close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

10036.Обоснование параметров технологических схем отработки сближенных пологих угольных пластов

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
ВАНЯКИН Олег Владимирович
ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
СХЕМ ОТРАБОТКИ СБЛИЖЕННЫХ ПОЛОГИХ
УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ
Специальность 25.00.22 - Геотехнология (подземная,
открытая и строительная)
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Санкт-Петербург - 2016
Работа выполнена в федеральном государственном
бюджетном
образовательном
учреждении
высшего
профессионального образования «Национальный минеральносырьевой университет «Горный» (с 19.04.2016 – ФГБОУ ВО
«Санкт-Петербургский горный университет»)
Научный руководитель:
доктор технических наук, доцент
Казанин Олег Иванович
Официальные оппоненты:
Абрамкин Николай Иванович
доктор
технических
наук, профессор,
ФГАОУ
ВПО
«Национальный
исследовательский
технологический
университет «МИСиС», кафедра геотехнологии освоения недр,
профессор
Пихконен Леонид Валентинович
кандидат
технических
наук,
ФГБОУ
ВПО
«СанктПетербургский университет Государственной противопожарной
службы Министерства Российской Федерации по делам
гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации
последствий стихийных бедствий», кафедра горноспасательного
дела и взрывобезопасности, заведующий кафедрой
Ведущая организация
ФГБОУ ВПО
«Кузбасский
государственный
технический
университет
имени
Т.Ф. Горбачева».
Защита диссертации состоится 8 июля
2016 г.
в 16 ч 00 мин
на
заседании
диссертационного
совета
Д 212.224.06 при Санкт-Петербургском горном университете по
адресу: 199106, Санкт-Петербург, 21-я линия, дом 2, Малый
актовый зал.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СанктПетербургского горного университета и на сайте www.spmi.ru.
Автореферат разослан 6 мая 2016 г.
УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ
СИДОРОВ
диссертационного совета
Дмитрий Владимирович
2
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Широкое распространение как в
России, так и за рубежом получила технология подземной отработки
пологих угольных пластов высокопроизводительными комплексномеханизированными длинными очистными забоями с оставлением
между выемочными участками неизвлекаемых ленточных целиков.
При отработке свит пластов это приводит к формированию зон
повышенного горного давления (ПГД) на сближенных пластах, что
делает неизбежным практически для всех шахт отработку части
запасов в таких зонах. Даже при реализации структуры «шахталава», когда угледобыча обеспечивается работой одного очистного
забоя, при переходе горных работ на соседние пласты возникает
необходимость ведения работ в зонах ПГД. Как показывает опыт
отработки свит пологих угольных пластов на шахтах Кузбасса,
ведение горных работ в зонах ПГД существенно осложняется
повышенными нагрузками на крепь очистных забоев и выемочных
выработок, сопровождается повышенным газовыделением на
выемочных участках. В ряде случаев это приводило к
формированию вывалов в очистных забоях, разрушению выемочных
выработок и необходимости проведения дополнительной (третьей)
выработки за пределами зон ПГД, снижению нагрузок на очистные
забои.
Решению задач обеспечения эффективной разработки свит
пластов посвящены работы А.А. Борисова, Я.А. Бича, В.В. Зубкова,
В.П. Зубова, М.А. Иофиса, О.И. Казанина, О.В. Ковалева, С.Т.
Кузнецова, А.М. Линькова, И.М. Петухова, А.Н. Шабарова и др. На
основе результатов исследований разработаны отраслевые
нормативные документы, регламентирующие вопросы построения
зон ПГД, определения параметров паспорта крепления выработок,
порядок ведения горных работ в опасных зонах. В то же время
четких рекомендаций о взаимном расположении очистных и
участковых подготовительных выработок относительно зон ПГД на
сближенных пластах, оценки влияния параметров технологических
схем на эффективность отработки пластов в зонах ПГД в работах и
документах не представлено.
3
Поскольку более половины шахт Кузбасса отрабатывают
свиты пластов, все большее количество шахт переходит на
структуру «шахта-лава», вопросы обоснования параметров
технологических схем, обеспечивающих эффективность и
безопасность их совместной отработки, являются актуальными.
Цель работы. Повышение экономической эффективности и
безопасности подземной отработки сближенных пологих угольных
пластов в зонах повышенного горного давления.
Идея работы. Выбор параметров технологических схем
отработки сближенных пологих угольных пластов в зонах ПГД
необходимо осуществлять на основе оценки напряженнодеформированного состояния массива внутри зон с учетом затрат на
проведение и поддержание выемочных выработок, техникоэкономических показателей работы очистных забоев, ущерба от
потерь угля в целиках.
