Mining of coal pillars using unified excavation modules with local faces

DOI: https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-5S-151-157

Читать на русскоя языкеZh.M. Garashchenko, V.A. Teremetskaya, V.V. Gabov
Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University, St. Petersburg, Russian Federation
Russian Mining Industry №5 / 2024 p.151-157

Abstract: Almost all of the applied technologies of underground coal mining are associated with formation of coal pillars within the limits of the operating mines. These pillars have different purposes, geometrical parameters, occurrence conditions and the functions they perform. Significant coal reserves suitable for excavation are located in the pillars. Improvement of the mining process of the coal pillars that are in favourable conditions and have already fulfilled their main and subsidiary designated functions, is urgent because these reserves are unrecoverable. Most processes in mining technologies are structured and interconnected. The system approach to identification of these relationships allows to form requirements to the process of pillar mining by local faces and controlled coal breaking. The article considers the structure and parameters of the coal pillars as mining objects; it analyses the mechanical method of their mining with coal breaking using the heading-and-bench technology. The main competing methods of coal breaking are analysed, instead of cutting, shearing of coal off the pillars using structural blocks of the given sizes is accepted. The concept of the ‘local face’ for coal pillars extraction is defined. A scheme of the local face is proposed and described. The structure of the technological process and technical means in the form of a unified excavation module for extraction of pillars with coal breaking using structural blocks is described based on the analysis of the pillar mining process using local faces. There proposed the ‘a’ multiplication parameter that reflects the significance and correlation between the strength, technological and technical factors and the size of the separated blocks. The ‘a’ parameter characterises the correlation between the sizes of the coal lumps separated from the coal mass and the parameters of the local face, namely the technological process and technical means.

Keywords: mine, coal, pillar, pillar extraction, unified excavation module, local face, heading-and-bench technology, structured block, multiplication parameter

Acknowledgments: The authors express their gratitude to colleagues for their assistance, whose contribution to this work is purely of the technical nature.

For citation: Garashchenko Zh.M., Teremetskaya V.A., Gabov V.V. Mining of coal pillars using unified excavation modules with local faces. Russian Mining Industry. 2024;(5S):151–157. (In Russ.) https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-5S-151-157

Article info

Received: 24.08.2024

Revised: 02.10.2024

Accepted: 09.10.2024

Information about the authors

Zhanna M. Garashchenko – Postgraduate Student, Department of Mechanical Engineering, Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University, St. Petersburg, Russian Federation; https://orcid.org/0000-0001-5257-7096; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

Vasilisa A. Teremetskaya – First Category Engineer, Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University, St. Petersburg, Russian Federation; https://orcid.org/0000-0002-5334-9623; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

Viktor V. Gabov – Dr. Sci. (Eng.), Professor, Department of Mechanical Engineering, Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University, St. Petersburg, Russian Federation; https://orcid.org/0000-0002-6587-2446; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

Authors contribution

Garashchenko Zh.M.: systematization of the material, drafting the article.

Teremetskaya V.A.: obtaining data for analysis, analyzing research results and preparing data.

Gabov V.V.: generating the research concept, setting the purpose and objectives of the research, editing the article.

References

1. Корогодин А.С., Иванов С.Л. Техническое обслуживание и ремонт цапф барабанной мельницы плавучего комплекса горного оборудования. Устойчивое развитие горных территорий. 2023;15(3):760–770. https://doi.org/10.21177/1998-4502-2023-15-3-760-770 Korogodin A.S., Ivanov S.L. Maintenance and repair of drum mill trunnions of a floating mining equipment complex. Sustainable Development of Mountain Territories. 2023;15(3):760–770. (In Russ.) https://doi.org/10.21177/1998-4502-2023-15-3-760-770

2. Юнгмейстер Д.А., Смоленский М.П., Сержан С.Л., Уразбахтин Р.Ю. Параметры шагающего устройства для добычи полезных ископаемых, рассредоточенных по морскому дну. Устойчивое развитие горных территорий. 2024;16(2):487–502. https://doi.org/10.21177/1998-4502-2024-16-2-487-502 Yungmeister D.A., Smolenskii M.P., Serzhan S.L., Urazbakhtin R.Y. Parameters of a stepping device for mining of scattered minerals on the sea bed. Sustainable Development of Mountain Territories. 2024;16(2):487–502. (In Russ.). https://doi.org/10.21177/1998-4502-2024-16-2-487-502.

