автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Обоснование пространственно-планировочных и технологических решений при повторном использовании подготовительных выработок на шахтах Кузбасса

Л1инистерство науки, высшей школы и технической политики Российской Федерации

Московский ордена Трудового Красного Знамени горный институт

На правах рукописи

ГОРШКОВ Михаил Дмитриевич

УДК 622.286/289(0.43.3)

ОБОСНОВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННО-ПЛАНИРОВОЧНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПРИ ПОВТОРНОМ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК НА ШАХТАХ КУЗБАССА

Специальность 05.15.02 — «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1992

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамени горном институте и концерне «Кузнецкуголь».

Научный руководитель докт. техн. наук, проф. КУЗНЕЦОВ Ю. Н.

• Научный консультант канд. техн. наук СОЛОВЬЕВ А. С.

: Официальные оппоненты:

докт. техн. наук, проф. ЕРЕМЕЕВ В. М:, канд. техн. наук, с. н. с. ЛИСИЧКИН В. Г.

Ведущее' предприятие — ассоциация «Ленинскуголь» (г. Ленинск-Кузнецкий Кемеровской обл.).

■о Л , г

Защита диссертации состоится «V У. г.

в /т-г час. на заседании специализированного совета К-053.12.02 в Московском горком институте по адресу: 117935, В-49, Ленинский проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан . .1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета

канд. техн. наук, с. н. с. КОРОЛЕВА В. Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Эффективность работы угольной промышленности, являющейся одним из главных звеньев топливно-энергетического комплекса, во многом зависит от технического уровня действующих и реконструируемых шахт, качества принимаемых пространственно-планировочных решений на различных этапах функционирования угледобывающего предприятия.

Производственный опыт подземной добычи угля показывает, что в связи с ростом глубины горных работ, усложнением горно-геологических условий, снижением объемов реконструкции и нового шахтного строительства наблюдается ухудшение горного хозяйства шахт. Развитие горных работ ведется в основном в уклонных полях, возрастает ступенчатость всех видов транспорта, ухудшается проветривание, увеличивается протяженность поддерживаемых выработок, появляются «узкие» места в технологических звеньях, сдерживающие нормальное развитие горных работ по мере их углубления.

Совершенствование схем вскрытия и подготовки угольных месторождений СНГ ведется в направлении ориентации на принципиально новую блок-этапную технологию отработки запасов, что позволяет осуществлять проектирование шахт с параметрами и технологическими решениями, которые считаются прогрессивными в течение определенного промежутка времени, н избегать негативных последствий использования традиционных схем вскрытия и подготовки выемочных полей.

Рациональным направлением совершенствования технологии подготовки и отработки угольных пластов, позволяющим снизить удельные объемы проведения и поддержания подготовительных выработок, являются технологические схемы с бесцеликовым способом их охраны.

Многообразие горно-геологических и горнотехнических условий разрабатываемых угольных пластов придает особую важность вопросу правильного выбора технических средств охраны подготовительных выработок с параметрами, соответствующими величинам негативных проявлений горного давления.

Перспективы развития технологии подземной угледобычи показывают, что при дальнейшем увеличении глубины горных работ пассивные способы управления горным давлением не в состоянии обеспечить поддержание подготовительных, а иногда и очистных выработок в работоспособном виде в течение срока эксплуатации, поэтому очевидна необходимость перехода на технологические решения, предусматривающие активное воздействие на углепододный массив, окружающий горную выработку.

Таким образом, вышеизложенное позволяет считать актуальной задачей обоснование пространственно-планировочных и технологических решений при переходе на технологические схемы отработки запасов выемочных столбов, предусматривающие повторное использование подготовительных выработок. Целью работы является установление закономерностей влияния комплекса горно-геологических, горнотехнических и организационно-технологических факторов на показатели функционирования шахты для обоснования рациональных пространственно-планировочных и технологических решений, обеспечивающих повышение эффективности отработки запасов выемочных полей при повторном использовании подготовительных выработок.

Идея работы заключается в совершенствовании топологии сети и технологии поддержания подготовительных горных выработок на основе повторного их использования при активном воздействии на напряженно-деформированное состояние углепородного массива.

