автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Обоснование технологических решений отработки законсервированных запасов угля

РГ8 ОД

РГ6 од

^ О а Ч. в

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ

ДОНЕЦКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи.

СУХАНЬ Евгений Яковлевич

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ОТРАБОТКИ ЗАКОНСЕРВИРОВАННЫХ ЗАПАСОВ УГЛЯ

Специальность 05.15.02—„Подземная разработка

месторождений полезных ископаемых".

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Донец к—1993

Работа выполнена в производственном объединении „Макеевуголь".

Научный руководитель—

докт. техн. наук, проф. Ю. К. БАТМАНОВ

Официальные оппоненты: Член корр. АГН Украины,

докт. техн. наук, проф. К. Ф. САПИЦКИИ

канд. техн. наук С. И. ЕГОРОВ

Вгдущее предприятие—Проектный институт „Донгипрошахт".

Защита диссертации состоится . " ¡993 Г-

в часов на заседании специализированного совета Д.068.20.02 при Донецком ордена Трудового Красного Знамени политехническом институте по адресу: 340000, г. Донецк, ул. Артема, 58.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан

1Г. 09

1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета, // докт. техн. наук, проф. /

/

В. И. ЧЕРНЯЕВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы-' Для, развития экономики Украины требуется самообеспечение необходимыми объемами анергии, что я своп очередь связано с состоянием.развития угольной промыйленности и, прежде всего, Донецкого бассейна, на доле которого приходится около 90% годовой добычи угля. Поэтому рациональное освоение угольных месторождений Украины должно как правило, предусматривать максимально возможное извлечение угля из недр за счет применения соответствующих горных мероприятий и геомеханических обоснований.

В этой связи проблема полноты извлечения балансовых запасов в настоящее время стала актуальной для Донбасса и, особенно, для шахт, горные работа которых ведутся под городами, поселками и другими промышленными и природными объектами. Рост коэффициента извлечения балансовых запасов может быть достигнут двумя путями: первый - за счет вовлечения в разработку запасов угля, ^.оставлен-пых на вышележащих горизонтах» и, второй - за счет запасов, законсервированных в охранных целиках.

Потери этих запасов не только приводят к невосполнимому народнохозяйственному ущербу с социальной точки зрения (. в силу невосполнимости этого вида топлйва)^ но и наносят значительный экономический ущерб. Отрицательные экономические последствия потерь угля сказываются «a poete затрат на извлечение одной тонны запасов ( увеличивается непроизводительные затраты на геологоразведочные работы, проектирование, строительство, реконструкция иахты, проведение и поддержание выработок и т.д.) По данным п.о. "Укргоология" более чей у 30% Донецкого бассейна на балансе числится более 600 млн. т запасов угля, расположенных ваше действующих горизонтов, так называемых "зависших запасов". Не мень-.шив запаса законсерйированн в.охранных целиках под различными зданиями и сооружениями.

Поэтому вопросы эффективной отработки оставленных и законсервированных запасов угля являптся актуальными для экономики Украины. . •

_Целья_ настоящей работы, является выбор я научное обоснование технологических решений по вскрнткп, подготовке а отработке законсервированных запасов с учетом многообразия.геологических и

- г -

технических условий их эксплуатации.

_Идея работы заключается в том, что на базе типичных для шахт Донбасса условий, осуществляется технико-экономический анализ . возможных сторон отработки законсервированных, по той или иной причине запасов, с дальнейшей реализацией принятых решений в натурных условиях. Это позволит на основе типичных примеров перейти •к систематическим, широкомасштабным работам в втом направлении.

_Научные_положенияА защищаемые автором в своей работе: законсервированные в охранных и иных целиках запасы'могут быть отработаны с экономической эффективностью и без нарушений охраняемых объектов на поверхности;

- для отработки целиков под наиболее ответственными объектами целесообразно использовать шиёрнуо систему разработки, которая позволяет в широком диалозоне регулировать величины сдвижения покрывающего пласт горного массива;

- вовлечение в эксплуатации законсервированных запасов угля позволит 'чачительной мере повысить фондоотдачу действующих шахт Донбасса.

Достоверность.и обоснованность^ научных и практических положений, выводов и рекомендаций подтверждается корректным применением техннко-экономичйскогр анализа, лабораторным моделированием характера сдвижения горного массива,- фактическими.показателями работы экспериментальных выемочных участков На ряде угольных шахт, положительным опытом внедрения новых Технологических схем отработки оставленных запасов угля.

