автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Повышение технического уровня и безопасности ведения горных работ на угольных пластах с трудноуправляемыми кровлями

V: 99- 5-- <1

/

/

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

Московский государственный горный университет

ПОВЫШЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ И БЕЗОПАСНОСТИ ВЕДЕНИЯ ГОРНЫХ РАБОТ НА УГОЛЬНЫХ ПЛАСТАХ С ТРУДНОУПРАВЛЯЕМЫМИ КРОВЛЯМИ

Специальность 05.15.02 — «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых»

На правах рукописи

ШУНДУЛИДИ Александр Иванович

УДК 622.273:614.8

Диссертация

на соискание ученой степени доктора технических наук в виде научного доклада

V.

/

/

Москва 1999

I Ч^ ь/

/

' - А,

РОСММСХАЯ ГбС^АРС^ва^ндй

■> : () /!; ^ Л> Л I ц ( } й г

и1

Официальные оппоненты: |

докт. техн. наук, проф. КАТКОВ Г. А., докт. техн. наук, проф. НЕКРАСОВ >В. В. докт. техн. наук, проф. СРЕБНЫЙ М. А.,

Ведущая организация — Институт угля и углехимии СО РАН (г. Кемерово).

Зашита состоится «.и У. » . 'У . . . 1999 г.

в '/.{] час. на заседании диссертационного совета Д-053.12.02 в Московском государственном горном университете по адресу: 117935, Москва, В-49, Ленинский проспект, 6.

С диссертацией, в виде научного доклада, можно ознакомит-,:^ в библио.ске универсм, ¡'.та.

Д гация в виде научного доклада разослана

А . . . . :

Ученый секретарь диссе-докт. те>

НОВ ю. н.

а $

и ^ '

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертация, представленная в виде научного доклада, содержит научное обобщение опубликованных в 1982—1998 гг. работ автора по исследованию и разработке прогрессивных технико-технологических решений, обеспечивающих эффективное и безопасное ведение горных работ на угольных пластах с трудноуправляемыми кровлями.

Актуальность работы. Реструктуризация угольной промышленности в рыночных условиях предъявляет специфические требования к перестройке технологических схем угольных шахт. Необходимость обеспечения рентабельности горного производства, сокращение средств господдержки приводит, с одной стороны, к закрытию неэффективных шахт, с другой — к выделению группы перспективных предприятий, наиболее восприимчивых к новым достижениям науки и техники, что должно привести в конечном итоге к: достижению высоких экономических результатов. При этом главная роль отводится перспективным угольным месторождениям Кузнецкого бассейна.

Успешная реализация программы развития горного производства на перспективных шахтах и месторождениях Кузбасса во многом связана с повышением эффективности соответствующего технологического и технического уровня, а также с обеспечением безопасных условий труда.

Начавшееся в последние годы техническое перевооружение угольных шахт на основе внедрения механизированных комплексов более высокого техенического уровня позволило решить ряд традиционно сложных вопросов угледобычи, однако не привело к существенному повышению надежности, безопасности и эффективности функционирования производ-гва. Главным образом это связано с ухудшением горнодологических условий по мере углубления горных работ, неполным соответствием конструкций механизированных крепей степени сложности условий разработки угольных планов, отсутствием работоспособных методов прогнозирования.

Рост газоносности угольных пластов, интенсивности прояв-

:Iий горного давления, а также друге факторы ограничивают ч.лное использование высокопроизводительной техники со-

временного технического уровня. С увеличением глубины горных работ интенсивная отработка запасов выемочных столбов и высокие скорости подвигания очистных забоев усиливают динамические проявления горного давления на пластах с трудноуправляемыми кровлями. Это обусловливает увеличение времени отработки запасов выемочных столбов. Возрастают эксплуатационные затраты на поддержание и ремонт охраняемых подготовительных выработок. В связи с необходимостью отрабатывать короткие (до 700 м) выемочные столбы возрастают объемы работ по перемонтажу мехкомп-лексов.

Интенсификация горного производства привела к увеличению уровня производственного травматизма и аварийности . на шахтах. Для снижения уровня производственного травматизма необходимо разработать и внедрить мероприятия, позволяющие резко повысить качество профилактических работ по технике безопасности.

Вопросам совершенствования техники и технологии эффективной и безопасной разработки пологих угольных пластов посвящен ряд работ ученых и специалистов таких организаций, как ИГД им. А. А. Скочинского, МГГУ, Гипроуг-лемаш, ВИИМИ. КузНИУИ, ПНИУИ, КузГТУ, ИУУ СО РАН, ИПКОН РАН й др.

В связи с изложенным., научные исследования в направлении разработки научно обоснованных технических и технологических решений по эффективному и безопасному ведению.горных работ на угольных пластах с трудноуправляемыми кровлями являются достаточно актуальными.

Целью диссертации является установление закономерностей поведения углевмещающего массива при ведении горных работ на пластах с трудноуправляемыми кровлями для разработки комплекса решений, обеспечивающих повышение их технического уровня и безопасности условий труда.

