автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.03, диссертация на тему:Обоснование параметров столбовых систем разработки тонких и средней мощности пологих угольных пластов на глубоких горизонтах негазовых шахт

г ! и v «

Министерство науки, высшей школы и технической политики Российской Федерации

•

Санкт-Петербургский Государственны!? горный институт имени Г.В.Плеханова (технический университет *

На правах рукописи

КУТЬКОВ Константин Иванович .

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ СТОЛБОВЫХ СИСТЕМ РАЗРАБОТКИ ТОНКИХ И СРЕДНЕЙ МОЩНОСТИ ПОЛОГИХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ НА ГЛУБОКИХ ГОРИЗОНТАХ НЕГАЗОВЧХ. ШАХТ

Специальность: 05.15.0' - "Подземная разработка

месторождения полезных ископаемых"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Оанк^-Петербург 1993

Работа выполнена в акционерном обществе по добыче угля "ГУковуголь"

Научный руководитель -

чл.-корр.РАН Н.М.Проскуряков Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Бежим Николай Петрович кандидат технических наук, доцент Долгий Иван Емельянович Ведущее предприятие: институт "Ростовгипрошахт"

Защита диссертации состоится 1993г. в

^ час. <Г мин. на заседании специализированного Совета Д.Оба Л5.01. при Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В.Плеханова по адресу: 199026, Санкт-Петербург 21 линия, дом 2, аудитория ^

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государст енного горного института имени Г.В.Плеханова.

Автореферат разослан " ^ щ ^С^Я- 1993г>

Ученый секретарь специализированного Совета Д.063.15.01.

д.т.к., профессор --- ^Э.И.Богуславский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность теми-

Основными тенденциями, определяющими состояние и перспективы подземной угледобычи на шахтах г осточного района Донегцсого бассейна являются: рост глубины отработки пластов; увеличение • доли бесцеликовой технологии выемки пластов; возрастание уровня . комплексной механизатдш очистных работ. .

Опыт работы угольных шахт показнвает, что переход на бесие-ликовую технологию и увеличение глубины приводит к росту интенсивности смещений пород и усложнению решения вопросов обеспечения надежного йункчцонирорания подготовительных выработок. Вместе с тем требования к поддержанию выработок, как элементу технологической схемы шахт;1, возрастают с внедрением дорогостоящих высокопроизводительных механизированных комплексов. Возрастает "пена" простоев лэв. ,

Как показнвает опыт отработки пластов на глубинах более 600-709 м практически неосуществимым- является безремонтное под-цержание выработок даже при их разовом использовании. Можно такие констатировать, что в.настоящее время отсутствуют надежные способы охраны и крепи, обеспечивающие устойчивое состояние выработок зя лавоЧ при залегании в почве пласта пучащих пород. Следствием этого являются увеличение по мере роста глубины /дельной протяженности выработок и снижение урорня конпентрг£-■'ии работ. По зто1 причине на шахтах восточного раЯонп Донбас-т в 68$ уклонных панелей работает всего одна лава. А так как

в условиях действующих.шахт практически не представляется возможности увеличить количество одновременно действующих па-^eлeí^, ято приводит к необходимости резкого снижения объемов добычи по ¡пахте. ■

Объективнее предпосылки для снижения удельной протяженности проходимых и педдертевяемггх подготовительных выработок и по-яздения кои»гентра"ни работ создаются яря использовании столбо-ичс систем разработки п' яарпчит« "сляойннив лапы"*. Однако внеп->ение птих систем г» "олонк«х. глубоких пг.ризоктоп сплртивг.отся га-за собственного отр-;*отельного взаимного пяияяия лап, при-?одг>'его к просточч систят* забосч и потот.>«м яобгн*.

Целью работы являлось повышение надежности работы очистных забоев при столбовых системах разработки в варианте "сдвоенные лавы" и распкрчнге рационального использования этих систем. . . •

Ипеп работы заключаете? в использовании закономерностей деформирования массива вмещающих псроц при разработке способов снижения отрицательного влигния.глубины на проявления горного ' давления в промежуточен штреке и на конневих участках сдвоенных лав. ■

Научные доложзьия, выкостле на защит./: Т. На характер и интенсивность деформировании пороц -почвы промелф'точных -штреков можно влить путем изменения взаимного расположения и тыередности-отработки сдвоенных лав.

Основными Акторами, определяющими величину раииопально го ргсс^очкия кзвду сдвоенными лавами являются: состояние кровли на конпевых участках лав, прилегающих к промежуточному штреку; интенсивность смещений пород в промежуточном штреке; степень взаимного влияния горньх работ, енполкяеьих на сопряжения:: лав с'промелцгточнык ттрекои.

3. Причиной резкого измеизния интенсивность обрушзниЧ пород кровли на концевых участках сдвоенных лав, прилегающих к • промежуточному штреку, является изменение характера нарушен-' ности.пород непосредствзиной кровли треиийами эксплуатационного про. „ховдения.

Научная новизна работы состоит в то?,:, ^:то: I.- Выдвинута'и экспериментально доказана гипотез* о существовании :зависимости интенсивности и характера депортирования пород цочвы яруснух промежуточных - штреков на участке меэду сдвоенными лаваш от очередности отработки этих лав.

'Установяеям качественные к кояшестреыныб зависимости ин-тенсчвности деформирования пород на контуре сечек'н промежуточных -ярусных строкой от расстояния мочпу сдвоетшчч^ яача-ли.

3. Разработана методиха определения рдоюмалького вэлстояная кощу сдвоенными яачат при отрайотк« пластов с пучфдоя народа-

ми.почьы.

■ . - з

1|рактическая значимость работа заключается в том, что: Установлены с.оотноиен'.-ш величины смещений пород в ярусных, штреках при Босходащем и нисходящем порядках отработки ярусов, что позволило сделать вывод о целесообразности, с точки зрения затрат на поддеркаииэ 'ш-греков-, восходящего порядка отработки . ярусов в уклонных панелях, расположенных на больших глубинах.