Основные научные положения, разработанные лично соискателем, и новизна:

уровень пространственно-планировочных решений формируется под влиянием комплекса основных природных и производственно-технических факторов с учетом специфики функционирования шахты как сложной динамической системы, эффективность работы которой определяется топологией сети горных выработок и техническим уровнем производства;

технология охраны и поддержания подготовительных выработок при их повторном использовании базируется на реализации активного предупредительного комплексного воздействия на окружающий углепородный массив;

зависимости параметров воздействия на углепородный массив для снижения нагрузок па крепь подготовительных выработок от комплекса природных и технологических факторов отличаются учетом влияния литолого-структурных особенностей массива, вмещающего конкретный выемочный столб.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

представительным объемом статистических данных, необходимых для объективной оценки современного состояния шахтного фонда (проанализирована работа шахт концерна «Кузнецкуголь» за 16 лет);

удовлетворительной сходимостью результатов теоретических исследований с данными практики (расхождение составило 5—15%);

практической апробацией и положительными результатами шахтных исследований разработанных технологических схем, способов охраны и поддержания подготовительных выработок с целью повторного их использования;

полученным экономическим эффектом от внедрения результатов исследований.

Значение работы. Научное значение работы состоит в установлении зависимостей влияния комплекса факторов на уровень принимаемых пространственно-планировочных решений и дальнейшем развитии методических принципов обоснования параметров активного воздействия на углепородныи массив для эффективной охраны и поддержания подготовительных выработок с целью повторного их использования.

Практическое значение работы заключается в разработке рекомендации по комплексному активному воздействию на углепородныи массив для снижения нагрузок на крепь подготовительных выработок и технологии повторного нх использования при бесцеликовой отработке запасов выемочных столбов.

Реализация выводов и рекомендаций. Разработанная в диссертации технология охраны и поддержания выработок при повторном их использовании внедрена на шахте «Аба-шевская» концерна «Кузнецкуголь» при отработке запасов выемочного столба лавы 26—26. Экономический эффект от внедрения технологии составил 0,49 млн. руб.

Апробация работы. Основные положения диссертации и результаты исследований докладывались на технических советах концерна «Кузнецкуголь» и шахт, входящих в его состав (1989—1992 гг.), научном семинаре кафедры технологии, механизации и организации подземной разработки угля Московского горного института (Москва, 1992 г.), научных семинарах лаборатории горного давления Сибирского филиала ВНИМИ (Прокопьевск, 1990—1991 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано шесть научных работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит 137 страниц машинописного текста, 24 таблицы, 25 рисунков и список литературы из 74 наименований.

Автор особо благодарен докт. техн. наук, проф. А. С. Бур-чакову и канд. техн. наук В. В. Сенкусу за методическую помощь, оказанную при выполнении работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Решением проблем совершенствования технологии подземной угледобычи с широким использованием математических моделей и ЭВМ успешно занимались и занимаются научные коллективы, возглавляемые известными учеными-горняками: А. С. Астаховым, Д. Ф. Борисовым, А. С. Бурчаковым, П. 3. Звягиным, С. С. Квоном, К. К. Кузнецовым, Ю. Н. Кузнецовым, А. М. Курносовым, А. С. Малкиным, А. М. Найдышем, А. С. Поповым, М. И. Устиновым, В. А. Харченко, И. Л. Черняком и др. Их усилиями сформулированы основные принципы, определены направления развития научно-технического прогресса в области подземной угледобычи, разработана методологическая база оптимального проектирования горных предприятий.

