Отработка угольных целиков унифицированными выемочными модулями локальными забоями

Ж.М. Гаращенко, В.А. Теремецкая, В.В. Габов
Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, г. Санкт-Петербург, Российская Федерация
Горная Промышленность №5 / 2024 стр.151-157

Резюме: Практически все применяемые технологии подземной добычи угля сопровождаются формированием угольных целиков, различных по назначению, геометрическим параметрам, условиям залегания и выполняемым функциям, в пределах полей действующих шахт. В целиках сосредоточены значительные запасы угля, пригодные к выемке. Совершенствование процесса отработки угольных целиков, находящихся в благоприятных условиях, уже выполнивших свои основные и вспомогательные назначенные функции, является актуальным, в связи с невосполнимостью этих запасов. Большинство процессов в горных технологиях структурированы и взаимоувязаны. Системный подход к выявлению этих связей позволяет сформировать требования к процессу отработки целиков локальными забоями и управляемому отделению угля. В статье рассмотрены структура и параметры угольных целиков как объектов отработки, проанализирован механический способ их отработки с отделением угля от массива уступной технологией обработки забоев. Проанализированы основные конкурирующие способы отделения угля от массива взамен резания, принято скалывание угля от целиков структурными блоками заданных размеров. Определено понятие «локальный забой» для отработки угольных целиков. Предложена и описана схема локального забоя. На основе анализа процесса отработки целиков локальными забоями описана структура технологического процесса и технических средств в виде унифицированного выемочного модуля для отработки целиков с отделением угля от массива структурными блоками. Предложен параметр кратности «а», отражающий значимость и взаимосвязь прочностных, технологических и технических факторов от размеров отделяемых блоков. Параметр «а» характеризует взаимосвязь размеров отделяемых кусков угля и массива с параметрами локального забоя, а именно технологического процесса и технических средств.

Ключевые слова: шахта, уголь, целик, отработка целика, унифицированный выемочный модуль, локальный забой, уступная технология, структурный блок, параметр кратности

Благодарности: Автор выражает признательность коллегам за помощь, вклад которых в данную работу носит чисто технический характер.

Для цитирования: Гаращенко Ж.М., Теремецкая В.А., Габов В.В. Отработка угольных целиков унифицированными выемочными модулями локальными забоями. Горная промышленность. 2024;(5S):151–157. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-5S-151-157

Информация о статье

Поступила в редакцию: 24.08.2024

Поступила после рецензирования: 02.10.2024

Принята к публикации: 09.10.2024

Информация об авторах

Гаращенко Жанна Макcимовна – аспирант кафедры машиностроения, Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, г. Санкт-Петербург, Российская Федерация; https://orcid.org/0000-0001-5257-7096; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Теремецкая Василиса Александровна – инженер 1-й категории, Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, г. Санкт-Петербург, Российская Федерация; https://orcid.org/0000-0002-5334-9623; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Габов Виктор Васильевич – доктор технических наук, профессор кафедры машиностроения, Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, г. Санкт-Петербург, Российская Федерация; https://orcid.org/0000-0002-6587-2446; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Вклад авторов

Ж.М. Гаращенко – выполнение работы по систематизации материала, написание текста статьи.

В.А. Теремецкая – получение данных для анализа, анализ результатов исследования и подготовка данных.

В.В. Габов – генерация идеи исследования, постановка цели и задач исследований, редактирование текста статьи.

Список литературы

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