2. Произведена оценка перспектив и эффективности использования извести способе® повышения устойчлзости участковых выработок, подаеркиваемых за 'лавеаи, пр.'; бесгеликовой отработке угольных " • пластов на большее глубинах в,условиях кегнзевых max.iv

3. Предлскеьа и разработана .новая конструкция арочной-иодьт-ливей крепи, учитывающая неравномерный характер деформирования . контура сечения выработок, поддерякввешх на границе о вкрпботдн--№м пространством.'

4; Р.рерчшш новые ср&стргцкл'венно-п^анкре., очаде реяегшя иг», базе столбовых систем разработки,.к'оззоляющиз увзличнгь б1,5--2,0 раза уровень концентрации рябо? в панелях, о-грабатываот-мх• па больших глубинах, и снизить на затраты ка поддержание

промежуточных ярусных таре юз. г

5. Установлены граница ..рационального использования по глубине различных вариантов столбовкх снегом разработки в уоюзиях тега-зевж оахт. . ' :

Работа вчполняяась комплексным методом, вкясч&зкциманализ опубликованных в горно-технической'.литературе даник по изучаемой .проблеме, .шахтнаь', даборатор:ие и аналитические игслъцсве'Шя. Данные. шахтных, исследований аа проявлениями горнего давления ь под-' готовителымх выработках обрабатывались на ЭВМ с использопаню»< методов математической статистик". <•

Работа ¡выполнялась' в 1995-13Р2г .г, .з соответствия с пеиепек-тявными планами-'соверпенствования технологических схем ®ахт £0 "Гуковуголь" и планами НИР Отраслевой горко-тзкчолсг.'тскс^. лаборатории КУП СССР.

Обоснование и дсстозе;,ность рзкоканганин и • научных ■ ;олс»енкй'. подтвархдаются результатами длительных иактянх; иселедоэаьий. проведенных для широкого диапазона изменения гволог;?чгекгес ус;», • данными спытнрчгрсшшлениой презерки ч -внедрения £е'хоменду<м»мх' •'• систем -разработки пдастоь на больших глубинах,-длк'л'слънын ис-

пользованием предложенных технических решений на действующих глубоких шахтах АО "Гуковуголь".

, Внедрение результатов работы.

Выводы и рекомендации, связанные с выбором рациональных прсет-раьственно-планировочных решений при отработке уклонных папелей, а также разработанная крепь для подготовительных выработок используются при отработке пластов на глубоких; шахтах АО "Гуковуголь". Фактический среднегодовой экономический эффект от внедрения только иа шахте "Гуновекая" составил 154 млн.рублей (в ценах 1993г.).

Полученные научные и практические результаты использованы при подготовке отраслевых нормативных документов с "Методических указа— ый по предотвращению вывалов пород из кровли в лавах, отрабатываемых на больших глубинах в условиях шахт восточного района Донбасса", г.Шахты, 1986г.; ."Альбома схем вскрытия, подготовки и систем разработки пологих пластов. Донбасса на больших глубинах с расположением выработок в разгруженшх зонах", 1990г.; "Руководства по управлению горным давлением на выемочных участках шахт АО "Гунов угс.и>", г.Шахты, 1992г.

Апробация работы.

Результаты проведенных исследований докладывалмсь и получили полокитальную оценку на технических советах института "Ростов-гклрощахт" и АО "Гуковуголь"; семинарах по вопроса!,] отработки угольных пластов на больших глубинах, проводимых по инициативе Мннуглепрома СССР; научно-техническом совете ЛГИ.

Работа на тему "Изыскание аффективных схем разработки уклонных панелей на больших глубинах" награждена Почетной грамотой на Всесоюзном конкурсе на лучшую НИР в 198'' году.

Публикации.

0снов.ьые результаты исс^едо:. -.ний опубликованы в 8 печатных работах. Новые .технически«-решения, созданные в процессе работы над ' диссертацией , защищены р авторскими свидетельствами' на изобретения

Результаты исследований использованы при подготовке трех отраслевых документов.

Сбт-.еи работы. Диссертационная работа включает.введение, четыре гяазы,- дневные- выводы.и рекомендации, список использованных лктературкых источников из 79'наименований.

Работа содержит 147 страниц: е.том чтг.е .9 таблиц,- 35 рисун-

ков, ЮЗ страницы машинописного текста.

Anтор выражает благодарность за методическую помощь и консультации члону-корроспOlдонту РАН проф.д.т.н. Проскурякову Н.М.; прсф., д.т.н. Зубезу В.П.; за консультации по проблемам угольной промышленности, связанным с интенсивной отработкой пластов, . , к,т.и, Зайдвнваргу В.Е.; эа помощь, оказанную при проведении шахтж исследований и внедрении результатов работы, к.т.н.Лаз-ченко О.; икжонорам Савину В,А., Иванову A.A., Гуцалюну B.C. и • техническим работникам шахт АО "Гуковуголь".

оснсвнсЕ ссдаишиЕ Р,\Б0Ш

В пеоаой глава проанализированы состояние и основные направления сочертзнстэоваиия систем разработки пластов и способов охраны выработок при увеличении глубины Горных работ. Данный анализ показал, что проблема поиска эффективнее - способов отработки пласте» в условиях глубоких горизонтов привлекай? внимание многие исследователей как а нашей страна, так и эа рубежем. Достигнутые успехи при ропзиии этой проблему во многом продопр^делеш благодаря работал Башш H.H., Еатианово, Ю.К., Барановского В,И., Борисова A.A., Видулана А.Е., Г>имъко U.K., Кошо^ева.Й.В., Зборвд-ка М.П., Зубова В.П., Черняка И.Л., Литаинского Г.Г,, Фисенко Г.Л., Ироабергера Т., Якоби 0., Эверлинг* Г, и др.