Основные задачи исследований:
1. Анализ мирового опыта отработки пластов в зонах ПГД.
2.
Натурные
исследования
влияния
параметров
технологических схем на эффективность отработки пластов в зонах
ПГД.
3. Экспериментально-аналитические исследования влияния
зон ПГД на состояние выемочных выработок и кровли в лавах при
различных параметрах технологических схем.
4. Разработка рекомендаций по определению параметров
технологических схем при отработке пологих угольных пластов в
зонах ПГД.
5. Оценка эффективности и определение области
применения разработанных рекомендаций.
Методы исследований. Для решения поставленных задач
использован комплексный метод, включающий обобщение и анализ
теории и практики отработки свит пластов длинными столбами;
натурные исследования влияния параметров технологических схем
на
эффективность
отработки
пластов
в
зонах
ПГД;
экспериментально-аналитические исследования влияния зон ПГД на
состояние выемочных выработок и кровли в лавах при различных
4
параметрах технологических схем; компьютерная обработка
данных.
Научная новизна:
 Установлены условия обеспечения эксплуатационного
состояния выемочных выработок в зонах ПГД в горногеологических условиях шахты «им. С.М. Кирова» ОАО «СУЭККузбасс».
 Установлены зависимости затрат на отработку
выемочных участков в зонах ПГД от расположения и параметров
крепления выемочных выработок для условий шахты «им. С.М.
Кирова» ОАО «СУЭК-Кузбасс».
Основные защищаемые положения:
1.
В условиях шахты «им. С.М. Кирова» ОАО «СУЭККузбасс» эксплуатационное состояние выемочных выработок в
зонах ПГД обеспечивается при их расположении относительно
проекции
краевой
части
межстолбового
целика
по
надрабатывающему пласту со смещением, величина которого
определяется типом крепи и параметрами паспорта крепления.
2. При использовании для отработки выемочных участков в
зонах ПГД механизированных комплексов с крепями повышенного
сопротивления, передвигаемых с активным подпором, наиболее
значимым фактором, определяющим технико-экономические
показатели работы очистных забоев, является состояние выемочных
выработок в течение всего срока их эксплуатации.
3. Выбор параметров технологических схем отработки
выемочных участков длинными столбами с оставлением
межстолбовых угольных целиков следует осуществлять с учетом
влияния на выемочные выработки зон ПГД от сближенных пластов,
места расположения геологоразведочных скважин и потерь
полезного ископаемого в межстолбовых угольных целиках.
Практическая значимость работы:
 Разработаны рекомендации по выбору расположения
очистных и выемочных выработок относительно зон ПГД,
сформированных целиками на сближенных пластах.
 Разработаны рекомендации по выбору параметров
паспортов крепления выработок в зонах ПГД.
5
Достоверность и обоснованность научных положений и
рекомендаций. Достоверность защищаемых положений, основных
выводов и рекомендаций обеспечивается представительным
объемом
данных
натурных
наблюдений,
использованием
современных
апробированных
методов
исследований;
удовлетворительной сходимостью результатов натурных и
численных исследований.
Апробация работы. Основные положения диссертационной
работы докладывались на: Международной научно-практической
конференции «Подземные горные работы – 21 век. Пути повышения
эффективного и безопасного освоения пластовых месторождений
полезных ископаемых подземным способом» (Ленинск-Кузнецкий,
2013 г.); семинаре Международного научного симпозиума «Неделя
горняка - 2013» (Москва, 2013 г.); XV международной научнопрактической конференции «Энергетическая безопасность России:
новые подходы к развитию угольной промышленности» (Кемерово,
2014 г.); научных семинарах кафедры разработки месторождений
полезных ископаемых Национального минерально-сырьевого
университета «Горный» (2012-2015 гг.).
Личный вклад автора. Сформулированы цель и задачи
исследований, выбраны методики и проведены экспериментальноаналитические и натурные исследования, обобщены результаты
исследований, сформулированы основные научные положения и
выводы.
Публикации.
Основные
результаты
исследований
опубликованы в 8 печатных работах, из них 2 - в изданиях Перечня,
рекомендуемого ВАК Минобрнауки России, получены 2 патента на
изобретения.
Структура и объем работы. Диссертационная работа
общим объемом 139 страниц состоит из введения, четырех глав,
заключения, списка литературы из 108 источников, включает
54 рисунка и 36 таблиц.
6
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во
введении
обосновывается
актуальность
темы
диссертации, сформулированы цель и идея работы, определены
основные задачи исследований, описаны научная новизна и
практическая ценность полученных результатов.
