автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Повышение безопасности и эффективности разработки мощных буроугольных пластов с неблагоприятными условиями залегания

Гг П л _

Н о Л

') л ...

На правах рукописи

Ляховецкий Тарас Александрович

ПОВЫШЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ И ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗРАБОТКИ МОЩНЫХ БУРОУГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ С НЕБЛАГОПРИЯТНЫМИ УСЛОВИЯМИ ЗАЛЕГАНИЯ

Специальности: 05.26.01 - Охрана труда

1 1 .00.11 - Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Владивосток 1997

Работа выполнена в ОАО "Приморскуголь" и Дальневосточном государственном техническом университете

Научные руководители: - доктор технических наук,

профессор Муратов НА., доктор технических наук Федянин А А.

Официальные оппоненты - доктор технических наук

Мороз В.Ф., доктор технических наук Агошков А.И.

Ведущее предприятие - ИГД Дальневосточного отделения РАН

Защита диссертации состоится " и^'^'С 1997 г. в № час, на заседании диссертационного совета Д 064.01.02 в Дальневосточном государственном техническом университете по адресу: 690600, г. Владивосток, ул. Пушкинская, 10, ауд. Г - 308.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ДВГТУ.

Автореферат разослан " ЯХЛ^ 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета/7

кандидат технических наук

О.А.Шереметинский

Актуальность работа. Шкотовское буроугольноэ месторождение характеризуется невыдержанной мощностью и строением всех пластов в свитах вплоть до расщепления их на самостоятельные пласты с широким диапозоном изменения мощностей и углов падения. Высокая химическая активность углей нередко приводит к возникновению эндогенных пожаров. Крайне низкая прочность вмещающих пород, уступающая прочности угля в 1.5 раза, предопределяет при некоторых условиях пластические выдавливания их в полость выработок и вызывает интенсивные пучения почвы. Перекрытие угленосных пород толщей водонасыщенных базальтов большой мощности /до 150м/ создает на эти породы дополнительную нагрузку и особый гидрологический режим с прорывами водонесущей смеси в очистные и подготовительные забои, что вызывает возникновение опасных ситуаций.

Применяющиеся в этих условиях системы разработки с применением механизированных комплексов и камерная система не обеспечивают необходимого уровня безопасности горных работ, рационального использования недр /потери угля достигают 70%/ и необходимой нагрузки на очистные забои.

Б сложившейся ситуации особое значение должно придаваться создании новых и усовершенствованию существующих технологий, которые обеспечили бы необходимый уровень безопасности, рациональное использование недр, охрану окружающей среды и снижение удельных затрат на 1т добываемого угля.

В связи о изложенным, усовершенствование существующей технологии выемки угля с применением механизированных комплексов и разработка параметров короткозабойных технологий для конкретных горно-геологических условий, позволяющих повысить безопасность труда, снизить эксплуатационные потери угля в недрах и уцельный расход материальных ресурсов, является актуальной научной задачей.

Целью работы является разработка технологических схем, обеспечивающих рациональное использование природных ресурсов, снижение потенциональной опасности самовозгорания угля и повышение нагрузки на очистной забой при отработке мощных угольных пластов.

Идея работа заключается в том, что уменьшение потерь угля и создание пожаробезопасных условий отработки мощных

угольны* пластов при слоевой выеыке реализуется созданием искусственной кровли из обрушенных пород и выемкой нарушенных пластов на всю мощность с применением короткозабойных технологий.

Задачи исследований. Для достижения поставленной Цели пре дусматривается:

1. Изучить особенности проявления горного давления в очистных и подготовительных забоях.

2. Определить водно-физические свойства пород непосредственной кровли пластов для установления их слЗживаемости после обрушения.

3. Установить свойства вяжущих растворов для их применения при создании искусственного межслоевого перекрытия.

4. Обосновать параметры короткозабойной технологии для отработки пластов со сложными условиями залегания.

5. Разработать метод и средства предупреждения самовозгорания угля.

6. Определить целесообразность и экономическую эффективность внедрения разработанных технических решений.

