автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Обоснование параметров технологии размещения породы от проведения подготовительных выработок в шахте

Государственный комитет Российской Федерации по высшему образованию

Московский государственный горный университет

РГ8 ОД

На правах рукописи

6

ГОРДИЕНКО Владислав Никандрович

УДК 622.272.001.57

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИИ РАЗМЕЩЕНИЯ ПОРОДЫ ОТ ПРОВЕДЕНИЯ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК В ШАХТЕ

Специальность 05.15.02 — «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1994

Работа выполнена в Московском государственном горном университете и производственном объединении «Антрацит».

Научный руководитель канд. техн. наук, доц. ШАРОВАР И. И.

* Официальные оппоненты:

докт. техн. наук, проф. КРАШК.И-Н И. С., канд. техн. наук, доц. ЗУБОВИЧ В. С.

Ведущее предприятие — ПО «Гуковуголь».

Защита диссертации состоится « ^ . 1994 г.

в У. ( час. на заседании специализированного совета К-053.12.02 в Московском государственном горном университете по адресу: 117935, (Москва, В-49, Ленинский .проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Ученый секретарь специализированного совета

канд. техн.. наук, с. и. е.,'КОРОЛЕВА В. Н.

Автореферат разослан

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Ежегодно угольная промышленность выдает из шахт более 100 млн.т породы, открытые горные работы дают до 1 млрд.т вскрышных пород, отходы обогатительных фабрик составляют 50 млн.т в год.

Добыча 1 млн.т угля сопровождается нарушением 9 га земельных угодий при подземном и 20 га при открытом способе разработки. При этом необходимо складировать 1,8 млн.м3 породы и в атмосферу выбрасывается 2 тыс.г вредных веществ.

Анализ динамики выдачи породы из шахт по основным угольным бассейнам и регионам за последние 10 лет показывает, что количество породы на 1000 т добычи растет по всем бассейнам и особенно сильно по шахтам Украины. В 1990 г. по Минуглепрому СССР выдавалось 280 т породы на 1000 т добычи, в том числе по шахтам Украины - 425 т.

Это объясняется в основном ухудшением горно-геологических условий и уменьшением средней вынимаемой мощности пласта.

Складирование породы на поверхности кроме изъятия сельскохозяйственных угодий наносит экологический вред окружающей среде из-за выбросов газообразных и жидких отходов в результате воздействия атмосферных факторов, а также самовозгорания породы.

Использование выданной из шахты породы для нужд стройин-дустрии не всегда экономически оправдано из-за больших объемов, низкого качества, нестабильности характеристик содержания вредных компонентов. Поэтому решение задачи размещения породы в выработанном пространстве вахты является актуальной научно-технической задачей.

Цель работы - установить зависимость нагрузки на очистной забой и участковой себестоимости от влияющих горно-геологических и горнотехнических факторов для определения параметров технологии отработки тонких пологих угольных пластов с механизированным формированием бутовой полосы в выработанном пространстве лавы.

Идея работы заключается в использовании для механизированного размещения в выработанном пространстве лавы породы, получаемой от проведения примыкающих к забою подготовительных

выработок, группы завальных секций механизированной крепи, развернутых на 180° относительно забойных секций и снабженных уплотняющими щитками для "ужесточения" формируемой бутовой полосы.

Научные положения, разработанные лично соискателем, и но-виана:

баланс породных потоков для шахт, разрабатывающих тонкие пологие антрацитовые пласты, отличающийся учетом породы, выдаваемой на-поверхность в потоке горной массы, позволяющий болеб точно прогнозировать зольность угля, емкость породных отвалов и шламохранилищ;

параметры технологии отработки тонких пологих антрацитовых пластов без выдачи породы из шахты, отличающиеся наличием в технологических схемах специальных закладочных лав и камер -емкостей, позволяющих разместить в них породу от проведения подготовительных выработок;

уменьшение средних смещений пород кровли на 25X, а их максимальной величины на 20Т. в результате механизированного возведения уплотненной бутовой полосы, позволяющее осуществлять безремонтное поддержание вентиляционных штреков;

экономико-математическая модель технологии механизированного возведения бутовой полосы, отличающаяся учетом пооперационных затрат времени на выполнение отдельных производственных процессов размещения породы в выработанном пространстве и снижение коэффициента готовности очистного вабоя из-за введения новых технологических элементов;