Вместе с тем фактическое состояние шахтного фонда отрасли, значительные затраты на поддаркалта выработок и постоянное ухудшение о глубиной горно-геологичесюк условий отработки пластов указывает на необходимость поиска новик и расширения области известных систем разработки, обеспечившаих высокий уровень концентрации горных работ.

При бесцеликовой технологии еыемки на шахтах АО "Гуковуголь" в настоящее время наибольшее распрострашние получили елвдущив две схемы подготовки выэмочных участков: схема о повторным использованием ярусных штреков, охраняемых на границе угольного массива и выработанного пространства; ©сема о одноразовым использованием ярусных штреков, погашением их аа дазой и последующим проведен«- • ем вентиляционных штреков лгаеравполсигешш ярусов вприсачку к выработанному пространотау.

Практика показала,-.-Vi о область рационального использования схемы, с восстановлением it повторным использованием ярусных этре~ .

ков при отработке пластов К^, К? ограничивается глубина-

ми до 600-700м, при отработке пластов £ $ и & 5 - глубинами до 700-800м,. Основной причиной потери выработкой устойчивости является интенсивное и неравномерное по ширине пролета выработки пучение пород почвы. Доля пучения пород почвы в конвергенции достигает 70-80$ и более, отличие интенсивности смещений пород почвы со стороны восстания пласта от интенсивности смещений со стороны падения пласта - 50-0$. Конечные величины пучения пород почвы в штреке за лавой зависят от глубины разработки и изменяются от 300-400ММ на глубинах ЗЭ0-40См до 900-2100мм на глубинах превышающих 700-800м,

Увеличений глубины работ приводит к возрастанию затрат на поддеркакие выработок. При достижении некоторой предельной глубины, зависящей главным образом от физико-механических свойств вмещающих■пород.затраты на восстановление штреков становятся равными затратам на проведение нового штрека. При этом возникает вопрос о том, какой из двух рассматриваемых схем подготовки выемочных участков отдать предпочтение.-При решении данного вопроса необходимо учитывать два обстоятельства.. На глубинах, превышающих предельные, затраты на восстановление штрека превышают затраты на проведение нового штрека, Это превышение достигает 40$ и более. И второе, на глубинах, превышающих предельные, затраты на поддеркание восстановленного штрека, как правило, меньше затрат на поддержание штрека, пройденного вприсечку к выработанному пространству. Различие в затратах на поддеркание 1м выработки в год достигает 50-7С$. Отмеченные факты указывают на необходимость установления в каждом конкретном случае оптимального решения при выборе той или иной схемы подготовки выемочных участков. В качестве критерия оптимальности при решении этой задачи могут быть приняты суммарные затраты, связанные с проведением и поддержанием штреков, в течение всего срока их службы. . .

.• Оценка по данному критерию показала, что в условиях шахт "Алмазная", имени 50летия Октября и 'Таковская" нижней границей рационального ■'применения схемы с повторным использованием чрус-'"■ ичх треков при бесцеликоаой технологии следует считать глубины - с^о^гетствопно расгае 800, 250 й 7Ь0и. Необходимо отметить, что

к вопросу определения границ рационального использования схем подготовки выемочного участка следует подходиА как к важной практической задаче, ошибки при решении которой приводят, как правило, к значительному ущербу, связанному с возрастанием общих затрат на проведение и поддержание участковых выработок, а также потерей неизвлеченной металлической крепи штреков. '.

При использовании схемы с повторным использованием ярусных штреков работы по их восстановлению могут быть начаты только после завершения отработки столба. По мере перехода на более глубокие горизонты в связи с возрастанием смешений боковых пород увеличивается и продолжительность ремонта штрека, а следовательно, возрастает разрыв во времени между завершением работ в одном ярусе и пуском лавы в нижерасположенном ярусе. На глубинах свыше 700-800м величина этого разрыва соизмерима со временем проведения нового штрека. В связи с этим.переходят на ведение работ в панели по следующей схеме: в одном крыле панели отрабатывают столб, в другсм подготавливают к отработке очередной столб. Данная схема характеризуется минимальным уровнем пространственной концентрации работ. Среднегодовое число действующих лав в панели при использовании системы разработки в варианте "лава-ярус" равно примерно единиц®, что в 1,5-2,0 раза меньше значения соответствующего показателя на малых глубинах. Таким же низким уровнем пространственной концентрации работ характеризуется и схема подготовки участков с проведение^ присечных выработок, т.е. с увеличением глубины наблюдается тенденция к снижению количества одновременно работающих лав в панели. Негативными последствиями ртого является увеличение необходимого числа одновременно отрабатываемых панелей, а, следовательно, возрастание объёмов '/орно-проходческих работ и. удельной протяжённости поддерживаемых подготовительных выработок. На действующих шахтах, где не представляется возможным увеличить число панелей, это приводит к снижению объёмов добычи и резкому ухудшению экономических показателей.