Методы исследований включает горный эксперимент, комплекс шахтных и лабораторных исследований с привлечением фундаментальных положений физики и механики горных пород. Для обработки результатов исследований использовались методы математической статистики и корреляционного анализа.

Научные положения, защищаемые в диссертации:

- размокаемость пород кровли мощных угольных пластов, определяющая технологию и способы создания искусственной кровли, является критерием разделения их по слёживаемости;

- создание устойчивой искусственной кровли из обрушенных пород обеспечивается водно-физическими свойствами пород и свойствами вяжущего состава;

- соотношение индикаторных газов является критерием для опреде ления температуры угля и не зависит от скорости фильтрации воздуха, массы и фракционного состава угля, а так же ряда других факторов, связанных с процессом окисления угля;

- работоспособность короткозабойной технологии обеспечивается соответствием условий взаимодействия системы "технология-среда" в пределах выделенных границ шахтного поля.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- произведена классификация пород непосредственных кровель с крайне низкой прочностью, уступающей прочности угля в 1.5 раза по условиям слрживаемости;

- установлена возможность создания искусственной кровли при слоевой выемке мощных угольных пластов способом управляемого смачивания обрушенных пород в условиях месторождения и определен удельный расход воды;

- установлено оптимальное соотношение компонентов вяжущего на основе золошлакового раствора для профилактики эндогенных пожаров и создания искусственной кровли при наличии водонасы-щенных пород;

- установлены закономерности проявления горного давления в окрестности очистных и подготовительных выработок при наличии весьма слабых вмещающих пород;

- разработан метод дистанционного определения максимальной температуры угля в выработанном пространстве.

Достоверность научных положений, полученных результатов, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, подтверждается:

- представительным объемом шахтных исследований /охвачено 9 очистных забоев и 8000м пластовых подготовительных выработок/ и удовлетворительной сходимостью прогнозных и фактических параметроз искусственной кровли;

- положительными результатами опытно-промышленных работ и эффективностью применения технологических схем коротко-забойной технологии.

Личный вклад автора: разработана классификация пород непосредственных кровель мощных угольных пластов по условиям слёживаемости и установлены параметры управляемого смачивания при создании искусственной кровли;

- установлены закономерности проявления горного давления в окрестности очистных и подготовительных выработок при наличии слабых вмещающих пород;

- разработаны параметры технологически* Схем и произведена промышленная апробация их в условиях шахты им. Артема;

- совместно с Приморским филиалом ВостНИИ разработан метод дистанционного определения максимальной температуры угля в выработанном пространстве;

- определены химические свойства золошлаковых отходов пластов Шкотовского месторождения и разработана технология их переработки для использования в качестве вяжущего состава при создании искусственной кровли и твердой фазы зслошлакового раствора для профилактики эндогенных пожаров;

Практическая ценность работы:

- установлены параметры формирования искусственной кровли способом управляемого смачивания обрушенных пород при слоевой выемке мощных пологих угольных пластов, обеспечивающих снижение потерь за счет ликвидации межслоевой предохранительной пачки угля;

- вовлечены в отработку запасы угля со сложными условиями залегания пластов короткозабойной технологией, обеспечивающей значительное снижение потерь угля и материальных затрат на 1т добычи;

- решена проблема охраны окружающей среды от загрязнения золой за счет использования eö б качестве вяжущего состава и антипирогена.

Реализация результатов исследований.

Результаты исследований использованы в проектных решениях на строительство гор. 185м, выполненных ООО "Приморскстройуголь" в разделах: "Профилактика эндогенных пожаров","Борьба с пылью" и "Технология выемки угольных пластов в очистных забоях".

В настоящее время подготовка запасов на гор. 185м шахты им. Артема ведётся по рекомендациям автора. Реализация scex разработок диссертации будет осуществляться в 1997-98гг.при эксплуатации гор.185м.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на технико-экономическом совете ОАО "Приморскугсль" /1994-1996гг/; на научно-практической конференции в г.Артеме, прошедшей в декабре 1995г, с участием представителей ДВПУ, Приморского филиала ВостНИИ и работников "ДальвостНИИпроект", в горном институте ДВПУ /1996т/\ на технических советах шахты им.Артема /1994-199бгг/.

