stringtranslate.com

Разработка длинных забоев

Добыча длинными забоями - это форма подземной добычи угля , при которой длинный забой угля добывается одним куском (обычно толщиной 0,6–6,0 м (2 фута 0 дюймов - 19 футов 8 дюймов)). Добываемый участок горной породы, известный как панель лавы, обычно имеет длину 3–4 км (1,9–2,5 мили), но может достигать длины до 7,5 км (4,7 мили) и 250–400 м (820–1310 миль). футов) в ширину.

История

План лавы перед конвейерами – подъемник находится в центре центральной стойки.

Основная идея разработки длинных забоев была разработана в Англии в конце 17 века, хотя ее, возможно, предвосхитили еще в доиндустриальную эпоху, используя аналогичную технику, использовавшуюся хопи северо-восточной Аризоны в 14 веке. [1] Шахтеры подрезали уголь по ширине забоя, удаляя уголь по мере его падения, и использовали деревянные подпорки, чтобы контролировать падение крыши за забоем. Это было известно как метод добычи полезных ископаемых в Шропшире . [2] Хотя технология значительно изменилась, основная идея осталась прежней: удалить практически весь уголь из широкого угольного забоя и позволить кровле и вышележащей породе обрушиться в пустоту позади, сохраняя при этом безопасное рабочее пространство вдоль лицо для шахтеров.

Примерно с 1900 года к этому методу была применена механизация. К 1940 году некоторые называли добычу длинными забоями «конвейерным методом» добычи, в честь наиболее известной части используемого оборудования. [3] В отличие от более ранней добычи длинными забоями, использование конвейерной ленты, параллельной угольному забою, привело к тому, что забой разрабатывался по прямой линии. Единственным другим используемым оборудованием был электрический резак для подрезания угольного забоя и электрические буры для взрывных работ с целью обрушения забоя. После падения уголь использовался вручную для загрузки угля на конвейер параллельно забою и установки деревянных подпорок для предотвращения падения крыши.

Такие низкотехнологичные шахты с длинными забоями продолжали работать до 1970-х годов. Самым известным примером была шахта Нью-Гладстон недалеко от Сентервилля, штат Айова , «одна из последних разрабатываемых длинных забоев в Соединенных Штатах». [4] Эта шахта с длинными забоями не использовала конвейерную ленту, вместо этого полагалась на пони, которые перевозили угольные кадки от забоя к склону, где подъемник вытаскивал кадки на поверхность. [5] [6]

Разработка длинными забоями широко использовалась в качестве заключительного этапа разработки старых камерных и столбовых шахт. В этом контексте добыча длинными забоями может быть классифицирована как форма добычи полезных ископаемых .

Макет

Перед началом разработки лавы позади каждой панели прокладываются шлюзовые дороги. Дорога к воротам вдоль одной стороны квартала называется главными воротами или главными воротами; дорога на другой стороне называется задней дверью. Там, где позволяет толщина угля, эти подъездные пути ранее разрабатывались комбайнами непрерывного действия, поскольку сама лава не способна к первоначальной разработке. Планировка лавы могла быть как «наступающей», так и «отступающей». В наступающем типе подъездные пути образуются по мере продвижения угольного забоя. На более тонких пластах можно использовать опережающий метод разработки лав. В отступном типе панель представляет собой грань, соединяющую их обоих. Перед забоем формируется только главная дорога. Забойная дорога формируется за угольным забоем путем удаления камня выше высоты угля , чтобы сформировать проезжую часть, достаточно высокую для проезда. Конец блока, на котором находится оборудование лавы, называется забоем. Другой конец квартала обычно является одной из главных дорог шахты.Полость за лавой называется выработанным пространством, гофом или выработкой. [7]

Вентиляция

Обычно всасываемый (свежий) воздух проходит вверх по главным воротам, через лицевую часть, а затем вниз по задним воротам, что называется вентиляцией U-типа. После забоя воздух уже не свежий, а возвратный, уносящий угольную пыль и шахтные газы, такие как метан и углекислый газ , в зависимости от геологии угля. Возвратный воздух удаляется вентиляторами, установленными на поверхности. Другие методы вентиляции могут использоваться, когда всасываемый воздух также проходит через главные ворота и попадает в выпускной или обратный путь, уменьшая выбросы газа из выработанного пространства на забой, или в том случае, когда всасываемый воздух проходит вверх по задним воротам и через забой в том же направлении, что и грань цепи в гомотропной системе. [8]

