автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.03, диссертация на тему:Исследование параметров устойчивости открытых выработок и отвалов

МИНИСТЕРСТВО ТОПЛИВА И ЭНЕРГЕТИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОЕКГЮ-КОЮТРУКТОРСКИЙ ИНСТИТУТ ПО ДОБЫЧЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ОТКРЫТЫМ СПОСОБОМ

ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ УСТОЙЧИВОСТИ ОТКРЫТЫХ

ВЫРАБОТОК И ОТВАЛОВ (НА ПРИМЕРЕ РАЗРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

пгаморья)

Специальность 05.15.03 - Открытая разработка

месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ГРИНЦОВ Валентин Андрее

Челябинск - 1995

Работа выполнена в Научно-исследовательском и проектно-конс; рукторском институте по добыче полезных ископаемых открытые способом и Институте горного дела им. А.А.Скочинского.

Научный руководитель доктор технических наук, профессор А.М.Дёмин.

Официальные оппоненты:

докт.техн.наук В.Г.Зотеев

докт.техн.наук Б.Г.Афанасьев

Ведущее предприятие - институт "Уралгипрошахт".

Зашита диссертации состоится __1996г.

в 101°° ч. на заседании диссертационного совета Д - 135.10.01. при Научно-исследовательском и проектно-конструкторском институте по добыче полезных ископаемых открытым способом по адресу: 454080,г.Челябинск, пр. Ленина,83.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан 199Б г.

Ученый секретарь диссертационного

совета кандт.техн.наук ц/еш Тынтеров И.А.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Преимущественное развитие открытого способа разработки является главным направлением развития угольной промышленности. Расширение топливно-энергетической базы Дальнего Востока и Приморья основано на вовлечении в разработку угольных месторождений и бассейнов со сложными горногеологическими условиями, в том числе месторождения с малоустойчивыми вскрышными породами. Глубина проектируемых на них угольных разрезов достигает 120-150 м. В условиях наклонного залегания пластов, мульдообразного строения залежей, осложненных тектоническими нарушениями, большое значение приобретают вопросы обеспечения устойчивости горных выработок и внутренних отвалов, надежности эксплуатации вскрышного и добычного оборудования при бестранспортной и транспортной системах разработки.

Простои оборудования из-за аварий горных выработок, нарушенных оползнями, достигают до 50% рабочего времени. Размеры фронта работ, выбыващего из эксплуатации по причине нарушения оползнями, восстанавливаемого в пригодное для эксплуатации состояние, составляет до 40% общей длины. Объемы восстановления уступов при транспортной и бестранспортной системах разработки достигают 20-25% годовой производительности рабочего парка вскрышных экскаваторов. Потери вскрытого угля зачастую приводят к необходимости повторного вскрытия заходок и содержания резервного фронта добычи.

Проектирование развития фронта работ и определение направлений отработки месторождений зачастую производится без учета изменения геотехнической обстановки. По мере отработки карьерного поля снижение устойчивости вскрышного массива требует изменения

интенсивности подвигания фронта работ на отдельных его участках, ввода в строй фронтов разгрузки массива, консервации части действующих выработок. Вынужденная реконструкция горных работ является причиной значительных изменений в формировании выработанного пространства, влечет за собой дополнительные материальные затраты на проходку вскрывающих выработок. При реконструкции затраты на горно-капитальные работы увеличивается по сравнению с намеченным проектом в 2-2,5 раза.

Совершенствование методов проектирования с соблюдением параметров устойчивости выработок и отвалов при комбинированных системах и сокращение объемов восстановительных работ на разрезах являются актуальными вопросами открытой разработки.

Ценный вклад в решение этой проблемы внесен трудами академиков Н.В.Мельникова, В.В.Ржевского, профессоров, докт.техн.наук А.И.Арсентьева, Э.Л.Галустьяна, А.М.Дёмина, В.Г.Зотеева, М.Г.Новожилова, В.А.Падунова, П.И.Панюкова, М.Ё.Певзнера, И.И.Попова, С.И.Попова, Б.Г.Афанасьева, В.И.Пушкарева, В.Т.Сапожникова, П.И.Томакова, Г.Л.Фисенко, В.С.Хохрякова, А.Г.Шапаря, канд.техн. наук Ц.Х.Абегяна, О.Ю.Крячко, А.М.Ыочалова, В.Н.Хашина, О.И.Шуш-киной и др. Разработанные ими научные и практические положения являются основой дальнейших научных исследований. Вместе с тем, методы определения оптимальных параметров открытых выработок недостаточно учитывают влияние взаимосвязи условий залегания массива, свойств породы и технологии ведения работ, что не обеспечивает эффективного ведения вскрышных и добычных работ.