Публикаций. По результатам исследований опубликовано б работ.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения и приложений, содержит 115

страниц машинописного текста, 21 рисунок, 19 таблиц и список литературы из 87 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТУ.

Первая глава посвящена анализу состояния вопроса разработки мощных угольных пластов, характеризуюсьхся сложными условиями залегания, и изучении горно-геологическкх условий залегания угольных пластов Шкотовского месторождения.

В настоящее время в отечественной и зарубежной практике накоплен значительный опыт разработки мощных угольных пластов с применением различных средств механизации, позволяющих производить как послойную выемку мощных пластов, так и выемку на всю мощность с установлением определенных закономерностей проявления горного давления, устойчивостью и обрушаемостыо пород кровли и забоя.

Существенный вклад в развитие науки и технологии выемки мощных угольных пластов внесли: С.А.Авершин, К.А.Ардашев, А.С.Вурчаков, Ю.Н.Бычков, В.В.Васильев, А.М.Вандыщев, Л.Н.Га-панович, Ю.В.Громов, В.Н.Корнилков, Г.Н.Кузнецов, Т.Н.Кузнецов, И.С.Крашкин, 2.М.Киржнер, Л.Я.Даврухина, э.Н.Мильман, Н.А.Муратов, И.Ы.Петухов, Н.А.Рь&ов, В.Н.Скуба, А.А.Зецянин, Ю.А.Худин, С.А.Ярунин и др.

Изучение проблемы эффективной и безопасной отработки мощных угольных пластов показало, что разнообразие горно-геологических условий их залегания обусловило применение различных систем и способов их разработки, из которых наиболее перспективной считается выемка угля на полную мощность, с применением механизированных комплексов нового технического уровня: ЬШ-120, КМ-142, "Пиома" и др. Опыт эксплуатации этих комплексов показал, что положительные результаты бьтли получены при отработке пластов мощность» не более 3 м.

Увеличение вынимаемой мощности пласта приводит к увеличению интенсивности отжима угля из забоя и образованию вывалов породы из кровли, создавая опасные условия для работающего персонала.

В целом, несмотря на прогрессивность данной технологии, широкое внедрение подучила слоевая система разработки с разделением мощного пласта наклонными слоями.

Другим направлением отработки мощных пологих угольных пластов, особенно с тяжелыми природными условиями их залегания, является короткозабойная технология с выемкой пласта на всю мощность.

Анализ изученности проблемы, показал, что положительное решение вопроса эффективной и безопасной отработки мощных полого-наклонных пластов заключается:

- в повышении устойчивости кровли в очистных забоях, особенно при отработке нижних слоев;

- в сокращении эксплуатационных потерь угля и эндогенных пожаров;,

- в вовлечении в отработку запасов угля на пластах с неблагоприятными условиями залегания /высокая нарушенность, переменная мощность пласта, обводнённость и т.п./.

На основе анализа состояния вопроса сформулированы Цель и задачи исследования.

Во второй главе приведена методика исследований и установлена особенность проявления горного давления в окрестности очистных и подготовительных выработок.

Б основу исследований были положены шахтные экспериментальные исследования, включающие:

- обобщение и анализ фактического материала по ведению горных работ на шахтах месторождения;

- обследования состояния крепи в очистных и подготовительных выработках;

- закладку комплексных наблюдательных станций, состоящих из контурных и парных реперов, динамометров и самописцев различных конструкций;

- изучение физико-механических и водно-физических свойств вмещающих пород и угля.

Для обнаружения очагов самонагревания угля использовалась методика Приморского филиала ВостНИИ, основанная на определении не только окиси углерода, но и непредельных углеводородов.

Инструментальные наблюдения, проведрнные по методике ВНИМИ в длинных очистных забоях, оборудованных комплексами МК-75Б и 40КП-70 показали, что характер расслоения пород кровли, режим нагружения стоек крепи одинаков по всем отрабатываемым мощным пластам месторождения. Проведанные наблюде-

ния позволили установить, что суммарная мощность легкообрушае-мых слон в пород по всем отрабатываемым пластам равна или превышает четырехкратную вынимаемую мощность, т.е.