В первой главе приведен анализ горно-геологических и
горнотехнических условий отработки угольных пластов на шахтах
ОАО «СУЭК-Кузбасс», приведен анализ технологических схем
отработки свит пластов на шахтах РФ (очередность отработки
пластов, порядок работ в зонах ПГД, управление состоянием
массива), обзор мирового опыта отработки сближенных пластов, а
также приведен анализ способов управления состоянием массива
при интенсивной отработке свит пластов.
Во второй главе приведены результаты натурных
исследований влияния параметров технологических схем на
эффективность отработки пластов в зонах ПГД; представлены
результаты исследований для шахт «им. С.М. Кирова»; «им. 7
ноября» и «Комсомолец» ОАО «СУЭК-Кузбасс», исследования
влияния параметров зон ПГД и их расположения относительно
отрабатываемого выемочного участка на устойчивость выемочных
выработок, исследования влияния параметров зон ПГД и их
расположения относительно отрабатываемого выемочного участка
на технико-экономические показатели работы очистных забоев,
исследование
трудоемкости
перехода
очистными
и
подготовительными забоями скважин, пробуренных с поверхности.
В третьей главе произведен выбор методики проведения
исследований, изложены результаты исследований методом
конечных элементов влияния параметров зон ПГД на состояние
выемочных выработок и кровли в лавах при различных параметрах
технологических схем, приведены результаты исследований влияния
параметров технологических схем на форму и размеры зон ПГД при
отработке свит пластов, а также описание исследований влияния
параметров зон ПГД на устойчивость выемочных выработок и
исследований влияния параметров зон ПГД на устойчивость
непосредственной кровли в очистных забоях.
7
В четвертой главе представлено обоснование параметров
технологических схем отработки выемочных участков в зонах ПГД,
приведено обоснование параметров способа подготовки выемочных
участков, обоснование параметров расположения выемочных
участков относительно зон ПГД от сближенных пластов,
обоснование параметров паспортов крепления выемочных
выработок, а также представлена экономическая оценка
разработанных рекомендаций.
В заключении приведены основные результаты и выводы,
полученные при исследованиях.
Основные результаты исследований отражены при
доказательстве следующих защищаемых положений:
1. В условиях шахты «им. С.М. Кирова» ОАО «СУЭККузбасс» эксплуатационное состояние выемочных выработок в
зонах ПГД обеспечивается при их расположении относительно
проекции
краевой
части
межстолбового
целика
по
надрабатывающему пласту со смещением, величина которого
определяется типом крепи и параметрами паспорта крепления.
Для исследования влияния различных горно-геологических и
горнотехнических факторов на эффективность отработки запасов
сближенных пластов были проведены натурные наблюдения в
условиях шахты им. С.М. Кирова ОАО «СУЭК-Кузбасс». Участок
исследований включал четыре выемочных столба по пласту
«Поленовский» которые отрабатывались в условиях влияния зон
ПГД от целиков, оставленных на ранее отработанном пласте
«Болдыревский». При этом, в зоны ПГД попадали как выемочные
выработки, так и очистные забои (рисунок 1).
В результате шахтных инструментальных наблюдений
выявлено:
- при отработке выемочного столба 2593 наблюдались
процессы пучения почвы, а также повышенное горное давление на
расстоянии 50-100 м от сопряжений очистного забоя с выемочными
выработками - конвейерной печью 2593 и вентиляционной печью
2593;
- по мере подвигания очистного забоя 2593, с отставанием
150-250 м при ширине целика 25 м развивался процесс пучения
8
почвы в вентиляционной печи 2594, сопровождающийся
увеличением конвергенции «кровля-почва» и «бок-бок» (рисунок 2),
что в дальнейшем привело в непригодное для эксплуатации
состояние вентиляционную печь 2594 и потребовало проведения
вентиляционной печи 2594бис для подготовки к отработке
выемочного столба 2594;
- деформация анкерной крепи, разрушение кровли и боков
вентиляционной печи 2593бис на значительных участках выработки;
- разрушение боков на отдельных участках в
вентиляционной печи 2594 на глубину до 1,5-2,0 м;
- зоны повышенных расслоений пород кровли и угля
характеризуются снижением прочностных свойств угля и
вмещающих пород в процессе эксплуатации выработок;
- образование и реализация свода естественного обрушения в
этих зонах превышает глубину анкерования и достигает 3,5-4,0 м.