В результате обобщения научно-исследовательских и про-ектно-конструкторских разработок в области совершенствования технологии подземной угледобычи и анализа производственно-хозяйственной деятельности шахт концерна «Кузнецк-уголь» установлено следующее:

ввиду отставания работ по реконструкции шахт и строительству новых горизонтов на 15 из 18 шахт концерна «Куз-нецкуголь» горные работы ведутся в уклонных полях по временным технологическим схемам, испытывая при этом значительные сложности с вентиляцией, водоотливом, транспортом, охраной и поддержанием в рабочем состоянии горных выработок;

в связи с переходом шахт на отработку менее продуктивных угольных пластов, отсутствием необходимой для данных условий проходческой техники, увеличением объемов проведения выработок ручным способом и сечений проводимых выработок наблюдается устойчивая тенденция ухудшения основных показателей горно-подготовительных работ;

разработанные и теоретически обоснованные принципиально новые пространственно-планировочные решения в области вскрытия и подготовки шахтных полей до настоящего времени в одних случаях не реализованы, а в других — их реализация натолкнулась на консерватизм мышления инженерно-технических работников, что привело к «свертыванию» первоначальных замыслов и создало большие трудности по рациональному освоению угольных месторождений;

разработанные перспективные технологические схемы очистной выемки до настоящего времени не нашли широкого применения в основном из-за нерешенности вопросов управления горным давлением, что приводит к невозможности сохранения подготовительных выработок, и повышенной аварийности серийно выпускаемого оборудования очистных забоев, особенно механизированных крепей и лавных конвейеров;

до настоящего времени в основном применяются пассивные способы управления горным давлением, базирующиеся на охране и поддержании горных выработок специальными видами крепей усиления или угольными целиками, что в условиях свободного ценообразования приводит к значительным материальным затратам и резкому росту стоимости сохранения I м подготовительной выработки.

В ходе выполненного анализа установлено, что охрана подготовительных выработок сопряжена, как правило, с существенными материальными затратами н потерями угля. В мировой и отечественной практике известен ряд оригинальных научных и проектных разработок по совершенствованию пространственно-планировочных и технологических решений, предусматривающих переход на повторное использование подготовительных выработок. Однако до настоящего времени не нашли промышленного применения технологические схемы охраны и поддержания горных выработок, сочетающие достоинства традиционных видов крепления с одновременным активным воздействием на углепородиый массив с целью снижения внешних нагрузок.

В соответствии с поставленной пелыо и на основании проведенного анализа в работе решались следующие научные задачи:

обобщение и инженерный анализ производственного опыта внедрения принципиально новых технологий отработки запасов выемочных полей;

исследование влияния комплекса горно-геологических, горнотехнических и организационно-технологических факторов на эффективность функционирования шахты как сложной пространственной системы;

теоретическое обоснование влияния горно-геологических и горнотехнических факторов на эффективность реализации принимаемых пространственно-планировочных решений по рациональному развитию горных работ;

разработка технологических схем охраны и поддержания подготовительных выработок с целью повторного их использования в условиях отработки угольных пластов месторождений Южного Кузбасса;

экспериментальные исследования разработанных способов охраны и поддержания подготовительных выработок и установление основных закономерностей проявлений горного давления в них при ведении очистных работ;

разработка рекомендаций по совершенствованию технологии повторного использования подготовительных выработок;

оценка технико-экономической эффективности внедрения результатов исследований.

В качестве методов исследований использовались методы математической статистики, факторного и регрессионного ана-

лизов, технологическое моделирование, а также методы теории упругости и шахтные экспериментальные наблюдения.

При подземкой добыче угля осуществляются разнородные технологические процессы ^подготовительные работы, очистная выемка, транспорт, вентиляция и др.), имеющие свои специфические особенности. Однако общность их заключается в обеспечении выдачи расчетного количества угля на поверхность шахты при безопасном ведении горных работ в подземных условиях. Данные процессы протекают в рамках отдельных подсистем технологической схемы шахты, эффективность работы которых характеризуется качеством составляющих ее элементов и их взаимным расположением в пространстве. Следовательно, для того чтобы получить наибольший экономический эффект функционирования сложной динамической системы (шахты), необходимо уже па стадии проектирования выполнить качественную оценку горно-геологических и горнотехнических факторов, характеристик схем вскрытия и подготовки шахтного поля и показателей технологии проведения основных вскрывающих и подготовительных выработок.