£Ьл.о 8, П/

где: ГП5 - вынимаемая мощность пласта, и.

Отсутствие вторичных осадок кровли, работа гицростоек крепи в режиме нарастающего сопротивления и установленная зависимость суммарной мощности легкообрушаемых породных слоив к вынимаемой мощности пласта /слоя/ позволили составить схему разрушения пород кровли при ведении очистных работ длинными забоями /рис.1/.

Рис.1. Схема разрушения пород кровли в длинных очистных забоях месторождения

Наблюдения за устойчивостью кровли проводились по той же методике ШИШ. В качестве критерия состояния кровли использовали удельный показатель нарушенности вывалами Не , при этом во всех случаях в кровле оставалась предохранительная пачка угля мощностью 0 .о м. 3 натурных условиях было установлено, что предохранительная пачка угля такой мощности при выемке верхнего слоя создает условия для работы механизированной крепи, близкие к стандартным. При отработке же нижнего слоя на всех пластах месторождения необходима разработка мер, направленных на повышение надежности искусственно создаваемого ыежслоевого перекрытия.

По данным шахтных наблюдений было установлено, что процент кусков, обрушенных пород на почву верхнего слоя,

ю

имеющих в поперечнике размер свыше 80мм, составляет незначительную величину /3-6?/, что создает благоприятные условия для формирования искусственной кровли из них.

Наблюдения, проведенные в камерах» позволили выявить пропорциональную зависимость устойчивости кровли от мощности оставляемой предохранительной пачки угля. Продолжительность её устойчивого состояния можно регулировать мощностью оставляемой пачки.

Инструментальные наблюдения, проведенные в полевых подготовительных выработках, показали, что крайне низкая прочность вмещающих пород предопределяет значительные их смещения в полость выработки, которые, как правило,затухают и имеют склонность к ускорению даже вне зоны влияния очистных работ.

В начальный период существования выработки /2-Эмес./ вне зоны опорного давления сближения пород кровли и почвы носят неравномерный характер, достигая 4 мы/сут. Затем скорость смещения пород стабилизируется и на протяжении примерно года держится в пределах 0.8 мм/сут. По истечению 9-14 месяцев под воздействием влаги, вследствие потери породами своих и без тоготого низких- прочностных свойств;скорость конвергенции начинает возрастать до 5-7 ым/сут., обуславливая деформацию крепи;которая сопровождается разрушением замковых соединений и сегментов.

Наблюдения за смещением пород в выемочных выработках показали, что величины и интенсивность горизонтальных смещений в 2-4 раза ниже, чем вертикальнвх. Это объясняется наличием в боках выработки пласта угля, прочностная характеристика которого в 1,5 раза превосходит прочность вмещающих пласт пород.

По характеру распределения суммарных величин вертикальных и горизонтальных смещений, а также их скоростей всю продолжительность существования выемочной выработки можно разбить на 3 периода.

I период /75-90 сут./- с момента проведения и возведения крепи до срабатывания узлов податливости /нагружение крепи/. В этот период происходит свободное расслоение и разрушение приконтурного массива, который обрушается на крепь, забучивая

закрепленное пространство. Суммарная величина вертикальных смещений в зтст период не превышает 150 мм, при этом скорость смещений имеет скачкообразный характер, изменяясь от 0.3 до 2 мм/сут.

П период - от нагружения крепи до попадания в зону временного опорного давления. В этот период скорость и величина смещений пород характеризуется относительной стабильностью /2-3 мм/сут./.

Ш период - /30-45 дней/ выработка в данной точке находится в зоне влияния очистных работ. Этот период характеризуется интенсивностью изменения величин и скоростей смещения из-за перераспределения напряжений в окружающем выработку массиве. Скорость смещений пород увеличивается до 70 мм/сут.. и выработка теряет до 70* своего сечения. Вертикальные смещения пород, которые выше горизонтальных в 2-4 раза, оказывают глазное /решающее/ влияние на конечное состояние выработки.