- затраты на проведение дополнительной выработки в
условиях шахты «им. С.М. Кирова» превышают 30 млн руб, а
потери запасов в целике у дополнительной выработки составляют
при ширине целика 20-25 м порядка 100 тыс. тонн.
На рисунке 2 представлены результаты наблюдений на
замерной станций, расположенной на расстоянии 742 м от
монтажной камеры. Смещения в выработках вне зоны влияния зоны
ПГД приведены на графике 1 рисунка 2, в зоне влияния – на графике
2 рисунка 2.
Для оценки напряженного состояния массива в зонах ПГД
для различных горнотехнических ситуаций были проведены
численные исследования методом конечных элементов, фрагмент
результатов которых представлен на рисунке 3.
Для обоснования
места заложения
выработок с
использованием Федеральных норм и правил в области
промышленной безопасности «Инструкция по расчету и
применению анкерной крепи на угольных шахтах России» были
рассчитаны значения смещений пород в горных выработки в зонах
ПГД для условий шахты «им.С.М.Кирова» и построены графики
влияния места заложения выработок на уровень прогнозных
смещений пород (рисунок 4).
9
Как видно из рисунка 4 (график 1), даже вне зоны влияния
очистных работ имеется область, незначительно превышающая по
ширине размеры целика, в пределах которой уровень смещений
превышает допустимый для применения анкерной крепи (300 мм).
В зоне влияния очистных работ смещения в выработке,
охраняемой целиком угля шириной 25 м, существенно возрастают
(график 2, рисунок 4). Общая протяженность зоны проявлений ПГД
в таком случае составляет 135 м, а протяженность области опасных
смещений - 95 м. Для обеспечения эксплуатационного состояния
выемочных выработок, закрепленных анкерной крепью, в зонах
ПГД от целиков следует их располагать за пределами зоны опасных
смещений, то есть на расстоянии от проекции краевой части целика
не менее 35 м.
2. При использовании для отработки выемочных
участков в зонах ПГД механизированных комплексов с крепями
повышенного сопротивления, передвигаемых с активным
подпором, наиболее значимым фактором, определяющим
технико-экономические показатели работы очистных забоев,
является состояние выемочных выработок в течение всего
срока их эксплуатации.
В соответствии с «Указаниями по управлению горным
давлением в очистных забоях под (над) целиками и краевыми
частями при разработке свиты угольных пластов мощностью до
3,5 м с углом падения до 350» выделяются три зоны: зона
повышенной опасности (ЗПО), опасная зона (ОЗ), прогнозная зона
(ПЗ). При этом наиболее сложные условия работы очистного забоя
формируются в ЗПО. Вместе с тем, развитие горного
машиностроения в последние десятилетия привело к существенному
повышению надежности и улучшению характеристик лавного
оборудования (в том числе параметров механизированной крепи),
значительному повышению интенсивности отработки запасов.
Также увеличились возможности механизированной крепи в
отношении управления состоянием кровли в призабойном
пространстве лав.
10
Для установления влияния зон ПГД на работу очистных
забоев были проведены шахтные исследования в условиях шахт
«Шахта имени 7 ноября» и «Комсомолец», где проводилась
отработка выемочного участка №1380 (рисунок 5): длина лавы –
290 м, длина столба в границах отработки - 2340 м. Глубина ведения
горных работ на рассматриваемом участке меняется от 280 м (у
монтажной камеры) до 210 м (у границы доработки). Средняя
мощность пласта 4,54 м. Вышележащие пласты Полысаевский-2,
Полысаевский-1 и Надбайкаимский-2 отработаны.
В соответствии с планами развития горных работ шахты
«Комсомолец», с ноября 2013 года по март 2014 года выемочный
участок №1380 подрабатывался лавой №1732 (рисунок 5). На
участке в 820 метров от границы остановки на всем протяжении
лава №1380 работала в зоне, подработанной при отработке
выемочного участка №1729 (отработан в 2008 году) и выемочного
участка №1728 (отработан в 2006 году) шахтой Комсомолец по
пласту «Бреевский» (вынимаемая мощность 2,80 м, мощность
междупластья 185-190 м).
После подработки лавы №1380 от краевых частей и целиков
пласта «Бреевский» сформировалась зона повышенного горного
давления на пласте «Байкаимский», которая может оказывать
негативное влияние на выработки выемочного участка. На рисунке 6
построены зоны ПГД и выделена опасная зона (ОЗ), в которую
попали и участковые выработки и лава.