Сложившаяся современая практика оценки пространственно-планировочных решений, принимаемых как на стадии проектирования, так и в период функционирования угледобывающего предприятия, сопряжена с трудностями объективного и субъективного характера, в первую очередь из-за того, что материалы статистической отчетности, являющиеся определяющими факторами при решении такого рода задач на ЭВМ, не отражают адекватно реально исследуемого процесса. Поэтому нами в качестве способа решения такого рода задач выбран один из работоспособных методов статистического анализа — метод главных компонент, который был использован при оценке статистического множества первично исходной информации по угледобывающим предприятиям концерна «Кузнецкуголь» с последующим выделением главных из них, оказывающих решающее влияние на усложнение пространственных схем ведения горных работ.

В результате реализации на ЭВМ математического аппарата метода главных компонент автором были получены корреляционные зависимости показателя уровня качества ППР от основных горнотехнических параметров и технико-технологических показателей горного производства. Полученные зависимости были использованы при разработке специальной программы расчета показателя уровня качества ППР на стадии принятия перспективных пространственно-планировочных решений в области развития технологии подземной угледобычи применительно к конкретной шахте. Реализация на ЭВМ данной программы позволила определить два основных на-

правления, улучшение показателей по которым существенно повышает показатель уровня качества ППР:

обеспечение непрерывного роста эффективности работы очистных забоев;

снижение объемов проведения горных выработок за счет увеличения сроков их безремонтного поддержания.

Из двух указанных направлений направление совершенствования технологических схем отработки запасов выемочных полей, предусматривающее при одновременном широком внедрении высокопроизводительных механизированных комплексов рациональное расположение выемочных выработок, снижение объемов их проведения за счет повторного использования и увеличения сроков безремонтного поддержания, применение прогрессивных способов их крепления и охраны является наиболее предпочтительным из-за резкого повышения эффективности горного производства и исключения значительных первоначальных материальных затрат. Кроме того, практическая реализация рассматриваемого направления позволяет добиться:

снижения эксплуатационных потерь угля; повышения безопасности разработки газоносных, самовозгорающихся и выбросоопасных пластов;

упрощения планировки горных выработок при подготовке шахтных и выемочных полей, схем подземного транспорта и вентиляции.

В Кузбассе широкое распространение повторного использования выработок сдерживается недостатком металлических податливых крепей и нерациональным подбором средств и способов охраны выработок в конкретных горно-геологиче-скнх условиях.

Длительными натурными исследованиями напряженно-деформированного состояния массива горных пород в условиях пластов 14, 16, 22 и 26-а шахт Байдаевского района установлены характер и количественные характеристики проявлений горного давления в пластовых выработках и определено соответствие применяемых паспортов крепления и охраны выработок конкретным горно-геологическим условиям;

сближения пород в сохраняемом для повторного использования штреке с учетом пучения почвы (до 40% от значений конвергенции) при глубинах разработки 350—480 м и вынимаемой мощности пласта 1,4—2,6 м составляют 600—900 мм со стороны выработанного пространства и 500 мм со стороны массива;

зона интенсивных сближений пород впереди движущегося забоя лавы распространяется на 15—20 м и позади него — 100—110 м;

расслоение пооод кровли происходит на высоту до 4 м от контура выработки на границе с выработанным пространст-

вом и до 3,0 м — у массива. На высоте 0-ь1,0 м расслоение в обоих случаях составляет 250 мм, выше 2,0—4,0 м массив оседает почти без расслоения;

начало интенсивного расслоения массива во времени практически совпадает с интенсивными сближениями пород на контуре выработки, при удалении лавы на 80—90 м процесс расслоения затухает.

Как известно, при ведении очистных работ происходит перераспределение напряжений в массиве горных пород. Масса подработанной толщи пород перераспределяется на участки угольного пласта, примыкающие к очистному забою, вызывая повышенные напряжения в краевой части пласта. Образовавшаяся зона опорного давления распространяется и на вмещающие породы, в том числе и породы фчвы разрабатываемого пласта. Напряжения в этой зоне яв!яются повышенными по сравнению с напряжениями в нетронутом массиве. Следствием повышенных напряжений в зоне опорного давления является возникновение дополнительных деформаций сжатия пород.