_Научная__ноВизна работы заклвчается:

- в технико-экономическом обосновании необходимости и экономической эффективности выемки запасов, оставленных на верхних го- ■ ризонтах; ■''•'■

- и научном доказательстве широкого применения новой ппя , Донбасса короткозабойной технологии для частичной отработки запасов, законсервированных в охранных целиках. '

^фактическое зкачен:ие_рабрты .заклвчается в установлении технических параметров вскрытия, подготовки и выемки "Зависших запасов" угля, а также в определении параметров камерной системы для разработки охранных -целиков под ответственными зданиями и со-

оружёшшми и .¡рироднын)! объектами.

_РеализациЯ результатов исследованияд На основе научных разработок автора была осуществлена выемка угля на трех экспериментальных участках при различном сочетании геологических и технических условий на шахте п.о. "Шахтерскуголь" и "Макеевуголь". При этом был получен экономический аффект.

_Апробация_работы. Материалы диссертационной работы докладывались и получили одобрение.на расширенных заседаниях технических советов п.о. "¡ЕахтерскугоЛь" и "Макеевуголь". В этих заседаниях принимали участие научные сотрудники ДПИ,-ДонУГИ, "Укршахтипрзект", "Донгипрошахт" (1988-89-90 - е гг.). Диссертация рассматривалась также на научных семинарах горного факультета Донецкого политехнического института и горного отдела ДонУГИ (1991 г.).

ликауии. По теме диссертации опубликована 7 работ.

_Объем_и_стр^кту£а_раб_оты. Диссертация изложена на 122 страницах машинописного текста, в числе которых список литературных источников из 21 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТУ

Важнейшей задачей в работе угольной промышленности а новых условиях должно быть оптимальное использование имеющегося потенциала - шахтного фонда, в наращивании производственных мощностей шахт, продлении срока службы действующих шахт, повышении эффективности технологий добычи угля. Особо актуальна такая постановка задачи для старых шахт, предопределяющих негативную в отрасли структуру шахтного фонда.

. Практика работы шахт показывает, что выборочная отработка балансовых запасов приводит к интенсивной выемке наиболее продуктивных пластов, а это.связано с постоянным вскрытием, подготовкой и вводом в эксплуатации новых, более глубоких участков шахтного поля. Удаляясь от рабочего горизонта, горные работы создапт все более сложные производственные коммуникации неестественно, наступает такой момент, когда обеспечить заданные объемы работ эти коммуникации не могут. Особенно отрицательное влияние оказывает углубление горных работ на интенсивность комплексного проявления горного давления, газодинамических явлений й роста температуры. Все ото приводит к снижении безопасности и продуктивности труда рабочих. В то же. время по данным п.о. "Укргеология" на начало 1990 г. на

-л -

балансе II.5 шахт Украины числится более 600 млн. т кондиционных запасов угля, расположенных выше действующих горизонтов, отработка которых не предусматривалась или была приостановлена вследствии менее благоприятных условий их залегания или в связи с опасноетьв подработки зданий, сооружений и других объектов на поверхности.

Главные причины такого положения следувщие:

- отсутствие эффективных средств выемки тонких и весьма тонких пластов, что является главной причиной многолетней практики выборочной отработки более продуктивных пластов;

- инвестиционная политика развития конкретной шахты,связа-' на, как правило, с угольными пластами,обеспечивающими производ- . ственнье успехи предприятия.

В табл. I.приведены данные о величинах "Зависших запасов" по пологопадаваим пластам Донбасса в зависимости от мощности пласта и качества угля.

Таблица 1

Распределение зависших балансовых запасов (млн.*)

парка угля

! Мощность пласта, м ! Всего

! А*' е-8.ТоТвТ-1,2 "Г 1,2

■Угля для коксования 107.0 63,0 46,0 216,0

Энергические угли 191,0 189,0 28,0 408,0

Все угли 298,0: 252,0 74,0 ■ 624,0

К учету приняты зависшие балансовые запаси шахтопласто в объеме не менее 150 тыс. т

Средняя величина зависших балансовых запасов угля,приходящаяся на одну шахту ( административнуо единицу ), которая располагает такими, запасами, составляет 5,4 млн.т и размещены эти запасы в среднем в одном-двух шахтопластах.

Из общего объема зависших балансовых запасов 60,5^ находятся уже во вскрытых пластах, в тон числе 38,5;? в пластах,

разрабативаемых в настоящее время.на нижних горизонтах, и 39,5^ в пластах не вскрытых и никогда ранее на данной шахте не разрабатыпяющихея.