Основная идея исследования состоит в оптимизации параметров элементов систем разработки угольных месторождений с малоустойчивыми вскрышными породами путем определения закономерностей деформаций открытых выработок методами масштабного имита-

ционного моделирования, прогнозирования допустимых размеров деформационных нарушений и учета в конструкциях технологических схем вскрышных работ элементов, повышающих эксплуатационную надежность систем разработки.

Цель диссертационной работы- повышение производительности вскрышного экскаваторного оборудования путем оптимизации схем экскаваторных работ, схем вскрытия и направлений отработки месторождений.

Объект исследования- угольные разрезы Приморья, отрабатывающие ограниченные по площади мульдообразные месторовдения в сложных горно-геологических условиях.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использованы методы: аналитический, графоаналитический, статистического моделирования процессов деформационного нарушения горных выработок на ЭВМ, хронометражных наблюдений, лабораторных экспериментов, технико-экономического анализа и опытно-промышленной проверки.

Научные положения, защищаемые автором:

1. Закономерности изменения параметров деформационных процессов в виде оползней откосов уступов, бортов карьера и внутренних отвалов при наличии поверхностей ослабления в массиве в рыхлых вскрышных породах должны определяться с помощью комплексного метода, включающего определение параметров реальных оползней, определение взаимосвязи параметров элементов горных выработок и параметров оползневых деформаций на моделях из материалов с изменяемыми свойствами, установление степени влияния оползневых процессов на технологические процессы открытых горных работ.

2. Элементы технологических схем вскрышных, добычных и отвальных работ должны устанавливаться с учетом вероятностного

характера размеров оползневых деформаций вскрышного уступа и внутреннего отвала и предусматривать размещение оползня на площадках безопасности и использование параметров вскрышного оборудования, обеспечивающих его оптимальную производительность.

3. Оптимизация порядка формирования рабочей зоны и направлений отработки мульдообразных угольных месторождений должна осуществляться в соответствии с проектируемой поэтапной производственной нагрузкой и использованием предельно допустимых критериев устойчивости вскрышных и отвальных массивов с учетом взаимосвязи мевду ними и устанавливаемых ими ограничений.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

- теоретическими и экспериментальными исследованиями в промышленных и лабораторных условиях, проведенных для угольных разрезов производственного объединения "Приморскуголь";

- сходимостью результатов теоретических исследований, проведенных с применением современных научных методов, экспериментов и опытно-промышленной проверки. Достоверность результатов, полученных с применением моделирования на эквивалентных материалах, превышает 85%;

- практическим использованием разработанного метода прогнозирования устойчивости, оптимизации технологических схем и параметров бестранспортной и транспортной систем разработки и порядка отработки вскрышных массивов на разрезах "Реттиховский",-"Павловский № I", "Павловский № 2".

Научная.новизна работы заключается в том, что:

I. Для угольных разрезов, разрабатывающих месторождения со сложными горно-геологическими условиями, впервые разработан ме-

тод определения закономерностей деформаций горных выработок в виде оползней контактного типа, позволяющий оптимизировать параметры технологических схем вскрышных работ.

2. Разработана методика оценки влияния оползневых нарушений на горные работы, позволящая прогнозировать параметры надежности горных выработок и объемы работ при их восстановлении в состояние^ пригодное к эксплуатации.

3. Обоснована область применения технологических схем вскрышных работ с внутренним отвалообразованием с использованием площадок безопасности, повышающих надежность горных работ в условиях неустойчивых пород.

4. Разработана методика формирования рабочей зоны на угольных разрезах, эксплуатирующих обособленные мульдообразные залежи, базирующаяся на поэтапной оценке показателей разработки по составному критерию, включающему критерии устойчивости как отдельных горных выработок, так и вскрышного массива в целом.

Значение работы. Научное значение работы заключается в установлении закономерностей изменения устойчивости откосов открытых выработок и внутренних отвалов от структуры и свойств приоткосного массива и формы поверхности ослабления, зависимости порядка формирования рабочей зоны от устойчивого состояния вскрышного массива.

Практическая ценность работы состоит в разработке метода определения оптимальных параметров вскрышных уступов, бортов и внутренних отвалов, создания новых технологических способов ведения вскрышных работ при формировании внутренних отвалов из пород различной прочности, используемых при проектировании и эксплуатации угольных разрезов.

