автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Обоснование параметров технологических схем выемочных участков при высоком уровне концентрации горных работ

/пп-5

Министерств© топлива и энергетики РФ ОАО «Шахта Воргашорская»

На правах рукописи

Соколов Александр Борисович

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ВЫЕМОЧНЫХ УЧАСТКОВ ПРИ ВЫСОКОМ УРОВНЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ГОРНЫХ РАБОТ (на примере отработки пласта «Мощный» шахты «Воргашорская»)

Специальность; 05,15.02.— «Подземная разработка месторождений

полезных ископаемых»

Диссертация на соискание ученей степени кандидата технических наук

Научный руководитель; профессор, докт. техн, наук

Зубов Владимир Павлович

Санкт-Петербург 1999 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение.................................................................................... 4

1. Анализ эффективности и перспектив использовании известных технологических схем при отработке пологих угольных пластов... 9

1.1. Анализ состояния и перспектив использования известных систем

разработки пологих угольных пластов................................... 9

1.2. Способы обеспечения технологически удовлетворительного состояния участковых подготовительных выработок............... 23

1.2.1. Оценка способов охраны повторно используемых участковых подготовительных выработок.................... 24

1.2.2. Оценка способов охраны, включающих проведение выработок вприсечку к выработанному пространству..... 36

1.3. Анализ надежности выполнения крепями участковых подготовительных выработок функции поддержания при бесцеликовой технологии отработки пластов.,,,,,,,......................... 39

1.3.1. Анализ работоспособности узлов податливости и рабочих характеристик крепи.............................................. 40

1.3.2. Конструкции крепей участковых подготовительных выработок и направления их совершенствования,........... 45

Выводы по главе ..................................,....................... 49

2. Особенности отработки пласта «Мощного» в условиях шахты «Воргашорская».................................................................. 51

2.1. Особенности горно-геологических условий отработки пласта

«Мощного» .................................................................. 51

2.2. Технико-технологические резервы улучшения экономических

показателей работы шахты .............................................. 55

2.2.1. Состояние и направления совершенствования технологической схемы тахты................................ 55

2.2.2. Динамика основных технико-экономических показателей

работы тахты .............................................................................59

2.3. Влияние монтажно-демонтажных работ на эффективность

использования механизированных комплексов ,.,,,,,.,,,.,,.,.,.,. 68 Выводы по главе ...............................................................................................72

3. Исследования влияния горнотехнических факторов на основные технологические процессы в выемочном участке....................... 74

3.1. Исследование процессов деформирования участковых подготовительных выработок в зонах влияния очистных работ ... 74

3.2. Исследование влияния длины лавы на величину среднесуточной нагрузки на очистной забой ............................................... 97

3.3. Исследование влияния длины выемочного столба на величину среднесуточной нагрузки на очистной забой.......................... 100

Выводы по главе .............................. ............................................ ПО

4, Рекомендуемые технологические схемы подготовки и отработки пласта при использовании высокопроизводительных механизированных комплексов..................................................................112

4.1. Сущность рекомендуемых технологических схем .................. 113

4.2. Основные параметры рекомендуемых технологических схем и методики их определения ................................................. 118

4.2.1. Методика определения ширины целика, оставляемого для

охраны вентиляционного штрека второй лавы.............. 119

4.2.2. Методика определения параметров областей повышенной

нарушенности пород непосредственной кровли ......... 126

4.23. Методика определения длины не погашаемого участка

откаточного штрека ........................................... 140

Выводы по главе ............................... ........................................... 146

5» Направления совершенствования технологической схемы шахты «Воргашорская» и технико-экономическая оценка разработанных рекомендаций..........................................................................148

5.1. Направления совершенствования технологической схемы шахты «Воргашорская»................................................ 148

5.2. Технико-экономическая оценка рекомендуемой схемы подготовки и отработки выемочных столбов ...................... 151

5.3. Оценка экономического эффекта связанного, со снижением стоимости монтажно-демонтажных работ...................................157

5.4. Рекомендуемые паспорта крепления анкерной крепью участковых подготовительных выработок.......................... 159

Выводы по главе................................ .............................................................................163

Основные выводы............................... ......................................... 164

Литература................................................................................. 168

Приложения (Акты о внедрении результатов диссертационной работы) ... 176

ВВЕДЕНИЕ

В современных рыночных условиях функционирования угольной отрасли, характеризующихся резким снижением уровня господдержки, превышением предложения над спросом и усилением конкурентной борьбы за рынки сбыта за платежеспособного потребителя, наиболее актуальными являются вопросы, связанные со снижением издержек производства до уровней, обеспечивающих конкурентоспособность их угольной продукции,

К числу основных направлений решения этих вопросов относятся: модернизация фактически сложившихся технологических схем шахт на основе использования современной высокопроизводительной выемочной техники и расширение области использования анкерной крепи в качестве основной крепи участковых подготовительных выработок.

