автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Обоснование технико-технологических решений, повышающих эффективность подземной разработки сложноструктурных угольных месторождений

Автор выражает глубокую признательность за методическую помощь научному консультанту докт. техн. наук, проф. Н.К.Гринько, канд. техн. наук Л.Н.Гапановичу, докт. техн. наук, проф. Г.И.Ягодкину; инж B.C. Рылееву - за помощь в организации и проведении натурных экспериментов; инж. Н.Н.Гурьевой - за помощь при оформлении работы. всех пластов в свитах, вплоть до расщепления мощных на самостоятельные пласты с широким диапазоном изменения мощности - с 8-10 м до нерабочей; высокой химической активностью углей, инкубационный период отдельных пачек которых не превышает одного месяца, нередко приводящей к возникновению эндогенных пожаров; крайне низкой прочностью вмещающих пласты пород, в 1,5 раза уступающих прочности угля, предопределяющей при некоторых условиях пластические выдавливания их в полость выработок и вызывающей интенсивное пучение почвы. Перекрытие угленосных пород толщей водо-насыщенных базальтов мощностью до 150 м создает на эти породы дополнительную нагрузку и особый гидрогеологический режим с прорывами водоне-сущей смеси в очистные и подготовительные забои с их заиливанием на большом протяжении, исключающем возобновление работ.

Совокупность таких неблагоприятных горно-геологических факторов как меньшая, чем у угля прочность пород кровли, наличие в ней локальных зон во-донасыщенных мелкозернистых песчаников, пластические выдавливания из пласта глинистых прослойков, а также опасность прорывов в забой напорной водонесущей водной смеси, предопределили необходимость ограничить толщину вынимаемых слоев при разработке на шахте им. Артема мощного (810 м) пласта VI. По рекомендации ИГД им. А. А. Скочинского она принята на шахте 2,2-2,5 м с целью уменьшить величину опорного давления на призабой-ный массив угля. С этой же целью на шахте придерживаются последовательной отработки выемочных столбов в панели, избегая их отработки через столб. Лавы оборудуются механизированными комплексами типа МК-75Б, ЮКП70 и IV ОКП70. Ограничена также длина лав - 80-120 м, отрабатываемых по системе разработки длинными столбами.

При выемке верхнего слоя пласта в лавах используют защитные пачки угля. Опытом установлено, что при толщине защитной пачки угля 0,5 м при выемке верхнего слоя создаются условия для работы механизированного комплекса, близкие к штатным. Выемка каждого нижележащего слоя предусмоттупе. Только после полной затяжки кровли между двумя верхняками отбивался уголь в нижней части забоя и устанавливались гидравлические стойки под навешенные верхняки.

Для разрушения твердых прослойков и валунов, размером иногда до 1,5 м в диаметре, использовали английскую систему Айрбрейк - сжатый воздух давлением до 84 Мпа. Для этой цели в рудничном дворе рабочего горизонта был установлен компрессор с 6-ю ступенями повышения давления. Ко всем забоям проложен трубопровод. Патроны для взрывания сжатым воздухом закладывались в пробуренные в валунах шпуры. Несмотря на то, что геологические нарушения формировали блоки горного массива малых размеров (обычно до 200-400 м), в объединении «Мечекуголь» направленно осуществляли перевод лав на применение механизированных комплексов взамен выемки угля отбойными молотками с индивидуальной крепью. Более половины очистной добычи угля (2,6 млн. т в год) приходилось на механизированные комплексы, преимущественно зарубежные [5].

Применялось несколько видов технологии очистных работ: на пологих и наклонных пластах средней мощности и мощных (до 14 м) - длинными столбами по простиранию с выемкой собственно на полную мощность и послойной, как механизированными комплексами, так и с индивидуальной крепью; на пологих пластах мощностью до 6,5 м - длинными столбами по падению с выпуском угля подкровельной толщи в лавах, оборудованных механизированным комплексом (при углах падения пласта до 12 градусов).

Длина комплексно-механизированных забоев до 90 м. Использовались механизированные комплексы щитовой конструкции как поддерживающего, так и оградительно-поддерживающего типов. Секции крепи были снабжены выдвижными верхняками с прижимными устройствами для верхней части забоя. При работе механизированных комплексов по простиранию использовались узкозахватные одношнековые комбайны длиной около 3 м.

Одной из особенностей комплексной механизации являлось применение

Оценить связь удельной мощности кровли IV с характеристиками массива пород, из которых она состоит в каждом конкретном случае, в настоящее время практически невозможно. Поэтому можно воспользоваться предельными значениями удельной мощности системы "крепь-кровля" для принятой классификации кровель по управлению.

Натурные исследования [55] позволили определить границы трудноуправляемых, среднеуправляемых и легкоуправляемых кровель по величине механической удельной мощности системы "крепь-кровля". Расчеты показали, что:

• для трудноуправляемых кровель значение IV > 7,0 Вт/м ;

• для кровель средней управляемости IV= 2 - 7,0 Вт/м ;

• для кровель легкоуправляемых IV < 2 Вт/м

Учитывая, что в соответствии с уравнением (2) скорость смещения кровли в системе «крепь-кровля» Укр ~ ХИ (м/с), а удельное сопротивление системы

Р = ЕЯг/8{ Н/м2), (4) имеем 1¥ = РхГкр (Вт/м2). (5)

На рис. 2.8 представлена диаграмма (Р - Укр) системы «крепь-кровля».

Укр., мм/ча{? .|.;.;.;.;.;.;.\.,

Р, кН/м

Рис.2.8. Диаграмма «Р-\Л> управления механической системой «крепь-кровля»

На диаграмме выделены зоны управляемости кровли в системе «крепь