Наукові засади синтезу технологій видобування вугільних пластів у слабометаморфізованих породах.

Abstract

Дисертація присвячена вирішенню актуальної наукової проблеми з синтезу технологій виймання тонких та надтонких вугільних пластів у масиві слабометаморфізованих порід. На основі теоретичних, лабораторних і промислово-експериментальних досліджень установлено закономірності напружено-деформованого стану навколо штучноствореної порожнини при підземній газифікації вугілля, що залежить від товщини оплавленої оболонки та комплексно-механізованих лав з урахуванням коефіцієнта літологічної будови гірського масиву. У результаті проведених досліджень уперше отримано чисельні значення зміни довжини лави та фізичних показників гірського масиву залежно від коефіцієнта літологічної будови при застосуванні високопродуктивних технологій виймання вугілля із тонких і надтонких пластів, а також встановлено залежності зміни товщини штучноствореної оболонки для забезпечення відповідного кроку посадки покрівлі для ефективного проходження дуттьової суміші у геореакторі. Виконано оцінку напружено-деформованого стану гірського масиву при комплексно-механізованому вийманні малопотужних запасів і застосуванні технології газифікації вугілля виходячи із розташування зон підвищеного та пониженого гірського тиску. Запропоновано рекомендації щодо силових параметрів механізованого кріплення, які дозволяють більш повно й ефективно провадити видобування тонких та надтонких вугільних пластів, розроблено технологічні схеми підземних газогенераторів, здатних до варіації складовими синтез-газу та максимального отримання газу метану у вихідній суміші газогенератора. Дані заходи дають можливість ефективно видобувати вугілля у слабометаморфізованих породах. Розрахунковий економічний ефект складає 1,2 – 1,3 млн грн на одну виїмкову дільницю, що підтверджує доцільність запропонованих техніко-технологічних заходів.

Повышение эффективности отработки тонких и весьма тонких угольных пластов в слабометаморфизированных породах сопряжено с внедрением техники качественно нового уровня и эффективным управлением горным давлением при изменяющихся горно-геологических условиях. При этом достаточное количество запасов не может быть извлечено с использованием механизированных комплексов. Существующий промышленный опыт подземной газификации углей показывает ее целесообразность при извлечении забалансовых запасов. Наибольшим недостатком этой технологии является относительно низкая производительность одного газогенератора. Поэтому синтез этих технологий в пределах одного горнодобывающего предприятия дает возможность более полного извлечения угля на экономически целесообразном уровне. В научном плане диссертация посвящена установлению зависимостей напряженно-деформированного состояния вокруг искусственносозданной полости очистного забоя и газогенератора. Это является актуальной научной проблемой управления горным давлением при синтезе комплексно-механизированной добычи и радикальной технологии подземной газификации при извлечении угля из тонких и весьма тонких пластов в слабометаморфизированных породах. На основании теоретических, лабораторных и промышленно-экспериментальных исследований впервые получены численные значения изменения длины лавы и физических показателей горного массива в зависимости от коэффициента литологического строения при применении высокопродуктивных технологий добычи угля из тонких и весьма тонких пластов, а также установлены зависимости изменения толщины искусственносозданной оболочки для обеспечения соответствующего шага посадки кровли с целью эффективного прохождения дутьевой смеси в геореакторе. Выполнена оценка напряженно-деформированного состояния горного массива при комплексно-механизированной добыче и подземной газификации в процессе отработки запасов угля маломощных пластов, предложены технологические схемы ведения горных работ с учетом расположения зон повышенного и пониженного горного давления. Предложены рекомендации необходимых силовых параметров механизированной крепи, которые позволяют более полно и эффективно осуществлять добычу тонких и весьма тонких угольных пластов. Разработаны технологические схемы подземных газогенераторов, дающих возможность осуществлять вариацию составляющими синтез-газа и максимально получать газ метан в исходящей смеси газогенератора. Данные мероприятия дают возможность эффективно добывать уголь в слабометаморфизированных породах. Расчетный экономический эффект составляет 1,2 – 1,3 млн. грн на один выемочный участок, что подтверждает целесообразность предложенных технико-технологических мероприятий. Разработанные рекомендации по выбору рациональных схем добычи угля механизированными комплексами, исходя из расположения зон повышенного и пониженного горного давления, нашли применение на шахтах ГП «Львовуголь» и компании «ДТЭК». Результаты расчета материально-теплового баланса подземной газификации угля, технологические схемы выполнения газогенератора были опробованы на шахте «Барбара» (Польша) при реализации Европейского проекта: «HUGE – Водородно- ориентированная подземная газификация угля для Европы». Тестовые испытания углей выбранных участков Львовско-Волынского бассейна и Западного Донбасса подтверждают целесообразность применения технологии СПГУ для отработки запасов. Также для этих условий предложены технологические схемы и техническое выполнение промышленных станций подземной газификации исходя из особенностей горно-геологической и гидрологической ситуации, с привязкой рельефа местности и ориентацией на конечного потребителя продукции. Результаты работы внедрены в учебный процесс Государственного высшего учебного заведения «Национальный горный университет». Они используются при проведении лекций, практических, лабораторных и семинарских занятий, используются при курсовом и дипломном проектировании студентов горных специальностей. На их основании опубликовано два учебных пособия (одно с грифом Министерства науки и образования Украины).

Dissertation is devoted to the solution of the actual scientific problem of the technologies combination of coal mining from thin and rather thin seams in weakly metamorphosed rockmass. On the basis of theoretical, laboratory and industrially experimental researches, the dependences of the stresses and deformations were established around artificial cavities during the underground gasification, which depends on the thickness of the melting shell and complex mechanized wallfaces taking into account the coefficient of lithologic structure of rock massif. As a result of the conducted researches, the numeral values of length wallface change and physical indexes of rockmass, which depend on the factor of lithologic structure at application of highly productive technologies of coal mining from thin and rather thin seams, were determined. Also dependences of change of thickness of the artificial shell were defined, providing the proper step of roof landing for the effective passing of blowing mixture in gazogene. The rockmass stresses were executed for the complex mechanized mining and the application of the coal gasification technology according the location less and high pressure zones. Recommendations are offered in relation to the parameters of the mechanized fastening. They allow mining the coal from thin and rather thin seams more effectively. The flowsheets of underground gazogenes for the synthesis gas variation with the purpose of maximal receipt of the methane in outlet of the gazogene were developed. These measures enable effectively mine coal in weakly metamorphosed rockmass. The economic effect of 1,2 – 1,3 million UAN from one mining set confirms the expedience of the offered technical and technological measures.