Применение полимерных смол на шахтах Кузбасса
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).
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).
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).
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.
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».