Обработка полученных данных инструментальных наблюдений методами математической статистики позволила установить зависимость изменения суммарной величины вертикальных смещений от расстояния до очистного забоя, что дает возможность прогнозировать ожидаемые величины вертикальных смещений пород и принимать меры по усилению применяемой крепи КШ-К4.

' U470e-°-om\ /2/

где: Q - основание натурального логарифма ;

L - расстояние рассматриваемой точки штрека от лавы,м.

В третьей главе изложены результаты лабораторных исследований по изучению свойств обрушенных пород для формирования искусственной кровли.

Определение гранулометрического состава пород кровли угольных пластов по методике Еудковского позволили установить возможность их использования для создания искусственной кровли при слоевой выемке мощных пластов и профилактики эндогенных пожаров в выработанном пространстве, т.к. они содержат около 9СР? глинистых частиц размером менее 0.005 мм.

Минералогический и гранулометрический составы пород обуславливают их водно-физические свойства, которые играют существенную роль в процессе слёживания, при этом размокав-

ыость пород, характеризующая их слНживаемость, может служить критерием для разделения пород кровель на классы по водно-физическим свойствам.

Размокавмость пород кровель угольных пластов определялась с помощью прибора ПРГ-1. Для исследования на размокае-мость пород состава питающей среды эксперименты проводились с применением питьевой /водопроводной/ воды, дистилированной воды, 5.5% раствора хлористого кальция и О.й раствора поверхностно-активного вещества ДБ.

Проведенные эксперименты показали возможность использования водопроводной воды для создания искусственной кровли из обрушенных пород, т.к. они под ей воздействием подвергаются размоканию и слёживаемости.

По сл^живаемости породы кровли угольных пластов Шкотов-ского месторождения нами разделены на 2 класса:

I класс - обрушенные породы непосредственной кровли в виде песчанно-глинистой смеси /плывуны/;

П класс - обрушенные породы непосредственной кровли, размокающие полностью в течение суток под воздействием воды, при этом 9С$ размокания пород происходит в течение первых шести часов.

Для определения возможности создания искусственной кровли из обрушенных пород исследованию подвергалась плотность их нижней части, т.е. у почвы верхнего слоя. Зависимость величины коэффициента уплотнения обрушенных пород от давления исследовалась автором применительно к выделенным классам непосредственных кровель по водно-физическим свойствам.

Исследованиями установлено, что процесс уплотнения /предшествующий процессу слёживания/ пород П класса происходит наиболее интенсивно при влажности, превышающей границу раскатывания, которая для аргиллитов и алевролитов, слагающих кровлю пластов, составляет, соответственно, 29 и 2АК. Естественная же влажность составляет, соответственно, 17.5 и 15.Поэтому для получения качественного искусственного перекрытия из обрушенных пород они должны обрабатываться водой до влажности не ниже границы раскатывания, что позволит активизировать процессы уплотнения и слрживаемости.

Для пород I класса /перенасыщенных влагой/ уплотнение

зависит от уменьшения имеющейся влаги до 25-30%, т.е. связывания излишней воды.

Эксперименты по связыванию излишней воды производились с использованием золошлакового раствора консистенции T:ffi=I:2,I:3,I:4,I:5. При каждом соотношении Т:Ж в раствор засыпали определенное количество фосфогипса. Вяжущее свойство раствора оценивалось прочностью полученного образца в зависимости от количества фосфогипса.

Обработка результатов эксперимента методом математической статистики позволили получить зависимость прочности образца от содержания фосфогипса в растворе, которая описывается уравнением:

<Осж =0.08 + 0.03 С ~ 0.0005С^, М

где: 6еж- прочность образца на одноосное сжатие;

С - концентрация раствора, % .

Для определения оптимального количества растзора, подаваемого з заданный объем породы?в экспериментах использовалась порода I класса по водно-физическим свойствам. 3 определенный объем породы заливали 30% золоплаковый раствор с ЗК добавлением фосфогипса от массы золы. Для каждого соотношения объемов растзора и породы и.зготавлияи несколько образцов, а после отверждения определяли прочность на одноосное Сжатие. Обработка полученных результатов эксперимента позволила получить зависимость прочности образца от соотношения объемов раствора и породы, которая описывается уравнением:

(о еж = '1.55+0.98К - 0. /2к2,

где: К - соотношение объемов породы и раствора,*?.