Чтобы избежать самовозгорания угля в выработанном пространстве, газы могут скапливаться за уплотнениями, чтобы исключить попадание кислорода в закрытое пространство выработанного пространства. Если выработанное пространство может содержать взрывоопасную смесь метана и кислорода, можно использовать закачку/инертизацию азота для исключения кислорода или проталкивания взрывоопасной смеси глубоко в выработанное пространство, где нет вероятных источников возгорания. Сертифицированный начальник шахты должен каждую смену проверять уплотнения на предмет повреждений и утечек вредных газов. [9]

Оборудование

Гидравлические колодки

Ряд гидравлических домкратов , называемых механизированными крепями, подушками или щитами, которые обычно имеют ширину 1,75 м (5 футов 9 дюймов) и располагаются в длинную линию рядом друг с другом на длине до 400 м (1300 футов) по порядку. для поддержки кровли угольного забоя . Отдельная подушка может весить 30–40 тонн, достигать максимальной высоты резания до 6 м (20 футов) и иметь предел текучести 1000–1250 тонн каждая, а также гидравлически продвигаться на 1 м (3 фута 3 дюйма) с время.

Гидравлические колодки, конвейер и комбайн

Уголь вырезается из угольного забоя с помощью машины, называемой комбайном (механическим погрузчиком). Эта машина обычно может весить 75–120 тонн и состоит из основного корпуса, в котором размещены электрические функции, тяговые приводы для перемещения комбайна по угольному забою и насосные агрегаты (для приведения в действие как гидравлических, так и водяных функций). На обоих концах основного корпуса установлены распределительные рычаги, которые можно перемещать вертикально вверх и вниз с помощью гидравлических цилиндров, и на которых установлены режущие барабаны комбайна, оснащенные 40–60 режущими инструментами. Внутри распределительных рычагов размещены очень мощные электродвигатели (обычно до 850 кВт), которые передают свою мощность через ряд промежуточных шестерен внутри корпуса и через рычаги к местам установки барабана на крайних концах распределительных рычагов, где происходит резка. барабаны есть. Режущие барабаны вращаются со скоростью 20–50 об/мин, чтобы отрезать минерал из угольного пласта.

Подушки обеспечивают поддержку, позволяющую очистному комбайну работать

Очистной комбайн перемещается по длине забоя на бронезабойном конвейере (БКК); с использованием бесцепной системы транспортировки, которая напоминает прочную реечную систему, специально разработанную для горнодобывающей промышленности. До появления бесцепных систем транспортировки были популярны цепные системы транспортировки, в которых тяжелая цепь протягивалась по длине угольного забоя, чтобы комбайн мог тянуть себя вперед. Комбайн движется со скоростью 10–30 м/мин (33–98 футов/мин) в зависимости от условий резания.

AFC размещается перед механизированными крепями, и под действием среза вращающихся барабанов, врезающихся в угольный пласт, уголь разрушается, и он загружается в AFC. Уголь удаляется из угольного забоя скребковым цепным конвейером к главному затвору. Здесь его загружают на сеть ленточных конвейеров для транспортировки на поверхность. У главных ворот уголь обычно измельчается в дробилке и загружается на первую конвейерную ленту с помощью балочного погрузчика (BSL).

По мере того, как комбайн извлекает уголь, комбайн перемещается за комбайном, а механизированные крепи кровли перемещаются вперед во вновь созданную полость. По мере продвижения горных работ и прохождения всей лавы по пласту выработанное пространство увеличивается. Это выработанное пространство разрушается под тяжестью вышележащих слоев. Пласты, примерно в 2,5 раза превышающие мощность удаленного угольного пласта, обрушиваются, и вышележащие пласты оседают на обрушившееся выработанное пространство. Это обрушение может привести к снижению высоты поверхности, вызывая такие проблемы, как изменение русла рек и серьезное повреждение фундамента зданий. [10]

Сравнение с комнатным и столбчатым методом

Для разработки подходящих подземных угольных пластов можно использовать как длинный, так и камерный и столбовой методы разработки. В лавах лучше извлекается ресурс (около 80% по сравнению с примерно 60% для камерно-столбового метода), [11] требуется меньше расходных материалов для крепи кровли, более объемные системы очистки угля, минимальное количество ручных операций и безопасность горняков повышается за счет того, что что они всегда находятся под гидравлическими крепями, когда добывают уголь. [11]

Автоматизация

Добыча в длинных забоях традиционно представляла собой ручной процесс, при котором выравнивание забойного оборудования осуществлялось с помощью струнных тросов. Были разработаны технологии, которые автоматизируют некоторые аспекты работы по добыче лавы, в том числе систему, которая выравнивает поверхность отступающей панели лавы перпендикулярно штрекам.

