У продовження теми вибору технології виємки вугілля на шахті ім. Мінделі розглянемо Технологію 2.
Одразу зазначимо, що під час розробки схеми підготовки запасів і технології їхньої виємки для різних ділянок шахтного поля враховувалися суттєві відмінності їхніх гірничо-геологічних умов.
У діючому східному крилі шахти існує велике гірничо-геологічне порушення у вигляді подвійного, а місцями й потрійного насуву пласта «Товстий». Сумарна потужність, за припущеннями, становить до 110–120 метрів. Дорозвідка запасів у районі 17-го та 19-го полів здійснювалася бурінням розвідувальних свердловин зі Східного польового відкатного штреку гор. –300 м шахти ім. Дзідзігурі (колишня шахта ім. Леніна), а також проведенням ортів упоперек простягання пласта. Довжина ортів по вугільній товщі становить приблизно 140–150 метрів.
Під час буріння похилих, восхідних розвідувальних свердловин діаметром 75–95 мм спостерігався сильний гірничий тиск. При бурінні з промивкою довжина свердловин по вугільній товщі не перевищувала 10–15 метрів. Свердловини активно руйнувалися, і врешті-решт інструмент затискало. При бурінні з продувкою довжина окремих свердловин досягала 50 метрів по вугільній товщі. Далі інструмент також затискало. Таким чином, визначити потужність вугільної товщі за допомогою розвідувальних свердловин не вдалося. Частково вдалося визначити лише розташування вугільної товщі відносно Східного польового відкатного штреку гор. –300 м.
Також слід зазначити, що під час проходки ортів спостерігалася активна деформація рам кріплення, особливо в передбачуваних місцях площин насувів. Доводилося встановлювати суцільне кріплення. Але й це не давало істотного результату. У зазор між рамами кріплення активно висипався вугілля у вигляді дрібнороздрібненої маси аж до повного перекриття перерізу виробки. Підошва ортів (а це вугільний масив) активно вспучувалася, що змушувало вести постійне підривання. Темпи проходки на БВР становили не більше 10–12 метрів на місяць. У результаті постійного висипання вугілля два вентиляційні орти осіли на глибину до 10 метрів (при різниці позначок із транспортним ортом у межах 30 метрів).
Усі ці факти стали підставою для перегляду технології виємки за допомогою КСВУ-Б (умовно «технологія 1») і вибору іншої — технології 2.
Ця технологія використовує властивості гірського масиву, що проявляються у високому гірничому тиску, який призводить до формування активних високонавантажених зон опорного тиску навколо пробурених свердловин.
Для реалізації цієї технології була розроблена повна технічна документація комплексу свердловинної виємки вугілля похилого буріння (КСВУ-Н).
Цей комплекс дозволяє бурити восхідні свердловини діаметром 1200 мм на глибину до 200 метрів у породах будь-якої міцності та здійснювати випуск гірської маси в діючу гірничу виробку.
Як було зазначено вище, вдалося визначити розташування польової виробки щодо вугільної товщі. Виробка знаходиться на відстані 10–17 метрів по нормалі від підошви нижчого пласта «П’ятий» вугільної товщі.
Технологічна схема передбачає, що у польовій виробці довжиною приблизно 360 метрів, на відстані 5–7 метрів один від одного, за допомогою бурової машини будуть пробурені свердловини діаметром 1200 мм по нормалі до товщі, тобто під кутом 45° до горизонту. Під кожною свердловиною після буріння встановлюється виємковий модуль, основною функцією якого є дозоване відвантаження гірської маси зі свердловини на скребковий конвеєр, розташований у польовій виробці.
КСВУ-Н складається з таких основних агрегатів та компонентів:
- Бурова машина, до складу якої входять гідрофіковане кріплення (основа, перекриття, гідравлічні стояки та домкрати), поворотний блок приводу, заряджальник, огорожа.
- Буровий інструмент, що включає бурову корону та транспортні модулі (кількох модифікацій).
- Модуль свердловинної виємки, що складається з основи, перекриття, гідростійок, регулятора потоку.
- Гвинтовий розрихлювач, встановлений на модулі свердловинної виємки, що складається з електропривода з редуктором і шнекових штанг із коронкою.
- Транспортний став у складі скребкового конвеєра з бортами, які слугують напрямною для розміщення та переміщення транспортної каретки, на яку укладаються транспортні модулі під час буріння.
- Апаратура керування КСВУ-Н та допоміжні механізми.
Крім того, для функціонування КСВУ-Н у польовій виробці споруджується машинна камера, у якій розміщується все допоміжне обладнання: електропідстанції, стандартні шахтні водо-емульсійні насосні станції, компресор, електропускова апаратура.
Технологія виємки полягає в наступному.
З польової виробки у напрямку до вугільної товщі пробурюються свердловини великого діаметра. Буровий інструмент проходить породний масив на глибину 10–17 метрів, а далі заходить у вугільну товщу, перетинаючи пласт «П’ятий» потужністю до 3,5 м, породний прошарок потужністю 3–5 метрів, пласт «Четвертий» потужністю 8–10 метрів.
Після буріння свердловини інструмент одразу витягується, бурова машина переміщується на наступну точку, а під свердловиною залишається виємковий модуль.