Условия поддержания подготовительных выработок в над-работанном массиве определяются деформациями массива, которые в свою очередь вызываются действующими в массиве напряжениями. Таким образом, изучение условий поддержания подготовительных выработок должно начинаться с оценки напряженного состояния надработанного" массива. Нами для этих целей использовался метод Н. И. Мусхелишвили, математический аппарат которого явился основой для разработки программы расчета полей напряжений вокруг подготовительной выработки, расположенной в различных зонах влияния очистного забоя, реализованной на ЭВМ ЕС-1045 в ИВЦ концерна «Кузнецкуголь».

Полученные результаты, а также данные длительных натурных исследований использовались для разработки методики расчета ожидаемых характеристик проявлений горного давления (смещений пород и нагрузок на крепь) в подготовительных выработках для конкретных горно-геологических условий залегания угольных пластов Байдаевского района Южного Кузбасса.

Для выбора параметров основной крепи штрека, которая должна устанавливаться при его проведении, расчет основан на смещениях пород кровли (¿/т) в зависимости от их расчетного сопротивления и глубины расположения выработки (рис. 1), по которым определяется нормативная нагрузка на основную крепь выработки со стороны кровли в первый период ее поддержания в зависимости от ширины выработки (см. таблицу).

Нормативная нагрузка на крепь

Расчетные Значения Я0" (кН при ширине выработки, м

смещения .'3,0 3,2 3,4 4,2

пород, мм 3,6 3,8 4,0 4,4 4,6 4,8 5,0

Менее 50 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

100 32 34 37 40 43 45 47 49 51 53 55

150 41 44 53 ' 55 56 57 60 62 64 66 68

200 50 54 58 62 С6 70 72 74 76 78 80

250 61 64 68 71 75 78 81 83 86 88 90

300 72 75 78 80 83 86 89 91 94 97 100

400 80 84 88 92 96 100 102 105 107 ПО 112

500 90 94 98 102 106 110 113 116 119 122 125

600 100 104 108 112 116 120 123 126 129 132 135

700 110 114 117 120 124 128 131 134 137 140 143

800 118 123 127 130 133 136 139 142 145 148 152

900 124 128 132 136 140 143 146 150 153 156 159

1000 128 132 137 140 145 150 154 158 161 164 167

Выбор средств усиления крепи позади забоя первой лавы производится на основании расчета смещений пород и нагрузок на крепь в выработке, сохраняемой для повторного использования за весь срок ее службы. Суммарные смещения пород определяются по формуле

¿Л*« о (2 V/KK + mK^Kt) Kk,Ks, (1)

где т — вынимаемая мощность пласта, м; Яохр —коэффициент, учитывающий влияние податливости искусственных ограждений; Kt — коэффициент влияния времени поддержания выработки между отработкой первого и второго очистных забоев; KSp — коэффициент влияния класса кровли по обру-шаемости; Кх — коэффициент, характеризующий долю смещений пород кровли от общих смещений, равный 0,6—0,9 и зависящий от соотношения прочности пород кровли и почвы; Ks—коэффициент, учитывающий влияние площади поперечного сечения выработки до осадки в свету; Uo — смещение пород кровли в первый период поддержания выработки, мм; U/ — смещение пород в зоне временного опорного давления первой лавы (рис. 2).

Суммарная нагрузка на основную и вспомогательную крепь за весь срок службы повторно используемой выработки Л.бщ определяется с учетом U0би, и коэффициента перегрузки (динамические осадки пород кровли), равного для условий Байдаевского района Кузбасса 1,2—1,4.

Количество единиц средств усиления на 1 лог. .м выработки определяется из выражения

„ ч (Л-я.лд fi _(р.вщ —я-лд 2

ль, м,

где Р\ и Яо0ш — расчетные нагрузки на крепь выработок, кН; п — плотность установки основной крепи; А^. — сопротивление основной крепи, кН; N—сопротивление средств усиления (крепей усиления, гидравлических или металлических стоек, промежуточных рам основной крепи), кН.