Реализация работы. Методика определения параметров устойчивости горных выработок и технология ведения вскрышных и добычных работ в условиях малоустойчивых пород, рациональный порядок отработки мульдообразных угольных месторождений использованы при разработке проектов реконструкции и планирования работ на разрезах "Реттиховский", "Павловский № I", "Павловский №2", В результате, внедрения рекомендаций работы фактический годовой эффект составил 248 тыс.руб. (в ценах 1990г.).

Апробация работы. Диссертационная работа и её материалы докладывались на Всесоюзной конференции по состоянию и перспективам развития технологии открытых разработок с применением новых видов мобильного оборудования (Москва, 1979г.), Всесоюзном симпозиуме "Проблемы классификации гравитационных процессов" (Москва, 1982г.), научно-технических конференциях МГМИ (Магнитогорск, 1984-87гг.), научном семинаре ИПКОН по физико-техническим проблемам разработки полезных ископаемых (Москва, 1987г.), техсо-вете Технического управления Минуглепрома (Москва, 1988г.), тех-совете Управления открытых работ Минуглепрома (Москва, 1989г.), экспертных советах российской компании "Росуголь" (Москва,1993-94 гг.), научном семинаре МИСИ (Москва, 1993г.), заседании ученого совета НИИОГР (Челябинск,1994г.).

Объем работы и публикации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав и заключения, изложенных на страницах, включая 170 страниц машинописного текста,^

рисунка, 70 таблиц, список использованной литературы из {37 наименований, приложений на 37 страницах.

Содержание работы

Увеличение объема добычи угля открытым способом на ограниченных по площади угольных месторождениях, повышение интенсивности отработки месторождений сложного горно-геологического строения могут быть достигнуты при учете условий устойчивости приоткосных массивов разрезов в параметрах технологических схем вскрышных и добычных работ, размерах и направлениях развития рабочих зон.

В практике открытой добычи угля применяют способы повышения устойчивости внутренних отвалов на наклонном основании с помощью инженерных поддерживающих сооружений. Такие решения дают временное повышение безопасности горных работ в рабочей зоне разреза, обладая рядом недостатков: сложность установки поддерживающих элементов, высокой стоимостью изготовления и установки, трудностью выполнения дополнительных работ по устройству выемок и дамб, ограниченной областью применения, исключающей их применение в условиях рыхлых вскрышных пород. Для условий мульдообраз-ных угольных месторождений с рыхлыми вскрышными породами склонными к оползням необходима разработка технологии, наиболее полно соответствующей требованиям безопасности от оползневых процессов контактного типа.

Исходя из целей исследования в работе поставлены следующие задачи:

1. Разработать метод прогнозирования параметров деформационных процессов в бортах угольных разрезов и отвалов с помощью моделирования на эквивалентных материалах с изменяемыми свойствами.

2. Разработать способы повышения устойчивости бортов разрезов и отвалов.в условиях рыхлых пород.

3. Разработать технологические схемы и технологические приёмы, обеспечивающие безопасную отработку угольных месторождений,

ограниченных по площади.

. 4. Разработать методику формирования рабочей зоны угольного разреза и порядка отработки мульдообразных угольных месторождений, обеспечивающих безопасное ведение горных работ.

Объектом исследования выбраны угольные разрезы Приморья "Рет-тиховский", "Павловский № I", "Павловский № 2". На этих месторождениях и участках деформации вскрышных уступов, бортов и внутренних отвалов обусловлены наличием прослоев слабых пород в основании вскрышных массивов и слабых контактов отвальных массивов с породами почвы пласта.

Анализом горно-геологического строения изучаемых месторождений, состояния массивов пород и их свойств подтверждена идентичность условий устойчивости горных выработок и отвалов на разрезах.

В результате изучения более 50 фактических оползней уступов, бортов и отвалов и обработки статистических данных моделей оползневых процессов получены количественные зависимости проявлений деформаций по различным признакам (объему, длине по фронту, параметрам откоса, углам падения поверхности ослабления, месту и времени проявления). Установлено, что более 80% деформаций вскрышных уступов, бортов и внутренних отвалов связано с наличием прослоев слабых пород или поверхностей слабых контактов в основании массива.

Отличительной чертой мульдообразных месторождений является достаточно широкий диапазон углов наклона поверхности ослабления (от 5-8° до 20-25°). Преимущественное залегание поверхностей I0-I2P.

Исследование характера проявления оползневых деформаций вскрышных массивов и внутренних отвалов и проверка закономерностей взаимосвязей их параметров проводились на моделях из эквивалентных материалов с имитацией поверхности ослабления материалами

с изменяемыми свойствами. В качестве эквивалентного материала массива использовалась смесь песка, молотой глины и технического солидола.