Для исследования влияния зон ПГД были проведены
шахтные исследования, включающие визуальные наблюдения и
инструментальный контроль за сдвижением пород кровли с
использованием наблюдательных станций РГ (глубинные реперные
станции) и ВЗС (визуальные замерные станции), которые
располагались в конвейерном штреке №1380, вентиляционном
штреке 31380, промежуточной печи №1380 в пределах зон влияния
(рисунок 5) и устанавливались с шагом 35-40 м.
Проведенные в условиях шахты «Шахта им.7 ноября»
наблюдения выявили незначительное (до 20 мм) смещение кровли
выработок в зоне влияния очистных работ при работе лавы №1380, а
также пучение почвы в выработках до 300 мм. Однако, указанные
11
смещения и пучение почвы выработок являются характерными не
только для рассматриваемой зоны ПГД, а для большей части
выработок по их протяженности в пределах выемочного столба
№1380. Таким образом, в рассматриваемой горнотехнической
ситуации, определяемой в соответствии с нормативным документом
как «опасная зона», негативное влияние на состояние
подготовительных выработок и работу очистного забоя шахтными
наблюдениями не выявлено.
Для оценки влияния зон ПГД на работу очистных забоев
проводились шахтные наблюдения при отработке запасов пласта
«Поленовский» в границах шахтного поля шахты им. С.М. Кирова.
Отработка ведется с использованием очистного механизированного
комплекса производства компании Joy, в состав которого входит
механизированная крепь RS-2200/2*570. Крепь двухстоечная,
однорядная, имеет повышенную ширину перекрытия (1750 мм),
рабочее сопротивление 570 кН/м2, позволяет выполнять передвижку
с активным подпором. Отработка выемочного столба 2594
проводилась
в
зоне
ПГД
от
межстолбового
целика
надрабатывающего пласта «Болдыревский». На рассматриваемом
участке выемочного столба часть очистного забоя находится в зоне
повышенной опасности (ЗПО) (рисунок 7). Шахтные наблюдения в
условиях шахты им.С.М.Кирова проводились в течение всего
времени отработки выемочного столба №2594.
По итогам шахтных наблюдений за отработкой выемочного
столба №2594 был сделан вывод об отсутствии негативного влияния
на показатели работы очистного забоя при соблюдении
дополнительных требований передвижке секций крепи:
 исключение случаев «недодвижки» секций механизированных
крепей, установки оснований или гидростоек крепей на штыб;
 осуществление передвижки крепи с активным подпором без
потери контакта с кровлей;
 обеспечение отставания передвижки секций механизированной
крепи вслед за проходом комбайна не более чем на 1 секцию и
минимального расстояния между забоем и концом верхняка
передвинутой
секции
для
исключения
вывалов
пород
12
непосредственной кровли в призабойное пространство.
Выводы
по
результатам
шахтных
наблюдений
подтверждаются анализом технико-экономических показателей
работы очистных забоев при отработке 4-х выемочных участков по
пласту «Поленовский» №2591-№2594 (рисунок 1), различающихся
по расположению выемочных выработок относительно зон ПГД
представлены на рисунке 8. Как видно из рисунка 8, месячные
нагрузки на очистной забой по рассматриваемым столбам
существенно различаются: минимальная нагрузка изменяется от
5,4 тыс. тонн до 67 тыс. тонн в месяц, а средняя нагрузка составляет
от 40,9 тыс. тонн до 94,8 тыс. тонн в месяц. При этом наименьшие
значения минимальной нагрузки характерны для столбов с
расположением выемочных выработок в зонах ПГД. В таких
случаях минимальная нагрузка составляет 11-13% от средней
месячной нагрузки на лаву, то есть наблюдается крайне низкая
эффективность работы очистного забоя. При расположении одной
из выработок за пределами указанной зоны (столб №2593)
минимальная нагрузка многократно возрастает и достигает 37% от
средней. При расположении обеих выемочных выработок за
пределами зон ПГД минимальная нагрузка составляет более 70% от
средней, что позволяет говорить о стабильности работы лавы.
Максимальная нагрузка на очистной забой по рассматриваемым
столбам (рисунок 8) существенно не отличается и колеблется в
пределах 99-128 тыс. тонн в месяц.
Следует отметить, что негативного влияния зон ПГД при
смещении
выемочных
выработок
надработанного
пласта
относительно выработок надрабатывающего пласта и расположении,
таким образом, зон ПГД в пределах отрабатываемой части
выемочного столба, не отмечено, средняя нагрузка на очистной
забой в таких случаях (отработка столбов №2593 и №2594)
соответствовала или даже на 15-30% превосходила нагрузку на
забои в условиях отсутствия влияния ПГД на очистной забой.