3. Клишин В.И., Рогова Т.Б., Шаклеин С.В., Писаренко М.В. Стратегические задачи технологического развития угольной отрасли. Уголь. 2023;(3):52–59. https://doi.org/10.18796/0041-5790-2023-3-52-59 Klishin V.I., Rogova T.B., Shaklein S.V., Pisarenko M.V. Strategic objectives for technological development of the coal industry. Ugol’. 2023;(3):52–59. (In Russ.) https://doi.org/10.18796/0041-5790-2023-3-52-59

4. Алимджанова Д.И., Абдусатторов Ш.М., Муйдинова Н.К.К., Абдуганиев Ш.Х.У. Водоугольное топливо на основе бурого угля Ангренского месторождения. Universum: технические науки. 2021;(3-2):68–72. Режим доступа: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/11443 (дата обращения: 07.08.2024). Alimdjanova J., Abdusattorov Sh., Muydinova N., Abduganiev Sh. Water-coal fuel based on brown coal of the angren locality. Universum: Technical Sciences. 2021;(3-2):68–72. (In Russ.) Available at: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/11443 (accessed: 07.08.2024).

5. Плакиткина Л.С., Плакиткин Ю.А., Дьяченко К.И. Мировые тенденции развития угольной отрасли. Горная промышленность. 2019;(1):24–29. Plakitkina L.S., Plakitkin Yu.A., Dyachenko K.I. World trends of coal industry development. Russian Mining Industry. 2019;(1):24–29. (In Russ.)

6. Han S., Chen H., Long R., Cui X. Peak coal in China: A literature review. Resources, Conservation and Recycling. 2018;129:293– 306. https://doi.org/10.1016/J.RESCONREC.2016.08.012

7. Kazanin O., Sidorenko A., Drebenstedt C. Intensive underground mining technologies: Challenges and prospects for the coal mines in Russia. Acta Montanistica Slovaca. 2021;26(1):60–69. https://doi.org/10.46544/AMS.v26i1.05

8. Зубов В.П., Фук Л.К. Разработка ресурсосберегающей технологии выемки пологих угольных пластов с труднообрушающимися породами кровли (на примере шахт Куангниньского угольного бассейна). Записки Горного института. 2022;257:795–806. https://doi.org/10.31897/PMI.2022.72 Zubov V.P., Phuc L.Q. Development of resource-saving technology for excavation of flat-lying coal seams with tight roof rocks (on the example of the Quang Ninh coal basin mines). Journal of Mining Institute. 2022;257:795–806. https://doi.org/10.31897/PMI.2022.72

9. Рыжков Ю.А., Игнатов Е.В. Сравнительная оценка горно-геологических условий разработки, техники и технологии при подземном способе добычи угля в России и за рубежом. Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2006;(1):67–74. Режим доступа: https://vestnik.kuzstu.ru/index.php?page=article&id=1137 (дата обращения: 07.08.2024). Ryzhkov Yu.A., Ignatov E.V. Comparative assessment of mining and geological conditions, equipment and technology for underground coal mining in Russia and abroad. Bulletin of the Kuzbass State Technical University. 2006;(1):67–74. (In Russ.) Available at: https://vestnik.kuzstu.ru/index.php?page=article&id=1137 (accessed: 07.08.2024).

