RU2668684C1

RU2668684C1 - Method of preparation of pillars when working out anthracite strata by the plow complex

Info

Publication number: RU2668684C1
Application number: RU2017108555A
Authority: RU
Inventors: Михаил Владимирович Попов
Original assignee: Михаил Владимирович Попов
Priority date: 2017-03-14
Filing date: 2017-03-14
Publication date: 2018-10-02

Abstract

FIELD: mining.SUBSTANCE: invention relates to the field of mining to the development of coal deposits. Method of preparing the excavation pillars when working out anthracite strata with cleavage cracks in the plow complex, including the installation of the working body of the plow complex parallel to the direction of the cleavage cracks, that when working out an anthracite of increased strength before the start of the operation of the plow complex, water is injected into the formation of increased pressure through the wells, drilled across the cleavage cracks, located at a distance from each other, allowing to form a single zone of moistening.EFFECT: invention makes it possible to increase the load on the lava, improve the technical and economic indicators and ensure safe working conditions.1 cl, 1 dwg

Description

Цена антрацита определяется, прежде всего, его сортностью, чем крупнее сорт, тем стоит он дороже, при примерном равенстве остальных качественных показателей.The price of anthracite is determined, first of all, by its grade, the larger the grade, the more expensive it is, with the approximate equality of other quality indicators.

Основные запасы антрацита в России находятся в Восточном Донбассе. Разведанные запасы составляют 6 млрд. т, прогнозных насчитывается еще 6 млрд т. Большинство разведанных пластов антрацита отличаются повышенной крепостью. На шахте «Садкинская» разрабатывают самый крепкий из всех пластов антрацита -

и с ярко выраженными трещинами. С коэффициентом крепости δ=2,5-3. При такой крепости антрацита становится неприемлемым использование для его выемки стругового комплекса. Для отработки этого же пласта

спроектированы еще две шахты: «Садкинское-Восточная», «Садкинское-Северное», для выемки угля с такой крепостью запроектированы только очистные комбайны, такие же, как и на шахте «Садкинское».The main reserves of anthracite in Russia are in the East Donbass. Explored reserves amount to 6 billion tons; the estimated reserves are another 6 billion tons. Most of the explored layers of anthracite are characterized by increased strength. At the Sadkinskaya mine, the strongest of all layers of anthracite is being developed -

and with pronounced cracks. With a coefficient of strength δ = 2.5-3. With such a strength of anthracite, it becomes unacceptable to use a plow complex for its extraction. To develop the same layer

two more mines were designed: Sadkinskoye-Vostochnaya, Sadkinskoye-Severnoe, and only shearers designed for mining coal with such a strength were the same as those at the Sadkinskoye mine.

На шахте «Обуховская» с проектной можностью 3 млн т в год, отрабатывающее пласт К2 имеющего природную трещиноватость - кливаж, направленную по падению пласта с коэффициентом крепости М.М. Протодьяконова f=2-2,5, на первом горизонте шахты выемку антрацитов производили струговыми комплексами, но в связи с низкой их производительностью из-за крепости угля, вынуждены были от них отказаться и перейти на комбайновую выемку, антрацита, на все последующие горизонты. С такой крепостью угля 2-2,5 добывать уголь комбайнами и шахта «Шерловская-Наклонная».At the Obukhovskaya mine with a design capacity of 3 mln tons per year, the K2 reservoir that has a natural fracture is a cleat directed along the dip of the formation with a coefficient of fortress of M.M. Protodyakonov f = 2-2.5, on the first horizon of the mine, anthracite extraction was carried out by plow complexes, but due to their low productivity due to the strength of coal, they were forced to abandon them and switch to a combine excavation, anthracite, to all subsequent horizons. With such a coal strength of 2-2.5, coal is mined by combines and the Sherlovskaya-Naklonnaya mine.