Для получения золошлакового раствора з качестве твердой фазы использовалась зола, получаемая от сжигания угля в шахтной котельной. Такое использование золошлаковых отходов обеспечивает не только большой экономический эффект, но и наименьший экологический вред.

В четвертой главе на основе произведенных исследований и подученных результатов произведено обоснование технологических решений для отработки запасов Шкотовского месторождения.

Безопасность работ в блоке и экономическая эффективность разработки пласта зависят от правильно выбранной схемы раскройки блока, которая должна обеспечивать:

- безопасность работ по условиям самовозгорания угля в выработанном пространстве;

- исключение образования зон повышенных концентраций горного давления в целиках угля и горных массивах в результате ведения очистных работ в блоке;

- снижение опасности и неблагоприятных последствий возможных внезапных прорывов воды и обычных водопроявлений в очистных и подготовительных выработках;

- концентрацию горных работ.

Так как источником эндогенных пожаров являются сосредоточенные потери угля, то технические решения по подготовке выемочных блоков должны предусматривать бесцеликовув технологию выемки угля в слое без оставления защитной пачки угля между слоями.

Для исключения образования зон повышенного горного давления необходимо, основываясь на опыте работы шахты им. Артема:

- исключить отработку выемочных участков через столб и принять только последовательную их отработку в каждом из крыльев двухсторонней панели;

- не допускать расположение выемочных участков, планируемых к одновременной отработке, один против другого по разные стороны панельных квершлагов.

Опытом отработки месторождения установлено, что при отработке мощного пласта У1 источником обводнения горных выработок является третий водоносный горизонт, который представлен линзами водоносных мелко и средне-зернистых песчаников.

Для снижения опасности прорывов водопородной смеси предлагается производить контрольно-зондировочное бурение в период нарезки выемочного блока, включив его в технологический паспорт проведения выработки. Длина дренажных скважин должна составлять не менее II м; расстояние между скважинами - до 30 м.

Для предотвращения вредного влияния сдренированной воды на производственный процесс в забое необходимо выемочные

выработки с учетом гипсометрии пласта закладывать так, чтобы осуществлялся естественный сток воды сонаправлено с транспортировкой горной массы.

Установленный фактор сл°живаемости пород кровель угольных пластов дает основание считать последовательную выемку слоев не только возможной, но и Целесообразной, чем одновременную, т.к. при одновременной выемке слоевые штреки из-за слабых вмещающих пород не представляется возможным сохранить в рабочем состоянии от опорного давления и непосредственной их надработки движущимся очистным забоем верхнего слоя.

Для предотвращения возникновения повышенного горного давления и потенциальной опасности эндогенных пожаров горные работы в блоке рекомендуется производить по Схеме "слой-пласт".

Для отработки угольных пластов месторождения длинными очистными забоями рекомендуется применять крепи оградительно-поддерживающего типа, т.к. этот тип крепи будет способствовать сохранению Целостности слабых легкообрушаощихся пород кровли в призабойном пространстве /по сравнению с применяющимися крепями поддерживающего типа/ за счет исключения многократного воздействия на контактирующий слой пород поддерживающим элементом крепи.

Проведенным анализом установлено, что для отработки запасов, сосредоточенных в тектонически-фациальной зоне,и нарушенных запасов на небольших площадях со сложной конфигурацией необходима такая технология, которая имеет возможность менять параметры и направление выемки, приспосабливая их к обнаруженному нарушению, не требует замены оборудования и исключает потери времени при переходе от подготовительных работ к очистной выемке, обеспечивая извлечение запасов при любой конфигурации вскрытых участков.

Для отработки таких запасов нами предлагается технологическая схема с применением камерно-столбовой системы разработки с погашением междукамерных столбов закрытыми заходками.

Расчет параметров очистной выработки без крепи сводился к нахождению оптимального устойчивого пролёта незакрепленного пространства и ширины целиков, размеров заходки и ширины междукамерных столбов.