10. Кизияров О.Л., Болотов А.П., Смагина И.А. Оценка уровня потерь угля в охранных целиках при технологической схеме выемки с разворотом комплексно-механизированного очистного забоя. Инновационные научные исследования. 2020;(12-1):80–91. https://doi.org/10.5281/zenodo.4444609 Kiziyarov O.L., Bolotov A.P., Smagina I.A. Estimation of the level of coal losses in security purposes in the technological scheme of excavation with rotation of the complex-mechanized treatment. Innovative Scientific Research. 2020;(12-1):80– 91. (In Russ.) https://doi.org/10.5281/zenodo.4444609

11. Валиев Н.Г., Беркович В.Х., Пропп В.Д., Кокарев К.В. Проблемы отработки предохранительных целиков при эксплуатации рудных месторождений. Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 2018;(2):4–9. https://doi.org/10.21440/0536-1028-2018-2-4-9 Valiev N.G., Berkovich V.Kh., Propp V.D., Kokarev K.V. The problems of developing protection pillars under the exploitation of ore deposits. Izvestiya vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Gornyi Zhurnal. 2018;(2):4–9. (In Russ.) https://doi.org/10.21440/0536-1028-2018-2-4-9

12. Анферов Б.А., Кузнецова Л.В. Перспективы селективной добычи и переработки энергетических углей, содержащих платину. Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2013;(3):41–45. Режим доступа: https://vestnik.kuzstu.ru/index.php?page=article&id=346 (дата обращения: 07.08.2024). Anfyorov B.A., Kuznetsova L.V. Prospects for the selective extraction and processing of thermal coal, platinum-containing. Bulletin of the Kuzbass State Technical University. 2013;(3):41–45. (In Russ.) Available at: https://vestnik.kuzstu.ru/index.php?page=article&id=346 (accessed: 07.08.2024).

13. Nikiforov A.V., Vinogradov E.A., Kochneva A.A. Analysis of multiple seam stability. International Journal of Civil Engineering and Technology. 2019;10(2):1132–1139.

14. Szurgacz D., Brodny J. Adapting the powered roof support to diverse mining and geological conditions. Energies. 2020;13(2):405. https://doi.org/10.3390/en13020405

15. Габов В.В., Гаращенко Ж. М. Обоснование структуры механизированного комплекса для отработки целиков угольных шахт. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2023;(11-1):38–50. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2023_111_0_38 Gabov V. V., Garashchenko Zh. M. Defining the structure of a mechanised complex for extracting coal pillars. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2023;(11-1):38–50. (In Russ.) https://doi.org/10.25018/0236_1493_2023_111_0_38

16. Cao S., Xue G., Yilmaz E., Yin Z., Yang F. Utilizing concrete pillars as an environmental mining practice in underground mines. Journal of Cleaner Production. 2021;278:123433. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.123433

17. Исламов С.Р. Будущее угля: в поисках новой парадигмы. Уголь. 2018;(9):26–32. https://doi.org/10.18796/0041-5790-2018-9-26-32 Islamov S.R. Future of coal: searching for new paradigm. Ugol’. 2018;(9):26–32. (In Russ.) https://doi.org/10.18796/0041-5790-2018-9-26-32

18. Wu W.‑D., Bai J.‑B., Wang X.‑Y., Yan S., Wu S.‑X. Numerical study of failure mechanisms and control techniques for a gob-side yield pillar in the Sijiazhuang Coal Mine, China. Rock Mechanics and Rock Engineering. 2019;52(4):1231–1245. https://doi.org/10.1007/s00603-018-1654-3

19. Исмаилов А.С., Ризакулов М.С., Баратов В.Н., Буронов Я.А. Применение современного механизированного комплекса на подземных угольных шахтах Узбекистана. Проблемы науки. 2021;(6):9–13. Ismailov A.S., Rizakulov M.S., Baratov V.N., Buronov Ya.A. Application of modern mechanized complexes in underground coal mines of Uzbekistan. Problemy Nauki. 2021;(6):9–13. (In Russ.)