зависимости основных параметров механизированной технологии размещения породы в выработанном пространстве - нагрузки на очистной забой и себестоимости угля по добычному участку -от влияющих горно-геологических и горнотехнических факторов, отличающиеся учетом снижений коэффициента машинного времени из-за операций по размещению породы в выработанном пространстве, позволяющие нормировать нагрузку на очистной аабой и производственные затраты.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

использованием представительного объема статистической информации, по 6 шахтам ПО "Антрацит", характеризующего их породное хозяйство;

-С - ,

результатами опытной эксплуатации экспериментального образца модернизированного механизированного комплекса и замерами (около 1500) смещения пород в выработке при проведении эксперимента на подвигаяии очистного забоя в БО м;

большим объемом вычислительного эксперимента на математической модели, включающим 10000 вариантов;

удовлетворительной сходимостью результатов математического моделирования и производственного эксперимента (расхождение 157.).

Значение работы. Научное аначение работы заключается в установлении степени изменения смещения боковых пород при формировании уплотняемой бутовой полосы, возводимой механизированным способом, разработке математической модели технологии и установлении зависимости ее технике-экономических параметров от влияющих горно-геологических и горнотехнических факторов.

Практическая ценность работы заключается в обосновании технологических схем отработки тонких пологих антрацитовых пластов без выдачи п^оды из шахты, установлении их рациональных параметров, а также разработке рекомендаций по поэтапному применению предлагаемой технологии на шахтах России и Украины.

Реализация выводов и рекомендаций. На основе шахтных испытаний технологии механизированного формирования уплотненной бутовой полосы из породы, получаемой от проведения примыкающей к очистному забою подготовительной выработки, объединенной комиссией по горному давлению производственных объединений "Антрацит" и "Донбассантрацит" принято решение по внедрению апробированной технологии на шахтзх, разрабатывающих тонкие пологие антрацитовые пласты.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили одобрение на технических советах производственных объединений "Антрацит" и "Донбассантрацит", научно-технической конференции "Экологические проблемы горного производства" (Москва, 1993) и научных семинарах кафедры "Технология, механизация и организация подземной разработки угля" (МГГУ, 1990-1994 гг.).

Публикации. По. теме диссертации опубликовано 3 научных статьи.

Структура и объем работы.' Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 163 страницах маши-

полисного текста, содержит 30 рисунков, 15 таблиц, список использованной литературы из 54 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Сложившаяся в последние годы политико-экономическая ситуация на территории бывшего СССР привела к резкому снижению уровня добычи угля на шахтах Донецкого бзссейна, как в Украине, так и в России. Это объясняется не только низким уровнем техники и" технологии на шахтах бассейна из-за сложных горно-геологических условий (тонкие пласты, большзя глубина горных работ, высокая метанообильность, выбросоопасность, сильная нарушенность, высокая пластовая зольность и т.д.), но и разорванностью экономических связей между традиционными поставщиками и лотребителями продукции.

В первую очередь это относится к резкому сокращению объемов поставок крепежного леса на шахты Украины из России.

Второй причиной, приведшей к снижению уровня добычи на шахтах Донбасса, является отсутствие долговременных инвестиций, что не позволяет не только вводить новые производственные мощности, но и использовать высокопроизводительные эффективные технологические схемы, требующие больших первоначальных капитальных затрат, например, столбовую систему разработки.

Третьей причиной является колоссальная экологическая нагрузка на окружающую природную среду, оказываемая угледобывающей промышленностью Донецкого бассейна. Важнейшим загрязняющим фактором при этом является 'накопление огромного количества пустой породы в породных отвалах и хвостохранклищзх. С ухудшением горно-геологических условий отработки пластов возрастает и объем выдаваемой пустой породы на 1 т добываемого угля. Эти объемы столь велики, что невозможно организовать их утилизацию, кроме того, некоторые породы токсичны. Строительные материалы, получаемые из них, как. правило низкого качества и не находят сбыта. Глубокая же переработка их требует крупных инвестиций, получение которых в ближайшее время весьма проблематично. При существующей технологии добычи из-за этой причины практически отсутствуют перспективы развития бассейна, особенно в условиях все возрастающего объема платы за земельные ресурсы и ужесточения штрафных санкций за выбросы промышленных

- 4 -

отходов и загрязнение окружающей среды.