. Глубииа залегания, зависших балансовых запасов на шахтах находите*.в пределах 110-700 м, и в среднем составляет 4Ю0~'»!Ю м; в-то'.же время средняя глубина работ на шахтах, вклпчающих эти запасы, приближается к 700 п..

В результате полной подработки "зависших запасов", в них й в боковых породах значительно снижены против природного уровня Газоносность и водообильность, ослаблены трещиноватьстьо крепкие боковые ироды в большинстве снята опасность по внезапным выбросам угля и газа и горным ударам. Поэтому зти.факторы могут рассматриваться, как благоприятные при подготовке и отработке таких запасов. ' .

В итоге, основными причинами отказа от разработки зависвих балансовых запасов являются: малая геологическая мощность пласта С в ТО' случаев); нарушенность' месторождения (И.,5,?);. отсутствие проектов на вскрытие и подготовку запасов (10,О,"?). В целом же указанные причины, носят общий характер, поэтому в каждом конкретном случае необходимо вести анализ.для этих условия.

Анализируя состояние вопроса исследования следует отметить, что вывод о целесообразности отработки тех или иных запасов угля нй шахте Ьледует проводить, с учетом специфики природных и производственных условий конкретной шахты и состояния технического •прогресса в отрасли..

. ' ' Формирование вариантов подготовки и отработки зависших балансовых запасов является основной: содержательной частью решения вопроса о целесообразности вовлечения в отработку этих запасов . в условиях конкретной тахты..Оно включает,в себя выбор планировочных решений по вскрытию, подготовке и систем разработки с привязкой этих решений к системе действуощих выработок,технологии' проведения вскрывавших и подготовительных выработок* Одновременно должен быть, решен вопрос'о технологической возможности реализации на шахте •выбранных планировочных решений по фактору пропускных способностей технологических звеньев, по обеспеченности трудовыми ресурсами и т..д.. Возможные, здесь ограничения способны существенно влиять на .выбор варианта и сроки его г, алиэации, а

- б -

следовательно, на эффективность", отработки этих запасов.

Разработка и формирование вариантов подготовки и отработки зависших балансовых запасов базируется на, следувщих основных положениях: . ;

- повышение за счет вовлечен«* в отработку зависших балансовых запасов производственной мощности шахты, как .наиболее аффективного пути ее развития; при ограниченных пропускных способностях технологических звеньев шахты предусмотреть возможность автономной подготовки и отработки "зависших" запасов;..

- обеспечение макиимально возможного уровня комплексной механизации очистных работ и. комбайнового способа проведения подготовительных выработок;

- использование прогрессивных планировочных решений .по вскрытию, подготовке и системам разработки пласта, ..■.-.••

Для решения'Поставленной задачи.в исследованиях использовались технологии на. базе гидрофицированных новейших крепей,которые применяются в настоящее время й:перспективных технологий..

К ним относятся; фронтальный агрегат, буроинековая Выемка, варианты безлодной выемки на базе скреперостругсв.

Особенностью разработки зависших балансовых запасов угля является тот факт,что они,-как правило, подработаны или надрабо— таны. Имеющийся опыт отработки таких пластов показываем что выемка запасов проводитс-я успешно, еали подработка или "надработка велась'без оставления угольных целиков. Сейчас нет данных о количественном влиянии подработки или надработки на изменение показателей очистной, выемки в подработанных или надработанных пластах, в частности.на изменение суточной нагрузки на лаву.

Эта задача решается, с определимыми допущениями следующим образом;' . . ; -. "

Величина коэффициента, учитывающего влияние подработки клк надработки,. мокет быть установлена.при. допущении, что .его величина пропорциональна изменению величины разгрузки пластов при их под - или надработке.

Выражение, позволяющее-установить величину, коэффициента осложнения отработки пласта, имеет .вид:

К- 1.67.-0:67 ' - ,1

Где Н, - мощность междупластия, м;

й^у - размер защищенной зоны, м; \

Щзф. - Эффективная мощность ..защитного пласта,равная вынимаемой мощности,, м;'

ГПо^ - критическое значение мощности защитного пласта, м;

Г{ - процентное содержание песчаников в мевдупласть® % .

При установлении суточной нагрузки на лаву в педработанном или подработанном пласте необходимт учет этого коэффициента влияния».Численное значение этоге коэффициента колеблется.в зависимости .от условий в диапазоне от 1,0 до 0,15.