Таким образом, шахтные наблюдения за работой очистных
забоев по сближенным пластам, как в опасной зоне, так и в зоне
повышенной опасности, позволяют сделать вывод, что негативное
влияние зон ПГД на работу очистных забоев может быть полностью
13
нейтрализовано. При корректном выборе механизированной крепи и
схемы передвижки секций отработка участков в зонах ПГД
возможна без снижения нагрузок на очистные забои.
3. Выбор параметров технологических схем отработки
выемочных участков длинными столбами с оставлением
межстолбовых угольных целиков следует осуществлять с
учетом влияния на выемочные выработки зон ПГД от
сближенных пластов, места расположения геологоразведочных
скважин и потерь полезного ископаемого в межстолбовых
угольных целиках.
При отработке угольных пластов длинными столбами
периодически возникает необходимость перехода очистными
забоями геологоразведочных скважин. Количество скважин может
достигать 15 на один выемочный столб. Анализ показателей работы
очистных забоев при переходе ими скважин в условиях шахт ОАО
«СУЭК-Кузбасс» показал (рисунок 9) падение в среднем на 20-30%
скорости подвигания и нагрузок на очистные забои. Для условий
пласта «Поленовский» шахты им.С.М.Кирова проведенные шахтные
наблюдения выявили снижение скорости подвигании очистного
забоя при переходе участков протяженностью 20 м со скважинами,
пробуренными с поверхности, с 9-10 м/сут до 7-8 м/сут, что привело
к ущербу для предприятия, составляющему порядка 0,9-1,2 млн. руб.
Следует отметить, что при отработке сближенных угольных
пластов длинными столбами с оставлением межстолбовых целиков,
возможно различное взаимное расположение очистных и
выемочных выработок, а также угольных целиков по сближенным
пластам и расположение относительно целиков геологоразведочных
скважин. В работе рассматривается только широко применяемое
параллельное расположение выемочных выработок и межстолбовых
целиков на сближенных пластах, которое позволяет производить
существенную корректировку горно-геомеханической ситуации в
пределах выемочных столбов надрабатываемых пластов путем
рационального пространственного планирования горных работ.
14
Характерные ситуации соосного расположения выработок
сближенных пластов для условий шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс»,
определяющие различный уровень эффективности работы очистных
забоев, представлены на рисунке 10.
Влияние зон ПГД от целиков на выемочные выработки и, как
следствие, на показатели работы очистных забоев было рассмотрено
ранее (рисунок 4). Существенное различие параметров зон ПГД от
целиков и краевых частей потребовало построения так же
зависимости смещений от расположения выработок в зонах ПГД от
краевых частей (рисунок 11). Следует дополнительно отметить, что
при расположении выработок в пределах зоны ПГД для крепления
выработок в ряде случаев требуется увеличение затрат на их
проведение и поддержание, связанное с необходимостью
применения дополнительной приконтурной анкерной крепи и
анкеров глубокого заложения (канатных анкеров), что значительно
увеличивает издержки производства. В тоже время в крайней части
и за пределами зоны ПГД в условиях шахты им.С.М.Кирова
возможно использование анкерной крепи только первого уровня.
Расчет анкерной крепи для условий шахты им.С.М.Кирова
показал, что в крайней части зоны ПГД при уровне прогнозных
смещений менее 105 мм возможно использование анкерной крепи
первого уровня, далее при смещениях до 202 мм следует применять
крепь с повышенной плотностью установки анкеров, с 202 мм до
300 мм необходимом применение крепи второго уровня (канатных
анкеров).
Ущерб от потерь подготовленных запасов рекомендуется
приближенно оценивать как величину упущенной выгоды
(прибыли) при их не извлечении. Таким образом, ущерб зависит от
себестоимости добычи угля по шахте и отпускной цены угля и
определяется как разность указанных величин. Учитывая, что
изменение места расположения выемочной выработоки
приводит
к
изменениею
как
уровня
потерь
и
соответствующего ущерба, так и паспорта крепления и как
следствие затрат на проведении выработок, то следует
рассматривать эти величины совместно.
15
Таким образом, целевая функция при определении
рационального места расположения выработок может быть
выражена следующим образом:
У = (З +Зс + П) → min,
(1)
где У – суммарный ущерб, руб.; З – затраты на проведение
выемочной выработки, руб.; Зс – ущерб от снижения нагрузки на
очистной забой при переходе геологоразведочных скважин, руб.;
П – ущерб от дополнительных потерь подготовленных запасов, руб.