Комплексное решение этих трех проблем возможно за счет перехода на технологию отработки шахтных полей без выдачи породы от проведения подготовительных выработок из шахты, т.е. на работу с закладкой. Однако технология отработки о закладкой выработанного пространства, отличается более высокой трудоемкостью по сравнению с отработкой с полным обрушением. По сути дела формирование 1 м3 закладочного массива приближается по затратам к выемке 1 м3 угля.

В настоящее время технология отработки с закладкой достаточно разработана и, хотя и в незначительных объемах, успешно применяется на шахтах мира. Особенно широко и успешно различные виды закладки применяют на шахтах Франции, Польши, Китая, ФРГ. Однако практически везде закладочный материал подвергается глубокой переработке на поверхности, а зачастую в качестве последнего' используют сырье,добываемое на специальных карьерах, причем к качеству конечного продукта по крепости и фракционному. составу предъявляются высокие требования. Такие жесткие требования к качеству закладочного массива обусловлены отрешением максимально уменьшить смещение земной поверхности при ее подработке горными работами.

Над проблемой разработки угольных пластов с закладкой работали й продолжают работать многие ученые в странах с развитой горной промышленностью. Достаточную известность получили выполненные в этом направлении работы A.M. Терпигорьева, И.Н.Цы-галова, С.Д.Сонина, В.Л.Косовича, А. Е.Смолдыревз, Л. А.Зиглина, А.С.Малкина, Н.К.Гринько, В.В.Куликова, Г.М.Золотарева,М.И.Вес-кова, Г.П.Дмитриева и др. Оценке влияния закладочных работ на характер проявления горного давления в очистных и подготовительных выработках много внимания уделяли такие ученые как О.Якоби, И.Л.Черняк, Н.П.Бажин, А.М.Шушков, Э.Ш.Феликс и др. В то же время выполненные работы ставили целью получение закладочного массива с заданными просадочными свойствами, а не размещение породы в выработанном пространстве без каких - либо технологических целей.

Для комплексного решения возникших перед угольной промышленностью Донецкого бассейна проблем ставятся задачи не формирования закладочного массива, а простого размещения породы в выработанном пространстве при сохранении способа управления

- 5 -

кровлей полным обрушением. Переход на сплошную систему разработки позволяет более просто решить эту задачу, т.к. процессы отбойки породы в подготовительной выработке и формирование выработанного пространства совмещены во времени и пространстве.

Известен опыт эксплуатации технологических схем очистных работ при комплексной механизации и сплошной системе разработки о возведением бутовой полосы вслед за очистным забоем. Однако во всех случаях участок лавы, расположенный напротив бутовой полосы крепился индивидуальной крепью, причем деревянной. Таким образом безвозвратно терялось большое количество крепежного леса, резко снижалась безопасность работ и возрастала трудоемкость, т.к. длина участка лавы с ручным креплением достигала 30...40 м.

Именно решению проблемы механизированного возведения бутовой полосы для размещения пустой породы от проведения примыкающей к очистному забою подготовительной выработки и посвящена настоящая диссертационная работа.

Для достижения поставленной цели в диссертации решались следующие задачи:

анализ состояния породного хозяйства шахт ПО "Антрацит" и определение породных потоков, их объемов и возможности размещения в шахте;

анализ существующих способов и средств размещения породы в выработанном пространстве лавы;

обоснование технологических схем отработки шахтных полей без выдачи породы из шахты;

конструирование средств комплексной механизации размещения породы в выработанном пространстве и обоснование комплектации машинами и механизмами забоя, работающего с механизированным размещением пустой породы от проведения подготовительной выработки, примыкающей к очистному забою, в выработанном пространстве; .

исследование характера проявления горного давления при технологии отработки выемочных полей без выдачи породы и механизированном формировании бутовой полосы в натурных условиях; разработка математической модели технологии; исследование влияний различных факторов на параметры технологии;

оптимизация технологических параметров для типичных - 6 -

горно-геологических условий;

разработка рекомендаций по применению предлагаемой технологии на шахтах Украины и России;

оценка технико-экономической эффективности технологии.

Анализ шахтного фонда ПО "Антрацит" показал, что количество породы, выдаваемой на 1000 т добычи угля, колеблется по шахтам объединения от 63,4 до 484,2 т. Меньшее значение относится к шахте "Луганская правда", которая ведет горные работы с проходкой небольшого количества полевых выработок и отрабатывает пласты большей, в сравнении с другими шахтами, мощности. В то же время шахта "Центральная" уже отработала балансовые запасы и в настоящее время ведется вскрытие вновь прирезанных запасов полевыми выработка!«!.

