Системы разработки крутых и крутонаклонных пластов

На крутых и крутонаклонных пластах наибольшее распространение получила система разработки длинными столбами по простиранию с подэтажной гидроотбойкой (рис. 17.8). Сущность ее состоит в том, что этаж по простиранию делится на выемочные блоки, ограниченные печами. обычно проводятся три печи — пульпоспускная, вентиляционная и грузо-людская. Пульпоспускная печь оборудуется трубами диаметром 600 мм и длиной 1 м каждая, вставляемыми одна в другую в нахлестку. Грузо-людская печь состоит из ходового отделения, оборудованного лестницей для передвижения людей, и грузового для доставки оборудования и материалов в подэтажи.

Рисунок 17.8 – Система разработки длинными столбами по простиранию с подэтажной гидроотбойкой:

а – открытая заходка; б – закрытая заходка

1, 2 – полевой этажный штрек транспортный и вентиляционный; 3, 4 – промежуточный квершлаг транспортный и вентиляционный; 5 – пульпосборник; 6,7,8 – печь соответственно пульпоспускная, грузо-людская и вентиляционная; 9 – подэтажный штрек; 10 – вентиляционная сбойка (печь); 11 – дробилка; 12 – гидромонитор

На шахтах Донбасса принимают однокрылые блоки длиной по простиранию 100–200 м и наклонной высотой до 140 м. От блочной пульпоспускной печи через 10–12 м по восстанию проводятся подэтажные штреки с уклоном i=0,07–0,10, обеспечивающим надежную самотечную транспортировку отбитого угля и породы (при проходке) по желобам к пульпоспускной печи. Площадь поперечного сечения подэтажных штреков в свету 3 м², крепь — деревянная. Между подэтажными штреками через 12–15 м проводятся вентиляционные сбойки, предназначенные для выпуска исходящей струи из очистных и подготовительных забоев, а также служащие запасными выходами из них. Подэтажи отрабатываются сверху вниз с опережением верхних подэтажей на расстояние не менее 20 м.

Выемка угля производится с помощью гидромониторов из подэтажных штреков открытыми или закрытыми заходками. Открытые заходки (рис. 17.8, а) отгораживают от обрушенных пород потолочиной, уголь в которой частично или полностью теряется при отработке заходки.

При закрытых заходках (рис. 17.8, б) очистное пространство отгораживают потолочиной и целиком угля по простиранию, поддерживающим потолочину.

Потери угля при открытых заходках составляют 15–20%, а при закрытых — до 35–40%.

После выемки заходки переносят гидромонитор, укорачивают став желобов и напорного водовода. Крепь штрека перед выемкой следующей заходки извлекают.

Отбитый уголь транспортируется до пульпоспускной печи. В местах сопряжений подэтажных штреков и печей устанавливаются конусные дробилки и вентиляторы местного проветривания для подачи свежего воздуха в очистные и подготовительные забои. У печей непосредственно на этажном штреке или на промквершлаге устраиваются пульпосборники и участковые углесосные станции.

Достоинства системы разработки с подэтажной гидроотбойкой:

¾ общие для гидравлической добычи;

¾ универсальность, т.е. ее возможно применять на пластах с неспокойным залеганием, переменной мощностью, с неустойчивыми боковыми породами.

Недостатки системы разработки с подэтажной гидроотбойкой:

¾ общие для гидродобычи;

¾ большой объем нарезных работ; затруднения в проветривании очистных и подготовительных забоев;

¾ большие потери угля и его засорение при отбойке.

Условия применения: крутые, крутонаклонные и наклонные (свыше 25°) пласты мощностью свыше 0,8 м. В Кузбассе эта система успешно применяется и при разработке мощных пластов. При мощности пласта до 8 м в подэтаже проводится один штрек, при большей — два.

Вопросы для самоконтроля

1. Изложите сущность подземной гидродобычи угля.

2. В чем заключаются особенности вскрытия шахтных полей при подземной гидродобыче угля?

3. Почему при гидравлической добыче угля на пологих пластах применяется в основном панельный способ подготовки шахтного поля, а на крутых — этажный?

4. Перечислите основные варианты систем разработки, применяемые на пологих пластах при подземной гидродобыче угля. Изобразите их графически, укажите параметры и дайте их оценку (преимущества, недостатки и область применения).

5. То же на крутых и крутонаклонных пластах.