Вкратце, выходные данные инерциальной навигационной системы используются в точном расчете для оценки положения комбайна. Оптимальные фильтры Калмана и сглаживатели могут применяться для улучшения оценок точного счисления перед перестановкой оборудования для длинных забоев по завершении каждого среза. [12] Алгоритмы максимизации ожидания могут использоваться для оценки неизвестного фильтра и более сглаживающих параметров для отслеживания положения очистного комбайна в длинных забоях. [13]

По сравнению с ручным управлением горнодобывающим оборудованием автоматизированная система позволяет повысить производительность. Помимо повышения производительности, автоматизация оборудования для длинных забоев приводит к повышению безопасности. Угольный забой является опасной зоной, поскольку в нем присутствуют метан и окись углерода, а зона горячая и влажная, поскольку вода распыляется на забой, чтобы свести к минимуму вероятность возникновения искр, когда комбайн выбирает ударную породу. Автоматизируя ручные процессы, можно вывести рабочих из этих опасных зон. [ нужна цитата ]

Воздействие на окружающую среду

Как и в случае со многими другими методами добычи полезных ископаемых, важно учитывать местное и региональное воздействие на окружающую среду от разработки длинными забоями.

Проседание

Проседание лавы (LWMS) — это антропогенный процесс, который имеет множество экологических и экологических последствий, особенно на здоровье почвы и движение воды в регионе, где LWMS активно используется. Это важно учитывать, поскольку длина некоторых участков лавы может достигать нескольких километров. При этом гидрологические системы стока, корневые системы деревьев и растительные виды могут пострадать от большого количества почвы, удаляемой под ними, и эти стрессы приводят к поверхностной эрозии. [14]

Заброшенные шахты также представляют собой проблему в районах, где появилась жилая застройка. Дома, построенные рядом с заброшенными шахтами с длинными забоями, сталкиваются с угрозой будущего ущерба из-за провалов и плохого качества почвы даже через тридцать лет после закрытия шахты. [15]

Поскольку разработка длинных забоев очень длинная, она может затронуть площади более 200 акров (81 га). На этих крупнейших участках было замечено, что лавы, подстилающие склоны гор, демонстрируют более заметное проседание в горных ландшафтах, чем в долинных ландшафтах. [15]

Были случаи оседания поверхности, изменявшие ландшафт над шахтами. На шахте Ньюстан в Новом Южном Уэльсе , Австралия, «поверхность местами упала на целых пять метров» над многоуровневой шахтой. [16] В некоторых случаях проседание наносит ущерб природным объектам, таким как дренаж водотоков [17] или искусственным сооружениям, таким как дороги и здания. « Дуглас-Парк- Драйв был закрыт на четыре недели, потому что панели лавы... дестабилизировали дорогу. В 2000 году правительство штата прекратило добычу полезных ископаемых, когда она подошла к 600-метровым расстояниям от двух мостов. Год спустя появились сообщения о появлении 40-сантиметровых зазоров. на дороге, и мост пришлось поднять вбок, чтобы выровнять его». [17] : 2  В геотехническом отчете 2005 года, подготовленном по заказу Управления дорог и дорожного движения, предупреждалось, что «оседание грунта может произойти внезапно и происходить в течение многих лет». [17]

Однако есть несколько шахт, которые были успешно отработаны практически без измеримого проседания поверхности, включая шахты под озерами, океанами, важными водосборными бассейнами и экологически чувствительными районами. [ нужна цитация ] Проседание минимизируется за счет увеличения ширины прилегающих к блоку цепных столбов, уменьшения ширины и высоты извлекаемых блоков, а также путем учета глубины покрытия, а также компетентности и толщины вышележащих слоев.