Слабый слой в основании массива имитировался смесью парафина и дробленого пенополистирола. Пластические деформации в слабом слое управлялись с помощью плоского электрического нагревателя, размещенного в основании модели. Благодаря регулируемому импульсным включением нагреву моделировался слабый контакт с углом трения по плоскости в пределах 6-10°.

Данными моделирования подтверждены закономерности изменения линейных параметров выработок при оползнях контактного типа. Проведена систематизация оползневых деформаций по положению поверхности ослабления: с выходом её на верхнюю площадку уступа (борта) - подкласс Б-Ш-б и с размещением в массиве - подкласс Б-1У-6. Получены зависимости взаимосвязи высоты уступа Н, угла откоса до деформации сСд и после нее с1п , положения поверхности ослабления с{.д и относительных параметров деформаций, в том числе: относительная величина захвата оползнем верхней площадки — в

Н

подклассах деформаций соответственно Б-Ш-б и Б-1У-6

0,3419 -0,01668Н +0,0300!Ы„ ;

Н,

Относительная величина распространения оползня на нижнюю площадку ®

о,т н^™ ;

ки Л

Относительная величина вертикального смещения верхней площад-А

н

А * ~ .1,909т

77" - 0,030511 с1. -Н ;

"I

Относительная величина высоты вертикального отрыва в верхней части поверхности разрушения —г в подклассе Б-1У-6

! / -°,ОНЗЬ9 2,ЗШ16

Ж.0,00001573-¿с ■ с!д | Ну

Данные моделирования подтвердили теоретические положения о сложности формы поверхности разрушения при оползневых явлениях в приоткосных массивах, имеющих слабый контакт в основании. Эта поверхность криволинейна в массиве и прямолинейна по слабому основанию. Положение ее в массиве ниже зоны предельных сжимающих напряжений, где формируется вертикальный отрыв, изменяется в ходе деформаций под действием поверхностной зоны растягивающих напряжений, что проявляется в образовании зоны разрушения в массиве. Результаты моделирования совпадают с результатами наблюдений фактических оползней, указывающих на проникновение оползневой массы на конечной стадии формирования оползня в объём пород слабого слоя основания массива.

Разработана методика построения поверхности разрушения и зоны разрушения для откоса уступа и борта.

В условиях мульдообразных месторождений Приморья для обеспечения устойчивости уступов и бортов, имеющих в основании значительные (до 5-8 м) слои слабых пород, целесообразно проводить разгрузку массива путем опережающей отработки верхней его части.

Для поддержания массива отвальных пород в устойчивом состоянии наиболее значим участок действия сдвигающих напряжений по поверхности ослабления на котором возможно проведение технологических мероприятий по увеличению поверхностного сцепления массива с основанием.

На основе проведенных исследований оползневых явлений контактного типа разработана методика прогнозирования параметров устойчивости горных выработок разрезов, разрабатывающих мульдооб-разные угольные месторождения. В качестве объектов прогнозирования выделяются типы массивов и горных выработок, соответствующие различным условиям устойчивости в границах месторождения. Определяются на основе данных фактических оползней и проверки их моделированием на эквивалентных материалах с изменяемыми свойствами закономерности взаимосвязей элементов выработок.

Строятся графики граничных условий, выражающих взаимосвязь между параметрами выработок и параметрами элементов их возможных деформаций. По установленным параметрам деформаций выработок определяются безопасные расстояния для размещения оборудования, размеры охранных зон на бортах разреза и поверхности внутренних отвалов.

Влияние горно-геологических и геотехнических факторов на горные работы исследовано при изучении объемов восстановительных работ после оползней в рабочей зоне карьеров,проводимых с целью приведения открытых выработок в пригодное для эксплуатации состояние. Установлено, что наибольший ущерб наносят деформации выработок в рабочей зоне бестранспортной системы разработки.

Предложены критерии оценки степени влияния оползневых явлений на горные работы.