Выполненная для условий шахты им. С.М.Кирова оценка
суммарного ущерба позволила построить зависимости ущерба от
дополнительных потерь, затрат на проведение выработки и
суммарного ущерба от расположения выработки в зоне ПГД от
целика (рисунок 12).
При оценке уровня ущерба от потерь полезного ископаемого
были рассмотрены две возможные величины прибыли - 100 рублей
на тонну и 500 рублей на тонну и выполнен расчет соответственно
У100 и У500 (рисунок 12). Для указанных величин также
рассчитаны суммарные затраты У100 и У500 (рисунок 12).
Анализ влияния совокупности рассматриваемых факторов
показал, что для применения в условиях шахты им. С.М.Кирова при
отработке пласта «Поленовский» в зоне влияния горных выработок
и целиков пласта «Болдыревский» могут быть рекомендованы
схемы взаимного расположения горных выработок, представленные
на рисунке 13. Область применения схемы №1 (рисунок 13, а) –
отработка запасов в зонах ПГД от межстолбовых целиков.
Схема №2 рекомендуется к применению при расположении
выемочных выработок в зонах ПГД от краевых частей пласта.
Для удобства восприятия влияния совокупности факторов
при применении различных схем отработки запасов составлена
таблица 1. Как видно из таблицы 1 при применении каждой из схем
возможно возникновение ущерба. Величина ущерба (таблица 1)
рассчитана исходя из величины прибыли порядка 100 руб/тонну.
Однако, совокупное влияние факторов, как и суммарный ущерб, при
применении различных схем существенно отличаются, что
позволяет рекомендовать лишь некоторые из них для использования
в условиях влияния зон ПГД.
16
Применение разработанных технологических схем и
рекомендаций в условиях шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс» позволит
обеспечить при отработке ранее надработанных сближенных
пластов эксплуатационное состояние выемочных выработок,
исключить снижение темпов подвигания очистных забоев и
повысить нагрузки на очистные забои. Ожидаемый экономический
эффект только от обеспечения эксплуатационного состояния
выработок в условиях шахты «им. С.М. Кирова» составит до
150 млн руб на выемочный столб.
Таблица 1 – Характерные особенности схем взаимного расположения выработок
сближенных пластов
Влияющие факторы и величина ущерба
(на выемочный столб)
Схема
Наличие
Дополнительные
расположения
Расположение
геологоразведочных
потери
выработок
выработок в зонах
скважин
в
зоне
подготовленных
ПГД
очистных работ
запасов
Схема №2
(рисунок 13, б)
Ущерб более
соосное
нет
нет
55 млн руб
расположение
целиков
Схема №1
При наличии
(рисунок 13, а)
скважин ущерб
не соосное
порядка 1 млн руб
нет
нет
расположение
на переход каждой
целиков
(до 15 млн руб)
Затраты на ремонт
выработки и
усиление
крепи
Ущерб более
Схема
При наличии
(более 10 млн руб).
16 млн руб (при
расположения
скважин
ущерб
Затраты на
проведении
очистного
порядка 1 млн руб
проведение
новой
забоя с длиной
на
переход
каждой
дополнительной
выработки
от
лавы l2.1
скважины
выработки в случае
оставления
(рисунок 10)
(до
15
млн
руб)
разрушения
целика)
эксплуатируемой
(до 150 млн руб)
Следует отметить, что рекомендуемые схемы позволяют
минимизировать или полностью исключать негативное влияние как
отдельных из рассматриваемых факторов, так и их совокупности,
однако в некоторых случаях исключение влияния одного фактора
17
приводит к росту роли другого. Кроме того, значимость отдельных
факторов в большинстве случаев является переменной, зависящей от
ряда других определяющих условий. Так, например, величина
ущерба от величины потерь подготовленных запасов зависит от
себестоимости добычи полезного ископаемого и отпускной цены,
определяемой конъюнктурой рынка, и может изменяться в широких
пределах для одного и того же объема теряемых запасов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В диссертация содержится решение актуальной задачи
обоснования параметров технологических схем интенсивной
отработки пологих сближенных угольных пластов в зонах ПГД,
обеспечивающих эффективность и безопасность подземной
угледобычи. Основные научные и практические результаты
выполненных исследований:
1. В связи с повсеместным применением на шахтах РФ
систем разработки длинными столбами с оставлением между
выемочными участками неизвлекаемых ленточных целиков ведение
горных работ в зонах ПГД является реальностью или неизбежной
перспективой для большинства шахт, отрабатывающих сближенные
пологие пласты.