Перспективными с точки зрения внедрения технологии отработки пластов без:выдачи породы от проведения подготовительных выработок на поверхность являются шахты "Партизанская" и "Комсомольская", которые в настоящее время выдают 166,7 и 159,3 г породы на 1000 т добываемого угля соответственно.

Для исследования породных потоков была выбрана шахта "Комсомольская", как наиболее крупная и в большей степени обеспеченная промышленными запасами угля в сравнении с другими шахтами объединения. Анализ состояния проведения подготовительных выработок на шахте показ'ал, что из 11385 м пройденных выработок 48% или 5519 м пройдены смешанными забоями. В основном это транспортные штреки сечением 10,2 м2. Удельный объем проведения выработок составляет.9,2 м3 на 1000 т добываемого угля. В связи с этим, а также в соответствии с поставленной целью.диссертационной, работы необходимо решить вопросы размещения породы от проведения полевых выработок и вырзбаток, непосредственно примыкающих к очистному забою.

Анализ технологических схем шахт о точки зрения определения мест размещения породы в шахте позволил выявить полости, образующиеся при ведении горных работ и пригодные к использованию для размещения в них пустой породы. Наиболее рациональными местами для размещения породы от проведения выработок являются:

выработанное пространство очистных забоев; раскоски, формируемые при проведении пластовых выработок с подрывкой боковых пород;

-7-

погашаемые вентиляционные и откаточные штреки; специальные вместилища (камеры) в целиках и массиве. Наиболее перспективные средства размещения породы: комплексы типа "Титан", позволяющие осуществлять пнев-мозакладку в выработанное пространство лав и в раскоску;

скреперные закладочные установки, применяемые при формировании бутовых полос;

запрессовочные установки, опыт применения которых недостаточно изучен из-за их ограниченного объема применения.

Выполненный анализ технологических схем очистных работ, способов и средств размещения породы в выработанном пространстве позволил сформулировать основные требования к технологическим схемам подготовки и отработки угольных пластов без выдачи лороды на поверхность:

производительность должна обеспечивать темпы подвигания очистного забоя, определенные по технической производительности очистного оборудования;

мощность пласта должна охватывать диапазон значений мощности, соответствующий применяемой механизированной крепи;

длина возводимой полосы соответствовать размещению в выработанном пространстве всей породы от подрывки при проходке подготовительной выработки.

Из разработанных в Московском государственном горном университете, ИГД им. А.А.Скочинского, ДонУГИ и других организациях технологических схем были проанализированы и отобраны девять схем удовлетворяющих указанным требованиям.

Отобранные технологические схемы предусматривают наличие двух специальных закладочных лав, в которые размещается порода от проведения панельных наклонных выработок и приемно-отправитель ньгх площадок, возведение бутовых полос нечетных лав, работающих по сплошной системе ра-работки, и формирование специальных вместилищ в начальный момент отработки выемочных участков.

В большей степени решаемым задачам по размещению в выработанном пространстве породы от проведения подготовительных выработок соответствуют следующие технологические схемы отработки пологого антрацитового пласта средней мощности:

Схема 1. В бремсберговой двукрылой'панели длинными стол- 8 -

Сами по простиранию.

Схема 2. В уклонной двукрылой панели длинными столбами по простиранию.

Схема 3. В бремсберговой двукрылой панели по простиран™ комбинированной системой.

Схема 4. В бремсберговой однокрылой панели длинными столбами по простиранию.

Схема 5. В бремсберговой однокрылой панели по простиранию комбинированной системой с разворотом механизированного комплекса на 180°.

Схема 6. В бремсберговой части длинными столбами по падению при погоризонтной подготовке шахтного поля.

Схема 7. В бремсберговой части длинными столбами по восстанию при погоризонтной подготовке шахтного поля.

Схема 8. В уклонной части длинными столбами по падению при погоризонтной подготовке шахтного поля.

Схема 9. В уклонной части длинными столбами по восстанию при погоризонтной подготовке шахтного поля.

Таким образом, основным местом для размещения породы в процессе ведения горных работ в большинстве отобранных технологических схем является выработанное пространство, примыкающее к очистному забою со стороны' вентиляционного штрека. Поэтому основное внимание в диссертационной работе уделено разработке способов и средств механизированного возведения- бутовой полосы на сопряжении лавы с примыкающей к ней подготовительной выработкой.

