автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Исследование технологии подземной добычи угля на месторождении Барапукурия (Бангладеш)

^ 0д На правах рукописи

V

о о П"Т

• Саумитра НараянДеб

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОДЗЕМНОЙ ДОБЫЧИ УГЛЯ НА МЕСТОРОЖДЕНИИ БАРАПУКУРИЯ (БАНГЛАДЕШ)

Специальность 05.15.02 — Подземная разработка месторооюдений полезных ископаемых

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва —1995

Работа выполнена на кафедре горного дела Российского университета дружбы народов.

Научный руководитель:

кандидат технических наук, профессор И. Л. Машковцев. Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор А. В. Стариков, кандидат технических наук, старший научный сотрудник А. В. Брайцев.

Ведущая организация — Московский государственный

горный университет.

Защита диссертации состоится 14 ноября 1995 года

в 15 часов на заседании диссертационного совета К 053.22.26 в Российском университете дружбы народов по адресу: 117302, Москва, Орджоникидзе, 3.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Российского университета дружбы народов (117198, Москва, Миклухо-Маклая, 6).

Автореферат разослан 13 октября 1995 года

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат химических наук, доцент В. Н. ЧИСТОХВАЛОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Подземная разработка угля в месторождении Барапукурия получает развитие только в последние годы, хотя разведка пластов и проекты технологии разработки в первом 'варианте были сделаны около 30 лет назад. Основными причинами такой задержки являлись экономические трудности страны и возможность приобретения угля в соседней Индии.

Пласты угля в месторождении мощные от 8 до 35 м и пологие (угол падения 8—12°), которые должны разрабатываться с разделением на слои и полной закладкой выработанного пространства. Несмотря на закладку, такая технология вызовет значительное опускание поверхности, не допустимое в условиях Бангладеш для сооружений и особенно — рисовых полей. Поэтому исследование технологии очистных работ и способа управления кровлей в данных условиях является актуальной задачей.

В диссертации на основе многолетних исследований кафедры горного дела РУДН предложен способ управления кровлей, при котором при полной закладке выработанного пространства слоев песком укрепляются дополнительно вышележащие породы и слоевые штреки с помощью бамбуковых междуслоевых сеток и стоек в закладочном массиве, анкеров и скрепления между собой крепей всех штреков, расположенных друг над другом. На предложение выдается патент ВНИИГПЭ.

Обоснование предложения, составление требований к техно-логин выемки пласта II месторождения и ее апробация в Петро-бангла (полугосударственная корпорация при министерстве энергетики Бангладеш) является одной из основных задач работы.

Целью исследований является значительное уменьшение опускания поверхности земли при выемке мощного пологого пласта с помощью полной закладки выработанного пространства слоев песком, выкладки сеток между слоями, установки стоек в закладке, расположения штреков друг над другом и связывания элементов крепи штреков и сеток анкерами.

Идея работы — научное обоснование предложенного способа управления кровлей с помощью комплексного определения параметров мульды сдвижения: физического моделирования слоевой разработки мощного пологого пласта с закладкой и аналитических расчетов опускания пород.

Научные положения, разработанные лично автором, и их новизна:

впервые по фактору лучшей слеживаемости пород при полной закладке установлена рациональная скорость подвигания очистных забоев трех одновременно отрабатываемых слоев ® пределах 2—2,5 м/сут;

определена прочность бамбуковой сетки с двумя полосами на 1 м2, она в два раза выше, чем у трех и четырехполосных сеток и выдерживает нагрузку, равную 2,6—2,9 уН';

также впервые определены параметры опускания поверхности земли при трехслоевой выемке с дополнительными мерами по поддержанию пород, при этом максимальное опускание дна мульды составило 0,2—0,3 м и скорость опускания 56,7 мм/мес, что не превышает критических значений при подработке сооружений и земельных угодий.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается представительным объемом экспериментальных исследований, апробацией результатов в Бангладеш и небольшим расхождением аналитических и экспериментальных данных в пределах 10—12% по сдвижению пород.

Значение работы состоит в теоретическом и экспериментальном обосновании возможности применения слоевой выемки мощного пологого пласта с минимальным воздействием на поверхность н окружающую среду в условиях месторождения Бара-пукурия (Бангладеш) за счет полной закладки выработанного пространства песком и дополнительных мер по удержанию вышележащих пород сетками, стойками, анкерами и скреплением элементов крепи, расположенных друг лад другом слоевых штреков.