Коэффициентом готовности к эксплуатации оценивается надежность горных работ

I

/

К — р Г '

где Кг - коэффициент готовности участка фронта к эксплуатации;

, £в/ , t£p - продолжительность работы вскрышного и добычного оборудования, продолжительность развития с момента прекращения работ до начала восстановления фронта и общее время восстановления фронта, соответственно, сутки. Трудоемкость восстановления участка фронта оценивается коэффициентом трудности восстановления

К = ^ (1 + Кпв)

где Кт - коэффициент трудности восстановления;

V. - средний годовой объем вскрышных работ, выполняемый

на участке, м3;

- суммарный объем восстановительных работ;

Г , К. - коэффициенты переэкскавации пород при восстанов-вр " *

лении участка и в период эксплуатации. Наибольшее повышение .эксплуатационной готовности фронта бестранспортной системы разработки отмечено при увеличении интенсивности его отработки и ограничении размеров оползней вскрышного уступа и отвала: коэффициент готовности фронта Кр для уступа увеличивается при этом с 0,7-0,75 до 0,92-0,96, трудность восста-

давления снижается в 2,5-5 раз, для отвала Кр увеличивается с 0,61-0,72 до 0,88-0,96 при снижении трудности восстановления в 1,2-1,5 раза.

Выбор технологических схем вскрышных работ для мульдообразных месторождений необходимо производить с учетом регулирования воздействия геотехнических факторов на горные работы. Выполнены исследования по установлению области применения бестранспортной системы разработки с использованием противооползневых мер и элементов безопасности. Рассмотрены конструкции и исследованы параметры технологических схем при различных способах повышения устойчивости откосов.

Технология с подготовкой основания внутреннего отвала механическим рыхлением предусматривает рыхление пород почвы пласта тракторным рыхлителем на глубину 0,5-0,7 м с последущей укладкой на разрыхленную поверхность вскрышных пород драглайном. Рыхление производится полосами^ориентированными по падению основания отвала.

Изучено влияние рыхления основания отвала, сложенного углистыми и гуфогенными аргиллитами на сопротивление сдвигу песчано-глинистых отвальных пород различной влажности. Увеличение коэффициента трения пород по разрыхленному контакту увеличивается в 1,2-1,4 раза. Коэффициент запаса устойчивости внутреннего двухъярусного отвала при наклоне основания 10-15° увеличивается при этом способе в 1,2-1,3 раза.

Технология с раздельной (селективной) выемкой и размещением во внутреннем отвале пород слабого слоя предусматривает поочередную выемку пород из вскрышного забоя драглайном, раздельное размещение нх в предотвале и го еледующую укладку слаСых пород в верхнем ярусе отвала. (рИС. I) ,

Рис.1. Технология вскрышных работ с раздельной: (селективной) выемкой и размещением во внутреннем отвале пород слабого слоя

Рис.2. Технология вскрытия пласта драглайном

в местах нарушений залегания

В технологических схемах предусматриваются элементы безопасности в виде площадок на кровле вскрываемого пласта, служащих для размещения вероятных объемов оползней вскрышного уступа.

Технология вскрытия пласта драглайнами в местах геологических нарушений предусматривает элементы безопасности в виде площадок для размещения объемов оползней на кровле и почве пласта. Ввиду нарушения залегания слабые породы основания вскрышного массива не выделяются в отдельный отвальный ярус, чем увеличивается вероятность деформации отвала .(рис, 2),

Элементы безопасности в технологических схемах находятся во взаимосвязи с основными параметрами вскрышного уступа и отвала. Суммарная ширина площадок безопасности увеличивается с увеличением высоты вскрышного уступа (рис. 3 ).

Высота насыпи временного отвала увеличивается по линейному закону при увеличении ширины площадок безопасности (рис. А )

Коэффициент переэкскавации пород увеличивается с увеличением ширины площадок безопасности. Наибольшие объемы переэкскавации отмечены в схемах с селективным размещением пород разной крепости в отвале (рис. ,5 ). Во всех случаях при высоте вскрышного уступа 25-35 м объемы переэкскавации увеличиваются в 1,5-1,8 раза. Применение драглайнов с увеличенными линейными параметрами -снижает объем переэкскавации на 20-25%.

Технология разработки наклонных пластов в краевых частях мульдообразных залежей предусматривает отработку драглайном вскрышного уступа'переменной высоты (рис. Б )• Особенностью технологии является повышение устойчивости внутреннего отвала на наклонной поверхности почвы пласта путем перемещения вскрышных пород драглайнами вдоль отвальной, заходки в нижнюю её часть,размещение наклонной отвальной заходки в торце заходки горизонталь-

а

в*в0,

м 20

/О

18

О

/ / <' / П 1 1 1

1 # (

лЩ 4 3 2 1 Ч/ 1

го ■ зо

ЗШ-Ю/70

40 Н,н

30

ЗШ-Ю/70 ■- ЗШ-Ю/70

Л

М 50

---ЭШ-Ш, ЗШ-15/ЗО

Рис.3. Зависимость суммарной ширины площадок

безопасности В + Во от высоты вскрышного уступа а) в схеме с селективной выемкой пород слабого слоя б) в схеме разработки пласта в местах нарушения залегания при углах падения пласта 1-0°;

3-10°; 4-12°.