Предпосылки для повышения концентрации работ в панелях создаются при проведении на границах панелей дополнительных фланговых выработок. Наличие этих выработок позволяет восстанавливать штрек для его повторного использования или проходить новый прксечной штрек одновременно с отработкой столба с определенным отставанием от забоя лавы. Однако до настоящего времени вта cxe-ма не получила широкого распространения на -негазовых тахтах вое' точного района Донбасса по следующим причинам. При нисходящем порядке отработки ярусов в панелях трудноразрешимой являются вопросы, связанные с обеспечением устойчивого состояния.фланговых выработок в течение всего срока их службы. Как правило, для охраны фланговых выработок предусматривается оставление эпа чительных по размерам целиков уг.ш, отработке, которых в перепек тиве является весьма проблематичной. В токе время целики не обеспечивают на больших глубинах безремонтного поддеркания этих выработок, что приводит к необходимости проведения в них ремонт ных работ и дополнительным затратам. При использовании совремеи нах высокопроизводительных механизированных комплексов, а, следовательно, большей длине выемочньп; столбов, достигающей 1500м и более, для обеспечения нормальных условий для выполнения работ по восстановлению штрека или проходке нового (присечного) штрека необходимо в каждом крыло панели проводить по две фланговые выработки. Т.е. по сравнению с традиционными схемами подготовки панелей на негазовых шахтах число основных подготовительных выработок в панели увеличивается на две. Кроме отмеченных недостатков при решении вопроса о целесообразности использования .схем с фланговыми выработками необходимо учитывать и следующее обстоятельство. В соответствии с утверждёнными МУП СССР "Указаниями по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР" присечные штреки рекомендуется проходить с отставанием от забоя лавы, дос тигающем 10 мес. При выполнении этой рекомендации разрыв во вре мени между завершением отработки столба и началом очистных работ в нда'¿расположенном ярусе будет достигать 10 мес. и более. •Данный факт означает, например, что при длине столба 1200м и скороо л подвигания лагы 100 м/мес. среднегодовое число лав в панели ~'удст примерно рагно единице.

Изложенное выше» свидетельствует о том, что вопреки распространенному мнении вопрос об использовании фланговых выработок с целью повышения концентрации работ в панелях при отработке негазовых шахт на больших глубинах не может быть реъен однозначно, В каждом конкретном случае целесообразность этого решения должна подтверждаться '¡■ехнико-акоиоиическим сравнением вариантов подготовки панелей с фльнгоьыми и без, фланговых выработок. Проведечшэ ксслядогшшя показал;!, что для большинства панелей

Л О Н Т п .

негаэовых глубоких шахт,' отрабатывающих пласты с 5» I 5 » % и , использова.шо схзм с фланговыми выработками является экономически нецелесообразным, . •

• Выполненный', анализ позволил сделать вывод о том, что в условиях глубоких негазовых шахт более пэрснектизшм направлением • . для существенного повышения уровня пространственной концентрации работ следует считать переход от столбовых систем рдсряботки в варианте "лава-ярус" к столбовым системам разработки, предусматривающим одновременную отработку двух и более рядом расположен- . ных ярусов. Имеющийся опыт отработки сдвоеивд ("спаренных") лав при бес?деликооо,1 технологии выемки пластов на больших глубина*, показал, что трудности реаяизшум этих систем сотаага, в основном, с решением вопросов обеспечения устойчивого состояния промежуточных ярусных штреков на участках, распоясяченвдх мезду одновременно отрабатываемыми лавами. Это обусловлено тем1, что в течение незначительного промежутка времени промажут очный вйтрек подвергается воздействии опорного давления, формирующегося впереди забоев обеих лав и у неподвияной краевой зош угольного массива. Причем воздействие опорного давления, формирующегося " впереди отстающей д^даы и вблизи краевой зош угольного массива совпадают во времени. Проблема усугубляется сложностью, а в ряде случаев и невозможностью проведения ремонтных работ в промажу точном. штреке без потерь добычи из-за его высокой технологической загруженности. Последнее обстоятельство явилось в р/щ® случаев одной из основных причин отказа от пр1шеиэния едзозтмх лав/на глубоких горизонтах шахт восточного района Донбасса,

Учитывая вышеизложенное, для доеттения поставленной в работе цели решались следующие задачи:;

1. Исследование влияния горногеологических факторов на состояние промежуточных штреков одновременно отрабатываемых сдвоенных лав.

2. Поиск эффективных способов повышения устойчивости промежуточных штреков в условиях интенсивного пучения пород почвы.

3..Исследование влияния очередности отработки рядом расположенных столбов и последовательности выемки ярусов на состояние ярусных штреков. .

4. Определение рационального расстояния между сдвоенными лавами по фактору - горное давление.

5. Разработки рациональных технологических схем отработки уклонных панелей негазовых шахт на глубоких горизонтах.

Ко второй главе приведены результаты анализа влияния горногеологических факторов на интенсивность и характер проявления горного давления в ярусных штреках. При анализе были использованы данные'исследований, проведенных лично и с участием автора при разработке пластов к|"в, , и- 8 5» а также данные других исследователей, полученные в условиях шахт восточного район! Донецкого бассейна. . .

Шахтные наблюдения проводились с использованием маркшейдерских приборов и традиционных методик, разработанных институтами ДонУГИ, ВНИМИ, ИГД им.А.А.Скочинского, ЛГИ и др.

Исследования выполнены для-следующих-диапазонов изменения горно-геологических условий: мощность пласта - 1,2-1,5м; угол падания'пласта 10-22°; глубина ведения горных работ 330-1000м; мощность, пород непосредственной почвы пласта, склонных к пучению - 0,5-2,2м; предел прочности пород, непосредственной почвы одноосному сжатию 20-50 МПа, В соответствии с классификацией вмещающих пород, предложенной Ленинградским гартм институтом (Б.П.Зубов) для условий глубоких горизонтов, вмещающие породы на участках проведения наблюдений относятся к первому и третьему классам.

'Всего.к анализу было принято более 115 случаев охраны участ-■ ковых подготовительных выработок, пройденных по простиранию пласта с подрывкой пород кров.ди и почий, ..•'.;

исследования показали, что при решении, вопросов , ■связанных -с поддержанием- промежуточных ярусных штреков сдвоен-

. II

пых лав, необходимо различать три характерных участка, условия поддержания штреков на которых значительно отличаются друг от друга: участок, расположенный вне зон влияния очистных работ; участок, находящийся в зоне опорного давления, формирующейся впереди опережающей лавы; участок, расположенный между лавами.