6. Как осуществляется транспортирование пульпы по штрекам, бремсбергам, уклонам и стволам?

7. Перечислите общие достоинства и недостатки гидравлического способа добычи угля.

8. Определите, под каким углом к линии простирания необходимо проводить выемочный штрек на пласте с углом падения a=10°, чтобы обеспечить самотечный транспорт пульпы (i=0,05).

Глава 18. ПОДЗЕМНАЯ ГАЗИФИКАЦИЯ УГЛЯ

Общие понятия

Сущность подземной газификации угля (ПГУ) заключается в том, что уголь непосредственно на месте своего залегания превращается в газ, который выдается на поверхность в качестве топлива или исходного продукта для получения химических веществ.

Идея возможности подземной газификации угля впервые была высказана Д.И.Менделеевым в 1888 г. при ознакомлении с подземными пожарами от самовозгорания угля. В 1912 г. английский химик У.Рамзай развил эту идею и даже пытался осуществить ПГУ на одной из шахт Англии. В конце 1933 г. в бывшем Советском Союзе учеными И.Е.Коробчанским, В.А.Матвеевым, В.П.Скафой и Д.И.Филипповым был разработан метод ПГУ, получивший название поточного, а в феврале 1935 г. была пущена опытная шахта в Донбассе, работавшая по этому методу. Для его осуществления требовалось проведение сети горных выработок. В 1945–48 гг. был разработан бесшахтный метод ПГУ, основанный на бурении скважин на пласт и образовании первоначальных каналов газификации.

По сути установка ПГУ представляет собой подземный газогенератор. Процесс газообразования в нем удобнее рассмотреть на примере поточного метода.

Газификационналь панель (рис. 18.1) подготавливается проведением стволов, двух наклонных выработок и розжигового штрека по пласту. В розжиговом штреке закладываются дрова, которые воспламеняются зажигательными патронами, в результате чего горение распространяется по угольной поверхности в штреке (канале).

Рисунок 18.1 – Технологическая схема поточного метода подземной газификации угля

1 – воздухоподающий ствол; 2 – газоотводящий ствол; 3, 4 – наклонные пластовые выработки соответственно воздухоподающая и газоотводящая; 5 – штрек розжига; 6 – канал газификации; 7 – зона шлаков

По одной из наклонных выработок вдувается воздух, а по другой на поверхность выдается образующийся газ. В процессе выгорания угля огневой забой перемещается вверх по восстанию пласта.

По характеру протекающих в забое химических реакций выделяют три зоны: окисления (горения), восстановления и сухой перегонки и сушки.

В зоне горения (зона А на рис. 18.1) при сжигании угля образуется двуокись углерода СО₂ с выделением большого количества тепла:

С + О₂ = СО₂ + 23300 кДж/м³.

В результате высокой температуры горения угля происходит сильный разогрев пласта и вмещающих пород вблизи огневого забоя, достигающий температуры 900–1200°С.

Разогретый газ СО₂ и пары воды, образовавшиеся в результате испарения пластовых вод, двигаясь дальше вдоль огневого забоя, вступают в реакцию с углеродом. В результате этого происходит восстановление двуокиси углерода в окись углерода:

СО₂ + С = 2СО – 9050 Кдж/м³

и

Н₂О + С = СО + Н₂ – 7500 кДж/м³.

Реакция восстановления сопровождается поглощением тепла, поэтому температура потока постепенно понижается и при температуре ниже 700°С восстановительные реакции прекращаются. Участок канала газификации, на котором происходит снижение температуры до 700°С, является зоной восстановления (зона В на рис. 18.1).

При дальнейшем движении потока газов по каналу угольный пласт под влиянием оставшегося тепла еще несколько прогревается и происходит сухая перегонка и сушка угля с выделением летучих веществ СН₂, СО₂, Н₂ и др.

В зоне сухой перегонки и сушки (зона С на рис. 18.1) под влиянием водяных паров происходит превращение окиси углерода в двуокись:

СО+Н₂О=СО₂+Н₂.

При этом теплотворная способность газа снижается. Поэтому длина канала газификации выбирается такой, чтобы указанная зона не образовывалась или длина ее была минимально возможной.

На практике суммарная длина зоны окисления и восстановления составляет 25–30 м, доходя иногда до 50 м.

Для обеспечения равномерного выгорания пласта в панели производят периодическое реверсирование дутья и отсос газа.