Определение параметров технологической схемы для длинных очистных забоев производили методом сравнительной экономичес-

кой эффективности капитальных сложений. Б качестве критерия оптимальности нами использовалась величина приведенных Удельных затрат:

Зуа. - С+ЕнК. /5/

где: С - себестоимость I т добываемого угля, Р /т;

Ен - нормативный коэффициент сравнительной экономической эффективности;

К - удельные капитальные вложения, р/т.

Приведенные затраты, представленные в виде функции,

исследовались на минимум путем перебора вариантов.

у(х,,х2,ос3........JCn) , Ш

где: Xj.X2.X3......Хп - факторы-аргументы.

При расчете значений стоимостной функции С+Ен И к уч^ту принимались:

- эксплуатационные затраты /внутрилавные работы, проведение и поддержание подготовительных выработок, прилегающих к очистному забою, транспортировку по ним угля и вспомогательных материалов/;

- капитальные затраты /оборудование очистных забоев, проведение подготовительных выработок и оборудование подземного транспорта в них/.

Математическая обработка имеющихся данных позволила получить зависимость, характеризующую суммарную функцию Удельных затрат по добычному участку:

Зуа. -0.513 f 656.5+ 10U . /7/

Vßflijjcym- суточная нагрузка на забой, т/сут; £ - длина лавы, м; U - длина выемочного блока, м.

Произведенные в соответствии с "Инструкцией по определению нагрузок на очистные забои" расчеты показали, что суточная нагрузка на забой может измениться от 850 до 1300 т/сут.

Для вычисленных нагрузок /850-1300 т/сут/ оптимальные значения длины выемочного столба находятся в пределах 600--II00 м /рис.2/.

£50 7

600 700 600 900 1с0с 11 со 120с

Рис. 2. Зависимость удельных затрат от длины выемочного столба

По оценке сложности горно-геологических условий длину лав не следует принимать СЕыве 120м.

Б пятой главе разработаны технологические Схемы ка ведение очистных работ с различными условиями залегания пластов и даны практические рекомендации по повышению безопасности ведения горных работ и эффективного применения средств механизации.

Параметры технологической схемы, определенные автором для длинных очистных забоев, представлены ни»е.

Я* Наименование параметров пп

1. Схема подготовки

2. Схема разработки

3. Способ управления кровлей

4. Средства механизации:

- очистных работ

- подготовительных работ

! Качественное и количествен! ное значение параметров

Панельная

Наклонными слоями с последующей выемкой слочв длинными столбеми в нисходящем порядке

Полное обрушение

40КП-70, 10КП-70 1КПКС, шкш

5. Вид крепи в подготовительных выработках

Четырехзвенная кольцевая металлическая податливая

крепь КМП-К4

6. Способ охраны и поддержания выемочных выработок

Крепи усиления

7. Транспорт угля из очист-

Конвейерный

ных и подготовительных

забоев

8. Схема проветривания выемочного участка

Возвраточная

9. Способ пылепоцавления

Орошение источников пыле-образования с пылеулавливанием на комбайне

80-120

Не менее ширины двух выемочных столбов

10. Длина лавы, м

11. Величина опережения очистных работ в смежных слоях

12. Разрыв во времени между окончанием отработки участка и проведением выработки в присечку к нему в соседнем столбе, мес. Не менее 6

Для обеспечения надёжного межслоевого перекрытия и предупреждения самовозгорания угля в отработанном пространстве предлагается способ увлажнения обрушенных пород методом распыления-управляемого смачивания. Управляемое смачивание рекомендуется осуществлять по гибкому передвижному трубопроводу сЬ = 50ым, смонтированному по лаве на секциях крепи и подключенному к магистральному противопожарному ставу. От передвижного трубопровода через каждые 3~м,делаются гибкие отводы, которые подсоединяются к форсункам, укрепленным на секциях крепи так, чтобы факел распыления был направлен в сторону обрушающихся пород. Подача воды к форсункам осуществляется одновременно с передвижкой секции втечение времени, необходимого для подачи расчетного количества воды / 28л на I м2 отработанной площади/.