Регулируемыми являются интенсивность и характер смещений боковых пород на втором и третьем из указанных участков. Установлено, что качественные характеристики процесса смещений пород на этих участках зависят главным образом от очередности отработки сдвоенвдс лав, расстояния между лавами и скорости их подвигания.

Наиболее существенное влияние очередность отработки сдвоенных' лав оказывает на характер и интенсивность пучения пород почвы на участке промежуточного, штрека, расположенном между лавами. При переходе от схемы_с опережением верхней из сдвоенных лав к схеме с опережением нижней лавы скорости и коь-чиые величины пучекия пород почвы на -'данном участке уменьшаются в 1,5-3,5 раза. Различия конечных величин смещений пород почвы зависят, в основном, от мощности слоя пучащих пород и угла падения пласта. При увеличении мощности слоя пучащих пород и уменьшении'угле, падения пласта различия интенсивности пучения пород почвы при различной очередности отработки, лав становятся менее существенными.

Переход на схему с опережением нщней лавы приводит также к снижению неравномерности пучекия пород почвы по ширине игреков. При отработке сдвоенных-столбов с опережением верхней лавы максимальные смещения пород почвы наблюдаются со сторош восстания, минимальные' - со стороны падения пласта. Различия в скоростях смещений почвы по ширине пролета штрека достигают 50-70$. При использовании схемы с опережением ншшей лавы эти различия не превышают 15-20$.•Отмеченные факты имеют важное значение при решении вопроса- о взаимном расположении сдвоенных лав. Снижение неравномерности смещений пород почвы штрека приводит к увеличению предельной величины пучения, при которой возникает необходимость в подрывке почвы по условиям транспорта. Следует отметить, ч?о при использовании схем с опережением верхней лавы необходимость в подрывке почвы из-за неравномерности её смещений возникает при величинах пучения пород, равных 250-ЭБ0мм. \

Существенного влияния очередности отработки сдвоенных лав на опускания пород кровли в. промежуточных штреках не установлено. .При проведении исследований было зафиксировано как незначительное (до, Ю-1Ё50 увеличение, так и незначительное (до 10-25%) уменьшение опусканий пород кровли при переходе на схему с опережением нижней лавы.

'Увеличение опусканий пород кровли наблюдалось обычно при отработке пластов. с вмещающими породами Ш класса, уменьшение при отработке пластов с вмещающими породами I и П классе по классификации ЛГИ.

Переход на схему с опережением нижней лавы приводит к уменьшению величин сближения ножек крепи промежуточных штроков на участках, расположенных между лавами. Я условиях отработки пластов к|~в 'и Е 5 ото уменьшение, составляет 25-45$. Следствием этого являагся, как правило, повышение устойчивости крепи штреков, что связано со снижением степени её деформирования в-замковых соеди-. нениях.

Вторым фактором, оказывающим определяющее влияние на интенсивность смещений пород на участках промежуточных штреков, расположенных в зонах влияния сдвоенных лав, является расстояние между левами. Исследования показали, что характер влияния этого фактора на процесс, смещений повод в зоне опорного давления первой лавы неодинаковый в различных диапазонах изменения величины расстояния между лавами, Если принять за исходную позицию расположение, лад на одной линии, то вначале, по мере увеличения расстояния между лавами, интенсивность смещений пород в штреке возрастает. При увеличении этого расстояния до некоторого предельного ■ значения смешения начинают уменьшаться. Величина предельного расстояния для рассматриваемых горно-геологических условийсоставляет 0,3-0,4 общей шг,грины зоны опорного давления ( Ь, возника-. •кщей впереди отстающей лавы. Уменьшение интенсивности смещений продоляается до возрастания расстояния между' лавами до величины равней ^ <>• Дальнейшее увеличение расстояния между лавами не влияет на интенсивность смещений пород в зоне опорного давления ; опережающей'лавы.

Максимальные суммарные смешения в зоне влияния опережашей

лавы, зафиксированные при расстоянии между лавами 0,2-0,3 Ь. 2» в 1,7-1,0 раза превышают соответствующие величины при нахсведении лав на расстоянии друг от друга,' превышающем I. ; • ••

В отличие от суммарных смещений в зоне опорного давления опережающей лавы суммарные смещения на участке промежуточного штрека, расположенном между лавами, возрастают постоянно. При этом наиболее существенный рост смещений наблюдается при увеличении расстояния йежду лавами до 0,25-0,5 ширины зоны опорного давления, возникающей впереди отстающей лавы, В дальнейшем прирост смещений находится в прямой зависимости от прироста расстояния между лавами. .

Влияние скорости подвигания лав на интенсивность смещений пород на рассматриваемых участках промежуточного штрека характеризуется следующими данными. Снижение скорости подвигания лав приводит к возрастанию конечных величин смещений пород в промежуточном штреке как в зоне опорного давления опережающей лавы, ! так и на участке, расположенном между лавами. При этом наиболее "чувствительным" к уменьшению скорости подвигания лав является второй из указанных участков. Так, при снижении скорости подвигания лав с 80-100 до 30-50 м/мес. конвергенция .в зоне опорного давления опережающей лавы возрастает на Г.5-ЗЖ, на участке штрека между сдвоенными лавами в 1,5-3 раза и более. '

Анализ случаев проведения ремонтных работ в промежуточных' штреках показал, что на глубинах более. 500-600мопри применении схемы с опережением верхней лавы в подавляющем большинстве случаев потеря устойчивости штреков прямо или косвенно была связана с пучением пород почвы. Доля пучения в кошергенции достигала 70-855?. В абсолютных величинах конечные значения пучения пород почвы при скорости подвигания лав 60-80 м/мес. и расстоянии между лазачи. 20-40м составили: 500-1200шв зоне опорного давления опережающей верхней лавы, ЗЭ0-1ЭЭ0ш на участке между лавами. Сближение ьожек крепи составляло обычно 15-20$ от величины сближения кровли и почвы штрека.