Практическое значение диссертации заключается в разработке требований к подготовке и технологии очистных работ при выемке мощного пологого пласта II месторождения Барапукурия с полной закладкой выработанного пространства и дополнительными мерами по удержанию вышележащих пород; рекомендуемых параметрах слоевой выемки: расстояние между слоевыми штреками по мощности пласта 0,5—0,6 м, длина лавы 75 м, высота забоя 2,3—2,5 м, опережение между слоями 20—25 м, ширина полосы сетки, укладываемой по кровле в ла>ве 0,5 м, расстояние вдоль штреков между удерживающими анкерами (или канатами) в среднем 5 м, скорость подвигания лавы 2—2,5 м/сут.

Реализация результатов работы. Научно обоснованное предложение по слоевой выемке пласта II месторождения Барапукурия (Бангладеш) принято Петробангла для внедрения с расчетными величиной (0,2—0,3 м) и скоростью (56,7 мм/мес) опускания поверхности, а также народно-хозяйственным экономическим эффектом на одну лаву 13,76 млн Тк в год.

Апробация работы. Основное содержание работы и отдельные положения диссертации докладывались на XXVII—XXXI научио-техничсских конференциях профессорско-преподавательского состава инженерного факультета РУДН (Россия, Москва, 1991 —1995 гг.); на кафедре геологии и разведки Университета Моратува (Шри-Ланка, Коломбо, апрель 1994 г.) и совещании Отдела геологической службы и разведки Петробангла (Бангладеш, Дакка, март 1994 г.).

Структура и объем работы: введение, шесть пунктов (содержащих 48 рисунков и 2 таблицы), два Приложения (6 рисунков,

2 таблицы и одна ,фотография), список литературы из 129 наименований: всего 137 страниц машинописного текста.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Пологий пласт II мощностью 8 м с углом падения 8—10°, высокогазоносный, >нходит в свиту с пластами VI и IV (мощностью 32 и 6 и). Пласты залегают в виде синклинали, имеющие более наклонные части на все стороны света.

В работе делается предложение по вскрытию и подготовке, детальному обоснованию технологии очистных работ н новому способу управления кровлей иа пласте II.

Породы непосредственной и основной кровли пласта достаточно устойчивы, так как содержат песчаники. Это позволит успешно применить полную закладку песком и дополнительные меры по повышению устойчивости вышележащих пород и слоеных штреков.

Задержка в освоении месторождения, в принципе, пошла на пользу. Проекты технологии очистных работ при выемке мощных пологих пластов угольных месторождений Бангладеш составлялись детально после проведения исследований.

В исследованиях и составлении проектов принимали участие: М. Ал. Рашид, П. С. Норман, И. Л. Машковцев, Б. И. Машков-цев, Сурдж Кинкар Маджмундср, Чоудхури Камруззаман, Муш-фикур Рахман и др.

Большинство проектов предусматривает слоевую выемку с закладкой или удержанием кровли на целиках, что не полностью отвечало требованиям страны по сохранению поверхности и земельных угодий, необходимых для выращивания риса.

В диссертации предлагается совершенствование вскрытия и подготовки мощных пологих пластов, оригинальный способ управления кровлей, при котором пласт вынимается слоями в восходящем порядке с полной закладкой выработанного пространства и дополнительным удержанием толщи пород и слоевых штреков с помощью междуслоевых сеток, стоек, анкеров, рис. 1.

Слоевые штреки 1—3 располагаются друг над другом, что способствует успешному применению мероприятий по повышению их устойчивости, а также меньшему влиянию их на сдвижение вышележащих пород, Анкера 4 (или канаты с поверхности земли на верхних горизонтах) проходят через верхних два штрека. К ним крепятся сетки 1 и элементы крепи штреков.

Сетки в виде полос укладывают вдоль лав.

Предлагаемое вскрытие в отличие от китайского проекта содержит меньшее количество выработок за счет кругового штрека 6.

Детальные данные по технологии даны ниже в требованиях.

Чтобы предложение было более эффективным, необходимо решить вопросы выбора материала сеток и их работоспособности. Как указывалось основным значением (или содержанием) рабо-

ты является обоснование предлагаемой технологии. Приведет ли ее применение к уменьшению опускания поверхности (цель работы), для чего необходимо определить комплексным методом мульду сдвижения (идея работы). Основные параметры мульды: Ееличина и скорость опускания дна.

Под комплексностью метода понимается экспериментально-аналитические исследования, обобщение опыта и технико-экономические расчеты, включая определение народно-хозяйственного эффекта.