Для создания искусственной кровли из обрушелных пород I класса рекомендуется в отработанное пространство подавать золошлаковьй раствор через трубы длиной 3-5м, один конец которых крепится к секциям механизированной крепи, а другой выпускается в завал. Количество подаваемого раствора в завал определяется из уравнения /4/, но не должно быть ниже 0.05 мЗ

на 1 м2 отработанной площади.

Приготовление золошланового раствора рекомендуется осуществлять на технологическом комплексе, разработанном автором на базе золы, получаемой от сжигания угля в шахтных котельных.

Годовой экономический эффект от внедрения разработанных

в диссертации рекомендаций составит 2392360 тыс.руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Основные результаты, положения и выводы, полученные в работе, заключаются в следующем:

1. Разработана классификация пород непосредственной кровли по их водно-физическим свойствам, позволяющая обоснованно подходить к выбору технологии обработки выработанного пространства антипирогенами для создания надежного межслоевого перекрытия и изоляции отработанного пространства от призабой-ной зоны действующего очистного забоя.

2. Установлено, что обрушение нижних слоев непосредственной кровли по причине низких прочностных свойств происходит мелкими кусками, что благоприятствует условиям создания искусственной кровли из них под воздействием влаги и горного давлений.

3. 1&зработан новый способ создания искусственного межсловного перекрытия путем управляемого смачивания обрушаю-щихся пород, а также технология упрочнения песчано-глинистой смеси вяжущим составом на основе золошлакового раствора с добавлением фосфогипса.

4. Установлены зависимости прочности композита от параметров вяжущего раствора и соотношения объема подаваемого раствора к обрушенным породам.

5. Изучены геомеханические процессы и явления при ведении горных работ в окрестности очистных и подготовительных выработок и определены рациональные параметры длинных очистных забоев, а также разработана технологическая схема для отработки тектонически нарушенных запасов угля.

6. Определены химические свойства золошлаховых отходов пластов Шкотовского месторождения.и разработана технология их переработки для использования в качестве вяжущего состава при

создании искуственной кровли и твердой фазы эолошлакового раствора для профилактики эндогенных пожаров.

7. Решена проблема загрязнения окружающей среды золой.

8. Разработан способ /совместно с Приморским филиалом ЬостНИИ/ определения максимальной температуры в очага* самонагревания угля в выработанном пространстве по непредельным углеводородам.

9. Реализация разработанных технологических решений позволяет сократить потери угля, повышает эффективность отработки пластов, улучшает безопасность работ, снижает эндогенную пожароопасность и решает проблему сохранения окружающей среды от загрязнения её золой.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Григорьев A.A., Федянин A.A., Ляховеикий Т. А. О возможности применения анкерной и облегченной крепей в условиях шахт г. Артека, // Тез. докл. XXXV науч. техн. конф. - Владивосток,

1995. ч. I. - С. 32-33.

2. Муратов Н. А., Ляховеикий Т. А. Отработка нарушенных плас-тоб проходческкки кокбайнаки // Те;, докл. XXXV науч. техн. конф. - Владивосток, 1995. ч. II. - С. 47-48.

ßo&Lii/euue истоки ¿оста капитальны* гврни* SufoSerok.

3. Федянин А, А., Муратов К. А., Ляховеикий Т. кУ//Тез. докл. Y.Y.Y.v науч. техк. конф. - Владивосток, 1995. - С. 40-50.

4. Федянин А. А., Муратов Н. А., Ляховеикий Т. А. Технологическая типизация пород в пределах шахтных полей при заложении горных выработок. - Владивосток, 1995,- С. 6-9. С Тр. ДВГТУ; Вып., сер.).

5. Муратов Н. А., Бич Я. А., Ляховеикий Т. А. Повышение эффективности разработки свиты нарушенных пластоБ. - Владивосток: Изд-во ДБГТУ, 1996.- 152 с.

6. Муратов Н. А., ФоФанов Е. Д., Ляховеикий Т. А. Отработка склонных к самовозгоранию мошных пологих пластов. - Владивосток/л/

1996. -С. 42-44.