Бутовая полоса, помимо размещения в ней породы от проведения выработки, служит и охранным сооружением. В связи, с этим возникла необходимость в изучении характера проявления горного давления в проводимой выработке при применении бутовой полосы, возводимой механизированным способом. Рядом исследователей установлено, что величина смещений кровли, а следовательно, и затраты на поддержание выработок при применении бутовых полос значительно выше,. чем при применении для охраны выработок органных стенок или железобетонных тумб. В связи с этим в работе одновременно решалась и проблема разработки технологии и техники, позволяющей улучшить качество формируемой бутовой полосы за счет повышения ее жесткооги уплотнением закладочного

-9-

массива.

Основу предлагаемого способа механизированного возведения бутовой полосы вслед за комплексно-механизированной лавой составляет изобретение Московского государственного горного университета. Сущность технологии иллюстрирует рис. 1. В створе возводимой бутовой полосы за лавными секциями крепи 7 монтируются развернутые на 180° секции крепи завального ряда 8. Под защитой завального ряда секций крепи возводится бутовая полоса 9, порода для формирования которой доставляется из возводимого штрека 5 ковшом 12 скреперной лебедки. Привод скреперной лебедки И устанавливается в возводимой выработке и переносится по мере подвигания очистного забоя. Отклоняющий ролик 4 скреперной лебедки крепится на стенке проходимой выработки в створе прохода под козырьками завального ряда крепи, а концевой ролик 14 - на последней секции завального ряда крепи. Секции завального ряда имеют уплотняющие щитки 13, с помощью которых после заполнения прохода породой гидродомкрзгаыи передвижки уплотняют возводимую бутовую полосу. Передвижка секций завального ряда осуществляется одновременно с лавными секциями или с отставанием, если позволяют горно-геологические условия. •

Для исследования параметров технологии возведения бутовой полосы были проведены натурные исследования на шахте "Партизанская" в 181-й восточной лаве по пласту hio. В. работающей лаве было смонтировано 6 секций завального ряда с уплотняющими щитами для возведения бутовой полосы шириной 6 м. За время' проведения эксперимента была доказана работоспособность технологии и средств механизации возведения ' и уплотнения бутовой полосы. Измерение смещений кровли на экспериментальном и контрольном участках выполнялось по методике МГГУ, разработанной проф. Черняком И.Л., результаты представлены в табл.1 и 2.

Анализ результатов испыт-ния опытного комплекса показал, что при применении предлагаемой технологии возведения бутовой полосы средняя величина смещений пород кровли в вентиляционном штреке уменьшилась с 254 до 180 мм, т.е. на 25%, а максимальная - с 352 до 25В ш или на 20%,. При этом податливость крепи исчерпывается только на 60% и сечение выработки сохраняется в соответствии с требованиями правил безопасности.

Для исследования влияния различных факторов на параметры - 10 -

■V.W fl

r::o.i. Опозой .-ехайаэйрэьасйого :.;exariLi3L5D03£H!¡3;. лавз::

зэгвгдеиая ¿¿тэг

;.чел за коиплзкс

Таблица 1

Результаты исследований за смещениями кровли в вентиляционном штреке 181-й восточной лавы при традиционной схеме возведения бутовой полосы

Расстояние от очистного забоя, м. Статистические показатели, ММ v ,

Ишп Птоз ли и бИ 7.

+ 10 0 220 220 120 62 52

+ 30 45 . 290 245 195 98 49

+ 50 84 352 268 254 102 40

Таблица 2

Результаты исследований за смещениями кровли в вентиляционном штреке 181-й восточной лавы при "ужесточении" бутовой полосы

Расстояние от очистного забоя, м Статистические показатели, мм v ,

-^тт Ипах ди и V ■ %

+ 10 0 195 195 105 54 60

+ 30 40 228 . 188 152 82 54

+ 50 76 256 180 180 83 46

технологии и определения их оптимальных значений была разработана экономико-математическая модель функционирования очистного забоя, работающего по техь'-шогии с механизированным возведением и уплотнением бутовой полосы в выработанном пространстве. Модель предусматривает расчет нагрузки на очистной забой по традиционной и предлагаемой технологии, а также расчет полной участковой себестоимости и калькуляции затрат по элементам.