20. Мякотных А.А., Иванова П.В., Иванов С.Л. К вопросу классификации комплексов добычи торфяного сырья. Горная промышленность. 2023;(6):137–142. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2023-6-137-142 Myakotnykh A.A., Ivanova P.V., Ivanov S.L. On classification of peat extraction complexes. Russian Mining Industry. 2023;(6):137–142. (In Russ.) https://doi.org/10.30686/1609-9192-2023-6-137-142

21. Klevtsov V.A., Timofeev D.Yu., Khalimonenko A.D. Improved design of manufacturing processes for mining machines: basing concepts. Russian Engineering Research. 2023;43(11):1367–1375. https://doi.org/10.3103/S1068798X23110151

22. Шешукова Е.И., Шибанов Д.А., Иванов С.Л., Недашковская Е.С. Оценка нагрузок приводов рабочего оборудования карьерного экскаватора (часть 1). Горная промышленность. 2024;(3):143–148. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-3-143-148 Sheshukova E.I., Shibanov D.A., Ivanov S.L., Nedashkovskaya E.S. Assessment of loads acting on the working attachment of a mine shovel (Part 1). Russian Mining Industry. 2024;(3):143–148. (In Russ.) https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-3-143-148

23. Мешков А.А., Казанин О.И., Сидоренко А.А. Реализация производственного потенциала высокопроизводительного оборудования – ключевое направление совершенствования подземной добычи энергетических углей. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2020;(12):156–165. https://doi.org/10.25018/0236-1493-2020-12-0-156-165 Meshkov A.A., Kazanin O.I., Sidorenko A.A. Implementation of production potential of high-performance equipment – A key trend of improvement in underground mining of power-generating coal. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2020;(12):156–165. (In Russ.) https://doi.org/10.25018/0236-1493-2020-12-0-156-165

24. Шабаев О.Е., Нечепаев В.Г., Степаненко Е.Ю., Зинченко П.П. Влияние ширины захвата очистных комбайнов для тонких пластов на сортовой состав отделенной горной массы. Горное оборудование и электромеханика. 2022;(6):40–47. https://doi.org/10.26730/1816-4528-2022-6-40-47 Shabaev O.E., Nechepaev V.G., Stepanenko E.Yu., Zinchenko P.P. Influence of the web width of the shearer for thin coal seams on the granulometric composition of the separated rom coal. Mining Equipment and Electromechanics. 2022;(6):40–47. (In Russ.) https://doi.org/10.26730/1816-4528-2022-6-40-47

25. Субботин Ю.В., Овешников Ю.М., Самойленко А.Г., Циношкин Г.М. Управление качеством бурых углей Харанорского месторождения. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2012;(4):64–72. Subbotin Yu.V., Oveshnikov Yu.M., Samoilenko A.G., Tsinoshkin G.M. Management of brown coal quality at Kharanorskoye deposit. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2012;(4):64–72. (In Russ.)

26. Качурин Н.М., Стась Г.В., Есина Е.Н. Геомеханическое обеспечение комбинированной геотехнологии на завершающей стадии освоения угольных месторождений. Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2021;(3):277–285. Kachurin N.M., Stas G.V., Esina E.N. Geomechanical support of combined geotechnology at the final stage of the coal deposits development. Izvestiya Tulskogo gosudarstvennogo universiteta. Nauki o Zemle. 2021;(3):277–285. (In Russ.)

27. Герике П.Б., Герике Б.Л. Поиск инструмента для механического разрушения прочных породных массивов. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2012;(S2):241–265. Gerike P.B., Gerike B.L. Tool search for mechanical destruction of strong pedigree arrays. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2012;(S2):241–265. (In Russ.)

