Применение комбайна Wirtgen 2200SM для разработки сложноструктурных угольных пластов

М. Пихлер, президент фирмы Wirtgen International GmbH (Германия) В.П. Смагин, генеральный директор ООО «Компания Востсибуголь» (Россия) П.В. Федорко, главный специалист ООО «Компания Востсибуголь» Ю.Б. Панкевич, к.т.н., эксперт фирмы Wirtgen International GmbH, М.Ю. Панкевич, менеджер по продажам ООО «Виртген-Интернационал-Сервис» (Россия)

Филиал ООО «Компания Востсибуголь» - «Разрез Черем-ховский», разрабатывает Черемховское каменноугольное месторождение, составляющее юго-восточную окраину центральной части Иркутского угленосного бассейна. Месторождение находится в 130 км северо-западнее Иркутска и в 2 км от Черемхово.

Горные работы в настоящее время ведутся на участке «Се-верный-5» по Четвертому и Пятому пластам, которые характеризуются сложноструктурым строением. Пласт Четвертый - средний из основных рабочих пластов, состоящий из 2-7 пачек угля, разделенных прослоями аргиллита (алевролита). Угли пласта в большинстве своем представлены полублестящими разностями. Пласт практически горизонтального залегания (угол падения 0...4°), относительно выдержанный по мощности. Мощность породных прослоев изменяется от от 0.05 до 0.45 м. Общая мощность пласта изменяется от 1.0 до 4.1 м, средняя мощность - 2.46 м.

Пласт Пятый - самый нижний пласт на участке «Север-ный-5», имеет частичное распространение, состоит из 1-4 пачек угля, разделенных прослоями аргиллита (алевролита и т.п.) мощностью от 0.05 до 0.45 м. Пласт относится к основным рабочим со средней мощностью -1.82 м (колеблется от 1.1 м до 2.2 м), угол залегания (падения) пласта - 0.5°.

Угли каменные, марки Г-6, зольность 35.7%, содержание серы до 1.79%, высшая удельная теплота сгорания 7560-7700 кКал/кг, теплота сгорания рабочего топлива 3810-3920 кКал/кг.

Пласты Четвертый и Пятый разделены породами междуп-ластья мощностью от 1 до 2 м, представленными в основном глинистым песчаником, требующим буровзрывных работ для подготовки к выемке.

Месторождение разрабатывается по комбинированной системе: основная вскрыша - по бестранспортной системе драглайнами ЭШ-20.90 и ЭШ-11.70, укладывающими породы во внутренние отвалы; пласты угля - по транспортной системе. В частности, верхний пласт разрабатывается мехлопатами ЭКГ4У и ЭКГ-5У с верхней погрузкой угля в автосамосвалы БелАЗ548 и БелАЗ-75473 и транспортированием в угольный склад, расположенный на расстоянии около 3.8 км. На складе уголь усредняется и экскаваторами ЭКГ-8У и ЭКГ-8И отгружается в полувагоны, доставляющие на обогатительную фабрику (или в автотранспорт - от местных потребителей угля).

Валовая выемка угольных пластов (вместе с породными прослоями) предопределяет высокую зольность рядового угля и необходимость его обогащения на фабрике (расположена в 30 км от карьера).

Междупластье отрабатывается добычными мехлопатами (с предварительным буровзрывным рыхлением) по бестранспортной схеме.

Междупластье и уголь нижнего пласта разрабатываются в следующем порядке:

1. После отгрузки пород верхнего пласта добычная заходка шириной 45-50 м отрабатывается двумя узкими полосами шириной по 25 м. Породы междупластья из первой полосы укладываются на кровлю второй полосы.

2. Отрабатывается угольный пласт, вскрытый первой полосой по междупластью.

3. Породы первой полосы вместе с оставшейся частью меж-дупластья второй полосы, переваливают во внутренний отвал (в выработанное пространство). Все породы месторождения перед выемочно-погрузочными работами подлежат буровзрывной подготовке.

Все вскрышные породы месторождения подготавливаются к выемке буровзрывным способом. Бурение скважин производится станками СБШ-250 МНА и СБШ-200 Н.

Как показывает анализ, применяемыми на карьере мехло-патами ЭКГ-5 и ЭКГ-8 невозможно обеспечить селективную выемку ни породных прослоев, ни угольных тонких пластов. Это приводит к валовой отработке сложноструктурных пластов или отработке с невысокой глубиной селекции, сопровождающейся увеличением зольности угольного топлива, что серьезно сказывается на эксплуатационных и экологических показателях работы ТЭЦ (по данным Государственного теплотехнического института увеличение зольности угля на 11% приводит к росту удельного объема его потребления на 31%).

Важнейшим фактором, диктующим необходимость повышения качества сжигаемых энергетических углей, также является неблагоприятная экологическая обстановка, складывающаяся в районах ТЭЦ вследствие низкой (составляющей 90-92%) степени золоулавливания. Это приводит к ежегодному выбросу в атмосферу 500-900 тыс. т твердых загрязняющих веществ, содержащихся в товарных углях, добытых по традиционной технологии.