При использовании схемы с опережением нижней лавы дрля пучения в конвергенции, как правило, не превышает Э0-4СЙ. Это объясняется тем, что. опережение нижней лавы приводит к полней разгрузке области массива, расположенного со стороны падения от

промежуточного штрека, т.е. устраняется главная причина пучения пород почвы в штреке, с которой связано более 70/5 суммарных сме-.. дений.

В результате обработки данных шахтных исследований для условий отработки пластов £ и К^ установлены выражения, позволяющие определить величины пучения пород почвы и опускания пород кровли на участке промежуточного штрека, расположенном между лавами, от основных влияющих факторов, с погрешностью определения указанных величин 25-30^.

В третьей главе приведены результаты шахтных исследований проявлений горного давления на концевых участках сдвоенных лав, при-лех'ающкх к промежуточному штреку, и динамика простоев лав в различных горно-технических ситуациях..

. Исследования опказали, что изменение очередности отработки лав приводит к изменению состояния кровли на их концевых участках. При опережении верхней лавы в наиболее неудовлетворительном-состоянии находятся породы кровли в нижней лаве. Площадь вывалов на удалении 2-8м от промежуточного штрека достигает 33-40^ от наблюдаемой поверхности кровли, высота вывалов - 0,6-0,7м. Причиной вывалов является повышенная нарушенность пород непосредственной кровли двумя взаишо-пересекавщимися системами трещин. Трещины одной из отих систем, примерно, параллельны оси промежуточного штрека, трещины второй системы расположены под углом ' 0-35° к линии очистного забоя. Состояние кровли в верхней лаве при рассматриваемой схеме характеризуется сравнительно небольшой интенсивностью вывалов: площадь вывалов обычно не превышает 10-12?, высота вывалов составляет 0,3-0,4м.

' При переходе к схеме с опережением шяней лавы состояние на концевых участках лав существенно изменяется. В этом случае более высокая интенсивность обрушений кровли наблюдается в верхней лаве. Ка расстоянии 2-8м от промежуточного штрека площадь вывалов составляет 25-Зз$, их высота - 0,4-0,см. В нижней лаве иа аналогично расположенных участках площадь вывалов варьируется в пределах от 2 до 10$, высота вывалов не превышает 0,4м.

Как с.лдуёт из приведенных данных схема с опережением верхней и схема с опережением нижней лазы по фактору "состояние кровли

на концевых участках лав" являются практически равноценными.

Увеличение расстояния между сдвоенными лавами,- независимо от очередности их отработки, приводит к возрастанию интенсивности обрушений'яров.пи в отстающей лаве и сникению интенсивности обрушений кровли в опережающей лаве. Рост интенсивности обрушений кровли-в отстающей лаве происходит, как правило, при увеличении разрыва между лаваш до величины,,примерно, равной шагу осадки основной кровли. В дальнейшем основные показатели интенсивности вывалов остаются практически без изменения. Минимальные' значения показателей интенсивности вывалов в отстающей л .'две, зафиксированные при расстоянии между лавами 2,5~1м отличаются от максимальных значений соответствующих показателей, наблюдаемых при расстоянии между лавами, превышающем шаг осадки основной кровли, в 1,5-3,5 раза.

В - опережающей лаае с увеличением расстояния между лавами интенсивность вывалов снижается. Различия между максимальными и . минимальными значениями показателей интенсивности вывалов з этой лаве не превышают 70-00$,

Влияние скорости подвигалия лав наиболее существенно сказывается на состоянии, пород кровли.в отстающей лаве. Так, при отра-. ботке пластов К^"3 и £ ^ на глубинах бОО-ОООм и расстоянии между лавами 20-45м снижений скорости с 70-50 до 30-50 м/мес. приводило к увеличению площади выаалов на концевых участках, отстающих лав в 1,7-2,5 раза. Высота вывалов при этом возрастала в 1,1-1,5 раза. В рассматриваемых условиях изменения основных показателей интенсивности вывалов в опережающей лаве обычно не превышали 30-40.

Распределения случайных простоев сдвоенных лав. иллюстрируются диаграммами, приведенными на рис.Т. Из рис.1, в частности, : следует, что при 3 < 7-15м около'7?? от общей продолаительности простоев опережающей лавы связано с взаимным влиянием работ, выполняемых на концевых участках лав, прилегающих к промежуточному штреку. При увеличении расстояния-между- лазами до 1СО-1йОм и более продолжительность простоев по данной причине снижается до б % , а*продолжительность простоев, связанных с выполнением .. ремонтных работ в штреке, возрастает до, ": . . . ■"■"■•

а »У.

Ж

лбГ.

45%

I

н .

зг/.

15% •

V/

У/. /Г.

ззг.

е% -

Г/////Л1

I

КЧЧЧЧЧУ*

■■Рис.IV Распределения простоев в опережавшей (а,в) и отегащей; (б,г) лавах при 5<5т1а(а»б) и 5>5тах Св^г ),связанных: 1-е взаимным влиянием работ на кониевых участках лав,

2-, с Еозрастанисм интенсивности рквплов; ..

3-е ремонтом игрека; :

В четвертой глава. приведены рекомендации по планированию горных работ в уклонных панелях при отработке тонких и средней мощности пологих угольных пластов на глубоких горизонтах негазовых шахт.

На основании анализа результатов шахтных исследований и тенденций иамэнения с глубиной технико-зканомических показателей работы шахт восточного района Донбасса сделан вывод о том, что в качестве конструктивной основы пространственно-планировочных решений в уклонных панелях глубоких шачт следует считать варианты столбовых систем разработки с одновременной отработкой 2-х и более рядом расположенных выемочных столбов.