Суточная нагрузка на очистной забой в настоящее время.оп-ределяется исходя,из-табличных значений параметров нагрузки с корректировкой их по длине лавы, мощности пласта, ебъемной массе угля'и горно-геологическим условиям выемки. .

Однако пользование табличными данными с пересчетом их на . конкретные'условия выемки неудобно при многовариантных расчетах и непригодно;при-расчетах на ЭВМ. В.связи о этим получены мато-матические выражения для определения нормативной суточной нагрузки на очистной забой при различных средствах механизации выемки. Так для механизированного комплекса типа "донбасс" вы- . ражение. для определения суточной нагрузки имеет вид:

а) при кровли средней устойчивости

Дс= [ 360 ^+650 (т-0.7)+ 1.75 (г-150)] п'к

б) при кровле.устойчивой- 1

: ; ¿с= [>7 у * 1045 (т - 0.7) V 2.25 (С - 150)] П1К

Для комбайна 1К-101 с индивидуальной крепью

а) при кровле неустойчивой и средней устойчивости

б) при кровле устойчивой

Ас-[ 2Э"Зу + 100 (т~0.7) + ЬЪ (1- 150)] П1К'Ккр

- о -

.где у - плотность угля, t/mj ;

П1 . - вынимаемая мощность пласта, н;

Í - длина лаги, м;

К - коэффициент,отражающий ьлиян,.е L -го горногеолвгичес-кого фактора на снижение нагрузки;

.Ккй - коэффициент,учитывающий плотность крепи в очистной выработке.

Пределы применимости формул -: 0,7<Щ ¿ 1,3; 100. 200.

Аналогичные выражения приведены в диссертации и-для других технологических схем.

.В'работе применен единый методический подход к;выбору, -технолог-гических решений.и определение их характеристик,использующий Элементы матричного моделирования. ■ .

Вопрос о целесообразности вовлечения в отработку балансовых запасов,оставленных выше действующих горизонтов имеет несколько аспектов:

- ьо-первых, возможность обеспечения доступа к оставленным запасам;

- во-вторых,целесообразность отработки оставленных запасов определяется в большей мере выбранным способом н технологией их отработки,ъклмаюиш вскрытие,подготовку технологический схему, выемки угля в очистном забое;

- в-треть',х,охончательный вывод о целесообразности вовлечения в отработку зависших запасов на шахте может быть, сделан на основе экономических расчетов. Для решения поставленной задачи разработан алгоритм и программное обеспечение для машинного счета.

В основу алгоритма положен пошаговый расчет нагрузки на очистные забои и шахту и объемов проведения и погашения выработок при сложившихся на данном временном шаге горни-геологических и произ-■ .еодсгванних условий отработки выемочных участков и полей с .учетом заданных и планировочных решений взаимного положения отдельных'-rophüx работ и необходимого взаимодействия между ними.

Затраты на очистные работы определяются в следупщей после-, довательности. Вначале для каждого вида технологии определяётся нагрузка на очистной зчбой при принятой в расчетах его длине, равной 170 м и вычисляется: суточная скорость его подвигания. Затем

по известной методике рассчитываптся затраты по элементам себестоимости, а затем группируются таким образом, чтобы они выражались в функции вынимаемой мощности пласта, плотности угля и суточной, скорости подвигания очистного забоя.

Так для механизированного комплекса выражение для определения себестоимости имеет вид:

= ^ с = тУ~ (^~ + сшз)+о.27 ;

Для узкозахватной выемки с индивидуальной крепьп .

^тгХ-Г--051)^'

. . Для выемки угля установкой УС-Э с дистанционным возведением породных опор .

■Годовые затраты на проведение выработок определяются из выражения:

. mfrjLt

Crt - 2__ Crt.i 1-1

где ITlft^t- количество выработок, в том числе протяженных CEJ и камер ( проведениях в t. -ом году, тыс.руб. .'

Crt't - годовце затраты на проведение L-ой выработки в . . ом году, тыс .руб.

Годовые затраты'tía поддержание и ремонт выработок в зсие

влияния очистных работ .определяется, как сумма соответствующих затрат по каждой выработке:

~ (Щь

где Ru.l t ^ - годовые затраты на поддержание и ремонт

^-ой выработки в "Ь-ом году от влияния соответственного L-.ro -го очистных ;.■■-. забоев, руб. .

