Жер асты көмір өндіру процесі және технологиясы
Жер асты көмір өндіру - жер бетінің терең қабаттарынан көмір қазып алуды және өндіруді қамтитын көмір өндіру әдісі. Бұл әдіс, әдетте, көмір қабаты үлкен тереңдікте болғанда, белгілі бір қалыңдықта болғанда немесе геологиялық жағдайлар ашық карьерлік өндіруді экономикалық тұрғыдан тиімсіз немесе жоғары қауіпті еткенде таңдалады. Қауіпсіздікке, өнімділікке және энергия тиімділігіне қойылатын талаптардың артуымен жер асты кен өндіру процестері механикаландыру, автоматтандыру және сенсорлық сандық бақылау жүйелерін қолдану арқылы қарқынды дамып келеді.
Жер асты кен өндіруге шолу
Ашық карьерлік өндіруден айырмашылығы, ол аршылған жыныстарды кеңінен алып тастауды қамтиды, жер асты өндіру көмір қабаттарына жету және оларды пайдалану үшін жолдар мен шахта саңылаулары желісіне сүйенеді. Жер асты жұмыстарының негізгі бағыты геотехникалық жағдайларды (тау жыныстарының тұрақтылығын), желдетуді, метан газын, көмір шаңын және материалдар мен персоналды тасымалдау жүйелерін бақылау болып табылады. Жұмыс кеңістігінің шектеулі болуына және қоршаған ортаның қауіптілігіне байланысты жер асты өндіру егжей-тегжейлі жоспарлауды және қатаң қауіпсіздік стандарттарын талап етеді.
Жоспарлау және барлау кезеңі
Әрбір жер асты кен өндіру операциясы барлау жұмыстарынан және геологиялық сипаттама беруден басталады. Барлау әдетте керн бұрғылауын, геологиялық құрылымдарды картаға түсіруді (жарықтар, қатпарлар), көмір сапасын тексеруді (ылғал, күл, күкірт және калория мөлшері) және шатыр мен қабат жыныстарының беріктігін түсіну үшін геомеханикалық талдауды қамтиды. Содан кейін барлау деректері қабат қалыңдығын, қабат көлбеуін, тереңдігін және метан газы мен жер асты сулары сияқты ықтимал қауіптерді ескеретін үш өлшемді геологиялық модель мен шахта дизайнын жасау үшін пайдаланылады.
Сонымен қатар, қорларды есептеуді, өндіріс жоспарларын, шығындарды бағалауды және қауіпсіздік жүйесін жобалауды қамтитын техникалық-экономикалық негіздеме жүргізіледі. Бұл кезең тау-кен өндіру әдістерін таңдау үшін, бөлме және бағана, ұзын қабырға немесе қабат жағдайларына сәйкес келетін басқа да вариациялар үшін өте маңызды.
Кеніштің құрылысы: шахта және дрейф
Көмір қабатына жету үшін негізгі кіру жолы жасалады, ол келесі түрде болуы мүмкін:
1. Білік (тік ұңғыма): үлкен тереңдікте қолданылады. Біліктерде әдетте жұмысшыларды, жабдықтарды және көмірді тасымалдауға арналған көтергіш жүйе қолданылады.
2. Дрейф (көлденең туннель): төбенің немесе бетінің тиісті биіктігі бар жағынан салынған. Дрейф көбінесе қабат салыстырмалы түрде таяз болса немесе жер бедері мүмкіндік берсе таңдалады.
3. Төмен түсу/пандус (түсу): доңғалақты көліктердің шахтаға кіруіне мүмкіндік беретін көлбеу туннель.
Әзірлеу кезеңінде негізгі туннельдер мен панельді туннельдер желісі салынады. Бұл жерде тау жыныстарын қазу, тіректерді орнату және коммуналдық қызметтерді (электр қуаты, су құбырлары, компрессорлар, байланыс) орнату жұмыстары жүргізіледі. Қазба жұмыстарына бұрғылау және жару жұмыстары немесе белгілі бір жағдайларда жол төсемдері сияқты тау жыныстарын кесетін машиналар кіруі мүмкін.