2. Отработка выемочных столбов в зонах ПГД для шахт
ОАО «СУЭК-Кузбасс» сопровождается в ряде случаев разрушением
выемочных выработок, снижением нагрузок на очистные забои,
длительными простоями современного очистного оборудования,
увеличением потерь угля в целиках.
3. В условиях шахты «им. С.М. Кирова» ОАО «СУЭККузбасс» эксплуатационное состояние выемочных выработок,
закрепленных анкерной крепью, в зонах ПГД обеспечивается при их
расположении со смещением относительно проекции краевой части
межстолбоваого целика по надрабатывающему пласту на величину
не менее 35 м.
4. Основным типом крепи выемочных выработок при
интенсивной отработке пологих пластов длинными забоями на
18
шахтах Кузбасса является анкерная крепь, в том числе
двухуровневая для поддержания выработок в сложных условиях.
5. Шахтные наблюдения за работой лав по сближенным
пластам как в опасной зоне, так и в зоне повышенной опасности,
показывают, что негативное влияние зон ПГД на работу очистных
забоев может быть полностью нейтрализовано при корректном
выборе механизированной крепи и схемы передвижки секций.
6. Переход
очистных
забоев,
оборудованных
механизированными комплексами, через геологоразведочные
скважины на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс» сопровождается
снижением нагрузок на забои в среднем на 20-30% и
соответствующим снижением скорости подвигания забоев, что
может привести к вывалообразованию в лавах как на локальных
участках, так и на участках большой протяженности.
7. Наиболее высокие технико-экономические показатели
отработки выемочных участков длинными столбами с оставлением
межстолбовых угольных целиков достигаются при комплексном
учете при планировании развития горных работ влияния на
выемочные выработки зон ПГД от сближенных пластов, места
расположения геологоразведочных скважин и потерь полезного
ископаемого в межстолбовых угольных целиках.
8. Реализация разработанных рекомендаций позволяет
обеспечить
устойчивое
эксплуатационное
состояние
поддерживаемых выработок при сохранении высоких нагрузок на
очистные забои, а также получить экономический эффект от
снижения затрат на поддержание выработок и проведение
дополнительных выемочных выработок до 150 млн. руб. на
выемочный столб.
ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:
1. Казанин О.И. Оценка влияния зон повышенного горного
давления на эффективность отработки угольных пластов на шахте
им. Кирова ОАО «СУЭК-Кузбасс / О.И. Казанин, А.Ю. Ермаков,
О.В. Ванякин // М.: МГГУ, Горный информационно-аналитический
бюллетень №4, 2014, с. 18-22. Личный вклад соискателя: Анализ
19
планов горных работ, расчет параметров и построение границ зон
повышенного горного давления (ПГД).
2. Казанин О.И. Обоснование параметров подготовки
выемочных участков при отработке свит пластов длинными забоями
/ О.И. Казанин, А.А. Сидоренко, А.Ю. Ермаков, О.В. Ванякин //
Горный информационно-аналитический бюллетень. Отдельная
статья (специальный выпуск). – 2014. - №10. – 12 с. – М.: изд.
Горная книга. Личный вклад соискателя: Оценка техникоэкономических показателей отработки выемочных участков с
разным расположением относительно зон ПГД, обоснование места
расположения выемочных выработок относительно зон ПГД.
В других изданиях:
3. Пат. 2364724 Российской Федерации, МПК Е21D 21/00
(2006.01). Клинораспорный анкер / Ванякин О.В.; заявитель и
патентообладатель ГОУ ВПО «СибГИУ». - №2008108553/03; заявл.
04.03.2008; опубл. 20.08.2009, Бюл. №23.
4. Пат. 2365757 Российской Федерации, МПК Е21D 21/00
(2006.01). Армополимерный анкер / Ванякин О.В.; заявитель и
патентообладатель ГОУ ВПО «СибГИУ». - №2008108589/03; заявл.
04.03.2008; опубл. 27.08.2009, Бюл. №24.
5. Ермаков А.Ю. Исследования взаимного влияния очистных
работ при одновременной отработке выемочных столбов пластов
Байкаимский и Бреевский на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс» / А.Ю.
Ермаков, О.В. Ванякин// Энергетическая безопасность России:
новые подходы к развитию угольной промышленности: Сборник
трудов XVI международной научно-практической конференции 7-10
октября 2014. – Кемерово, 2014, с. 109-111. Личный вклад
соискателя: Расчет параметров зон взаимного влияния пластов,
анализ показателей отработки выемочных участков.
20
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
41
Размер файла
270 Кб
Теги
технологическая, отработка, пологих, обоснование, сближенных, угольный, схема, пластов, 10036, параметры
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа