Применение полимерных смол на шахтах Кузбасса

И.В. Климчук, генеральный директор ООО «Минова»;
В.М. Маланченко, технический директор ООО «Минова»;
А.Ю. Ермаков, горный инженер; И.С. Биктимиров, главный технолог шахты «Ольжерасская-Новая»

В настоящее время на горных предприятиях России все активнее внедряются новые современные методы и технологии добычи и переработки полезных ископаемых. Большое внимание при внедрении новых технологий уделяется безопасности при ведении горных работ. Не отстают в этом направлении и шахты Кузбасса.

Промышленное применение полимерных смол производства фирмы «Минова КарбоТех ГмбХ» (Германия) на некоторых шахтах Кузбасса началось с 1995 года.

В настоящее время на многих шахтах Кемеровской области применяют технологии упрочнения горного массива, аэрои гидроизоляции, ликвидации вывалов, возведения вентиляционных перемычек и т.п. на основе использования полимерных смол компании «Минова».

Отдельного внимания заслуживает технология применения полимерных смол при отработке мощного пологого пласта с выпуском подкровельной пачки угля, впервые внедренная не только в УК ОАО «Южный Кузбасс», но и в России. Шахта «Ольжерасская – Новая» (УК ОАО «Южный Кузбасс») отрабатывает пласт 21 Распадского месторождения в Томь-Усинском геолого-экономическом районе Кузбасса.

Пласт 21 – верхний из рабочих пластов в пределах шахтного поля, не выдержан по мощности и имеет сложное строение.

В пределах шахтного поля мощность пласта изменяется от 3.5 до 12.0 м при средней мощности 6.5 м, в котором присутствуют от 2 до 15 породных прослоек. В пределах выемочного участка лавы 21-1-5 глубина залегания пласта изменяется от 90 до 220 м. В контурах выемочного участка находятся 6 горно-геологических нарушений с амплитудой 1.5–2.0 м.

Для уменьшения сроков подготовки выемочного столба, подготовка лавы проводилась от ранее пройденных Путевого и Конвейерного уклонов, расположенных в средней части выемочного участка. Путевой и Конвейерный уклоны пройдены по кровле пласта шириной 4.5 и 5.0 м соответственно, высота выработок составляет 3.5 м (по условиям размещения в них оборудования). Уклоны закреплены сталеполимерными анкерами А20В длиной 2.5 м, в поперечном ряду установлено 5 анкеров с шагом крепления 1.0 м. Борта выработок закреплены анкерами ШК-1М длиной 1.6 м с шагом крепления 1.0 м. Борта и кровля выработок перетянуты металлической решетчатой затяжкой (рис.1).

Сечение конвейерного уклона

Сопряжения уклонов со штреками и заездом дополнительно усиливались канатными анкерами глубокого заложения АК01 длиной 5.5 м. Лава 21-1-5, введеная в эксплуатацию в сентябре 2006 г., оснащена механизированным комплексом ZF 22/35/8000, комбайном MG 400/930 WD забойным и завальным конвейерами SGZ800/800, перегружателем SZZ1000/400. Все оборудование производства China Coal Overseas Development Co., Ltd (CODCO) (Китай). Отработка осуществляется длинными столбами по простиранию с технологией выпуска угля из подкровельной пачки. Для этого механизированный комплекс ведется по почве пласта с высотой вынимаемого слоя 3.3 м. Отбитый комбайном уголь транспортируется на конвейерный штрек лавным скребковым конвейером. Оставшийся уголь, находящийся в подкровельной пачке принудительно разрушается над перекрытием секций крепи и выпускается на завальный конвейер, расположенный в завальной части механизированного комплекса и транспортируется на конвейерный штрек.

Результаты первого месяца работы лавы показали высокую эффективность выбранной технологии. За первые три месяца добыча составила более 500 тыс. т.

В июне 2007 года лава 21-1-5 подошла к конвейерному и путевому уклонам, пересекающим лаву по всей её длине. Рассматривалось два возможных варианта перехода работы комплекса:

вариант 1 – проведение демонтажной камеры перед уклонами и демонтаж лавы, проведение монтажной камеры и монтаж комплекса за уклонами. Предполагаемый срок перемонтажа комплекса составлял 2 месяца, планируемые потери угля в целике под уклоны составляли около 200 тыс. т;

вариант 2 – переход комплексом уклонов с извлечением целика.