Основную сложность при математическбм моделировании технологии отработки пологого пласта с механизированным формированием уплотненной бутовой полосы представляет оценка снижения

- 12 -

нагрузки на очистной забой из-за затрат времени на непрерываемые технологические перерывы, связанные с размещением породы в выработанном пространстве.

С привлечением аппарата теории надежности был определен коэффициент готовности очистного забоя по традиционной и рекомендуемой технологиям.

Коэффициент готовности завального ряда секций крепи определяется из выражения:

Дак - Дс , (1)

где не - коэффициент готовности секций механизированной крепи;

Пак - число секций механизированной крепи в завальном РЯДУ

Суммарные нормативные затраты времени на перекрываемые технологические перерывы, приходящиеся на 1 м длины лавы при предлагаемой технологии составляют:

Тсумт - Ттвхн • куад» мин, (2)

где Ттвхн " суммарные нормативные затраты времени на перекрываемые технологические перерывы, приходящиеся на 1 м длины лавы при традиционной технологии, мин;

кувд - коэффициент, учитывающий увеличение нормативных затрат времени из-за работ по размещению породы в выработанном пространстве.

Коэффициент" готовности очистного забоя по группе последовательных перерывов:

ЙППР= /и Тсу"т »Г— - 1)+Г— -1)+(— - 0+-'-"* (_1 - 14+Г-1- - 1)+(-±- -1Ы-1 - 1)+(-А- - 1)+. • ~

Ч^пкр ' Ыут ' Ч^л ' Чпп ' Ыгто '

_ !)+ _ г)] (3)

Ч1ак ' Цел '1

1*дэ а - производительность комбайна, т/мин; гл - вынимаемая мощность пласта, м; р - плотность угля, т/м3;

- 13 -

г - ширина захвата комбайна, м; кг - коэффициент использования ширины захвата; 1 - длина лавы, м; Ук - коэффициент готовности комбайна; И+ср - коэффициент готовности давной части крепи;« й<у - коэффициент готовности участковой конвейерной линии;

Ипкр_ то же процесса крепления за комбайном; |

liyé " то же очистного забоя по фактору "переполнения

участкового бункера"; Mon - то же системы магистрального транспорта по фактору "отсутствие порожних вагонов на погрузочном пункте";

Ипп " то же погрузочного пункта при выгрузке угля в вагонетки;

Пор - то же очистного забоя по процессу проветривания; j Пел - то же скреперной лебедки; j

Коэффициент готовности очистного забоя по группе парал- i лельных перерывов для рассматриваемой технологии определяется ; по формуле:

Тп

Unna - (0,88 - ^ j -Мсэ-Цск-исс-Исв'^б-Мке-Дппу (4)

где Тпа - суммарные нормативные затраты времени на выполнение подготовительно-заключительных операций, мин; Тем - продолжительность смены, мин; . Цсэ - коэффициент готовности системы электроснабжения; Иск - то же сопряжений очистной выработки с транспортной;

Дсс - то же со средней выработки; ,

Пса - то же с вентиляционной выработки;

Mes _ коэффициент готовности очистного забоя по фактору

"отказы на сборных конвейерных линиях"; Уке - то же по фактору "переполнение капитального бункера"; - , йппу" то же по фактору "готовность системы размещения породы в выработанном пространстве. Коэффициент, учитывающий соотношение коэффициентов готовности по группе параллельных и последовательных перерывов рас- 14 -

читывается по выражению:

к - . (5)

— - 1 Дппо

Таким образом, оменный коэффициент машинного времени для рассматриваемой технологии может быть определен по формуле:

W - [— + (— - l)-(l + 1 I]"1. (б)

т^ппр Wna 1 к 1

--

К'Unna

Продолжительность работ по заполнению породой полосы, равной ширине захвата, определяется из выражения:

Тц - t3g + tcnv>+ Ьупл+ tnac+ tocui ч» где tae - время на закрепление отклоняющего блочка, ч; tCKC" время на продолжительность скреперования, ч; tynJI- время на уплотнение бутовой полосы щитом, ч; tnep- время на передвижку секций завального ряда, ч; t-ocM- время на осмотр оборудования, ч. Фактическая суточная добыча иэ очистного забоя по предложенной технологии определяется из соотношения:

Асут. _если tu > Тц, .