«г

Нп.

ш

10

30 В+Ва1 /о

Рис.4. Зависимость высоты временного отвала Н -от ширины площадок безопасности В + В в схемах а) с селекцией пород в отвале;

б) в местах нарушений пласта, при углах падения пласта 1-0°, 2 - 10°. 3 - 120

Рис.5. Зависимость коэффициента переэкскавации пород во временном отвале К от ширины площадок безопасности при технологии

а) с селекцией пород в отвале;

б) в местах нарушений пласта • при углах падения пласта:! - 0°, 2-10°, 3-12°

Рис. 6. Технология отработки-драглайнов" вскрышного уступа перэнеккой'высоты в краевой части мульдообряз-ной залежи

ного внутреннего отвала и обеспечение устойчивости вскрышного уступа на наклонном основании путем оставления породного упорного целика в основании уступа.

Условие размещения пород в отвале, обеспечивающие устройство трасс движения драглайнов ЭШ—11/70 и ЭШ-15/90, выполняется при углах падения основания пласта до 20°.

Для оценки устойчивости и определения основных параметров уступа и упорного целика - высоты уступа, ширины заходки, сечения и длины целика в зависимости от свойств вскрышных пород, их контактов и угла падения пласта - разработана методика их расчета.

Высота упорного целика и его сечение должны обеспечивать устойчивость уступа при прохождении поверхности разрушения в теле целика по поверхности ослабленного контакта, а в массиве - по поверхности контакта и круглоцилицдрической поверхности разрушения в массиве. При трапециевидной форме сечения целика ширина его основания составляет до 20% ширины вскрышной заходки, высота в зависимости от' угла наклона основания - от 30 до 60% высоты уступа.

Отработку уступа с поддерживающим целиком предлагается применять при наличии крепких пород в основании пласта, когда дополнительное воздействие деформаций отвала на упорный целик является минимальным.

Для технологий бестранспортной системы разработки с элементами безопасности исследованы закономерности изменения производи- • тельности вскрышных и отвальных драглайнов в зависимости от высоты отрабатываемого вскрышного уступа. Разработана методика расчета производительности экскаватора-драглайна в схемах, учитывающая наличие площадок безопасности на кровле и почве пласта, увеличение углов поворота на разгрузку и черпание и раздельное размеще-

ние разнопрочных пород в отвале. Установлено снижение производительности вскрышных и отвальных драглайнов ЭШ-П/70 (ЭШ-10/70) и ЭШ-15/90 на 10-15% при увеличении высоты уступа в схемах с элемен тами безопасности.

Сравнение с технологией бестранспортной системы с регулярным восстановлением готовности рабочего борта и внутреннего отвала подтвердило более высокие эксплуатационные характеристики схем с элементами безопасности. Годовая производительность драглайнов по вскрыше в целике массива в этих схемах на 18-20% выше, затраты времени на работы по восстановлению рабочего уступа и дополнительное вскрытие заходки угля составляют не более 10% годового фонда рабочего времени экскаваторов, удельные приведенные затраты на вскрышные работы в 1,2-1,25 раза ниже.

Как показали исследования, безопасные направления отработки ограниченных по площади мульдообразных месторождений определяются влиянием направлений разгрузки вскрышных массивов и свойствами разуплотнения пород на устойчивость участков рабочего борта и массива мульдообразной формы в целом.

Оптимизация направлений отработки, обеспечивающих сохранение устойчивости участков рабочего борта, проводится на основе установленных взаимосвязей между направлениями и интенсивностью под-вигания участков фронта и объемами вскрышных и добычных работ, определенными по технологическим возможностям участков.

■ Разработанным комплексным критерием в многовариантной задаче оптимизации учитываются последовательно требования достижения величин: заданного объема добычных работ, устойчивого объема вскрышных работ, допустимого качества добываемого угля, минимал! ных объемов дополнительных вскрывающих выработок и работ по восстановлению фронта после деформаций выработок, требуемого запас

устойчивости вскрышного массива и отвалов на всех учйстках фронта, минимальных приведенных затрат на отработку месторождения.

Установленные методом оптимизации безопасные направления отработки мульдообразных участков угольных месторождений "Реттиховс-кий" и "Павловский № I" реализуются при непостоянных объемах вскрышных работ на первом этапе разработки продолжительностью 5-9 лет. Это вызвано необходимостью разгрузки массива месторождения встречными фронтами от выходов пласта.