При такой крепости антрацитов становиться неприемлемым использование для его выемки стругового комплекса - главного поставщика средних и крупных его сортов. Для выемки такого угля применяются в лавах «Садкинской» и других антрацитовых шахтах очистительные комбайны, которые значительно измельчают антрацит, после обогащения на выход шахта имеет: штыба - 40%, мелкого - 12%, ореха - 10%, кулака всего - 1%. В прошлом, в Краснодонецком шахтоуправлении, когда еще работали врубмашины, из этого же пласта

кулака и плиты выходило 52%. В то же время известно, например, шахта «Юбилейная» в Ростовской области добывала антрацит только струговыми комплексами, где крепость угля позволяла их применить, и имела на выход штыба всего 15%, правда, не имея своей обогатительной фабрики, вынуждена была транспортировать свой рядовой уголь на соседнюю шахту «Аютинская» с обогатительной фабрикой и терять на перегрузках еще больше 2% на штыбе, то есть 17%.With such a strength of anthracite, it becomes unacceptable to use the plow complex for its extraction - the main supplier of medium and large varieties. For the extraction of such coal, cleaning combines are used in the lavas of "Sadkinskaya" and other anthracite mines, which significantly grind the anthracite; after enrichment, the mine has: pulp - 40%, fine - 12%, walnut - 10%, fist only - 1%. In the past, in the Krasnodonetsk mine department, when the cutting machines were still working, from the same layer

fist and plate came out 52%. At the same time, it is known, for example, that the Yubileinaya mine in the Rostov Region extracted anthracite only in plow complexes, where the coal fortress allowed them to be used, and had only 15% of the output, although without having its own enrichment factory, it was forced to transport its private coal to the neighboring Ayutinskaya mine with an enrichment plant and to lose even more than 2% at the mines at transshipments, that is 17%.

В связи с этим, методом сравнения нетрудно посчитать, если удается, например добывать на шахте «Садкинская» уголь струговыми комплексами, при примерной цене 1 т штыба 2000 руб., а средних и более крупных сортов всего 4000 руб. за 1 т, то при выходе штыба всего 15% дополнительного выручка составит 1,5 млрд руб. в год при добыче 3 млн т в год рядового угля. Тоже ожидается и по другим антрацитным шахтам.In this regard, it is not difficult to calculate by comparison, if it is possible, for example, to mine coal in the Sadkinskaya mine with plow complexes, at an approximate price of 1 ton of coal, 2000 rubles, and medium and larger grades only 4000 rubles. per 1 ton, then when the pit leaves only 15% of the additional revenue will be 1.5 billion rubles. per year for the extraction of 3 million tons per year of raw coal. Also expected for other anthracite mines.

В связи с этим, предлагается рассмотреть предварительно поэтапно элементы практических результатов, достигнутых в прошлом, в Краснодонецком шахтоуправлении, разрабатывающей этот же пласт

, но чрезвычайно газоносного, с позиции современной техники и технологий с целью перехода антрацитных шахт на струговую выемку угля, и за счет увеличения, выходя средних и крупных сортов антрацита значительно увеличить ее экономическую эффективность.In this regard, it is proposed to consider in stages the elements of practical results achieved in the past in the Krasnodonetsk mine administration, developing the same layer

, but extremely gas-bearing, from the standpoint of modern engineering and technology with the aim of transferring anthracite mines to plow coal mining, and by increasing, leaving medium and large grades of anthracite, it will significantly increase its economic efficiency.

В 1963 г, в шахтоуправлении «Краснодонецкое» комбината «Ростовуголь», разрабатывавшем высокогазоносный пласт

(мощностью 0,95-1,65 м, относительная газообразность 106,5 м³/т), при бурении двух разведочных скважин на воду было замечено обильное газовыделение из них: одна из скважин была направлена по восстановлению пласта, а вторая - близко к простиранию. Особенно интенсивно газ выделялся из последней скважины, расположенной поперек кливажным трещинам.In 1963, in the Krasnodonetskoye mine administration of the Rostovugol plant, which was developing a high-gas-bearing formation

(with a capacity of 0.95-1.65 m, relative gas content of 106.5 m ³ / t), when drilling two exploratory wells for water, abundant gas evolution was noticed from them: one of the wells was directed to restore the formation, and the second was close to stretch. Particularly intensively, gas was released from the last well located across cleat fractures.

Как показал в дальнейшем анализ, из скважин, пробуренных по простиранию пласта, поперек кливажных трещин, газа выделилось в десятки раз больше, чем из скважин, пробуренных по восстановлению пласта, вдоль кливажных трещин. Количество выделяемого газа из скважин определялось при свободном его использовании газосветчиком ГКФ.As further analysis showed, from the wells drilled along the strike of the formation, tens of times more gas was released across the cleft fractures than from the wells drilled to restore the formation along the cleats. The amount of gas emitted from the wells was determined during its free use by the GKF gas detector.

С учетом достигнутого положительного результата в шахтоуправлении «Краснодонецкое» абсолютное газовыделение рабочего пласта уменьшилось на 44-50%, была принята и внедрена схема бурения скважин для дегазации рабочего пласта, что позволило увеличить нагрузку на лаву, улучшить технико-экономическое показатели и обеспечить безопасные условия работы.Taking into account the positive result achieved in the Krasnodonetskoye mine administration, the absolute gas generation of the working formation decreased by 44-50%, a drilling scheme was adopted and introduced to degass the working formation, which increased the load on the lava, improved technical and economic performance and ensured safe working conditions .

К сожалению, буровые станки 60-х годов XX века не обладали производительным и направленным бурением, были громоздкими, способными бурить с нескольких попыток до 100 м. В связи с этим дальнейшее развитие дегазации неразгруженного пласта было приостановлено.Unfortunately, drilling rigs of the 60s of the XX century did not have productive and directional drilling, they were bulky, able to drill from several attempts up to 100 m. In this regard, the further development of degassing of an unloaded formation was suspended.

В результате опыта, полученного в Краснодонецком шахтоуправлении, было установлено, что пласт

обладает наибольшей проницательной способностью вдоль кливажа для воздуха, так и для воды и, наоборот, с наименьшей поперек кливажу.As a result of the experience gained in the Krasnodonetsk mine administration, it was found that the reservoir

possesses the greatest penetrating ability along the cleat for air and water, and, conversely, with the smallest across cleats.

М.В. Попов и др. «Способ дегазации незагруженных угольных пластов», Журнал «Безопасность труда в промышленности». №4. 1969. Патент на изобретение №2442899 «Способ дегазации незагруженных угольных пластов». Патентообладатели Попов Михаил Владимирович; Попов Евгений Михайлович. Приоритет изобретения 25 июня 2010 г.M.V. Popov et al. “Method for the degassing of unloaded coal seams,” Journal of Occupational Safety in Industry. Number 4. 1969. Patent for invention No. 2442899 "Method for the degassing of unloaded coal seams." Patent holders Popov Mikhail Vladimirovich; Popov Evgeny Mikhailovich. Priority invention June 25, 2010

В Краснодонецком шахтоуправлении, обрабатывающем пласт

с относительной газообразностью 106,5 м³/т, возникла необходимость в проведении навстречу проходимому сверху вниз по углю (с подрывкой породы) фланговому шурфу №1 большой протяженности сбойки снизу вверх по углю под углом 14⁰. Но буровзрывной способ на сверхкатегорной шахте по метану при проведении выработок, тем более по углю (снизу вверх), по условиям безопасности недопустим, да и сам пласт антрацита с коэффициентом крепости угля по шкале проф. М.М. Протодьяконова 2,5 -3,6 не мог быть отработан с использованием других известных способов выемок угля в таких условиях.In the Krasnodonetsk mine management, processing layer

with a relative gaseous content of 106.5 m ³ / t, there was a need to meet flank pit No. 1, which is walkable from top to bottom over coal (with rock erosion), with a large length of crashes from bottom to top over coal at an angle of 14 ⁰ . But the blasting method in a supercategory mine for methane during mine workings, especially for coal (from bottom to top), is unacceptable under safety conditions, and even the anthracite layer with a coal strength coefficient on the prof. M.M. Protodyakonov 2.5-3.6 could not be worked out using other known methods of coal mining in such conditions.

Среди антрацитных шахт ОАО «Ростовуголь» антрацит Краснодонецком шахтоуправлении был одним из самых крепких, что не позволило применять в лавах для выемки угля струговые комплексы, так как рабочий орган струга не мог скалывать уголь такой крепости.Among the anthracite mines of OJSC “Rostovugol”, the anthracite of the Krasnodonetsk mine department was one of the strongest, which did not allow the use of plow complexes in the lavas for coal extraction, since the plow's working body could not chip coal of such a fortress.