- ^ Тц- tu , т, (8)

Асу-!'—Г-• если Ьц <

tu

где А сут - суточная нагрузка на очистной забой при традиционной технологии, т; tu - время цикла по выемке угля по традиционной технологии, ч. .

В процессе моделирования осуществлялся непосредственный расчет затрат на работы по ра? гещению породы в шахте по статьям себестоимости: заработная плата, начисления на заработную плату, амортизация, электроэнергия, материалы. Варьируемыми параметрами модели являются: мощность пласта;

высота подготовительной выработки; емкость ковша скреперной лебедки; цена секции механизированной крепи;

величина неперекрываемых технологических перерывов из-за работ по размещению породы.

В процессе моделирования используется большое число исходных данных, характеризующих гарно-геологические, горнотехнические и экономические условия работы предприятия. При формировании базы данных использовались нормативы, тарифы и цены, действовавшие до 1 января 1991 года.

В результате реализации экономико-математической модели получены зависимости влияния различных горно-геологических, горнотехнических и экономических факторов на параметры технологии. Так, с увеличением мощности пласта до 1 м (рис.2) наг, рузка на очистной забой резко увеличивается с 430 т/сут при мощности пласта 0,8 м до 640 т/сут при мощности 1м, а затем, темпы роста нагрузки прекращаются, стабилизируясь на уровне 660 т/сут. Соответственно, снижается участковая себестоимость угля с 16 до 11 руб/т, стабилизируясь на 9,5 руб/т, что говорит о большей эффективности предлагаемой технологии при отработке тонких пластов.

Снижение нагрузки на очистной забой по сравнению о традиционной технологией, обусловленное неперекрываемыми технологическими перерывами, составляет 20%.

С увеличением длины очистного забоя (рис.3) нагрузка на лаву возрастает с 500 т/сут при длине лавы 80 м до -680 т/сут при длине лавы 240 м, причем после значения длины очистного забоя 160 м темпы роста существенно снижаются, а темпы снижения; , участковой себестоимости падают. При этом с увеличением длины лавы величина снижения нагрузки на забой по сравнению с традиционной технологией уменьшается на 15 - 20Х.

Значительное влияние на эффективность применения технологии оказывает продолжительность неперекрываемых технологических перерывов. • При их полном отсутствии снижение нагрузки на очистной забой составляет 6% по сравнению с традиционной тех- . нологией, что объясняется снижением коэффициента готовности очистного забоя из-за введения новых элементов в состав механизированного комплекса.

Влияние стоимости секций крепи на участковую себестоимость относительно невелико, при увеличении стоимости секции крепи в 10 раз участковая себестоимость возрастает только на 15%, что говорит в пользу перевода комплексно-механизированных

- 16 -

Мощность г>лос/па,

Рис. 2. Зависимость параметров технологии от мощности пласта

Рис. Зависимость параметров технологии от длины лавы

забоев, работающих по сплошной системе разработки, на работу по предлагаемой технологической схеме.

Анализ результатов моделирования позволил установить, что с увеличением нагрузки на очистной забой эффективность технологии с механизированным возведением бутовой полосы значительно возрастает, т.к. снижается относительная продолжительность неперекрываемых технологических перерывов.

Расчет технико-экономической эффективности рассмотренной технологии отработки тонкого пологого антрацитового пласта с размещением в выработанном пространстве до 80 % породы, получаемой от проведения подготовительных выработок, производился для условий шахты "Комсомольская" ПО "Антрацит". При этом убытки из-за увеличения численности рабочих по добыче угля, занятых на возведении бутовой полосы в очистных забоях, составляют 994 тыс.руб. в год, а доходы за счет повышения производительности труда, улучшения качества угля, уменьшения расходов на транспортировку породы и содержание отвалов на поверхности составляют 3765 тыс.руб. в год в ценах на 01.01.1991 г.

Таким образом, расчетный экономический эффект от внедрения предлагаемой технологии составляет 2771 тыс.руб. в год.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной для угольной промышленности задачи размещения породы от проведения подготовительных выработок в выработанном пространстве шахты, обеспечивающее существенное улучшение экологической обстановки за счет сокращения твердых отходов угольного производства, накапливаемых на земной повер-ности. Основные научные результаты, выводы и рекомендации диссертационной работы заключаются в следующем:

. 1. Установлено, что наиболее актуальной задача оставления породы под землей является для шахт ПО "Антрацит": "Партизанская" и "Комсомольская", где I соответствии с определенным балансом породных потоков объем выдаваемой на поверхность породы, без учета породы поступающей с горной массой, составляет 160-170 т на 1000 т добычи, причем 487. проводимых выработок являются примыкающими к очистным забоям.