При наличии нескольких мульдообразных участков предложено последовательно вводить их в эксплуатацию. Разработана методика определения порядка и сроков ввода участков, позволяющая оптимизировать объемы вскрышных и добычных работ при условии поддержания постоянным качества угля усредненной зольности. В качестве показателя оценки постоянных уровней перерабатываемой вскрыши, добычи угля и его качества используется коэффициент вариации объема работ V

, &

где (o¿ - среднеквадратичное отклонение показателя в 1-м году от среднего значения годовой производительности за ряд лет;

^ - среднее значение годовой производительности за оцениваемый период.

При реализации последовательности ввода на разрезе "Павловский № I" участков "Южного", "Северного" и "Восточного" с интервалом в 3-5 лет годовая добыча угля объемом 2100 тыс.т достигается в 5-й год эксплуатации. При постоянных годовых объемах вскрышных работ коэффициент вариации годовой добычи угля за период 14 лет не превышает 0,28.

По результатам исследований разработаны и переданы разрезам и проектным организациям рекомендации и заключения. Фактический экономический эффект от внедрения результатов исследований ня разрезах "Реттиховский" и "Павловский № I" за счет совершенствования технологии и порядка отработки месторождений составил 248 тыс.руб. (в иенах 1550 г.).

ЗАКЛЮЧЕНЬЕ

I. Закономерности изменения параметров деформационных процессов в виде контактных оползней откосов вскрышных уступов, бортов карьера и внутренних отвалов при наличии поверхностей ослабления в массиве рекомендуется определять с помошью комплек снсго метода, включающего определение параметров реальных сполз ней, определение взаимосвязи параметров элементов открытых зыря бсток и отвалов и параметров оползневых дегормаиий масштабным моделированием на моделях из эквивалентных материалов с изменяемыми свойствами и разработку математических моделей закономерностей взаимосвязи элементов. Метод позволяет ускорить определение закономерностей деформаций выра.боток при достаточной достоверности определения результатов с относительной погреш.-ностьп не более 5-7Х.

2. Разработана методика прогнозирования параметров устойчивости горных выработок угольных разрезов, разрабатывающих муль; образные угольные месторождения, позволяющая для выделенных инженерно-геологических типов массивов вскрышных перед, сткрьт выработок и отвалов установить параметры возможных оползневых деформаций, определить безопасные расстояния для размещения оборудования и ширину охранных зон на бортах карьера, поверх-

кссти внутреннего отвала и в рабочей зоне кярьеря.

3. Разработаны критерии оценки степени влияния слслзневых явлений ня технологию горных рябот. Кот* г'иииент готовности Д-ронтя к эксплуатации оценивает надежность горных рябот посредством учета затрат времени ка контролируемое развитие оползневых деформаций в рабочей зоне карьера и восстановление горных выработок

в состояние, пригодное к -эксплуатации. КоэсГфнииент трудности восста.новления фронта учитывает объем восстановительных работ в соотношении к полному объему работ, выполняемому по фронту вскрышным оборудованием.

Предложенными критериями достаточно точно оценивается состояние фронта и необходимость содержания резервного оборудования для поддержания мощности разреза или участка. Установлено, что наибольшее влияние на. горные работы оказывают оползни вскрышного уступе и внутреннего отвала, при бестранспортной системе разработки, где коэффициент готовности сронта при массовых деформациях составляет 0,40-0,60, а коэффициент трудности восстановления достигает 0,25-0,27.

4. Доказано, что устойчивость внутреннего отвала песчанс-глинистых пород ка прочном основании, служащем поверхностью ослабления при оползневых дег)«рмаииях, мс:кет быть пснышеня путем механического рыхления поверхности на небольшую глубину. Этим достигается увеличение поверхностного трения отвальной мессы с основанием, что сопровождается повышением устойчивости отвала. Для песчоно-глинистых пород с влажностью до.15^ достигается увеличение коэффициента.зэласа устойчивости в 1,15-1,2 разэ. Эффективность подготовки основания увеличивается с увеличением высоты отвала.

5. Установлено, что эффективным способом снижения отрицательного. воздействия оползней уступа бестранспортной вскрыши на

надежность вскрышных работ является управляемое размещение объема вероятных реформаиий на площадке безопасности, включенной в качестве элемента в конструкцию технологической схемы. Этим обеспечивается снижение относительных объемов восстановительных работ, сокращение сроков приведения фронта в состояние, пригодное к эксплуатации.