Основная идея работы заключается в многокомпонентном учёте специфики проявлений гёомеханических процессов в очистных и подготовительных выработках при разработке угольных пластов с трудноуправляемыми кровлями для реализации системно ориентированного подхода к выработке стратегии управления техническим уровнем и безопасностью горных работ.

Методы исследований. В работе использован комплекс . меодов исследований, включающий научное обобщение и инженерный анализ производственного опыта подготовки и отработки запасов пологих угольных пластов с трудноуправляемыми кровлями; лабораторные и шахтные исследования влияния силовых параметров механизированных крепей на взаимодействие их с кровлями различных типов, шахтйые

инструментально-визуальные наблюдения и методы математической статистики для установления закономерностей проявлений горного давления, эффективности дегазации пластов и оценки тектонической структуры массива; экспериментальные исследования смещений пород в подготовительных выработках и научное обоснование способов крепления подготовительных выработок; опытно-промышленные испытания и. внедрение технических и технологических разработок в производственных условиях; технико-экономический анализ технологических схем очистных работ и управления газообильностью выемочных участков.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Объективный выбор проектных решений и их эффективная реализация в практике ведения очистных работ на пластах с трудноуправляемыми кровлями осуществляются на основе установленных закономерностей проявлений геомеханических процессов в указанных специфических условиях (1, 17, 23, 28, 30].

2. Выявленные закономерности взаимодействия механизированных крепей с вмещающими породами при статических и динамических нагрузках, учитывающие мощность и деформационные характеристики расслаивающихся толщ пород углевмещающего комплекса, являются базой данных для научно обоснованного выбора типа и параметров механизированных крепей для отработки запасов пластов с трудноуправляемыми кровлями [1, 6, 17, 23, 29, 30].

3. Повышение технического уровня горных работ по проведению и поддержанию выработок обеспечивается на базе комплексного учета закономерностей проявлений горного давления в различных горно-геологических условиях и тенденцией развития научно-технического прогресса в отрасли [7—11, 17, 22—24, 28].

4. Достоверный прогноз горно-геологических условий залегания угольных месторождений предопределяет объективность выбора и эффективность реализации безопасных технологических решений на всех этапах их освоения, а также качество выработки стратегии развития угледобывающего предприятия [17, 21, 28].

5. Геомеханическая и газодинамическая адаптивность технологических схем ведения горных работ достигается корректным учетом изменений элементов залегания угольных: пластов, газового режима выемочного участка и траекторий движения очистного забоя при соответствующем совершенствовании средств механизации [3—5, 14, 16—21].

6. Выявление опасных и вредных производственных факторов, их условное разделение на два класса в зависимости от условий формирования и проявления позволяет обосно-

вать эффективные решения по управлению безопасностью труда для основных технологических процессов" угольных шахт [2, 25, 27, 32].

7. Обоснование рационального варианта и параметров технологических схем по уровню безопасности ведения горных работ является объективным началом для выработки эффективных мер по управлению безопасностью [2, 25—27, 31],

8. Основой совершенствования шахтного фонда угледобывающего предприятия в условиях действия рыночных отношений является взаимообусловленность технико-технологических и организационно-экономических решений по созданию условий устойчивого и безопасного функционирования горного производства [33—35].

Достоверность научных положений подтверждается:

представительным объемом длительных (свыше 10 лет) шахтных исследований с применением современных методов и приборов при внедрении технических и технологических решений (8 шахт, более 20 очистных забоев);

удовлетворительной сходимостью расчетных и экспериментальных силовых характеристик механизированных крепей (расхождение 15—20:%);

достаточным объемом анализируемых данных по производственному травматизму и аварийности на шахтах Кузбасса;

положительными результатами применения на шахтах Центрального и Южного Кузбасса прогрессивных технологических схем отработки запасов выемочных участков с использованием механизированных комплексов в соответствии со спецификой проявления геомеханических и газодинамических процессов;

положительными результатами внедрения предложенных технических разработок на шахтах ОАО УК «Ленинскуголь».

Научная новизна работы заключается в следующем:

установлены закономерности проявления горного давления, обоснованы параметры и методы управления геомеханическими процессами при комплексно-механизированной отработке запасов угольных пластов с трудноуправляемыми кровлями [1, 23, 28, 35];

выявлены закономерности деформирования углевмещаю-вдего массива для обоснования параметров силового взаимодействия механизированной крепи с ним и технологии отработки запасов пластов с трудноуправляемыми кровлями [1,14,17,28];

установлены закономерности протекания геомеханических процессов в подготовительных выработках на пластах с труд-'

А

неуправляемыми кровлями, представляющие собой теоретическую базу обоснования прогрессивных технико-технологических решений по снижению уровня негативных проявлений горного давления [23, 29, 30];

обоснованы варианты и параметры технических средств поддержания подготовительных выработок, в том числе на сопряжении с комплексно-механизированными забоями [7—11, 22, 24];

обоснованы варианты прогрессивных пространственно-планировочных решений по подготовке и отработке запасов шахтопластов с учетом степени изменчивости горно-геологических факторов [17, 21, 28];

научно обоснованы технологические решения по развороту механизированных комплексов, адаптированных к сложным горно-геологическим условиям Южного и Центрального Кузбасса [16, 20];

разработан комплексный подход к оценке безопасности горных работ на угольных шахтах, включающий выявление условий формирования опасных и вредных производственных факторов, выбор рационального варианта организации технологического процесса по критерию безопасности и оценка эффективности управления ее уровнем [2, 25—27, 32];

разработаны методические основы совершенствования шахтного фонда в направлении повышения его технического уровня и эффективности горного производства с учетом специфики реформирования отрасли [33—35].