От известных планировочных решеьий, основанных на использовании столбовых систем разработки а вариант "сдвоенные"'и "спаренные"- лавы, рекомендуемые технолопгаескиэ схеш отличаются взаимным расположением одновременно отрабатываемых лав. В*известных схемах производится опережающая отработка выше расположенных столбов, в рекомендуемой - с иеснихаешм опережением отрабатывается нижний столб. При ведении горных работ на больших глубинах, характеризующихся интенсивным неравномерным пучением пород почвы-в штрехах, переход на схому о опережающей отработкой нит.ераспол ежеиного столба прозоля-г в 1,6-3,5 раза уменьшить величины пучения пород почвы промежуточных шгрокоа без проведения дополнительных мероприятий по их охране.

Учитывая то обстоятельство, что в условиях глубоких горизонтов до 70-8СЙ конвергенции в штреках составляет пучение пород почвы, а также то, что в 75-90$ случаев ремонтные работы в промежуточных штреках прямо или косвенно связаны именно с деформированием пород почвы, рекомендуемое изменение взаимного расположения лав позволяет расширить область применения гтолбовых систем раьработкч в вариантах "сдвоенные" и "спаренные" лавы.

На шахтах АО "Гуковуголь" предельная глубина экономически оправданного использования этих вариантов при переходе на схему с опереженим нижней- лавы возрастает: с 550-050 до 800-900м при отработке пластов К6, К^"® й К| , с 750-800 до 100- 1100м при отработке пластов ^ б и 6 б •

Проведенные исследования показали, что при определении-взаимного расположения сдвоенных лав необходимо различать минималь-

.нов и максимальное предельные расстояния между которыми находится область значений рациональных расстояний.

' В общем случае величина минимального предельного расстояния между лавами определяемся из выражения ^

теки Sm-,a= max(Smin ',Smjn,Sm|rt).

где:- минимальное предельное расстояние по фактору "организация раббт"., при снгекении которого возникают трудности совмещения технологических процессов на t концевых участках лав, прилегающих к промежуточно-

«У штреку;

- минимальное предельное расстояние по фактору "управление кровлей", при сникении которого отстающая лава оказывает отр-цательное влияние на состояние кровли на прилегающем к промежуточному штреку концевом участке опережающей лавы;

-Smin - минимальное предельное расстояние по фактору "пучение пород почвы", при сникении которого отстающая лава оказывает отрицательное влияние на пучение пород почвы в промежуточном'штреке впереди / опережающей лавы.

.Величины максимальных предельных расстояний между сдвоенными лавами зависят от многих горно-техничоскчх факторов, основ- . ными из которых являются мощность пласта, способ охраны и вид крепи промежуточного штрека, интенсивность смещений пород кровли и почвы штрека. .

В каждом конкретном случае величина максимального предельного расстояния мезду лавами ( Бцщ ) определяется из выраже-

S так = win (S , S щах)»

-п • • •

где: S^jji - максимальное предельное расстояние между лавами по

фактору "пучение пород почвы", при превышении которого наблюдается сшлешге нагрузки на лавы, связанное с проведением работ по подрывке пород почвы в •'"■■. кр - промежуточном штреке на участке междулавами;

^шах ~ максимальное предельное расстояние между лавами по фактору "ремонт крэпи", прк превышении которого на-

1я

опршление

еяги ей"

Определение: Э^ып

1.

определение и

Изменить спасе:

ОХРАНЫ. ДСЛО/ШИТЕЛЬИЫЕ М£Р9ПРияТМ<|

Условия

работы лао одинакоэые

Опережающая лава ра501ает в не-

5Лагоп?нятных !услое.

-г

Отстающая лава работает в 'нем. го приятных услсе

1 Г 3

а а3пих"аз Ь

—и >

Рис.2, йтак-схема алгоритма щзи опредояонии доюгёлъ} ного расстояния Бр йз^пу сдговнндаи ларшф. ■

блюдается снижение нагрузки на лавы, связанное с заменой элементов крепи при перекреплении промежуточного штрека между лавами.

Для условий разработки пластов К| и Е § на глубоки«

шахтах АО "Гуковуголь" построении номограммы, позволяющие с допустимой для практических целей погрешностью определять величины • ^тах и 5тт .

Блок-схема алгоритма при определении'рационального расстояния между сдвоенными лавами (Зр) пргщедена на рис.2, Параметры а^ и а^ учитывают вероятность неравенства скоростей поджигания лав в различные периода их работы. Для рассматриьаекгх горно-геологическюс условий 1&4, 2Эм.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дало решение актуальной задачи повышения надёжности работы очистных забоев при столбовых системах разработки в варианте "сдвоенные лавы" и расширения области рациональ-' ного использования этих систем.

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем; : , :

1. Установлено, что одной иа основных причин снижения тйсийко-экономических показателей угледобычи при столбовых системах разработки пластов по мера парохода горных работ на более глубокие.горизонты является возрастание трудиоотей обеспечения устойчивого состояния участковых подготовительных выработок. При использовании столбовых систем раеработки'одаоенными (спаренными) лавами наиболее "узким" эвеном является участок прок|®жуточного штрека, расположенный между давами,

2. Сделан вывод о том» что отсутствие надёжных способов обес- ' печения устойчивого состояния штреков, поддерживаемых эв лавой, является одной на главных причин снижения уровня пространственной концентрации горных работ в панелях и повышения удельной протяжённости проходимых подготовительных выработок при переходе на отработку более глубоких горизонтов. -

3. Йыявлене, «то увеличение расстояния между сдвоенными лавами до некоторого.предельного расстояния приводит как к положи- '

тельному, так и отрицательному влиянию на проявления горного давлгпия в промежуточном штреке и на концевых участках лав, прилегающих к штрекам. К отрицательным проявлениям горного давления относятся увеличение интенсивности вывалов на участке отстающей лавы, прилегающем к промежуточному штреку, и возрастание величин и скоростей смещений пород на участке промежуточного штрека, расположенного между лавами. Положительными последствиями увеличения расстояния между лавами являются снижение интенсивности обрушений кровли на участке опережающей лавы, прилегающем к промежуточному штреку, а также снижение величин к. скоростей пород кровли и почвы в промежуточном штреке на участке, расположенном в зоне опорного давления, возникающей впереди опережающей лавы.