Жер асты көмір өндіру әдістері
1. Бөлме және бағана
Бөлме және бағана әдісі көмірді шахта шатырын ұстап тұру үшін «бөлмелер» жасау және көмір «бағандарын» қалдыру арқылы өндіреді. Бағандарды біржола жобалауға немесе шегініп өндіру кезінде алып тастауға болады, дегенмен бұл құлау қаупін арттырады және геотехникалық бақылауды қатаңдатуды талап етеді.
Бұл әдістің артықшылықтарына әртүрлі геологиялық жағдайларда икемділік және ұзын қабырғалы әдіспен салыстырғанда бастапқы инвестицияның салыстырмалы түрде төмендігі жатады. Дегенмен, көмірді қалпына келтіру көрсеткіштері әдетте төмен, себебі көмірдің бір бөлігі тірек ретінде қалады.
2. Лонгволл кен өндіру
Ұзын қабырға әдісі жер асты көмір өндірудің ең өнімді технологияларының бірі болып табылады. Бұл жүйе көмірді ұзын панельдер бойымен қайшылар немесе соқалар арқылы өндіреді. Жұмыс аймағының артында электрлік шатыр тіректер орнатылады, олар өндіру барысында алға жылжиды. Тіректердің артындағы аймақ бақыланатын құлауға (goaf) мүмкіндік береді, бұл тіректерге деген қажеттілікті азайтады.
Longwall жоғары қалпына келтіруді және жоғары өнімділікті қамтамасыз етеді, бірақ айтарлықтай жабдыққа инвестиция салуды және желдетуді жобалауды, газды басқаруды және тау жыныстарының деформациясын бақылауды қоса алғанда, панельдерді мұқият жоспарлауды қажет етеді.
Жер асты жұмыстарындағы негізгі технологиялар
Көмірді кесу және шығару жүйесі
Ұзын қабырғалы құрылғыларда негізгі құрал - көмірді кесу үшін бет (жұмыс жазықтығы) бойымен алға-артқа қозғалатын қайшы. Содан кейін көмір беттің алдындағы конвейерге түседі. Бөлмеде және бағанада ең көп таралған құрал - үздіксіз жұмыс істейтін шахтер, яғни көмірді үздіксіз кесіп, оны тасымалдау жүйесіне тиейтін машина.
Кен буферлік жүйесі
Тау-кен құрылыстарының қауіпсіздігі тіректерге қатты байланысты. Қолданылатын технологияларға мыналар жатады:
– Шатыр тастарын нығайтуға арналған тас болттары мен шайыр болттары.
– Болат арка немесе әлсіз тау жыныстары жағдайында бекітілген болат.
– Шатырды белсенді түрде ұстап тұру үшін ұзын қабырғаға орнатылған қуатты шатыр тірегі.
Тау жыныстарының деформациясын бақылау көбінесе экстензометрлер, конвергенция өлшегіштері және тіректегі қысым датчиктері сияқты аспаптармен қамтамасыз етіледі.
Желдету, метан газы және шаңды бақылау
Желдету – жер асты шахталарының негізгі тірегі. Желдету жүйесі жұмыс аймағына таза ауаны бағыттау және ескірген ауаны, жылуды және газдарды кетіру үшін негізгі желдеткішті, желдету есіктерін, реттегіштерді және ауа өткізгіштерді пайдаланады.
Метан газы (CH₄) жарылғыш қабілетіне байланысты үлкен қауіп төндіреді. Қолданылатын технологияларға мыналар жатады:
– Газ датчиктері және автоматты дабыл жүйелері.
– Ұңғымаларды пайдалана отырып, метанды дренаждау (дренажға дейін және дренаждан кейін).
– Өрт көздерін және жарылысқа төзімді электр жабдықтарын басқару процедуралары.