Годовые затраты на погашений выработок

С и.гЛ = 1_и.гЛ 'бгаш.

где 1_цг. Ь - суммарная длина погашения выработок в Ь -ом году, м;

бгащ. - затраты на погашение одного метра выработки, . " руб.

расчетная себестоимость I т угля по шахте с учетом выработки участка "зависших" запасов будет равна:.

Гт ^ С-за>-Д эав

1 Д - Д -

где С, - себестоимость 1т угля до введения в отработку участка зависших запасов, руб; Д - добыча угля по шахте с учетом вовлечении в отработку "зависших." запасов, т; , Озав - себестоимость угля по участку "завистих" запасов, . руб/т} ■

Дгав. - добыча по участку "зависших'1 запасов, т. Расчеты показывают, что экономически целесообразно-отрабатывать зависшие запасы в том случае, если разница в себестоимости добычи угля по шахте (шахтоуправлению) без вовлечения и с вовлечением в отработку этих запасов оказалась положительной, а их отношение к величине капитальных затрат на их подготовку и выемку будет не меньше норматива эффективности капитальных вложений.

Однако это оби 1 6 условие является производным результатом дсй-<-ствия целого комплекса горно-геологических, горно-технических и технико-экономических факторов, включающего как базовые показатели работы шахты, так и технико-экономический уровень решений по подготовке и отработке "зависших" запасов. Так, например, достоточно быстрый ввод в эксплуатацию лав'на участках "зависших" запасов на трех шахтах п.о. "Шахтерскантрацит" дали весьма положительные результаты.

На шахтах им. 1-го.Мая, "Постниковсксй", им .Чапаева были созданы экспериментальные участки, на которых были апробированы различные аспекты вскрытия, подготовки и технологических схем выемки. .

На шахтах Шахтерского района этими экспериментальными участками были отработаны значительные запасы антрацита. Для принятия того или иного проекта отработки запасов использовался принцип многовариантности по каждому экспериментальному участку. Были расчетным путем апробированы варианты вскрытия с использованием имеющихся выработок или с проведением новых. Схемы подготовки шахтных полей или участков варьировались с учетом возможных планировочных решений отработки лав по простиранию, восстанию диагональными столбами.

Был применен широкий диапозон вариаций для элементов систем разработок на экспериментальных участках.

На.;основе анализа производственных данных на этих шахтах, п.о. "Шахтерскантрацит" правомочны следующие выводы:

■ - большая часть зависших, балансовых запасов не требует значительных объемна проведения подготовительных выработок с действующих горизонтов. При этом обнаруживается закономерная тенденция уменьшения объемов подводящих выработок на шахте с увеличением величины ее зависших запасов})

. анализ горно-геблогических условий пластов "зависших" . балансовых запасов показывает, что они залегают практически в тех «Зсуаяовиях, что и разрабатываемые пласты. Для разработки этих запасов, могут быть использованы практически все существующие. и разрабатываемые в настоящее время технологии и средства выемки;•. -

- вопрос о целесообразности вовлечения в отработку зднисмм запасов может быть решен обоснованно только с учстьм природных • и производственных, условий конкретной лахтн. Это. усиоьие виден-

гает задачу детального анализа- всех действующих 'шахт о зависшими запасами.

Другим принципиальным направлением повышения эффективности и полноты эксплуатации невозобновляемого полезного ископаемого' является частичная отработка охранных целиков. Эта задача услок-' няется тем,- что в ней переплетены два -противоположна направленных ограничения. С одной стороны .необходимо уменьшить потери в охранных целиках, а с другой не навредить охраняемым объектам. Мировая практика имеет в своем арсенале два направления охраны, .поверхности от вредного влияния разработок - полная закладка выработанного пространства или применение камерной системы разработки..

Наиболее плотный закладочный-массив во.зиожнр получить применяя гидравлическую закладку.

Однако гидравлическая закладка в условиях- весьма пологого радения сложно осуществима. Кроме этого гидравлический способ . требует созлания громоздкого и дорогого закладочного хозяйства.

Пневматическая закладка допускает смещение'всего горного пассива до 35% от величины мощности пласта. По этой причине она неэффективна-, для охраны многих сооружений и'природных объектов на поверхности.

Мировым опытом доказана.'надежность и.эффективность выемки . угольного пласта под охраняемыми объектами камерной 'системой ' разработки, которая позволяет регулировать смещение, горного, массива путем вариаций параметров системы разработки,.

