От опасности – на дистанции

Исследования технологии подземной угледобычи


Современное состояние технологии подземной угледобычи в России и за рубежом характеризуется ростом нагрузки на очистные забои и увеличением темпов проведения подготовительных выработок.

В 2000 — 2014 годы в России произошло увеличение объема добычи угля подземным способом на 16%, суточной нагрузки на комплексно-механизированный очистной забой (КМЗ) от 1 324 до 4 267 тонн, то есть в 3,2 раза. Производительность труда рабочего поднялась почти в два раза. На некоторых шахтах Кузбасса (ООО «Шахта Листвяжная», Филиал ОАО «Черниговец» — шахта «Южная», ОАО «СУЭК-Кузбасс») среднесуточная нагрузка на КМЗ составляет 9–10 000 тонн, то есть в 2-3 раза выше средней по бассейну. Однако многие шахты работают с нагрузкой 0–5 000 тонн в сутки. Основной причиной нестабильной работы КМЗ шахт Кузбасса по сравнению с показателями высокопроизводительных КМЗ отечественных и зарубежных шахт является недостаточная адаптивность современных российских и импортных технических средств и технологий к специфическим и изменяющимся горногеологическим и горнотехническим условиям угольных месторождений.

К таким условиям, ограничивающим возможности высокопроизводительного оборудования и прогрессивных технологий подготовки и отработки шахтных полей, следует отнести:

  • изменения мощности и угла падения угольного пласта в пределах выемочного участка;
  • мощности и прочностных свойств вмещающих угольный пласт пород;
  • наличие пликативных и дизъюнктивных геологических нарушений;
  • высокую газоносность угольных пластов;
  • склонность угля к самовозгоранию;
  • склонность угольных пластов к газодинамическим явлениям;
  • наличие на вышележащих пластах опасных зон в виде очагов эндогенных пожаров и затопленного водой выработанного пространства,
  • техногенные и природные землетрясения.

Указанные негативные факторы и недостаточный уровень адаптивности применяемых технологий угледобычи к специфическим условиям шахт России привели к снижению престижности шахтерского труда и потока абитуриентов, поступающих в вузы горного направления, так как увеличились случаи групповых несчастных аварий из-за высокой природной метаноносности угольных пластов, отсутствия безопасных технологических схем отработки склонных и весьма склонных к самовозгоранию мощных угольных пластов.

В настоящее время не создана системная методология прогноза параметров технологических, организационных, геомеханических, газодинамических процессов с учетом интегрального их влияния на эффективность и безопасность ведения горных работ.

Для исключения негативного влияния указанных факторов в рамках многофункциональной системы промышленной и экологической безопасности в Институте горного дела и геосистем (ИГДиГ) обоснованы концепция и принципы развития технологии угледобычи и программа научных исследований на ближайшие 16-20 лет по следующему направлению: совершенствование существующей геотехнологии и создание автоматизированной шахты с элементами роботизации.

Глобальной целью программы исследований является разработка методологии проектирования, строительства и эксплуатации шахты нового уровня, эксплуатация которой позволит повысить экономическую эффективность и промышленную, экологическую и социальную безопасность угледобывающих регионов. Достижение этой цели возможно посредством создания и внедрения в угледобывающих регионах автоматизированных и роботизированных технологических систем шахт, в которых основные и вспомогательные операции выполняются многофункциональными или специализированными роботами и манипуляторами, управляемыми дистанционно человеком-оператором из безопасного для его жизни места, в том числе при полном отсутствии человека в шахте.

Для достижения указанной цели и создания системы управления процессами угольных шахт на кафедрах ИГДиГ проводятся комплексные исследования по схеме 1.

Реализация указанной схемы осуществляется по разработанным на кафедре геотехнологии СибГИУ технологии непрерывного производственного эксперимента и экспериментально-численного метода прогноза параметров шахт с участием вуза, создателей средств автоматизированного мониторинга, проектной и экспертной организаций, угледобывающего предприятия.

Эффективность предложенной технологической схемы проведения производственного эксперимента доказана в условиях шахты «Алардинская» в Кузбассе при отработке опасного по горным ударам угольного пласта. Работа оценена на Международной выставке-ярмарке «Уголь России и Майнинг» в 2015 году золотой медалью.

Виктор Фрянов,
Сибирский государственный индустриальный университет

et@cyberleninka.ru


СГИ Тимофеева