Учитывая высокую стоимость очистных механизированных комплексов нового поколения, особенно зарубежных, большое значение приобретает решение задачи максимальной реализации их потенциальных возможностей по достижению высоких среднесуточных нагрузок на очистной забой. Особое практическое значение эта задача приобретает в случаях, когда нормативная наработка комплекса на отказ по общему объему превышает фактически имеющиеся запасы, заключенные в отрабатываемом столбе. В этих случаях выполнение монтажно-демонтажных работ, связанное с переходом во вновь подготовленные выемочные участки, как правило, приводит к значительному экономическому ущербу, обусловленному высокой трудоемкостью и потерями добычи (до 25 %) в периоды выполнения монтажно-демонтажных работ, снижением коэффициента использования механизированных комплексов (до 0,75 и менее), невосполнимым потерям добычи до 40-50 %, связанным со снижением нагрузки на лаву в начальный и завершающий периоды отработки столба. Естественный выход из данной ситуации - увеличение длины выемочных столбов до их рациональных значений, составляющих при отработке пологих пластов мощностью 2,5-3,5 м более 2-2,5 км. Однако, как показывает практический опыт, увеличение длины выемочных столбов, наряду с положительным эффектом, связанным с уменьшением общего числа перемонтажей лав, приводит к усложнению решения не менее важных для шахты вопросов: проветривания и транспорта при проведении участковых подготовительных выработок и обеспечения их устойчивости в течении всего срока службы. Последнее из

указанных обстоятельств, приобретает особое значение при креплении участковых тодготовителъных выработок анкерной крепью. Использование анкерной крепи в качестве основной крепи участковых подготовительных выработок, испытывающих влияние очистных работ, наряду с оборудованием лав современными механизированными комплексами, требует коренного пересмотра отношения к традиционным бесцеликовым схемам отработки пластов и идее повторного использования участковых подготовительных выработок,

В условиях рыночных отношений в качестве основного критерия целесообразности применения той или иной технологической схемы следует считать уровень издержек производства при обязательном условии обеспечения безопасности работ.

Поиску внутренних резервов снижения издержек производства за счет совершенствования технологических схем шахт посвящены работы многих исследователей, среди которых необходимо отметить работы, выполненные в СГТГТИ(ТУ). ВПИМИ. МГИ, ИГД им. A.A. Скочинского, и других организациях. Особенность данной работы заключается в комплексном подходе к решению указанной задачи с учетом как положительного, так и отрицательного влияния увеличения длины столба на технико-экономические показатели шахты.

Цель работы. Разработка эффективных технологических схем подготовки и отработки выемочных участков, позволяющих снизить издержки производства при отработке пологих угольных пластов мощностью 2,5-3,5 метра высокопроизводительными очистными комплексами и использованием анкерной крепи в качестве основной крепи участковых подготовительных выработок.

Идея работы. Схемы подготовки и отработки выемочных участков необходимо определять с учетом вида крепи участковых подготовительных выработок и закономерностей процессов деформирования и разрушения пород непосредственной кровли пласта в областях, расположенных над краевыми частями угольного массива, прилегающих к выработанному пространству. Задачи исследований:

-анализ эффективности и перспектив использования известных технологических схем отработки пологих пластов мощностью более 2,5 метра;

-изучение характера и степени влияния горно-геологических и технических факторов на параметры технологических схем подготовки и отработки выемочных столбов;

-оценка эффективности и целесообразности использования различных способов охраны повторно используемых участковых подготовительных выработок при отработке пологих пластов мощностью более 2,5 метра;

-исследование динамики среднесуточной нагрузки на лаву в различные периоды отработки выемочных столбов;

-исследование влияния горно-геологических факторов и видов крепи на процессы деформирования пород в повторно используемых участковых подготовительных выработках при мощности пласта более 2,5 метра.

-обоснование параметров рекомендуемых технологических схем выемочных участков при выемке пологих пластов мощностью 2,5-3,5 м высокопроизводительными очистными комплексами.

Методы исследований. Исследования проведены комплексным методом, включающим анализ и обобщение результатов исследований других авторов, опубликованных в горнотехнической литературе, аналитические исследования процессов разрушения пород непосредственной кровлж над краевыми частями угольного массива, шахтные наблюдения за процессами деформирования крепи и вмещающих пород в участковых подготовительных выработках, обработку полученных результатов с использованием методов математической статистики.

Защищаемые научные положения.

1. Необходимым условием эффективного использования анкерной крепи в качестве основной крепи участковых подготовительных выработок, поддерживаемых в зонах влияния очистных работ, при отработке пологих пластов мощностью 2,5-3,5 метра является оставление целиков угля между выемочными столбами,

2. При подготовке выемочных столбов параллельными штреками и креплении выработок анкерной крепью ширину междуштрековых целиков следует принимать более глубины распространения в массив непосредственной кровли над краевой частью угольного пласта, прилегающей к выработанному пространству, области повышенной нарушенности пород трещинами эксплуатационного происхождения.