На площади шахтного поля шахты "Бутовская" имеется много Д целиков с различными запасами, в том числе целик под железнодо^ рожным узлом станции Ясиноватая, в котором законсервировано Несколько миллионов ценного угля,. Хотя бы частичная отработка камерной системой этих .запасов имеет большое экономическое значение, длп предприятия, На территориях шахтных полей-многих шахт законсервированы в охранных целиках большие запасы,частичная выемка которых необходима и допустима. ' :

Для установления технической возможности частичной выемки ш-лнков без повреждения земной поверхности до начала работы эл- . гперимгнталъного участка были проведены 'лабораторные исследова- ■ кия на стенде из эквивалентных материалов. . -.

Моделирование эквивалентными, материалами, основано на замене <лтг-Ъть¡'т.у горных пород искусственными материалами, показатели ..',)ишкс-м»;хани:чг-сних свойств которых находятся в. определенных

соотношениях .. идентичными показателями пород натуры. Необходимые критерии подобия получены после преобразования общег» закона механического подобия Ньютона.

.. Подбор физико-механических характеристик эквивалентных материалов производится по формуле:

5.ГП У.М. у(

и ¡(н

где Ян , Км - силовии характеристики пород натуры и модели ^например, 1-одуль упругости);

У и , - плотность материала натуры и модели;

1-н £/и ■ ~ линейные, размеры'натуры и модели.

Изготовление и отработка модели производилась в специализированной лаборатории эквивалентная материалов ДонУГИ.

Определяющими факторами для. нашей задачи являются глубина разработки, мощность'вынимаемого пласта, мощность и прочностные, характеристики пород, слагающих толщу, и параметры системы разработки. Все эти данные взяты из фактических условии отработки пласта ГЦ шахты "Бутовская" п.о."Макеевуголь". Толща пород, массива сложена в основном породами верхнего кзрбопа. Четвертичные отложения, представлены желто-бурыми глинами. Мощность пласта 1,6 - 2,0 м, контакт с. породами, кровли четкий, с породами почвы -через углистый сланец. Угол падения угольного пласта 2 - 3°, кливакные трещины расположены под углом 40° к простиранию. Непосредственная кровля представлена песчаноглинистим сланцем темно-серого цвета,, трещиноватым (7-1С трешин на один метр). Коэффициент крепости - мощность колеблется л прбдалах 2-П м.

Основная кровля пласта представлена светло-серым песчаником, мелкозернистым,, кварцевым, мощностью 18-30 м; коэффициент крепости. Ю,- II; Вышележащая толща представлена перемещающимися пластами аргиллитов, алевролитов, песчаников.

Для исследования процесса сдвижения земной поверхности на моделях из .эквивалентных материалов варианты камерной системы разработки с варьированием Ширины камер от 1,0 до 4,0 м и между камерных целиков от 5,0 до 2,0 м.

Моделирование процессов сдвижения производилось на модели с размерами: длина 3,0 м, высота 2,0 м и толщина 0,2 м. Масштаб . моделирования 1:100. Для решения поставленной задачи моделировалась глубина разработки, равная. BOO м. Для создания в модели такой глубины использовалась' компенсирующая пневматическая .перегруп--ка. Соблюдение граничных условий у краев стенда обеспечивалось достаточным удалением от них изучаемого участка по выемке.

Замеры смещений толщи проводились зеркальными.тензометрами, расположенными в шесть рядов По глубине на всю длину модели. Порядок выемки пласта камерами был принят следующий. Вначале, в последовательном порядке были, "отработаны" Ю камеры шириною в 1,0 м и целиками между ними - 5,0,.Затем производилось увеличение ширины камер« до 2,0 м отдельными участками: первый -/с первой по I') камеру;, второй - с М по 28 - ую;) третийс. 28 по Ю - ю. камеру .

Расширение камер до 3,0 проводилось шестью участками по семь камер в каждом и т.д. Такой порядок отработки камер предусматривал выявление размеров панелей, между которыми следует оставлять барьерные целики. При дальнейшем уменьшении ширины целика • до 2-х метров и увеличении ширины камеры до 4,0 м, устойчивое сос-. тояние кровли налюдалось на-участке первых четырех камер. При расширении послед'ующих камер появились визуально заметные деформации междукамерннх целиков в первых камерах.- Кровля в камерах расслаивалась и наблюдались обрушения слоев непосредственной.кровли до 0,3 - 0,5 м.' В итоге подработанный массив модели сдвинулся, о чем свидетельствуют трещины у граничных целиков. Трещины были направлены в глубь массива под углом к напоастованию 60-65 . Целики между камерами шириною в 3,0 м работают, вероятно, в пределах упругости, т.к. их раздавливания не наблюдалось. Максимальные . оседания т^лаш наблюдаются в центре модели. В пересчете на натуру непосредственная' кровля'и прилегающие, слои мощностью 17 и опустились на <10-50 мм. Что же касается толщи пород выше 17 м, то они практически затухают на удалении 200 м от пласта.