Один из современных способов совершенствования технологии горных работ в целях снижения зольности добытых углей, заключается в применении фрезерных комбайнов Wirtgen Surface Miner, способных производительно разрабатывать массивы горных пород с высокой селекцией тонких слоев, без их буровзрывной или механической подготовки к выемке. В настоящее время на горных работах мира в различных климатических условиях применяются свыше 270 комбайнов типа Wirtgen 2200 SM.

Для проведения работ был выбран горный участок №1 Северной площади Черемховского месторождения.

На рис. 1 представлены колонки скважин №578 и №619, характеризующие полезную толщу опытного выше участка разреза по сравниваемым технологиям добычных работ. Вариант I представляет применяемую технологию горных работ с БВР подготовкой, вариант 2 - тонкослоевую безвзрывную технологию с применением комбайна Wirtgen 2200 SM (закупленный в начале 2000-х годов для Восточно-Бейского разреза).

Анализ данных колонок скважин показывает, что, при технологии валовой выемки углей экскаваторами общая извлекаемая мощность угля с прослоями составляет 4.5-7.04 м при зольности от 32.7 до 39.7%.

Качество товарной продукции при комбайновой технологии, характеризуется существенно меньшей (на 10-12%) зольностью. Вместе с тем, при комбайновой тонкослоевой технологии (вариант 2), могут быть селективно извлечены практически все угли, что значительно повысит полноту извлечения полезного ископаемого из недр.

Опытно-промышленные испытания новой технологии с применением комбайнов Wirtgen Surface Miner проводись на специально выбранной и подготовленной площадке длиной ориентировочно 600 м и шириной 45-50 м.

Позднее, для увеличения скорости понижения забоя-площадки добычной фронт был разделен на блоки длиной по 150 м, отработка каждого производилась при челноковой схеме движения комбайна.

Основными целями опытно-промышленных работ было установление принципиальной возможности и целесообразности качественной и производительной разработки сложноструктурных пластов, представленных переслаивающимися тонкими пачками угля, а также тонких слоев вмещающих пород, комбайнами Wirtgen Surface Miner.

Определение эксплуатационных параметров работы комбайна, а также показателей по разубоживанию и полноте выемки углей, гранулометрического состава горной массы и влияние этих параметров на выход различных классов, осуществлялись в процессе серий контрольных испытаний с соответствующим хронометражом.

В отдельные периоды комбайн отгружал угли не только в БЕЛАЗы грузоподъемностью 45 и 55 т, но и в МАЗы (грузоподъемностью 8 т) местных потребителей угля. Время погрузки самосвалов составляло соответственно 4-4.5, 6.5-7 и 2-2.5 мин. С учетом этих данных, производительность комбайна в рассматриваемых условиях составляла около 300 т/ч.

С целью определения выхода фракций угля, добытого комбайном в различных условиях, и установления влияния параметров эксплуатации на их выход были выполнены соответствующие рассевы. Для этого комбайн в процессе рабочего прохода укладывал добытый уголь в штабели, а глубина фрезерования для каждого замера составляла 15, 20 и 25 см и для каждой глубины назначались свои рабочие скорости: соответственно, 5-7, 9-13 и 15-20 м/мин. Одновременно на рабочем барабане устанавливались резцы с вылетом 77 и 100 мм, что позволило установить их оптимальную конфигурацию. Отбор проб производился из поперечного сечения средней части штабеля.

Уголь из штабелей рассевался на грохотах с ячейками 100х 100; 50x50 и 13x13 мм с получением трех фракций: >100; -100 +50; 50-13 и <13 мм. Объемы проб каждой фракции взвешивалась, а полученные данные заносились в соответствующие таблицы. Всего в процессе этих работ проведено 27 рассевов. Одновременно определялась зольность угля каждой фракции.

Средневзвешенные показатели по ситовым рассевам угля, определенные по штабелю на складе готовой продукции, приведены в таблице.

Усредненные характеристики угля, добытого комбайном: зольность 17-20%; низшая теплота сгорания 4500 кКал/кг; влажность до 13%; сера до 1.2%.

Анализ результатов опытно-промышленных испытаний комбайнов Wirtgen 2200 SM в условиях Черемхов-ского разреза позволяет сделать следующие выводы:

- установлена возможность и экономическая целесообразность качественной и производительной разработки комбайнами Wirtgen Surface Miner сложно структурных пластов с раздельной выемкой вмещающих пород и прослоек;

- комбайновая тонкослоевая выемка углей сложно-структурных пластов обеспечивает выемку угля без потерь в недрах;

- комбайновая технология выемки углей из сложно-структурных пластов характеризуется значительно меньшей трудоемкостью и высокой экономичностью получения различной товарной продукции с зольностью, как минимум в 2 раза меньшей, при минимальных показателях раз-убоживания и потерь с возможностью получения 3-х классов товарных углей: ДОМСШ (0-50); ДКОМ (13-80) и ДПКОМ (>50).

По данным 2007 г. затраты на добычу, перевозку и последующую переработку 1 т угля по экскаваторной технологии составляют около 180 руб., тогда как прямые затраты на добычу комбайном Wirtgen 2200 SM товарного угля с отправкой потребителям составляют около 35-40 руб.

Кроме того, для обеспечения возможности стабильного получения продукции различных классов, а также экспортной продукции, угольный склад необходимо оснастить комплексом ДСОК (дробильно-сортировочный обогатительный комплекс).

Журнал "Горная Промышленность" №5 (81) 2008, стр.30