28. Теплякова А.В., Азимов А.М., Алиева Л., Жуков И.А. Обзор и анализ технических решений для повышения долговечности и улучшения технологичности элементов ударных узлов бурильных машин. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2022;(9):120–132. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2022_9_0_120 Teplyakova A.V., Azimov A.M., Alieva L., Zhukov I.A. Improvement of manufacturability and endurance of percussion drill assemblies: review and analysis of engineering solutions. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2022;(9):120–132. (In Russ.) https://doi.org/10.25018/0236_1493_2022_9_0_120

29. Zhukov I.A., Martyushev N.V., Zyukin D.A., Azimov A.M., Karlina A.I. Modification of hydraulic hammers used in repair of metallurgical units. Metallurgist. 2023;66(11-12):1644–1652. https://doi.org/10.1007/s11015-023-01480-w

30. Суханов А.Е., Шишлянников Д.И., Исаевич А.Г. Использование перекрестной схемы резания для снижения пылевидных и необогатимых фракции при механизированной добыче калийной руды. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2023;334(2):60–69. https://doi.org/10.18799/24131830/2023/2/3767 Sukhanov A.E., Shishlyannikov D.I., Isaevich A.G. Application of a cross-cutting pattern for cutting rock mass to reduce dust emission during mechanized mining of potash ore. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Аssets Engineering. 2023;334(2):60–69. (In Russ.) https://doi.org/10.18799/24131830/2023/2/3767

31. Hower J.C., Finkelman R.B., Eble C.F., Arnold B.J. Understanding coal quality and the critical importance of comprehensive coal analyses. International Journal of Coal Geology. 2022;263:104120. https://doi.org/10.1016/j.coal.2022.104120

32. Лысенко М.В., Аушев Е.В., Дудин А.А. Способы повышения полноты извлечения запасов угля. Уголь. 2022;(11):48–54. https://doi.org/10.18796/0041-5790-2022-11-48-54 Lysenko M.V., Aushev E.V., Dudin А.А. Ways to increase the recovery ratio of coal reserves. Ugol’. 2022;(11):48–54. (In Russ.) https://doi.org/10.18796/0041-5790-2022-11-48-54

33. Бельш Т.А., Немова Н.А. Факторы, влияющие на оценку горного массива при моделировании Эльгинского месторождения каменного угля. В кн.: Проблемы горного дела: сб. науч. тр. 1-го междунар. форума студентов, аспирантов и молодых ученых-горняков, г. Донецк, 8–10 апр. 2020 г. Донецк: Донецкий национальный технический университет; 2020. С. 82–88.

34. Базарова Е.В., Палейчук Н.Н. Исследование напряженно-деформированного состояния призабойной части трещиноватого угольного пласта. В кн.: Инновационные перспективы Донбасса: материалы 7-й Междунар. науч.-практ. конф., г. Донецк, 24–26 мая 2021 г. Донецк: Донецкий национальный технический университет; 2021. Т. 1. С. 42–46.

35. Габов В.В., Кустриков Э.В., Задков Д.А. Особенности метода выбора параметров исполнительного органа унифицированного модуля. Современные проблемы науки и образования. 2015;(1-2):94. Режим доступа: https://scienceeducationru/ru/article/view?id=19960 (дата обращения: 07.08.2024). Gabov V.V., Kustrikov E.V., Zadkov D.A. Mining unified excavation module executive body parameters selection. Modern Problems of Science and Education. 2015;(1-2):94. (In Russ.) Available at: https://science-education.ru/ru/article/view?id=19960 (accessed: 07.08.2024).

36. Shishlyannikov D. I, Zvonarev I. A. Investigation of the Destruction Process of Potash Ore with a Single Cutter Using Promising Cross Cutting Pattern// Applied Sciences. 2021; 11 (1):464. DOI: https://doi.org/10.3390/app11010464

37. Ma Jq., Li Xh., Yao Ql., Xia Z., Xu Q., Shan Ch., Sidorenko A., Aparin A. Numerical simulation on mechanisms of dense drilling for weakening roofs and its application in roof control. Journal of Central South University. 2023; 30:1865–1886 https://doi.org/10.1007/s11771-023-5345-1