Совершенствование технологии отработки угольных пластов Кузбасса, осложненных геологическими нарушениями

М ГГУ 

м о с к о в с к и й 

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 
ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 

РЕДАКЦИОННЫЙ 

С О В Е Т 

ИЗДАТЕЛЬСТВО 
МОСКОВСКОГО 
ГОСУДАРСТВЕННОГО 
ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА 

Председатель 

Л.А. 
ПУЧКОВ 
ректор 
МГГУ, 
чл.-корр. 
РАН 

Зам. председателя 

Л.Х. 
ГИТИС 
директор 
Издательства 
МГГУ 

Члены 
редсовета 

И.В. 
ДЕМЕНТЬЕВ 
академик 
РАЕН 

А.П.ДМИТРИЕВ 
академик 
РАЕН 

Б.А. 
КАРТОЗИЯ 
академик 
РАЕН 

В.В. 
КУРЕХИН 
академик 
РАЕН 

М.В. 
КУРЛЕНЯ 
академик 
РАН 

В.И. 
ОСИПОВ 
академик 
РАН 

э.м. 
СОКОЛОВ 
академик 
МАНВШ 

К.Н. 
ТРУБЕЦКОЙ 
академик 
РАН 

В.В. 
ХРОНИН 
профессор 

В.А. 
ЧАНТУРИЯ 
академик 
РАН 

Е.И. 
ШЕМЯКИН 
академик 
РАН 

g 
O.B. МИХЕЕВ 

jg 
Ю.Н. МАЛЫШЕВ 

*• 
А.Е. ЕВТУШЕНКО 
л 
X 
а. 
2 
2 
I 
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ 
| ТЕХНОЛОГИИ ОТРАБОТКИ 
£ 
УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ 

| 
КУЗБАССА, 
Р 
ОСЛОЖНЕННЫХ 
ГЕОЛОГИЧЕСКИМИ 
НАРУШЕНИЯМИ 

издание, 
стереотипное 

МОСКВА 

ИЗДАТЕЛЬСТВО МОСКОВСКОГО 
ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА 

2 0 0 2 

УДК 622.232.33 

Михеев О.В., Малышев Ю.Н., Евтушенко А.Е. Совершенствование технологии отработки угольных пластов Кузбасса, 
осложненных геологическими нарушениями. — 2-е изд., стер. 
— М.: Издательство Московского государственного горного 
университета, 2002. — 104 с. ISBN 5-7418-0009-2 

Изложены вопросы технического перевооружения шахт Кузбасса для 
повышения эффективности отработки угольных пластов, осложненных геологическими нарушениями. Предложена теория определения рациональной 
траектории движения очистного забоя для обеспечения требуемой полноты 
выемки запасов угля, концентрации подготовительных, монтажных и очистных работ. 

ISBN 5-7418-0009-2 
© О.В. Михеев, Ю.Н. Малышев, 

А.Е. Евтушенко, 1994, 2002 
© Издательство МГГУ, 1994, 2002 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

ВВЕДЕНИЕ 
5 

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ КОМПЛЕКСНОЙ МЕХАНИЗАЦИИ НА ШАХТАХ 

1.1. Состояние технологии и комплексной механизации очистных работ на угольных шахтах 
б 

1.2. Опыт применения технологических схем с разворотами 
механизированных комплексов 
11 

1.3. Опыт разворотов механизированных комплексов за рубежом 
20 

2. ГОРНОГЕОЛОГИЧЕСКАЯ И ГОРНОТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОПЫТНЫХ УЧАСТКОВ 

2.1. Обоснование рациональности криволинейной траектории движения очистного забоя в сложных горногеологических условиях 
26 

2.2. Этапы построения технологической схемы отработки 
эксплуатационного блока по спиральной системе 
30 

2.3. Горнотехническая характеристика объекта исследований 
37 

2.4. Методы исследований 
43 

3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ОСНОВНЫХ 
ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОТРАБОТКИ ЗАПАСОВ ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО БЛОКА ПО СПИРАЛЬНОЙ СИСТЕМЕ 

3.1. Экономико-математическое моделирование процессов 
ведения горных работ в блоке 
47 

3 

3.2. Реализация экономико-математического моделирования на ЭВМ 
65 

3.3. Влияние основных параметров технологической схемы 
на величину приведенных затрат по блоку 
69 

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 
СПИРАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ В УСЛОВИЯХ ШАХТЫ «РАСПАД СКАЯ» 

4.1 Характеристика проектных решений отработки запасов 
блока по спиральной системе 
75 

4.2. Основные результаты целевого хронометража процессов 
подготовки и очистной выемки 
84 

4.3. Экспериментальные исследования процессов взаимодействия механизированной крепи и крепей подготовительных выработок с боковыми породами 
89 

5. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ СПИРАЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ОТРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ 

5.1. Основные принципы построения технологической схемы 
отработки угольных пластов по спиральной системе 
94 