3. При использовании столбовых систем разработки одинарными лавами высокий уровень концентрации горных работ, затрат на поддержание участковых подготовительных выработок и монтажно-демонтажные работы достигаются при использовании рекомендуемых технологических схем, предусматривающих

последовательную отработку рядом расположенных столбов во взаимно противоположных направлениях.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Установлены закономерности процессов деформирования пород непосредственной кровли над краевыми частями угольного массива в зонах влияния очистных работ при отработке пологих пластов мощностью 2,5-3,5 метра.

2. Установлен характер и степень влияния основных горнотехнических факторов на глубину распространения в массив зон повышенной нарушенное™ угольного пласта и пород непосредственной кровли трещинами эксплуатационного происхождения.

Практическая значимость работы:

- сформулированы основные принципы проектирования технологических схем подготовки и отработки выемочных участков, реализация которых позволяет снизить издержки производства при отработке пологих пластов мощностью 2,53,5 метра высокопроизводительными механизированными комплексами;

- разработан инженерный метод оценки минимально необходимой ширины целиков между выемочными столбами при креплении участковых подготовительных выработок анкерной крепью;

- разработаны технологические схемы подготовки выемочных участков одинарными лавами, обеспечивающие высокий уровень пространственной концентрации горных работ, устойчивое состояние выработок, закрепленных анкерной крепью и снижение стоимости монтажно-демонтажных работ;

- установлены максимальные длины участков ярусных штреков, допускающие их безремонтное поддержание для повторного использования при отработке смежных столбов.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обосновывается значительным объемом проанализированной и обобщенной исходной информацией, большим количеством шахтных экспериментов, высокой сходимостью результатов аналитических исследований с данными шахтных инструментальных наблюдений. Шахтные исследования проведены более чем в 20 подготовительных выработках. Погрешность определения основных параметров технологических схем не превышает 10-15 %.

Реализация результатов работы.

Установленные зависимости и разработанные рекомендации

использованы; ОАО «Шахта Воргашорская» при решении вопросов, связанных с подготовкой и отработкой лав 252-Ю, 352-Ю; АО «СПб-Гипрошахт» для разработки «ТЭО целесообразности применения системы разработки длинными столбами по простиранию и падению пласта с оставлением межстолбовых целиков в условиях шахты «Воргашорская»; АО «Интауголь» и АО «СПб Гипрошахт» при разработке перспективных планов развития горных работ шахт «Западная», «Интинская», «Капитальная»,

Апробация работы,

Основные положения диссертационной работы докладывались на Международном симпозиуме «Горное оборудование, переработка минерального сырья, новые технологии» (СПб, 1996 г.), технических совещаниях на шахте «Воргашорская», шахтах «Западная», Интинская» и «Капитальная» АО «Интауголь», технических совещаниях «СПб Гипрошахт» и BI S ИМИ.

Личный вклад автора работы.

Выполнен анализ отечественного и зарубежного опыта отработки пологих угольных пластов средней мощности, на основе которого сформулированы цели и задачи исследований, разработаны методики шахтных наблюдений. Проведены шахтные и аналитические исследования, на основании которых разработаны рекомендации по совершенствованию технологических схем отработки угольных пластов и креплению подготовительных горных выработок в условиях Воргашорского и Интинского месторождений.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 8 научных работ.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, основных выводов и списка использованной литературы из 91 наименования, изложенных на 174 страницах машинописного текста, включая 59 рисунков и 17 таблиц.

Автор выражает глубокую признательность за консультации, методическую помощь при выборе направлений исследований и анализе полученных результатов научному руководителю проф. Зубову В.П., за помощь, оказанную при проведении шахтных экспериментов главному маркшейдеру Кашину C.B., главному геологу Иванову В.Г. и директору по экономике шахты «Воргашорская» Бугаенко Н.А

1. АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ И ПЕРСПЕКТИВ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИЗВЕСТНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ОТРАБОТКИ ПОЛОГИХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ

В соответствии с поставленной в работе целью задачами исследований на данном этапе являются:

1, Оценка эффективности и перспектив использования традиционных систем разработки пологих угольных пластов,

2, Оценка эффективности применения известных способов охраны участковых подготовительных выработок за лавой,

3, Оценка надежности выполнения металлическими арочными крепями своих функций при бесцеликовой технологии отработки пластов и повторном использовании участковых подготовительных выработок,

1.1. Анализ состояния и перспектив использования известных систем разработки пологих угольных пластов

К числу основных направлений и технических решений определявших прогресс технологии и техники при подземной разработке пологих угольных пластов в последние 20-30 лет относились:

- расширение области использования столбовых систем разработки;

- перевод отрасли на ресурсос