В результате было принято решение, в которое мало кто верил, проходить выработку с выемкой угля отбойными молотками после предварительного опережающего увлажнения пласта. В центе выработки с ее параметрами 2×1,4 м бурили шпур глубиной 2,5 м и нагнетали воду пласт (по качественным показателям близка к питьевой) под давлением 11 МПа (110 атм) в течение 1-1,1 час до тех пор, пока оно не начинало резко падать. При нагнетании воды в пласт слышится множественный треск разной громкости, сопровождаемый периодическими глухими ударами. После окончания нагнетания воды в пласте двое рабочих очистного забоя производили выемку угля отбойными молотками с подвиганием забоя на 2 м до конца смены. При этом эти рабочие очистного забоя ранее никогда не работали отбойными молотками, не имели навыков работы с ними. Кроме того, они же в начале смены сами себе в забой доставляли эмалированный рештак и лес для крепления забоя на 2 м.As a result, a decision was made, in which few believed, to go through coal mining with jackhammers after preliminary advanced formation wetting. At the center of the mine with its parameters of 2 × 1.4 m, we drilled a hole 2.5 mm deep and injected water into the reservoir (close to drinking in terms of quality) at a pressure of 11 MPa (110 atm) for 1-1.1 hours until it began to plummet. When water is injected into the formation, multiple crackling of different volumes is heard, accompanied by periodic thuds. After the injection of water in the reservoir, two working faces of the mine produced coal mining with jackhammers with the face moved 2 m to the end of the shift. Moreover, these working faces have never worked with jackhammers, had no skills in working with them. In addition, at the beginning of the shift, they themselves delivered an enameled pans and wood to the face to fix the face by 2 m.

После окончания выемки угля периодически из забоя бурили шпуры в бока выработки для определения ширины зоны увлажнения, которая составляла 1-1,2 м. При переходе в неувлажненный антрацит сопротивление бурению резко возрастало, заметно увеличилось выделение метана из пробуренного шпура. Установлено, что зона увлажнения поперек кливажу достигала 4-4,5 м. Из всех операций, выполняемых рабочими в смене, на выемку угля оставалось не более 3 часов при шестичасовом рабочем дне. В сутки четыре смены по 6 часов проходили 8 м выработки по углю отбойными молотками, а за месяц до сбойки - 182 м. Эксперимент удался.After coal mining was completed, boreholes were periodically drilled from the bottom into the production sides to determine the width of the humidification zone, which was 1-1.2 m.When transferring to un moistened anthracite, drilling resistance increased sharply, methane emission from the drilled hole increased markedly. It was established that the humidification zone across the cleat reached 4-4.5 m. Of all the operations performed by the workers in the shift, no more than 3 hours were left for coal extraction at a six-hour working day. Four shifts of 6 hours per day covered 8 m of coal production with jack hammers, and a month before the failure - 182 m. The experiment was a success.

См. Патент на изобретение №2466277 «Способы проведения горных выработок в шахтах, опасных по газу метану». Патентообладатели: Попов Михаил Владимирович, Попов Евгений Михайлович. Приоритет изобретения 15 октября 2010 г.See Patent for invention No. 2466277 "Methods of mining in mines hazardous for methane gas." Patent holders: Popov Mikhail Vladimirovich, Popov Evgeny Mikhailovich. Priority Invention October 15, 2010

Главным критерием истины, определившим успех, было то, что под давлением 110 атм в течение 1-1,1 ч. Антрацит потерял крепость до минимума, что позволило успешно производить его выемку отбойными молотками.The main criterion of truth that determined success was that under pressure of 110 atm for 1-1.1 hours. Anthracite lost its strength to a minimum, which allowed it to be successfully excavated with jackhammers.

При нагнетании воды в пласт происходят физические процессы и химические реакции. Под большим давлением водой разрушаются связи в угле, значительно снижает его крепость. Таким образом, в результате вода служит весьма реакционно-способным веществом. При соединении с водой оксиды многих металлов и неметаллов образуют основания и кислоты, а некоторые соли - кристаллогидраты.When water is injected into the formation, physical processes and chemical reactions occur. Under high pressure, the bonds in the coal are destroyed, significantly reducing its strength. Thus, as a result, water serves as a very reactive substance. When combined with water, the oxides of many metals and nonmetals form bases and acids, and some salts form crystalline hydrates.

