Продовження буде.
Строяковський Л.М.