2. Для условий шахт, отрабатывающих тонкие пологие антрацитовые пласты, обосновано применение 9 технологических схем,

- 19 -

обеспечивающих отработку пластов без выдачи породы на поверхность.

3. Разработаны основные требования, предъявляемые к технологическим схемам отработки пластов без выдачи породы на поверхность:

производительность должна обеспечивать темпы подвигания очистного забоя, определенные по технической производительности очистного оборудования; -

мощность пласта охватывать диапазон значений мощности, соответствующий применяемой механизированной крепи;

длина возводимой полосы соответствовать размещению в выработанном пространстве всей породы от подрывки при проходке подготовительной выработки.

4. На основании анализа технологических схем очистных и подготовительных работ на шахтах ПО "Антрацит", существующих способов и средств механизации размещения породы определены места для размещения и закладки породы (закладочные лавы и камеры* емкости) и определена область применения перспективных средств размещения породы по мощности-и по поступлению породных потоков (комплексы "Титан", скреперные и запрессовочные установки).

б. Установлено, что использование бутовой полосы, возводимой механизированным способом, приводит к существенному увеличению ее жесткости за счет уплотнения щитом, связанным гидродомкратами о секциями завального ряда крепи,вызывая уменьшение средней величины смещений пород кровли в проводимом за забоем штреке с 254 до 180 мм, а максимальной величины - с 352 до 256 мм.

6. Разработана экономико-математическая модель очистного забоя, работающего с оставлением породы от проходки выработок в выработанном пространстве, позволяющая исследовать влияние различных горно-геологических, горнотехнических и организационно-экономических факторов на показатели технологии - нагрузку на очистной забой, участковую себестоимость и элементы ее калькуляции ,

7. В результате, реализации экономико-математической моде-: ли установлено, что нагрузка на очистной забой при предлагаемой технологии резко возрастает с 430т/сут при мощности пласта 0,8 м до 640 т/сутпри мощности пласта 1 м, а затем темпы ее

роста резко уменьшаются, стабилизируясь на уровне 660 т/сут. При этом абсолютная величина нагрузки на забой при рассматриваемой технологии ниже против традиционных схем нз 15-20Х, что обусловлено снижением коэффициента готовности комплекса из-за введения дополнительных элементов в виде завального ряда секций крепи и скреперной лебедки.

Наибольшее влияние нз эффективность технологии механизированного возведения бутовой полосы оказывает продолжительность неперекрываемых технологических перерывов, полное устранение которых позволяет достичь нагрузок на очистной забой только на 6% меньше, чем при традиционных схемах.

8. Для наиболее типичных горно-геологических и горнотехнических условий шахт Донбасса, отрабатывающих тонкие пологие антрацитовые пласты, рекомендованы рациональные параметры технологии в зависимости от вынимземой мощности пласта и определены ожидаемые технико-экономические показатели.

9. Технико-экономическая эффективность, рассчитанная применительно к условиям шахты "Комсомольская" ПО "Антрацит" из расчета оставления в шахте 807. породы от проведения подготовительных выработок составила в ценах на 1 января 1991 года 2771 тыс.руб. в год.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Гордненко В.Н. Разработка комплекса оборудования для механизированного размещения породы в выработанном пространстве/ Научно-техническая конференция "Экологические проблемы горного производства" (Тезисы докладов).- М.: ИАЦГН, 1993, с. 35.

2. Шароаар И.И., Гордненко В.Н. окономико-математическое моделирование производственных процессов механизи ванного размещения породы от проведения примыкающей к комплексно-механизированной лаве подготовительной выработки.- М.: МГГУ, ГИАБ N 9-12, 1993, 46 с.

3. Гордненко В.Н. Шахтные исследования производственных процессов механизированного размещения породы от проведения примыкающей к лаве подготовительной выработки в выработанном пространстве." М.: МГГУ, ГИАБ N 9-12, 1993, 17 с.

Подписано в печать 19.04.94 Формат 60x90/16

Объем 1 печ.л. Тираж 100 экз. Заказ К 775

Типография МГГУ. Ленинский проспект, 6