К сожалению, уровень техники 60-х годов XX века, прежде всего буровые станки, были громоздкими, способными бурить в пределах 100 м, но они послужили прототипом для создания современных буровых установок направленного бурения, способных бурить скважины по углю до 2-х км, а за смену - 500 м.Unfortunately, the level of technology of the 60s of the XX century, primarily drilling rigs, were bulky, capable of drilling within 100 m, but they served as a prototype for the creation of modern directional drilling rigs that can drill holes for coal up to 2 km, and per shift - 500 m.

У нас есть так же установки в Кузбассе служащие для дегазации пластов. Этот уровень техники бурения позволяет решить и другие задачи, включая и нагнетания воды в пласт под высоким давлением.We also have plants in Kuzbass for the degassing of reservoirs. This level of drilling technology can solve other problems, including pumping water into the reservoir under high pressure.

Вода при повышенном давлении в нетронутом горными рабочими целике пласта антрацита, проникает трещины, где в древности в период миграции жидкости насыщенной разными веществами, оставались в сухой отработке оксиды: SiO₂; Ае₂О₃; Fe₂O₃; CaO; MgO; Na₂O; K₂O; MnO₂; T₂O₂; Р₂О₃; SO₃ и другие.Water at elevated pressure in the pillar of the anthracite layer, untouched by mountain workers, penetrates cracks, where in antiquity during the migration of a liquid saturated with various substances, the following oxides remained in dry working: SiO ₂ ; Ae ₂ About ₃ ; Fe ₂ O ₃ ; CaO; MgO; Na ₂ O; K ₂ O; MnO ₂ ; T ₂ O ₂ ; P ₂ About ₃ ; SO ₃ and others.

Ангидрид серы SO₃, например, соединяясь с водой, образует серную кислоту SO₃+H₂O=H₂SOH с сопровождением бурной реакции.Sulfur anhydride SO ₃ , for example, combining with water, forms sulfuric acid SO ₃ + H ₂ O = H ₂ SOH accompanied by a violent reaction.

Необходимо отметить повышенное, как правило, устойчивое давление, при нагнетании воды в целик пласта от давления при увлажнении его водой, в целях снижения запыленности, когда в зоне опорного давления лавы, где пласт в разных условиях, до 100 м впереди нее подвергается структурному изменению. Причем, это расстояние и соответственно давление при нагнетании может меняться в зависимости от шага посадки кровли, до нагнетания воды в скважине (шпуры) из лавы, для увлажнения не обладает повышенным давлением. Графически подготовка выемочного столба, для выемки антрацита с повышенной крепостью, струговый комплекс на фиг, где изображен подготовленный столб антрацита 1 с его выемкой вдоль кливажа пласта. Кливаж 2 выражен трещиноватостью по падению-восстанию пласта. Скважины 3 направленного бурения при программном обеспечении, пробурены по простиранию пласта поперек кливажа. Насыщенный водой пласт антрацита 4 под высоким давлением. Начало выемки антрацита изображен струговый комплекс 5, расположенный рабочим органом, вдоль кливажных трещин смонтирован ленточный конвейер 6.It should be noted the increased, as a rule, steady pressure when water is injected into the entire reservoir from pressure when it is moistened with water, in order to reduce dust content, when in the zone of reference pressure of the lava, where the reservoir under different conditions, up to 100 m in front of it undergoes a structural change. Moreover, this distance and, accordingly, the pressure during injection can vary depending on the step of the roof landing, before water injection in the well (holes) from the lava, does not have increased pressure for humidification. Graphically, the preparation of the excavation column, for the extraction of anthracite with increased strength, the plow complex in Fig, which shows the prepared column of anthracite 1 with its excavation along the cleavage of the formation. Cleavage 2 is expressed by fracture in the fall-uprising of the reservoir. Wells 3 directional drilling with software, drilled along the strike of the formation across the cleat. Water-saturated layer of anthracite 4 under high pressure. The beginning of the anthracite excavation shows the plow complex 5 located by the working body; a belt conveyor 6 is mounted along the cleft cracks.