На основании рекомендаций выше приведенной методики были выполнены расчеты характеристик ожидаемых проявлений горного давления в подготовительных выработках в различные периоды их поддержания, на основании которых, а также с учетом имеющегося практического опыта в аналогичных условиях усовершенствованы паспорта крепления, охраны и поддержания технологически необходимых в перспективе горных выработок шахты «Абашевская» и обоснованы их рациональные параметры, позволяющие обеспечивать требуемое эксплуатационное состояние выработок в течение всего срока их службы с минимальными затратами времени и материалов.

Схема расположения камуфлетных разгрузочных полостей под бортами выработки обеспечивает перенос концентрации напряжений на большее расстояние, чем это происходит за счет деформирования пласта. В результате возникающие в породных слоях почвы напряжения Gr частично уравновешиваются за счет трения по контактам с угольным пластом и прочными породами почвы. По основной эффект разгрузки создается за счет образования компенсационных камуфлетных полостей, поглощающих часть смещении породных слоев почвы. После исчерпания податливости компенсационных полостей послойные нагрузки будут возрастать и в действие вступают деревянные анкера, сшивающие слои почвы.

Разработанная технология сохранения подготовительных выработок для повторного их использования в работоспособном состоянии в течение всего срока эксплуатации, сочетающая в себе, как в едином технологическом комплексе, использование комбинированной анкер-металлической крепи и активных способов управления напряженно-деформированным состоянием углепородного массива, проходила опытные шахтные испытания на пласту 26-а шахты «Абашевская» концерна «Кузнецкуголь» при отработке запасов выемочного столба лавы 26—26 (рис. 3).

За время испытаний (февраль 1990 — январь 1992 гг.) установлено "следующее. За весь период наблюдений выработка находилась в работоспособном состоянии. Поломок крепи до подхода первой лавы, после ее прохода и при подходе второй не наблюдалось. Репернымп станциями зарегистрировано расслоение пород непосредственной кровли на высоте 0— 1,0 м в пределах 100—150 мм после прохода первой лавы и 200—250 мм при подходе второй лавы, выше расслоения слоев были незначительны. После прохода первой лавы зарегистрировано пучение почвы исследуемой выработки в пределах 200—300 мм, что не оказало отрицательного влияния на работоспособность выработки при ее эксплуатации в качестве вентиляционной при отработке нижележащей лавы. Также установлено, что применение анкер-металлической крепи в сочетании с активным управлением напряженным состоянием углепородного массива вокруг выработки позволило достичь несущей способности рамы до 160—180 кН, что в 1,4— 1,5 раза выше, чем у крепи, типа ИПК. Все это позволило добиться безремонтного сохранения конвейерного штрека 26—26 с целью последующего его повторного использования.

Результаты проведенных выше исследований позволили разработать ряд рекомендаций, направленных на дальнейшее совершенствование процессов крепления, охраны и поддержания подготовительных выработок для условий Южного Кузбасса на основе использования активных способов управле-

Перспективные направления повышения устойчивости выработок, безусловно, сопряжены с разработкой способов активного управления состоянием массива путем упрочнения пород как кровли, так и почвы, причем применяемых одновременно на всем протяжении подготовительной выработки.

Выбор рационального способа упрочнения массива является достаточно сложной задачей и может быть реализован на основании прогноза устойчивости пород в горных выработках.

Из существующих способов упрочнения породного массива на шахтах Кузбасса в настоящее время применяются механические (анкерование) и физико-химические (цементация) способы, которые отличаются рядом существенных недостатков. Для их ликвидации с целью упрочнения пород кровли предлагается использовать специальную комбинированную анкер-металлическую крепь.

Крепь представляет собой сочетание анкерной крепи с металлической арочной или трапециевидной. Расстояние между рамами 0,8—1,2 м, число анкеров, как правило, 2—8. С помощью специальных межрамных стяжек или подхватов анкеры и .крепь.соединяют в одну грузонесущую систему, при этом несущая способность крепи увеличивается почти в.два раза.