4. Установлено, что при разработке угольных пластов на больших глубинах одним из основных факторов, опре;, ляющих величину рационального расстояния мекду сдвоенными лавами, является интенсивность проявления горного давления в промежуточном штреке и на концевых участках лав, прилегающих к промежуточному штреку. На относительно небольших глубинах (до Э00-400м) наибольшее влияние на величину рационального расстояния между лавами оказывает интенсивность смещений пород на участке штрека, расположенном между лавами. При переходе горных работ на более глубокие горизонты возрастает роль обрушений пород кровли на концевых участках лав, прилегающих к промежуточному штреку.

Б. Доказано, что в отличие от общепринятой схемы взаимного расположения сдвоенных лав, предусматривающей оперекаюшую отработку верхнею столба, в условиях глубоких горизонтов с опережением следует отрабатывать нижний из сдвоенных столбов. Использование рекомендуем* Я схемы в рассматриваемых горно-геологических условиях позволит без проведения дополнительных мероприятий по охране промежуточных штреков снизить затраты на их лоддержание в I,4-1,8 раза и более, а также расширить область рационального применения столбевьк: систем разработки в варианте "сдвоен-, ные лавы".

б. Установлено, что при использовании столбовых систем разработки, в варианте 'удвоенные лавы" продолжительность случайных простоев отстающей лазы больше продолжительности случайных прос-

р.?. '

тоеп опережающей лавы. С Целью исключения увеличения расстояния межпу лавами до величин больше предельно, при которых устойчивость промежуточного штрека не может быть обеспечена, рекомендуется при отработке пластов

4~в и К6

длину опережающей лавы принимать на 8-1531 больше длины отстающей лавк. '

7. Сделан -вывод о том, что реличицу минимально допустимого расстояния между сдвоенными лавами следует определять главным образом ;¡o двум факторам:

Р из условия обеспечения минимал1ной Су:марной интенсивности вывалов на кониевых участках л»в, прилегающих к промежуточному штреку; •

2) из условия исключения взаимного влияния производственных процессов на''концевых участках лав. '■'. 3. В основном, фактором, определяющим величину опускания пород кровли промежуточного игрека на участке между лавами, является расстояние до опережающей лавы. До 90% общих опусканий кровли происходит при увеличении этого расстояния до 0,8~Т,3 '■:дтт лазм. Данный факт указывает на то, что "Указания по ра-писнальному расположению, охране и поддержанию выработок..."

не могут быть непосредственно использованы для определения величин oir/скания кровли на участке менаду 'сдвоённыуи лавами* Фактические смещения отличаются от определэнннх в соответ-стгш! с "Указаниями ..." в 6-7 раз к более. • ' ' .

■ 7.5. Достигнута высокая-экономическая айФективкос^ь ■ примене- • ния• столбопой системы -разработки сдвоенными, лавами а оптималь-rtw.w лораметрэш.ик расположения на шахтвх.

; Тах, только на шахте "Чуковская" за счет npiíKrerieHMя этой Ьистемы я пане ни 46.щ период с ОТ. 07.1987 г. по ЗГ.Т2Л99?г. я/ммарнн» йкономчческий эфф^Т/ составляет болзе 048 ¡ллн.рубле», :'s сре^не^одово«» -"свыше 154 млн.рублей (в ценах на ОТ.01 Л993г;и

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В .

СЛЕДУЩИХ РАБОТАХ:

1. Обобщение опмта охраны участковых подготовительных выработок на больших глубгнах при беспеликовой выемке. Добыча угля подземным способом. ЩИЭИуголь, вып.19, М.1988,(соавтор Селиванов Ю.А.-'.

2. Методические рекомендации по предотвращению вывалов пород ti3 кровли в лапах, отрабатываем;« т больших глубинах

в условиях шахт восточного района Донбасса.. Шахти, 1986, 57 с. (соавторы Зубов В.П., Анцрупшеви* С.Г., Иванов A.A., Лаз«ен-ко К.Н.Ч

3. Альбом схем вскрытия, подготовки и систем разработки' ' пологих пластов Донбасса на больших глубинах с расположением, выработок в разрружешлх зонах. М, 1990, 160 с. (соавторы Видул1м А.Е., Бахтин А.Ф; ндр-Ч '

4. Руководство по управлению горным давлением на выомочных ■/'. участках шахт Восточного Двкбасоа. Шахты, 1992, 2.Т4 с. (соавторы Боццаренко А.П., Луганпзв Б.Б., Беликов В.В. и др.х.

5. Споссб разработки сближенных пластов угля. Авт. сеид. СССР № II51673, 1984. (соавторы Мельников О.И., Коффе. Л.Я. и др. \

6. Способ разработка*, пластов полезных ископаемых кь боль-ппх глубинах. Авт.свод. СССР"' 1479645. Бюллетень изобретений '

Т8, Т939. 'соавторы ЗуЗов ß.Ii., Лазченко К.Н., Иванов A.A..

7. Опыт проведения присечной выработки навстречу действующему очистному забою. Журнал "Уголь" 6/199?! г. (соавторы ' Савин В.А., Райский' В.В.1.

- 8. О надежности по^готсbi;ельннх участковых выработок.' Журнал "Уголь" 6/199° г. 'соавторы Савин З.А., 7'ерентьев Б. Л. \

ГШ С-ПГН. 05.1... ЭЗ. 3.217 т.80 '-КЗ. '199026,'Санкт-Петербург, 21-я липпя, 2