ГРП и качество воды

Добыча длинными забоями может привести к геологическим нарушениям в пласте породы и, в свою очередь, может повлиять на движение воды и привести к ее отходу от поверхности через добытую территорию в водоносный горизонт . В результате потеря поверхностных вод может негативно повлиять на прибрежные экосистемы. [18]

Вдобавок ко всему, если рядом с участком добычи лавы имеются плотины, это может вдвойне повлиять на прибрежные экосистемы , поскольку приведет к снижению скорости притока, а также к потерям из-за трещиноватости подстилающей породы. [18]

По состоянию на 2014 год правительство Австралии приняло меры по смягчению воздействия на воду в результате разработки длинных забоев. Законодательные собрания призвали принять меры по улучшению инфраструктуры шахт, чтобы свести к минимуму нарушения. [19]

В результате растрескивания коренных пород в результате добычи полезных ископаемых под водами, такими как озера или реки, произошли потери грунтовых вод различной степени. Шахты, расположенные в пределах нескольких сотен метров от поверхности, подвержены воздействию большого количества воды из этих тел. Более того, после вмешательства в горнодобывающую деятельность, нарушающего природный ландшафт вблизи шахт, естественные пути стока воды могут быть перенаправлены, что приводит к дополнительной эрозии ручья или берега реки. Дополнительная добыча полезных ископаемых в концентрированных районах постоянно перемещает эти пути потока воды, и им требуются годы, чтобы вернуться в исходное состояние. [20]

Воздействие на экосистему

Многие экосистемы полагаются на ежегодную последовательность поступления и выдачи воды, и нарушение этих закономерностей может привести к созданию неустойчивых условий для видов, для размножения которых требуется вода. Разработка длинными забоями также может привести к локальному изменению температуры воды, стимулируя цветение водорослей, которое может израсходовать доступный кислород, необходимый для здоровья других видов. [20]

Разработка длинных забоев ограничила доступные исследования воздействия близлежащих лесов, однако новые исследования спутниковых изображений показали возможную связь с более сухой поверхностной почвой вблизи регионов, где недавно велись разработки длинными забоями. Помимо более сухих почв наблюдалось снижение влажности лесного полога. [21]

Выбросы газа

Было замечено, что шахты с длинными забоями выделяют в окружающую среду газ метан , распространенный парниковый газ , однако увеличение типичной забоя шахты с длинными забоями с 200 до 300 метров (от 660 до 980 футов) не привело к выбросу значительно большего количества метана. [22] [23] Выбросы метана из закрытых шахт с длинными забоями могут продолжаться до пятнадцати лет, однако можно измерить объем потенциальных выбросов метана на основе расхода воды в закрытых шахтах. [22]