При проектировании горных работ на месторождении антрацита с повышенной крепостью и кливажем по углю выемочные столбы располагать так, чтобы в лавах рабочий орган струга стругал параллельно кливажным трещинам.When designing mining operations in an anthracite deposit with increased strength and coal cleat, the extraction columns should be arranged so that in the lavas the working body of the plow cuts parallel to cleavage cracks.

Перед осуществлением изобретения необходимо выполнять, ряд подготовительных работ. Самое главное - это определить зону в пласте насыщенности после повышенного нагнетания воды, поперек кливажных трещинах. Найти расстояние между скважинами для образования единой зоны увлажнения пласта, установить расстояние при расположении запорного устройства от устья скважины, предупреждающей преждевременный прорыв воды, при нагнетании до полной зоны насыщения. Перед нагнетанием воды в пласт в столбе пласта, не должно быть никаких подготовительных работ, целик должен быть единый, монолитный, ничто не должно мешать для его полного насыщения водой. Учитывать что диаметр скважины, нового поколения буровых станков составляет 96 мм, то запорное устройство должно выдерживать давление, при повышенном давлении воды не менее 150 ати, буровые станки нового поколения предназначены для дегазации метана с пласта, с вакуумом менее 1 ати с соответствующим замерным устройством. В предлагаемых условиях запорное устройство требует замены, задача выполнима.Before the implementation of the invention, it is necessary to perform a number of preparatory work. The most important thing is to determine the zone in the saturation layer after increased water injection across transverse cleft fractures. Find the distance between the wells for the formation of a single zone of formation hydration, set the distance when the shut-off device is located from the wellhead, which prevents premature breakthrough of water, when injected to the full saturation zone. Before injection of water into the formation in the column of the formation, there should not be any preparatory work, the whole should be single, monolithic, nothing should interfere for its full saturation with water. Bearing in mind that the diameter of the borehole, of a new generation of drilling rigs is 96 mm, the shut-off device must withstand pressure, with an increased water pressure of at least 150 atm, new generation drilling rigs are designed to degass methane from the reservoir, with a vacuum of less than 1 atm, with an appropriate metering device. In the proposed conditions, the locking device requires replacement, the task is feasible.

Наибольший прием пласта при предварительном нагнетании воды произойдет при поперечном расположении скважин к кливажу, ибо согласуется с предлагаемой подготовкой лав, располагая скважины на таком удалении, друг от друга, чтобы образовалась единая зона надежного увлажнения со снижением крепости антрацита.The greatest reservoir intake during preliminary injection of water will occur when the wells are transverse to cleavage, because it is consistent with the proposed preparation of lavas, placing the wells at such a distance from each other so that a single zone of reliable hydration is formed with a decrease in the strength of anthracite.

Полное насыщение неразрушенного угольного пласта водой значительно снижает запыленность при его эксплуатации.Full saturation of an undamaged coal seam with water significantly reduces dust content during its operation.

Проводить нагнетание воды под давлением в неразрушенный пласт угля выемочного столба следует до проведения нарезных работ по углю в нем и появления опорного давления в лаве, которое так же способствует ослаблению крепости пласта.The injection of water under pressure into an undetected coal seam of the extraction column should be carried out before coal cutting in it and the appearance of reference pressure in the lava, which also helps to weaken the seam strength.

Очень важен конечный результат. Выход штыба при добыче угля струговым комплексом по предлагаемой технологии, не должен превышать 15% и шлама до 1%. Требуется после теоретического и экономического расчета, практически получить результаты работы стругового комплекса с предварительным нагнетанием воды повышенного давления и сравнить результаты выручки и прибыли двух способов выемки, хотя результаты выемки струговым комплексом очевидны.The end result is very important. The output of the pit during coal mining by the plow complex according to the proposed technology should not exceed 15% and sludge up to 1%. After theoretical and economic calculations, it is required to practically obtain the results of the plow complex with preliminary injection of high pressure water and compare the results of the revenue and profit of the two extraction methods, although the results of the plow complex extraction are obvious.

Claims

A method for preparing dredging columns during mining of anthracite layers with cleavage fractures by a plow complex, comprising installing a plow complex working body parallel to the direction of cleavage cracks, characterized in that when mining anthracite of increased strength before starting the plow complex, water is injected into the increased pressure formation through the wells, drilled across cleavage cracks located at a distance from each other, allowing a uniform wetting zone to be formed.