Практический вывод, вытекающий из данных моделирования, . заключается в том, что выенка на.50$ площадки охранных целиков на глубинах более 300 и'камерной системой не представляет опасности для объектов на земной поверхности. Если же периодически между

отдельными участками выемочного поля оставлять барьерные целики, то надежность такой выемки еще более повышается. Характер изменения сдвижения толщи на расстояние от пласта от 17 до 127 и представлен на рис. I.

С целью проверки теоретических положений и результатов моделирования на стенде из эквивалентных материалов, на шахте "Бутовская" был организован' экспериментальный участок, который бил отработан камерной системой (рис.2). Размер участка: по простирания - 85 м, по падении — 145 м. Мощность пласта на участке 1,65 м, угол падения ~-5°, глубина работ - 670 м.

Выемка угля осуществлялась в камерах шириною в 4,0 м. Этот параметр обусловлен применением нарезного комбайна Iffl-78 для не- ■ ханизации очистных работ.

Ширина целиков колебалась в пределах 3-4 м. В соответствии с поставленными задачами для исследования смещений вмещающих ка- ■ меру пород и в частности состояния между камерных целиков проводились йахтные инструментальные наблюдения с помощью замерных контурных станций.

v Изменение скорости сближения пород почвы и кровли, а также боков выработки, имело пикообразный характер в зависимости от продвиг4ния Забоя выработки, причем, максимальная скорость смещений наблюдалась на участке 15-20 и от забоя. Такое пикообразное изменение скорости смещений является результатом появления трещин или расслоений в массиве. Увеличение трещиноватости приводит к увеличении объема пород, окружающих камеру и смещающихся в выработку. Через 10-15 суток интенсивность смещений пород на контуре камер заметно снизилось. Результаты замеров дают основание к-выводу о незначительных вертикальных смещениях-в,камерах. Эти смещения соот носимы-с величинами; полученными при моделировании на стендах из : эквивалентных материалов.

Для определения параметров процесса сдвижения земной поверхности .над экспериментальным участком била заложена наблюдательная станция состоящая из двух линий по простирании пласта и одной варест простирания. ,

За два с половиной года наблюдений не были зафиксированы смещения реперов. Это объясняется тем, что междукамерные целики.

размером 5-Л и препятствуют расслоению налегающей толщи, в . строении которой участвуют мощные слои песчаников. Данные замеров на.поверхности подтверждает данные моделирования на стендах из эквивалентных материалов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ . •

На оснований теоретических обо бщений и экспериментальных исследований решена актуальная для угольной, промышленности научная задача по выбору технологических решений рациональной отработки оставленных запасов.

Основные результаты выполненных исследований заклинаются в с»бдупщеи:

I. Оставленные или "зависшие" Запасы в шахтном поле формируется вследствие выборочной отработки балансовых запасов. Наиболее характерными причинами этого является:

1.1. Установленные в свое время кондиции не всегда соответствуют существующему на данной, момент времени технико-экономическому уровню производства в условиях конкретной шахты;

1.2. Отсутствие эффективных средств выемки пластов тонких и восьиа тонких, а так же в сложных горно-геологических условиях является одной из серьезнейших причин, повлекших за собой на шахтах Украины многолетнею практику выборочной отработки болое продуктивных пластов;

1.3. Отработка запасов-.выше .действующих горизонтов сопряжена с изменениями'планировки горных работ, Технологических процессов очистных и подготовительных работ, транспорта, вентиляции и-др;,

IЛ. Инвестиционная лоли.тьла развития конкретной шахты связана, в основном, с угольными пластами, обеспечивающими производственные успехи предприятия.