5.2. Рекомендации в области применения спиральной системы разработки 
97 

ВЫВОДЫ 
100 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 
102 

4 

ВВЕДЕНИЕ 

Наметившееся в последние годы техническое перевооружение 
угольных шахт с внедрением механизированных комплексов более 
высокого технического уровня позволило решить ряд традиционно 
сложных вопросов угледобычи, но не привело к существенному росту 
производительности труда. Как правило, это связано с ухудшением 
горногеологических условий по мере углубления горных работ. Рост 
газоносности угольных пластов, интенсивности динамических проявлений горного давления, дизъюнктивной нарушенности и другие 
факторы ограничивают использование в полной мере возможностей 
высокопроизводительной техники. С увеличением глубины горных 
работ и дизъюнктивной нарушенности угольных пластов в отрасли 
отмечается устойчивая тенденция уменьшения длины выемочных 
столбов, что обусловливает необходимость привлечения значительных материальных и трудовых затрат на монтажно-демонтажные 
работы и увеличение удельных объемов проведения подготовительных выработок. Практика показывает, что к числу неиспользованных 
резервов производства по-прежнему следует относить совершенствование технологических схем отработки угольных пластов. Одним из 
эффективных направлений совершенствования технологии ведения 
горных работ в условиях, ограничивающих подготовку длинных выемочных столбов, является переход на развороты механизированных 
комплексов для последовательного их перевода из одного очистного 
забоя в смежный без перемонтажа. Однако в ряде случаев одноразовый разворот комплекса на 180° не является достаточным условием 
для успешного решения вопросов планирования и управления горными работами в эксплуатационном блоке. В сложных горно-геологических условиях возникает необходимость определения рациональной 
траектории движения очистного забоя для обеспечения требуемой 
полноты выемки запасов угля, концентрации подготовительных, 
монтажных и очистных работ. 

С учетом накопленного опыта разворотов механизированных 
комплексов представляется возможным дальнейшее развитие данных технологических схем в направлении обоснования эффективности применения сложных траекторий движения очистного забоя, в 
том числе по спирали. 

5 

ГЛАВА 1 

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ 
КОМПЛЕКСНОЙ МЕХАНИЗАЦИИ 
НА ШАХТАХ 

1.1. СОСТОЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И КОМПЛЕКСНОЙ 
МЕХАНИЗАЦИИ ОЧИСТНЫХ РАБОТ НА УГОЛЬНЫХ 

ШАХТАХ 

Последние годы в угольной промышленности характеризуются 
бурным ростом механизации очистных работ - более широким использованием механизированных комплексов, в том числе и нового 
технического уровня. 

Рост объемов добычи угля в результате широкого внедрения 
новых высокопроизводительных комплексов повышенной несущей 
способности типа КМ-130, УКП, КМТ, ОКП-70 и др., доля которых 
в общем парке комплексов постоянно растет, позволил значительно 
улучшить технико-экономические показатели работы очистных забоев объединения, в том числе повысить нагрузку на комплексно-механизированный забой с 1010 до 1132 т. 

Анализ динамики технико-экономических показателей работы 
очистных забоев за последние годы показывает, что нагрузка на очистной комплексно-механизированный забой практически не растет, 
а в ряде случаев даже уменьшается по сравнению с достигнутой. 
Основными причинами этого являются: 

• вовлечение в комплексно-механизированную выемку участков пластов с тяжелыми горногеологическими условиями и 
использование для их отработки комплексов, технические характеристики которых не всегда соответствуют этим условиям; 

• отступления от технологических схем и нормативных сроков, 
допускаемые при подготовке выемочных участков, существенные недостатки в планировании и организации производства, 
техническом обслуживании и ремонте горношахтного оборудования; 

• отсутствие эффективных технологических схем отработки выемочных полей, соответствующих ухудшившимся горногеоло
6 

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ КОМПЛЕКСНОЙ МЕХАНИЗАЦИИ НА ШАХТАХ 

гическим условиям и новому уровню комплексной механизации. 

Несмотря на пополнение парка оборудования все более сложными и дорогостоящими машинами, коэффициент их использования 
внутри смены снижается из-за простоев этого оборудования, которые 
достигают 30% продолжительности смены. Увеличивается разрыв 
между ростом производительности техники и повышением ее стоимости, что повышает себестоимость добычи угля. 

Ухудшение структуры шахтного фонда, значительная протяженность подземных коммуникаций привели к деконцентрации горных работ, увеличению объемов поддерживаемых выработок и 
ухудшению их состояния, уменьшению нагрузок на комплексно-механизированные забои, снижению коэффициента использования 
горношахтного оборудования, в том числе и механизированных комплексов, до 60%. 

Анализ длины выемочных столбов, подготовленных и отработанных на шахтах ПО «Южкузбассуголь», показал, что, в связи с 
ограничениями по горногеологическим и горнотехническим условиям, 50% выемочных столбов не достигают длины 700 м, причем 22 % 
выемочных столбов имеют длину до 500 м, что неблагоприятно сказывается на технико-экономических показателях лав и снижает эффективность применения механизированных комплексов вследствие 
значительных объемов монтажно-демонтажных работ. 

Длинных столбов (длиной более 900 м) подготовлено всего 91, 
или 23,7%. 