Внедрение в Кузбассе сталеполимерной анкерной крепи и канатных анкеров глубокого заложения в сочетании с упрочнением кровли и боков выработок полимерными смолами позволило в настоящее время достаточно успешно и эффективно применять технологию перехода механизированным комплексом поперечных выработок, находящихся в одном уровне, но пересечение поперечных уклонов лавой 21-1-5, находящихся в разных слоях с выпуском угля, предстояло провести впервые. В результате тщательного и детального рассмотрения вариантов с технической и экономической стороны, предпочтение было отдано варианту ведения очистной добычи лавой под уклонами без перемонтажа комплекса.

Для повышения устойчивости очистного забоя и предотвращения вывалов угля в призабойном пространстве при переходе уклонов, было произведено предварительное инъекционное упрочнение угольного массива двухкомпонентной органоминеральной смолой производства фирмы «Минова КарбоТех ГмбХ». Упрочнение проводилось в бортах путевого и конвейерного уклонов и на сопряжениях с выработками (рис. 2).

Схема расположения инъекционных шпуров при переходе уклонов лавой (лава 2115)

По рекомендациям фирмы ООО «Минова» для упрочнения угля была выбрана органоминеральная смола «Геофлекс», по своим свойствам наиболее подходящая под данные горно-геологические условия:

- смола, после смешивания компонентов, не вспенивается в заполненных трещинах, тем самым не создает дополнительных напряжений в массиве угля;

- температура реакции не превышает 98°С, что обеспечивает её безопасное применение в углях. Смола «Геофлекс» состоит из двух жидких компонентов, которые в объемном соотношении 1:1 при помощи пневматического насоса СК-90 подаются раздельно по шлангам, перемешиваются в смесителе и через анкерную систему и герметизатор нагнетаются в упрочняемый массив. Реакция компонентов начинается в смесителе, а полное отверждение полимерной смеси происходит через 3–4 минуты после смешивания компонентов (см. фото).

Геофлекс

Цикл предварительного упрочнения приконтурной части угольного массива путевого и конвейерного уклонов, а также их сопряжений с заездом с путевого уклона, заключался в нагнетании смолы через шпуры длиной 2.0–2.5 м диаметром 42–43 мм, пробуренные согласно схеме, показанной на рис. 2.

Шпуры располагались горизонтально двумя рядами в шахматном порядке на расстоянии 4.0 м друг от друга в каждом ряду. Расстояние от почвы выработки до нижнего ряда шпуров 1000–1200 мм, до верхнего ряда 2000–2200 мм (см. рис. 1). Герметизатор устанавливался в шпуре на глубине 0.5–0.6 м. При переходе лавой 21-1-5 путевого и конвейерного уклонов средняя скорость подвигания очистного забоя составляла 2.4 м/сутки. Средняя мощность пласта на участке перехода составила 7.5 м, общая протяженность участка перехода 166.8 м.

Существенных деформаций кровли и боков, основной и усиливающей крепи в пересекаемых выработках не наблюдалось вплоть до линии очистного забоя.

За время перехода уклонов добыто всего 200.3 тыс.т; в т.ч. в июле 2008 г. – 76.9 тыс.т, в августе 2008 г. – 59.3 тыс.т, за 20 дней сентября 2008 г. – 64.12 тыс.т. В связи со сложной траекторией лавы потери угля в почве составили 13.6 тыс.т, в подкровельной пачке 48.2 тыс.т. Доля общих потерь угля – 23.58%. Необходимо отметить, что технология предварительного упрочнения угля органоминеральной смолой «Геофлекс» применялась и при переходе лавой 21-1-5 дизъюнктивных нарушений с амплитудой 1.5–2.0 м, расположенных в выемочном столбе. Выемка угля в данных нарушениях сопровождалась повышенным кливажом забоя с вывалами угля подкровельной пачки в призабойное пространство. Отсутствие распора на секциях крепи приводило к увеличению куполообразования и вывалов пород основной кровли. Выкладка клетей над секциями крепи считается работой, связанной с повышенной опасностью и выполняется с соблюдением специально разработанных мероприятий.

Разработанные технической службой шахты совместно со специалистами ООО «Минова» мероприятия по упрочнению массива в зонах неустойчивой кровли из призабойного пространства лавы (рис. 3) позволили предотвратить описанные выше трудности и, как следствие, повысить безопасность труда с увеличением объема добычи.

Схема расположения инъекционных шпуров при упрочнении зоны с неустойчивыми породами кровли

В результате проведенных наблюдений установлено, что при отработке на полную мощность пласта 21 технологией с выпуском угля из подкровельной пачки на завальный конвейер, возможно осуществлять, как переход, так и подработку выработок, а также переход геологических дизъюнктивных нарушений с помощью предварительного упрочнения угля органоминеральной смолой «Геофлекс» производства фирмы «Минова КарбоТех ГмбХ».

Журнал "Горная Промышленность" №2 2009