Надежное поддержание выработок может быть обеспечено только в случае, если в продолжение практически всего периода развития смещений пород в выработку сопротивление анкера в податливом режиме будет составлять (при совместном режиме работы с крепью) порядка 60—80% несущей способности его замка, т. е. в рассматриваемых условиях для обеспечения совместной работы анкеров с рамами крепи необходимо обеспечивать предварительную податливость анкера (до начала совместной работы верхняка и стоек крепи) порядка 50—60 мы в режиме работы замка порядка 50—60% его несущей способности.

Нами предложено производить микроторпедирование слоя песчаника в период проходки, учитывая особенности пород основной кровли (слой песчаника мощностью 3,0—8,0 м) на наиболее продуктивном пласте (пл. 26а) Байдаевского района Южного Кузбасса для уменьшения внешних нагрузок на крепь горных выработок.

Учитывая значительную интенсивность пучения пород почвы подготовительных выработок на шахтах Байдаевского района, особенно на пластах 22 и 26-а, предлагается одновременно с вышерассмотренным способом крепления выработок при активном воздействии на породы основной кровли в едином технологическом комплексе производить активное управление напряжённым состоянием массива пород почвы посредством взрывания камуфлетных зарядов под бортами выработки.

ния напряженно-деформированным состоянием углепородного массива.

Разработанные в работе мероприятия по сохранению подготовительных выработок с целью повторного их использования для условий Байдаевского района Южного Кузбасса позволили повысить эффективность горного производства за счет уменьшения затрат на их охрану и поддержание и снижения себестоимости добываемого угля. Расчет экономической эффективности производился по действующим научно-методическим рекомендациям с учетом свободного формирования цен на основные виды материалов и оборудования, а также на основе результатов испытаний отдельных технологических мероприятий по охране подготовительных выработок и борьбе с пучением пор од в них. Экономический эффект от внедрения разработанной технологии сохранения подготовительных выработок с целью повторного их использования на шахте «Абашевская» концерна «Кузнецкуголь» составил 0,49 млн. руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации дано новое решение актуальной для уголь ной промышленности задачи обоснования пространственно-планировочных и технологических решений при повторном не пользовании подготовительных выработок, обеспечивающее повышение эффективности отработки запасов выемочных по лей.

Основные научные результаты, выводы и рекомендации заключаются в следующем:

1. Установлено, что ввиду отставания работ по реконструкции шахт и строительству новых горизонтов на 15 из 18 шахт концерна «Кузнецкуголь» горные работы ведутся в уклонных полях по временным технологическим схемам, а в связи с переходом шахт на отработку менее продуктивных угольных пластов, отсутствием необходимой для данных условий проходческой техники, увеличением сечений проводимых выработок наблюдается устойчивая тенденция ухудшения основных показателей горно-подготовительных работ.

2. Разработанные и теоретически обоснованные принципиально новые пространственно-планировочные решения (ППР) в области вскрытия и подготовки шахтных полей на шахтах Южного Кузбасса до настоящего времени практически не реализованы, а разработанные перспективные технологические схемы очистной выемки не нашли широкого применения в основном из-за нерешенности вопроса эффективного управления горным давлением.

3. Разработаны и реализованы методика оценки пространственно-планировочных решений, базирующаяся на использовании математического аппарата метода главных компонент, алгоритм и программа расчета показателя уровня ППР на стадии принятия перспективных технологических решений в области развития технологии подземной угледобычи применительно к конкретной шахте.

4. Выявлены два основных направления повышения уровня ППР:

обеспечение непрерывного роста эффективности работы комплексно-механизированных очистных забоев;

снижение объемов проведения горных выработок за сче!' увеличения сроков их безремонтного поддержания.

5. Установлено, что наиболее перспективными мероприятиями по реализации направлений повышения уровня ППР являются разработка новых и совершенствование существующих технологических схем бесцеликовой выемки угольных пластов на базе применения эффективных средств и способов крепления, охраны и поддержания горных выработок, особенно в части их сохранения с целью повторного их использования.

6. Натурными исследованиями проявлений горного давления в выработках шахт Байдаевского района Южного Кузбасса установлены качественные и количественные характеристики проявлений горного давления в подготовительных выработках и определено соответствие паспортов их крепления и охраны к конкретным горно-геологическим и горнотехническим условиям залегания угольных пластов.