Выбор в качестве материала бамбука и определение работоспособности сетки ¡13 него проводились в условиях Бангладеш, где бамбук широко применяется в строительстве, в том числе в виде опор.

Работоспособность сетки устанавливалась при числе полос на м2 — 2, 3 и 4. Минимальная нагрузка была равной 0,15 уН', где Н' — мощность пород непосредственной и части основной кровли, участвующих, главным образом, в давлении на сетку.

Как показали испытания, двухполосная сетка была в два раза прочнее других сеток из-за меньшего числа связей между отдельными бамбучинами.

Была разработана методика определения опускания поверхности земли (или мульды сдвижения) при предлагаемом способе управления кровлей. Методика включала ряд позиций: определение рациональной скорости подвигания лавы, при которой происходит лучшая слежизаемость закладочного материала; установление скорости расслоения пород и размеров мульды на физических моделях; аналитическое определение углов сдвижения и максимальной величины оседания мульды (по зависимостям ипкон РАН).

При выборе рациональной скорости подвигания лавы учитывалось опорное давление и давление пород за лавой. Оптимальным величинам давления соответствовала скорость подвигания 2—2,5 м/сут.

Скорость опускания пород в среднем по вышележащей толще составила 2 мм/сут и поверхности 56,7 мм/мес, считающаяся нормальной для сохранения зданий и земельных угодий.

Размеры мульды устанавливались по изолиниям опускания пород на разных расстояниях от пласта — в непосредственной, основной кровле, вышележащей толще и поверхности. При этом за основу было взято, например, все брсмсберговое поле.

Получена зависимость оседания пород от длины выемочного поля по простиранию, рис. 2. Из рис. 2 видно, что приблизительно 60% общей величины оседания приходится на толщу в 50— 60 м в районе основной кровли. Около 25% оседает на расстоянии от пласта около 150 м.

Все эти значения относятся к плоскому дну мульды, которое располагается в 250 м от очистных забоев.

Максимальное оседание поверхности получено расчетом

- б -

Управление кровлей — полная закладка песком с водой и применением мероприятий по дополнительному повышению устойчивости кровли, слоев сеток, установка в выработанном пространстве стоек и штреках анкеров (или канатов на верхних горизонтах и при небольшой глубине), прикрепление сеток и элементов крепи слоевых штреков к анкерам.

Применяется рациональная с позиций слеживаемости пород скорость подвитания лав равная 2—2,5 м/сут.

Сетки выкладываются вдоль лавы по кровле слоев отдельными полосами при фронтальной передвижке комплекса >в лавах длиной 75 м.

Мотки 10 полос сетки спускаются с поверхности. Полосы крепятся между собой, к верхнякам крепи и анкерам. Под полосы устанавливается ряд стоек. Сетки и стойки изготавливаются из местного материала — бамбука. Ширина полосы 0,5 м. Расстояние между анкерами вдоль слоевого штрека 5 м.

В целом на участок приходится три сетки на расстоянии друг от друга по мощности толщи 2,2—2,5 м, что повышает надежность мероприятий по обеспечению устойчивости вышележащих пород.

Закладочный материал подают со стороны вентиляционного горизонта после выкладки полос сетки и установки ограждений комплекса. По-возможности закладочный материал связывают растворами.

Крепи слоев шарнирные II.

Они состоят из стоек, верхняков, лежанов и укосин, соединенных друг с другом по всем штрекам и прикрепленных к единым анкерам.

Уголь верхних слоев пропускается и затем доставляется по слоевому штреку нижнего слоя, панельным бремсбергам и гезенку на круговой штрек пласта VI. Затраты на транспорт минимизированы.

Проветривание очистных забоев эффективное. Струя воздуха прямоточная с неоднократным подсвежением. Несмотря на высокую газоносность пласта, содержание метана на исходящей участка, в конце вентиляционного слоевого штрека верхнего слоя не превышает норм безопасности работ.

Повышение устойчивости пород, и снижение опускания поверхности обеспечивает уменьшение утечек метана и воздуха по трещинам, сокращение прохода шахтных вод в земельные угодья и их порчи. При необходимости под рисовый слой почвы могут укладываться, по предложению автора, непроницаемые пленки. Все это определяет один из важных выводов диссертации по охране поверхности и охране окружающей среды.

Технико-экономические показатели и народно-хозяйственный экономический эффект определены в сравнении с последним предложением Петробангла, в технологии которого нет поддерживающих сеток, а слоевые штреки расположены в разрезе по падению на общей длине 20—30 м.