В Канаде

Канада обладает одними из крупнейших запасов угля в мире [24] , и до 2013 года в Канаде не было длинных забоев в течение более 25 лет. В 2015 году компания HD Mining открыла шахту в Британской Колумбии, что вызвало споры из-за найма иностранных рабочих вместо канадцев и из-за потенциального воздействия на окружающую среду. [25] [26] Ожидается, что эта шахта будет иметь выбросы углекислого газа в размере 17 мегатонн в год; однако федеральное правительство Канады установило ограничение выбросов углерода, чтобы поддерживать выбросы на уровне 500 000 тонн в год. [26]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Буллард-младший, Уильям Ротч (1962). Место Серро-Колорадо и архитектура Питхауса на юго-западе США до 900 года нашей эры. Кембридж, Массачусетс, США: Музей Пибоди. п. VI.
  2. ^ Longwall Mining. Архивировано 17 августа 2009 г. в Wayback Machine , Управление угля, ядерного, электрического и альтернативного топлива, Министерство энергетики США, март 1995 г., стр. 9–10.
  3. ^ А. Пакстон, Дж. А. Биггс, Десять минут в угольной шахте, 1940, стр. 16–24.
  4. ^ Андерсон, Уэйн И. (1998). Геологическое прошлое Айовы: три миллиарда лет истории Земли. Айова-Сити: Издательство Университета Айовы. п. 258. ИСБН 0-87745-639-9. Проверено 5 июня 2010 г.
  5. ^ Брик, Грег А. (2004). Подземелья Айовы: путеводитель по подземным сокровищам штата . Блэк-Земля, Висконсин: Trails Books. стр. 119–120. ISBN 978-1-931599-39-9. ОЛ  3314195М.
  6. ↑ «Последняя шахта пони» , документальный фильм, Лес Бенедикт, режиссёр, Стив Кнудстон, продюсер, 1972. Доступно на YouTube в 3-х частях: часть 1, часть 2, часть 3.
  7. ^ «Добыча длинными забоями, подземная добыча угля, методы добычи полезных ископаемых, горнодобывающие компании» . Великий майнинг . Проверено 1 февраля 2019 г.
  8. ^ «Гомотропная вентиляция». Университет Вуллонгонга. Архивировано из оригинала 24 мая 2014 г. Проверено 24 мая 2014 г.
  9. ^ Управление по безопасности и охране труда на шахтах [1]
  10. ^ "LONGWALL MINING" BHP Billiton Mitsubishi Alliance (2005), по состоянию на 19 декабря 2011 г.
  11. ^ ab "Подземная добыча". Угольная ассоциация Иллинойса. Архивировано из оригинала 10 июня 2012 г. Проверено 24 мая 2014 г.
  12. ^ Эйнике, Джорджия; Ралстон, Джей Си; Харгрейв, Колорадо; Рид, округ Колумбия; Хейнсворт, Д.В. (декабрь 2008 г.). «Автоматизация разработки длинных забоев. Применение сглаживания минимальной дисперсии». Журнал IEEE Control Systems . 28 (6): 28–37. дои : 10.1109/MCS.2008.929281. S2CID  36072082.
  13. ^ Эйнике, Джорджия; Малос, Дж.Т.; Рид, округ Колумбия; Хейнсворт, Д.В. (январь 2009 г.). «Уравнение Риккати и сходимость алгоритма EM для выравнивания инерциальной навигации». IEEE Транс. Сигнальный процесс . 57 (1): 2904–2908. Бибкод : 2009ITSP...57..370E. дои :10.1109/TSP.2008.2007090. S2CID  1930004.
  14. ^ «Исследование измеряет воздействие на окружающую среду оседания длинных забоев» . Австралийская горная промышленность . 27 апреля 2010 г. Проверено 9 февраля 2019 г.
  15. ^ ab «Итоговый отчет - Последствия разработки длинных забоев». www.dep.state.pa.us . Проверено 9 февраля 2019 г.
  16. ^ Кабби, Бен (10 июня 2009 г.). «План разработки лавы представляет собой угрозу водоснабжению» . Сидней Морнинг Геральд . Фэрфакс Медиа . Проверено 2 июня 2010 г. Добыча длинными забоями, при которой из земли вырываются широкие пласты угля высотой в несколько метров и шириной в сотни метров, приводит к оседанию грунта над шахтами.
  17. ^ abc Фрю, Венди (20 ноября 2007 г.). «Риск для жизни, но под мостом еще больше добычи полезных ископаемых». Сидней Морнинг Геральд . Фэрфакс Медиа . Проверено 2 июня 2010 г. Добыча длинными забоями уже нанесла существенный ущерб руслам рек, болотам и водосборам в этом районе.
  18. ^ ab «ВЛИЯНИЕ ДОБЫЧИ УГЛЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ В НОВОМ ЮЖНОМ УЭЛСЕ» (PDF) . Тотальный экологический центр . Январь 2007 года . Проверено 14 февраля 2019 г.
  19. ^ «Информационный бюллетень - Проседание при добыче угля длинными забоями | Независимый экспертный научный комитет по газу угольных пластов и развитию крупной добычи угля» . iesc.environment.gov.au . Проверено 10 апреля 2019 г.
  20. ^ аб Докинз, А. (2003). «Требования к потенциальному управлению и восстановлению экологических последствий проседания лав на ручьях, озерах и системах подземных вод». Университет Вуллонгонга и Австралазийский институт горного дела и металлургии . 1 : 117–124 – через Geoterra.
  21. ^ «Оценка воздействия горных работ длинными забоями на леса над « Landsat Science» . Проверено 10 апреля 2019 г.
  22. ^ ab «Прогнозирование выбросов метана в длинных забоях: оценка влияния методов добычи полезных ископаемых на выбросы газа и системы контроля метана». www.cdc.gov . Проверено 10 апреля 2019 г.
  23. ^ Макколл, FE; Гарсия, Ф.; Тревитс, Массачусетс; Аул, Г. (31 декабря 1993 г.). Выбросы метана при разработке длинных забоев . ОСТИ  143760.
  24. ^ «Страны с крупнейшими запасами угля» . Горные технологии | Новости горнодобывающей промышленности и мнения обновляются ежедневно . 20 ноября 2013 г. Проверено 10 апреля 2019 г.
  25. ^ «Первоначальный участок реки Мюррей не включал разработку длинных забоев» . Проверено 10 апреля 2019 г.
  26. ^ ab «Утверждена первая подземная угольная шахта Британской Колумбии за более чем 25 лет» . www.vancouversun.com . Проверено 29 декабря 2020 г.

Внешние ссылки