Көмір шаңы денсаулыққа да қауіп төндіреді (пневмокониоз) және шаңның жарылу қаупін арттыруы мүмкін. Бақылау шараларына су бүрку, шаң жинау, әктас шаңын себу және шаң концентрациясын бақылау кіреді.
Көмір және материалдық тасымалдау жүйесі
Жер асты шахталарында көмір әдетте келесі жолдармен тасымалданады:
– Таспалы конвейер: ұзақ қашықтыққа және үлкен сыйымдылықтарға тиімді.
– Шаттл-вагон немесе аккумуляторлы тасымалдаушы: бөлмеде және бағанада көмірді үздіксіз шахтадан қоректендіргішке немесе таспаға тасымалдауға арналған.
– Материалдарды, жабдықтарды және персоналды тасымалдауға арналған монорельсті немесе коммуналдық көліктер.
Тасымалдау жүйелерін автоматты басқарумен біріктіру өндірістің тұрақтылығын жақсартуға және кедергілерді азайтуға көмектеседі.
Автоматтандыру, цифрландыру және бүгінгі технология
Тау-кен өнеркәсібіндегі соңғы жетістіктер ақылды тау-кен технологиясын енгізуге ықпал етуде. Оның қолданылуының кейбір мысалдары:
– Қашықтан басқару: оператор қауіпсіз басқару бөлмесінен қырқушыны немесе үздіксіз кенішті басқара алады.
– Нақты уақыт режиміндегі бақылау жүйесі: IoT сенсорлары газды, температураны, ылғалдылықты, дірілді, белдіктің күйін және жабдықтың орнын бақылайды.
– Кенішті жоспарлау бағдарламалық жасақтамасы және сандық егіз: кеніштің сандық модельдері желдетуді модельдеу, тұрақтылықты болжау және өндіріс кестесін оңтайландыру үшін қолданылады.
– Жер асты байланысы: деректерге қосылу мен қауіпсіздікті қамтамасыз ету үшін өнеркәсіптік Wi-Fi желілері, жеке LTE немесе ағып кететін фидерлік жүйелер.
Автоматтандыру арқылы жұмысшылардың қауіпті аймақтарға әсер ету қаупін азайтуға болады, ал өнімділік пен жұмыстың тұрақтылығы артады.
Еңбек қауіпсіздігінің қиындықтары мен аспектілері
Жер асты кен жұмыстары шатырдың құлауы, өрт, су тасқыны, газ жарылыстары және эвакуацияның шектеулі болуы сияқты елеулі қиындықтар туғызады. Сондықтан еңбек қауіпсіздігі мыналарды қамтиды:
- Жұмысшыларды оқыту және сертификаттау.
– Төтенше жағдайларға жауап беру жүйесі және эвакуация жолдары.
– Тіректерді, электрлік және желдетуді үнемі тексеру.
– Деректерге негізделген тәуекелдерді басқару және мерзімді қауіпсіздік аудиттері.
Тау-кен жұмыстарының ережелері мен халықаралық стандарттарын (мысалы, желдету және жарылысқа төзімді жабдықтарға қатысты) сақтау да жұмыстың маңызды бөлігі болып табылады.
Жабу
Жер асты көмір өндіру процестері мен технологиялары геологиялық жоспарлаудың, шахта инженериясының, тірек жүйелерінің, желдетудің, тасымалдаудың және қауіпті бақылаудың күрделі үйлесімін қамтиды. Бөлме, баған және ұзын қабырға әдістері - әрқайсысының өзіндік техникалық сипаттамалары мен технологиялық талаптары бар екі негізгі тәсіл. Қазіргі дәуірде автоматтандыру, нақты уақыт режиміндегі сенсорлар және сандық басқару жүйелері пайдалану қауіпсіздігі мен тиімділігін одан әрі арттырады. Айтарлықтай қиындықтарға қарамастан, тиісті технологияны және күшті қауіпсіздік тәртібін қолдану жер асты көмір өндіруді өнімдірек, қауіпсіз және кәсіби түрде басқара алады.