6. Разработаны и внедрены в производство новые технологические схем бестранспортной технологии, основанные на управлении устойчивостью откосов вскрышных уступов и внутренних отвалов. Технология предусматривает использование механического рыхления основания внутреннего отвала тракторным рыхлителем для повышения устойчивости и увеличения вместимости при размещении вскрышных пород, применение площадок безопасности на кровле и почве угольного пласта для управляемого размещения оползневых объемов, селективную укладку слабых пород основания вскрышного массива, в верхних ярусах внутреннего отвала. Комплекс новых технологических средств позволил увеличить высоту внутреннего отвала на 12154, повысить производительность вскрышных драглайнов на 10-123.

7. Разработана и внедрена методика оптимизации направлений и режима отработки мульдообразных месторождений с неустойчивыми вскрышными массивами, предусматривающая оценку этапов разработки кярьерногс поля по комплексному критерию, включающему оценочные показатели соответствия требованиям качеств? угля, обеспечения требуемых объемов добычи и вскрыши, соблюдения устойчивости открытых выработок, отвалов и массива месторождения, ^консми-ческсй -^гективности открытых рябот. Предложенный на основе использования методики порядок отработки месторождений в Приморском бассейне использован при проектировании и планировании горных работ.

6. Внедрение разработанных технологических схем вскрышных и добычных работ на рязрезях "РеттихоЕский" и "Павловский >' I" позволило снизить затраты ня разработку месторождений, уменьшить воздействие неблягсприятных геотехнических гяктсров на горные работы и получить фактический экономический эфйект в размере 24Е тыс. руб. (в пенях 1990 г.).

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах автора

1. Направление разработки месторождения и режим горных работ в условиях неустойчивых вскрышных пород// Технология открытых горных рябот с применением техники цикличного действия.-Киев: УкрНКИпроект, I973.-c.H-I4 (соавтор П.А.Финадеев).

2. Выбор рациональней технологии вскрышных работ при разработке сложноструктуркых месторождений с использованием ЭВМ//Гехнология открытых горных работ с применением техники цикличного действия.-Киев; УкрНйлроект, 1973.-е. 34-39.(соавторы П.А.Фикадеев, В.Тищенко).

3. Технология отработки наклонных выходов угольного пласта

на разрезе "Реттиховский"//Дсбыча угля открытым способом.-1974.-38. -с. 12. (соавторы П.А.£инадеев, К. П. Колесников)

4. Особенности вскрытия ограниченных угленосных участков в условиях малоустойчивых вскрышных псрод//Технология открытых горных работ с применением техники цикличного действия.-Киев: УкрНИКпроект, 1974.-е. 25-28.

5. Анализ условий возникновения оползневых явлений и их влияния на технологию горных работ на разрезах Приморья// Технология открытых горных работ с применением техники

цикличного действия.-Киев: УкрШЖпроект, 1976.-е.14-21 (соавтор П. А.Финздеев), 6.Рыхление почвы пласта. для повышения устойчивости отвалов// Развитие техники и1технологии открытых горных работ.-М: 1ГД им,А.А.Скочиксксго, 1976.-Вып.139.-с. 70-76. 7.Оценка влияния устойчивости выработок на. технологию открытых горных работ// Безопасное ведение работ и рекультивация нарушенных земель на разрезах.-Киев: УкрНМшрсект, 1978.-с. 76-78.

8. Выбор рационального режима горных работ при разработке угсльиых месторождений, не имеющих ебцего площадного ' распространения// Технология открытых горных работ с применением техники цикличного действия.-Киев: УкрНЫпроект, 1576.-с. 50-56 (соавтор П.А.Фвнздеев).

S. Моделирование устойчивости горных выработок на. эквивалентных материалах с изменяемыми свойствами// Технология и комплексная механизация добычи угля открытым способом. -М.: 1ГД им.А. А. Скочинского, 1978. -Вып. 165. -с. 30-32 (соавтор А.М.Демин).

10. Оценка и прогноз устойчивости бортов и отвалов на угольных разрезах Приморья с использованием результатов моделирования// Инженерные изыскания в строительстве. -М. :ИШИС, 1579.-Вып.4.-с. 13 (соавтор Демин Л.М.).

11. Устойчивость бортов и отвалов при разработке мульдосбраз-ных месторождений// Вопросы разработки угольных и сланцевых месторождений открытым способом.-М.: 1ГД им.А.А.

Сксчинсксго, 1980,-Вып.185.-с. 37-44.

12. A.c. 941578 (СССР). Способ моделирования оползневых де-г'срмаиий и природных склонов/А.Н.Демин, К. А.Гуланян, В. К. Евсеев, В.А.Гриниоз - Заявл. 21.07.60 .?• 2927681; Опубл.

в Е. k , 1982, >'■■■ 25.