^гаах = Яга« т СОЭ а/!^ 1 + ( 1 —qmax) Н,/Н] /К„

где: qmax — максимальное оседание относительно мощности пласта; Км —коэффициент, учитывающий дополнительные меры по повышению устойчивости пород, получен при физическом моделировании и сравнении различных способов управления кровлей; ^ и 12 — коэффициенты, учитывающие глубину разработки и размеры выработок.

Установлен граничный угол сдвижения в разрезе по простиранию

ип тл т

6о=агс 1£(0,34 т25,2(т51/пХС]'2стс;)

¡=1 ¡=1 ]=1

где: ЕБ] и — суммарная мощность песчаников и сланцев, м; 2с81 /п и 2аС) /ш — средневзвешенные прочности на сжатие слоев песчаников и сланцев, МПа; п и т — количество слоев песчаников и сланцев.

Граничный угол в разрезе по падению

Ро=8о—Со а 1 го

где — коэффициент свойств пород.

Граничный угол в разрезе по восстанию

п п ш ш

уо=агс1£(6,97-10-2т2512ст51/п2С 2стсЛ.

¡=1 ¡=1 ¡=1 1=1

Граничный угол плоского дна по простиранию, падению и

I] II гп ш

восстанию, соответственно гFз = arctg(0,12m2Sl2aSi/nSCEaCj¡))

¡=1 ¡=1 ¡=1 ¡=1

где С!?1 и — экспериментальные коэффициенты.

Угол максимального оседания

0 = 90—С0 а

где Со — коэффициент свойств пород.

Максимальная глубина плоского дна составила всего 20— 30 мм, не превышающая допустимую глубину для данных условий. '

Достигнута хорошая сходимость между экспериментальными и аналитическими данными по мульдообразованию с пределах 88—90%. Разработанные на основе исследований требования к технологии включали следующее.

Вскрытие месторождения вертикальными стволами 7 (см. рис. 1), проходку кругового штрека пласта VI, гезенка 8 на пласт II и нарезку бремсберговой панели 9 пласта II.

Выемка тремя наклонными слоями одновременно в восходящем порядке с опережением 20—25 м. Между слоями находятся прослойки породы. Мощность слоев 2,3 м.

- S -

0.00

-о.ю

-0.20

-0.30

-0.40 ■

-0.50

-0.60 •

-0.70 ■

ос еда повар :из :ности

\ смещаы \ основн< Vна гау( ö й кровли ине 100 ы '00 и\ \

Л ifcTííe к 1 150 и >

оиевди! срвдсгв» i непо- ^ иной

КШЗШ ! 250 и Ш' глзбане Г

/

• 1Ó0 200 300

Длина зыеыочного поля, и

Рис. 2

Расчеты, прйведеные по методикам ИГД им. А. А. Скочинско-го и РУДН, показали, что при скорости подвигания лав 2,5 м/сут нагрузка на лаву достигает 650 т/сут, производительность труда рабочего на выход 13,3 т, потери угля составляют 1%. Себестоимость 1 т угля равняется 7900 Тк. Общий народно-хозяйственный экономический эффект равен 13,76 млн Тк/год.

Заключение

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научно-практической задачи обоснования способа управления кровлей при разработке мощного пологого пласта II месторождения Барапукурия (Бангладеш), позволяющего сохранить сооружения и земельные угодья на поверхности земли и уменьшить воздействие подземной разработки на окружающую среду.

Основные результаты работы заключаются в следующем.

1. Предложен способ управления кровлей при трехслоевой разработке мощного полого пласта с полной закладкой песком выработанного пространства, укладкой сеток между наклонными слоями по кровле и прикреплением сеток и элементов крепи (стоек, верхняков, лежанов и укосин), расположенных друг над другом слоевых штреков к анкерам (или канатам), установленным в кровле верхнего слоя и проходящим до нижнего слоя.

2. Разработана методика научного обоснования способа управления кровлей, включающая получение параметров мульды сдвижения с помощью физического моделирования трехслоевой выемки и последующие уточняющие аналитические расчеты. Раскрыты закономерности проявлений горного давления при предлагаемой технологии: зависимость опускания вышележащих пород от расстояния до лавы, прочности сетки и анкеров от нагрузки, при этом расхождение между экспериментальными и аналитическими данными по мульдообразованию не превысило 10-12%.