Під дією високого гірничого тиску навколо свердловин утворюватиметься кільцеподібне опорне тиск, під дією якого почне руйнуватися стінка свердловин. У міру збільшення розмірів утворених порожнин опорний тиск буде зміщуватися і зростати. Через певний час зони опорного тиску від окремих порожнин почнуть накладатися одна на одну, збільшуючи руйнівну дію на вугільну товщу. Процес руйнування вугільної товщі стає безперервним.
Оскільки підошва вугільної товщі представлена стійкою породою міцністю 7–9 одиниць за Протодьяконовим, ця частина свердловини — «породна» — виступатиме своєрідним бункером (акумулятором) для гірської маси, яка під дією гірничого тиску руйнуватиметься навколо пробуреної свердловини та під дією гравітації падатиме в неї.
Гвинтовий розрихлювач, встановлений на виємковому модулі, випускає гірську масу з породної частини свердловини з необхідною продуктивністю. У випадку, якщо у свердловину впаде великий шматок, розрихлювач зі своєю коронкою та шнеками діаметром 600 мм подрібнить його. Коронка не виступає за межі породної частини свердловини.
При довжині польової виробки 360 м у ній буде розміщено приблизно 65 виємкових модулів. Обсяг видобутку залежатиме від транспортної інфраструктури шахти. Якщо виходити з продуктивності скребкового конвеєра, наприклад 200 т/год, то вона становитиме 4800 т/добу.
Для формування потрібного вектора руйнування вугільної товщі — спрямованого вгору по підняттю відповідно до кута падіння пласта — з пріоритетним вивільненням нижніх пластів «П’ятий» та «Четвертий», необхідні додаткові впливи на ці пласти.
Передбачається пробурити у ці пласти серії свердловин діаметром орієнтовно 70–100 мм, у які закачуватиметься вода з додаванням ПАР або гліцерину (який є антипірогеном) з метою руйнування структурних зв’язків. Також передбачається руйнування цих пластів за допомогою ВР. Це дозволить організувати їх першочергове руйнування і «сповзання» у свердловини.
Наведемо деякі параметри КСВУ-Н:
- Потужність електродвигуна водяного охолодження з торсійним валом приводу бурової машини — 200 кВт.
- Планетарний редуктор із водяним охолодженням масла.
- Необхідний переріз виробки — 28 м².
- Потужність електродвигуна гвинтового розрихлювача — 15 кВт.
- Напруга мережі — 660 В або 1140 В.
- Кількість обслуговуючого персоналу з випуску вугілля — 4 особи, включаючи 1 слюсаря з гідравліки/механіки та 1 слюсаря з електроапаратури.
- Розрахункова собівартість видобутку (дільнична) — 0,69 $/т.
- Обсяг запасів, що підлягають виємці в 17-му і 19-му полях — близько 3,5 млн тонн, а також близько 6 млн тонн у 13-му і 15-му полях.
Дотримання основних заходів безпеки.
— Поступове руйнування масиву по всій довжині виробки з поступовим випуском гірської маси призводить до утворення численних тріщин у вугільній товщі та у вищерозташованому породному масиві. Порожнини у вугільній товщі будуть заповнені зруйнованою гірською масою, яка слугуватиме своєрідною «подушкою безпеки» для надлежащих порід. Поступове розвантаження масиву та наявність «подушки» забезпечують надійний захист від гірничих ударів у зоні активних порушень.
— Наявність у породній частині свердловин акумульованої гірської маси, а також відсутність вентиляції у свердловинах, перешкоджають проникненню кисню у вугільну товщу. Газове середовище в порожнинах буде представлено здебільшого метаном і тим азотом, який за необхідності буде подаватися у свердловини. Це запобігає виникненню ендогенних пожеж.
— Є можливість ефективної дегазації вугільної товщі з подальшим вилученням практично всього метану на цій ділянці шахтного поля. Орієнтовна кількість метану становить 143 млн м³, з ринковою вартістю понад 25 млн доларів США.
Економічна ефективність проєкту
При зазначеній вище собівартості видобутку загальношахтна собівартість з урахуванням збагачення становитиме не більше 18 доларів за тонну.
Витрати на обладнання, включаючи 65 виємкових модулів та додаткове ГШО, становитимуть приблизно 7,5 млн доларів — це близько 0,8 долара на 1 тонну запасів.
Витрати на підготовку (прохідку та облаштування виробок) становитимуть приблизно 1,5 млн доларів, або 0,16 долара на 1 тонну запасів.
При коефіцієнті вилучення запасів 0,8 сумарні витрати (без собівартості та банківських складових) становлять близько 1,2 долара на 1 тонну добутої гірської маси або 1,7 долара на 1 тонну готової продукції.
Враховуючи, що реалізація цієї технології відбуватиметься поетапно, у міру буріння свердловин — спочатку на одному горизонті, потім на іншому — то й використання фінансових ресурсів відбуватиметься вже в процесі видобутку вугілля. Таким чином, значна частина витрат покриватиметься за рахунок прибутку підприємства.
Витрати на дегазацію становитимуть не більше 4% від вартості вилученого метану (взято умовно ринкову ціну закупівлі газу — 180 дол. за 1000 м³).
Нижче наведені деякі загальні види з технічної документації, а також віртуальне відео роботи КСВУ-Н, виконане на основі креслярських розмірів.