7. На основании теоретических представлений о механизме поведения слоистого массива вокруг одиночной горной выработки и полученных результатов натурных наблюдений в шахтных условиях усовершенствована методика расчета ожидаемых нагрузок на крепь горных выработок применительно к конкретным горно-геологическим условиям шахт Байдаевского района Южного Кузбасса.

8. Усовершенствованы паспорта крепления и охраны пластовых выработок применительно к технологически необходимым в перспективе горным выработкам шахты «Абашевская» концерна «Кузнецкуголь» и разработана технология сохранения пластовых выработок для повторного их использования в работоспособном состоянии в течение всего срока их эксплуатации, сочетающая использование комбинированной анкер-металлической крепи и активных способов управления напряженно-деформированным состоянием углепородного массива.

9. В ходе испытаний разработанной технологии на шахте «Абашевская» концерна «Кузнецкуголь» установлено, что применение анкер-металлической крепи в сочетании с актив-

ным управлением напряженным состоянием углепородного массива позволило значительно уменьшить смещение слоев кровли за счет снижения расслоения ее слоев, снизить интенсивность пучения в 1,7—2,1 раза и достичь несущей способности рамы до 160—180 кН, что в 1,4—1,5 раза выше, чем у крепи типа ИПК.

10. Разработаны рекомендации по дальнейшему совершенствованию технологических схем повторного использования подготовительных выработок на основе применения комбинированных анкер-металлических крепей и активных способов управления напряженно-деформированным состоянием углепородного массива вокруг контура выработки для конкретных горно-геологических и горнотехнических условий шахт Южного Кузбасса.

11. Экономический эффект от внедрения на шахте «Аба-шевская» концерна «Кузнецкуголь» технологии охраны и поддержания подготовительных выработок с целыо повторного использования, полученной при отработке запасов выемочного столба лавы 26—26, составил 0,49 млн. руб. и был достигнут в результате увеличения несущей способности рамы крепи, снижения внешних активных нагрузок на крепь выработок со стороны пород кровли и значительного уменьшения пучения пород почвы.

Основные положения диссертации отражены в следующих публикациях:

1. Кузнецов Ю. П., Ннкишичеп Б. Г., Магдыч В, И., .Горшков М. Д. Совершенствование пространственно-планировочных решений при блок-этапной технологии добычи угля// Подземная разработка тонких и средней мощности угольных пластов. — Тула, 1990. — С. 9—17.

2. Горшков М. Д. К вопросу использования метода главных компонент при оценке принимаемых на угольных шахтах пространственно-планировочных решений//Проблемы экологически чистой автоматизированной шахты глубокого заложения, — М.: МГИ, 1991, —С. 12—15.

3. Кузнецов Ю. П., Никишичев Б. Г., Горшков М. Д. Развитие пространственно-планировочных решений при освоении угольных месторождений в концерне «Кузнецкуголь». Деп. № 27/9-20—3 в МГИ, ГИАБ, 1992, № 3.

4. Горшков М. Д. Совершенствование технологии повторного использования подготовительных выработок на основе выбора рациональных средств их крепления и поддержания. Деп. № 27/9—24 в МГИ, ГИАБ, 1992, № 2.

5. Кузнецов Ю. Н., Горшков М. Д. Основные пути совершенствования проектно-технологических решений, обеспечивающие ритмичную работу концерна «Кузнецкуголь»//Про-грессивные технологии разработки угольных месторождений,—М.: МГИ, 1992. —С. 10.

6. Горшков М. Д. Результаты моделирования на ЭВМ технико-технологических показателей работы шахт Южного Кузбасса в области пространственно-планировочных решений// Разработка способов и технологических решений, обеспечивающих экологическую чистоту шахт. — М.: МГИ, 1992. — С. 5.

Подписано в печать 2.11.1992 г. Формат 60X90/16 Объем 1 печ. л. + 4 вкл. Тираж 100 экз. Заказ № 1288.

Типография Московского горного института. Ленинский проспект, д. 6