2. Б Донецком, бассейне более чек у трети шахт на балгжсе числится более 600 млн. т угля, запасы которого расположена Выше действующих горизонтов. На отдельных шахтах "зависшие" запасы : достигает более полог паи промышленных. Отработка этих запасов не' предпринималась или была приостановлена из-за возможности отработки более продуктивных пластов. Структура "зависших!' запасов ха- '

растеризуется следующими Показателями: 35£ представлено углями для коксования; ОД .этих запасов сосредоточено в пластах мощность» до 0,8 м; 52,запайов сосредоточены на 38 шахтах с единичной величиной запасов свыше 5 млн л; 60,запасов находятся во вскрытых пластах; В том число 38,52 в пластах, разрабатчваемых на нижних горизонтах. Глубина залегания пластов находится 2 пределах 110-700 м. ^ й среднем составляет 430 м.

2.1, Структура "зависших" запасов состоит из:

некондиционных запасов по зольности пластов из-за наличия

•в угольном пласте порсдаых прослоев и обрушения пород ложной кровли;

кондиционных запасов, вследствие высокой, обводненности, газообильности, склонности к внезапным выбросам угля и газа, отсутствия эффективных средств выемки угля;

целиков угля, оставленных для охраны горных выработок, зданий и сооружений на поверхности, а также по технологической необходимости и др.

2.2. Возможности современной горной техники, значительные глубины работ (а, следовательно, затраты, связанные с этими глубинами), требования безопасности ведения торных работ, а также оставшиеся ограниченные запасы угля создают предпосылки пересмотра и необходимости вовлечения в отработку этих аапасов. Поэтому целесообразность отработки "зависших" запасов определяется экономической ценностью запасов, технико-экономическим уровнем конкрвт-ной-шахты, затратами на их вскрытие, подготовку, технологию добычи угля.

3. Установлена количественная зависимость между объемом подводящих к зависшим запасам выработок и величиной "зависших" балансовых запасов при различной мощности пластов, что обеспечивает оперативность и достоверность' экономической эффективности вовлечения этих запасов в работу. ■ .

'I. Законсервированные в охранных целиках 'запасы могут быть извлечены С высокой. эффективность!), и без вреда для охраняемых объектов при помощи короткоэабойной технологии в камерных системах разработки.- Моделирование короткоэабойной технологии на .стенде из эквивалентных материалов и замеры сдвижений массива на

экспериментальном участке в течение, длительного периода подтвердили эффективность камерных систем. При этом потери запасов будут не более 30$. Потери могут быть снижены при условии зг-кладки отработанных камер.

Основное содержание' диссертации освещено в следующих опубликованных работах:

1. Сухань E.R., Садовой А.Г., Малец АД. Применение двух- ■ комбайновой технологической схемы выемки угля. "Уголь Украины",

» 5, 1977, с.16-17.

2. Сухань Е.Я., Карпенко К.П. Основные направления.роста производительности труда на стройках Минуглепрома УССР./ЦНИЭЙ-уголь/, М., 1986, 32 с.

■3. Поздняков Г.Г., Сухань Е.Я. Схема подготовки и отработки "зависших" запасов в ш/у им. I Мая п.о."Шахтерскантрацит", Сб.научных трудов ДонУГИ, Донецк; 1989, 185. с.

Тихонова Н.В., Сухань Е.Я., Поздняков Г.Г-. Исследование устойчивости выемки целиков угля под зданиями и-сооружениями. Сб.научных трудов ДонУГИ, Донецк, 1991, 178 е., .

5. Блакберн А.Ю., Мезников В.И., Сухань Е.Я. Состояние и перспективы вовлечения в отработку "зависших" балансовых запасов угля. /Уголь Украины/, IS89, jf- 10, с.9-11.

6. Корнеева И.В., Меликсетов A.C., Сухань Е.Я. Обоснование целесообразности выемки запасов угля, оставленных на верхних горизонтах шахтного поля. Сб.научных трудов ДонУГИ, Донецк, 1989, с. 153-155.

7. A.C. 973824. УДК 622.232.72:622.26 (088.8). Крылов В.§., Горбачев Г.К., Губин U.E., Голуб U.E., Мирумян Г.М., Куридин A.B., Сухань E.ii., Беликов А.К,, Зайдеивйрг В.Е;' •

Личный вклад автора в "совместных работах заключается в подготорке и проведении эксперимента в натурных условиях, в 'заменах и о::. :;йотке данных опытного участка, в обосновании и расчетах параметров ведения горных работ,в различных горно-технических условиях. ■

Ответственный за выпуск: Заведующий кафедро'": "Разработка:

месторождений полезных ископаемых1' . проф. Сапицкий

р01ПЯ принт МагЛЩ Шк Шюс в <гЛ