Значение работы. Научное значение работы состоит в установлении закономерностей проявлений геомеханических процессов при ведении горных работ на угольных пластах с трудноуправляемыми кровлями для формирования методологической базы обоснования прогрессивных технических и технологических решений в направлении повышения уровней их адаптивности, эффективности и безопасности с учетом специфики условий функционирования производства. Практическое значение работы:

разработаны рекомендации по выбору силовых параметров механизированной крепи и технологии крепления очистных забоев, позволяющих повысить эффективность отработки запасов угольных пластов с трудноуправляемыми кровлями [1, 4—61;

осуществлено районирование угольных пластов по природным факторам для рационализации пространственно-планировочных решений, обеспечивающих повышение эффективности и безопасности горного производства [16, 20];

обоснована область эффективного .применения винтовой анкерной крепи подготовительных выработок при различных способах охраны и степени воздействия на них очистных работ [22, 24];

определены условия эффективного использования предложенных прогрессивных технологических решений по надежному проветриванию и дегазации выемочных полей [18, 19];.

разработаны и реализованы технические решения по механизации концевых операций и креплению сопряжений комплексно-механизированных очистных забоев с примыкающими выработками [7—11];

■ разработаны рекомендации по совершенствованию, технологических схем отработки запасов пологих пластов с разворотом механизированного комплекса, обеспечивающих эффективную реализацию программ развития производства на дерспективных шахтах Кузбасса [16, 20];

разработаны типовые решения по управлению безопасностью труда в основных. производственных звеньях угольных шахт на всех стадиях освоения месторождений [2, 25,27];

на основании результатов исследований разработана программа развития горных работ, реструктуризации и диверсификации угледобывающих предприятий, обеспечивающая повышение технико-технологического уровня шахтного фонда, структурную перестройку систем управления и развитие новых производств ¡[33—35].

Реализация работы. Полученные научные результаты и выводы диссертационной работы использованы при разработке 8 нормативных и методических документов: «Технологические схемы с разворотом механизированных комплексов для шахт Кузбасса и бассейнов с аналогичными горно-геологическими условиями», МГИ; «Методические рекомендации по диагностике и устранению причин неудовлетворительной работы комплексно-механизированных забоев», МУП СССР; «Технологические схемы разработки пологих и наклонных пластов Кузнецкого бассейна», МУП СССР, КузНИУИ; «Временные рекомендации по снижению газообильности выемочных участков шахт Кузбасса поверхностными газоотса-: сывающими вентиляторами, установленными на устьях вентиляционных скважин», МУП СССР, ВостНИИ; «Методика оценки тектонической структуры массива для рационального планирования горных работ», МУП СССР; «Временное руководство по применению винтовой анкерной крепи для крепления подготовительных выработок на шахтах Кузбасса», МУП СССР; «Руководство по применению результатов исследований проявлений горного давления на шахтах Ленинского района», МУП СССР; «Рекомендации по управлению .безопасностью труда в очистных и подготовительных выработках шахт ПО «Ленинскуголь», ВостНИИ. Технологиче-. ские схемы по снижению газообильности и ведению очистных работ внедрены на шахтах Центрального и Южного Кузбасса с экономическим эффектом.

......Научные результаты исследований используются в учебном процессе Кузбасского государственного технического и Московского государственного горного университетов.

Апробация работы. Основные научные положения и практические выводы диссертации докладывались и получили одобрение на:

научной конференции по горному давлению в ИГД СО АН СССР (Новосибирск, 1984); научно-технической конференции, посвященной 40-летию создания института КузПИ (Кемерово, 1990); Всесоюзной научной конференции по развитию производительных сил Сибири. Угольный комплекс (Ленинск-Кузнецкий, 1990); советско-китайском семинаре по механике горных пород (КНР, 1991); Всероссийской научно-практической конференции по безопасности жизнедеятельности предприятий в угольных регионах (Кемерово, 1994); II Международной научно-практической конференции по реформированию экономики региона (Кемерово, 1996); научно-технических советах ассоциаций и концернов Кузбасса (Новокузнецк, Белово, Ленинск-Кузнецкий, Кемерово. 1980—1997); научно-техническом совете НТЦ «Кузбассугле-технология» (Кемерово, 1998); объединенном научном семинаре кафедр РМПИ и ЭиОС Кузбасского государственного технического университета (Кемерово, 1999); научном семинаре кафедры ГТРПМ Московского государственного горного университета (Москва, 1999).

Публика