Необходимость отработки большого количества столбов приводит к увеличению числа перемонтажей механизированных комплексов, снижению эффективности их использования за счет потерь 
добычи угля в период простоев и перемонтажа и за счет снижения 
надежности очистного оборудования в результате очередного перемонтажа. 

С переходом к отработке участков с менее благоприятными 
горногеологическими условиями и увеличением числа комплексномеханизированных очистных забоев следует ожидать дальнейшего 
снижения средней длины выемочных столбов, что вызовет увеличение объемов работ по перемонтажу комплексов, уменьшение эффективности использования дорогостоящего очистного оборудования. 

7 

ГЛАВА 1 

Это требует дальнейшего совершенствования работ по монтажу-демонтажу очистного оборудования, повышения уровня организации 
труда в очистных забоях, эффективного использования техники и 
совершенствования технологии отработки пластов. 

Из-за необходимости частого проведения монтажно-демонтажных работ эффективность эксплуатации механизированных комплексов значительно снижается. В результате этого дорогостоящее 
оборудование простаивает, и убытки от этого отмечаются не только в 
стоимостных затратах на монтажно-демонтажные работы, но и в 
фактическом ущербе от недополучения шахтной добычи за время 
простоя комплекса в перемонтаже. Простои механизированных комплексов в монтаже-перемонтаже достигают 20-25% времени пребывания оборудования на шахте. Около 50-60% трудоемкости работ, не 
связанных с выемкой угля, приходится на монтаж, демонтаж и транспортирование оборудования с поверхности в шахту и из лавы в лаву. 

Необходимо учитывать, что наибольшие затраты времени и 
средств обусловлены применением тяжелых и дорогостоящих механизированных комплексов нового технического уровня. 

Значительные резервы использования механизированных комплексов, таким образом, могут быть получены путем уменьшения 
времени пребывания комплекса в монтаже-демонтаже. В последние 
годы потери добычи угля на шахтах объединения в период простоев 
механизированных комплексов в перемонтаже еще более увеличились в связи с ростом нагрузки на очистной забой, с увеличением 
числа комплексно-механизированных забоев, а также уменьшением 
возможности подготовки длинных выемочных столбов. 

Частые перемонтажи механизированных комплексов приводят 
к значительным потерям как добычи, так и материальных средств. 
Все это свидетельствует о необходимости совершенствования технологических схем угледобычи на шахтах. 

Уменьшение затрат времени, трудовых, материальных и финансовых ресурсов на перемонтажи комплексов возможно по двум 
направлениям: 

• совершенствование технологии монтажно-демонтажных работ с целью сокращения их продолжительности и стоимости 
(проведение скоростных перемонтажей); 

8 

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ КОМПЛЕКСНОЙ МЕХАНИЗАЦИИ НА ШАХТАХ 

• разработка технологических схем, включающих или значительно уменьшающих объемы проведения монтажно-демонтажных работ при переводе лавы из отработанного во вновь 
приготовленный столб. 

На шахтах объединения «Южкузбассуголь» проводились скоростные монтажи, демонтажи и перемонтажи очистных механизированных комплексов типа ОМКТМ, ОКП, КМ-87, КМ-130. Однако, 
этот путь не является рациональным. 

Во-первых, довольно сложно повсеместно распространять опыт 
скоростных перемонтажей так, чтобы рекордные показатели стали 
нормой для всех бригад, производящих монтажно-демонтажные работы. Но даже и в этом случае забои будут простаивать одну-две 
недели, что приведет к потерям в добыче, росту амортизационных 
отчислений и других затрат. Совершенствование монтажно-демонтажных работ, хотя и ведет к увеличению баланса рабочего времени 
комплекса по выемке угля, однако не уменьшает объема этих работ и 
не устраняет периодов развития и затухания добычи в начале и в 
конце отработки выемочного столба и поэтому не может служить 
кардинальным решением. 

Во-вторых, неизбежное наличие периодов развития и затухания добычи при отработке столба, когда производительность очистного забоя значительно снижается. Это фактор присущ любому 
комплексно-механизированному очистному забою при отработке выемочного блока любой длины, причем, чем короче выемочный столб, 
тем ниже эффективность применения очистного комплекса. 

Показательной в этом смысле является работа крупнейшей в 
стране шахты «Распадская», где несмотря на широкое внедрение новой техники производительность очистных забоев практически не 
повышалась из-за постоянного осложнения горногеологических условий (рис. 1.1). В ближайшие годы это вызовет дальнейшее сокращение запасов в выемочных столбах и увеличение количества 
перемонтажей комплексов (рис. 1.2). 

9 

ГЛАВА 1 

Рис. 1.1 

Динамика изменений горногеологических условий поля шахты «Распадская» ПО 

1.9"* 
'97С 
19>8 
Г9в? 
/99! 
/99* 
/996 
'999 
/990 
/992 
/99* 
/99в 
Гоби 

Рис. 1.2 

График изменения средних запасов в подготавливаемых столбах и количества 
перемонтажей мехкомплексов по шахте «Распадская» на период до 1995 года 

10