3. Установлены параметры технологии очистных работ и мульды сдвижения поверхности земли: рациональная скорость подвигания лав — 2,5 м/сут, ширина полосы сетки из местного материала — бамбука — 0,5 м, расстояние .между анкерами (или канатами) вдоль слоевых штреков — 5 м, скорость опускания поверхности земли в мульде — 56,7 мм/мес, глубина мульды сдвижения составляет всего 0,2—0,3 м на расстоянии от очистных забоев около 250 м.

4. Предлагаемая технология имеет ряд преимуществ в сравнении с китайским вариантом, так суточная нагрузка на лаву возрастает на 20,3%, производительность рабочего на выход на 47,8%, потери угля снижаются на 53,6% и себестоимость 1 т угля на 2,23%. Экономический народно-хозяйственный эффект от внедрения технологии составит на лаву 1376-104 Тк/год, в том числе от уменьшения потерь угля — 21,2, уменьшения сроков отработки яруса —118,4, от повышения нагрузки на

лаву — 43,6, от снижения трудоемкости поддержания выработок— 109,2 и от сохранения поверхности и уменьшения влияния на окружающую среду 143,6 • 104 Тк/год.

Предложение автора внедряется в месторождении с помощью Петробангла, которой были приняты требования к технологии.

Основные положения диссертации изложены в следующих опубликованных работах автора.

1. К вопросу совершенствования закладки выработанного пространства при выемке весьма мощного пологого пласта в условиях месторождения Джамальгондж (Бангладеш). // Сб.: Научные исследования в горном деле и языковая подготовка специалистов. / РУДН,—М., 1992,— Деп. в ЦНИЭИуголь, № 6135/2 —С. 8—13 (в соавторстве).

2. Опыт применения польских механизированных комплексов на шахтах АО «Ленинскуголь». // Сб. научных трудов КузНИИ. / Разработка угольных пластов месторождений Кузбасса.— Прокопьевск, 1994.— С. 3—8 (в соавторстве).

3. Оценка влияния параметров инфраструктуры шахт на эффективность разработки пологих пластов. // Сб. научных трудов КузНИИ.—Прокопьевск, 1994,—С. 72—73.

4. Результаты исследования технологии очистных работ на мощном пологом пласте II месторождения Барапукурия (Бангладеш). // Тезисы XXXI научной конференции профессорско-преподавательского состава инженерного факультета, посвященной 35-летию РУДН, 15—23 мая 1995 г. / Изд-во РУДН,— М., 1995,—С. 137.

5. Вскрытие и подготовка, рекомендуемые для разработки свиты1 пологих пластов угольного месторождения Барапукурия (Бангладеш). // Сб.: «Исследования в области горного дела и русского языка, как иностранного». / РУДН.— М., 1995.— Деп. в ЦНИЭИуголь, № 5498/3,— С. 9—15 (в соавторстве).

6. Требования к технологии и технико-экономический эффект от внедрения предлагаемого способа управления кровлей на мощном пологом пласте II месторождения Барапукурия (Бангладеш).—М., Деп. в ЦНИЭИуголь, № 5460, 1995.—5 с.

7. Положительное решение по заявке № 94006946/03 на получение патента на «Способ управления кровлей при многослоевой одновременной выемке мощного пологого пласта угля и устройство для его осуществления» от 02.10.95 г.

СЛУЛШТРЛ НЛРЛЯН ДПБ

Исследование технологии подземной добычи угля на месторождении Барапукурия (Бангладеш)

Подземная разработка угля в Бангладеш требует решения ряда трудных задач по вскрытию месторождения, подготовке и очистным работам. Это связано с тем, что пласты .месторождения Барапукурия весьма мощные и их сзыемка может вызвать значительное оседание поверхности земли.

В работе исследован новый способ технологии подземной выемки угля, при котором применяется трехслоевая выемка мощного пологого пласта с полной закладкой выработанного пространства и дополнительными мероприятиями, направленными па снижение деформаций земной поверхности.

SAUMITRA NARAYAN DEB

The Research of Technology of Underground Mining of Coal on the Deposit Barapukuria (Bangladesh)

Underground coal mining in Bangladesh requires the decision of a number of problems on opening of the deposit and extracting of coal. Coal seams of the deposit Barapukuria are very thick and mining of coal can call significant subsidence of the surface.

The dissertation connected with the research of a new technology of underground mining of coal with three layer extracting of thick slightly-inclined coal seam with complete sand waste and additional measures, directed on decrease of deformations of the surface.

1П. 10. 1995 г. Объем 0,5 п. л. Тир. 100 экл. Заклл 510

Типография РУДII, ул. Орджоникидзе, 3.