автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Повышение технического уровня и эффективности горных работ на базе рационального управления геомеханическими и газодинамическими процессами в угольных шахтах

Министерство топлива и энергетики России р рУ^кци^ццрное общество открытого типа «Ленинскуголь»

1 3 МАЙ 1996 На правах рукописи

МАЗИКИН Валентин Петрович

УДК 622.27:622.831

ПОВЫШЕНИЕ ТЕХЙЙЧЁСКбГЙ УРОВНЯ й ЭФФЕКТИВНОСТИ ГОРНЫХ РАБОТ НА БАЗЕ РАЦИОНАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ГЕОМЕХАНИЧЕСКИМИ И ГАЗОДИНАМИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ 6 УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ

Специальность 05.15.02 — «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых»

Диссертация на соискание ученой степени доктора технически* наук в виде научного доклада

Москва 1996

Официальные оппоненты: докт. техн. наук, проф. ЯРУНИН С. А., докт. техн. наук, лроф. КОВАЛЬЧУК А. Б., докт. техн. наук, спроф. ИЛЬИН В. И.

Ведущее предприятие: Институт угля СО РАН (г. Кемерово).

Защита диссертации состоится « ъССФ-? . 1996 г.

в /О^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 можно ознакомиться в библиотеке университета.

Диссертация разослана «^.^Г» . ,1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

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

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В диссертации, представленной в виде научного доклада, кратко изложены опубликованные в 1988—1996 гг. работы автора по результатам выполненных им научных исследований.

Актуальность проблемы. Угольная, промышленность, являющаяся одной из базовых отраслей промышленности России, имеет ряд особенностей, резко'проявившихся ¡в период перехода экономики страны к рыночным отношениям. С одной стороны, у.го-ль и ценные продукты его переработай являются жизненно необходимыми для народного хозяйства и населения страны, с другой, подземная, добыча угля отличается значительной капиталоемкостью, внедрение новых технологий и технических средств, равно как и окупаемость их, на шахтах требуют значительных периодов времени, что создает дополнительные сложности в новых условиях хозяйствования.

Снижение напряженности в работе угольной отрасли России (возможно только на основе разработки и реализации быстродействующих технико-технологических и организационно-экономических мероприятий, способных стабилизировать деятельность горных предприятий и обеспечить рост уровня показателей их работы в ближайшем будущем.

Имеющийся в отрасли огромный научный и производственный потенциал был создан на базе результатов исследований, выполненных ИГД и,м. А. А. Скочинского, ИПКОН РАН, ИГД СО РАН, ИУ СО РАН, ПНИУИ, КНИУИ, ДонУГИ, МакНИИ, ВостНИИ, МГГУ, С-ПбГИ, УГГА, КузГТУ и др. Созданный потенциал не потерял своего ведущего значения и в современных условиях.

Особую значимость имеют целевые программы компании «Росуголь» по акционированию, диверсификации, реструктуризации горных предприятий и научно-технические программы по решению важнейших проблем повышения эффективности работы угольной отрасли. Тем не менее, в связи с неподготовленностью экономических реформ и трудностями 'переходного периода угольная отрасль России тяжело входит в рыночную экономику. В этой связи особое значение имеет накопленный 'в ряде бывших производственных объединений по добыче угля положительный опыт функционирования горных предприятий в новых условиях.

Вместе с тем удачная адаптация производственных систем к рыночным требованиям возможна лишь .при объективном учете особенностей .проявлений геомеханических и газодинамических процессов в широком диапазоне условий отработки запасов угольных месторождений. Удорожание горной техники, естественно, повышает «цену» ошибок при принятии необоснованных технико-технологических решений. В итоге это может свести к нулю эффект от организационно-экономических ■преобразований на различных уровнях структуры отрасли.

¡Следовательно, разработка научно обоснованных технических и технологических решений ,по перевооружению шахт с учетом специфики 'проявлений геомеханических и газодинамических 'процессов и создания рациональной структуры системы ¡предприятий угледобывающего региона, внедрение которых вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса в отрасли, составляет основу актуальной научной проблем.ы, имеющей важное народнохозяйственное значение.

Целью диссертации является установление закономерностей ¡проявлений геомеханических и газодинамических ¡процессов для разработки целостной совокупности научно обоснованных ¡решений 'по техническому и технологическому перевооружению шахт и совершенствованию организационной структуры системы управления угледобывающими предприятиями, обеспечивающих 'повышение эффективности их функционирования в рыночных условиях.

Идея работы заключается в том, что эффект технико-тех-нологичеоких решений обеспечивается, за счет рационального управления состоянием углепородного массива в усложняющихся горно-геологических ¡условиях и комплексного освоения ресурсов угольных ■месторождений при одновременном совершенствовании структуры системы, ¡предприятий угледобывающего региона на базе акционирования и реструктуризации основного (производства с развитием вспомогательных ¡производств.

Метод исследования. При ¡выполнении исследований использован ¡комплексный ,метод, ¡включающий научное обобщение и анализ опыта ведения горных работ на шахтах, методы оптимизации параметров шахт, лабораторные и шахтные эксперименты, методы математической статистики, ¡промышленные испытания и внедрение разработанных решений.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Динамика основных 'показателей работы угольных шахт определяется уровнем накопления и полноты использования научно-производственного потенциала отрасли, снижение или стагнация которого через 4—5 лет приводит к некоторому

ухудшению, а затем и к резкому падению эффективности горного'производства. [17, 21, 24].

2. В условиях перехода к рыночной экономике последствия повышения технического уровня шахт находятся ¡в функции объективности учета закономерностей проявлений геомеханических и газодинамических процессов в .углелородном массиве как базы -поиска основных составляющих резерва стабилизации производства и их реализации одновременно с совершенствованием структуры' системы управления предприятиями в рамках угледобывающего региона [19—22].

3. Основой совершенствования шахтного фонда на современном этапе является комплексность рассмотрения производственные, экономических и социальных задач на базе синтеза технико-технологических и организационно-экономических решений с учетом уровня затрат на обеспечение оптимальной производственной .мощности каждой отдельной производственной единицьь [8, 9,,'М, 18,19, 24].,

4. Параметры технологических схем очистных работ в постоянно усложняющихся горно-теологических условиях определяются характеристиками механизма взаимодействия различных типов механизированных крепей с вмещающими породами >и величиной отжима угля, при различный типах кровель и геометрических параметрах ,выем очных столбов, а также порядком отработки ¡пластов и свите ,[;10, 12—15, 19, 24].

5. Выбор рациональной длины лавы проводится на основании комплексного анализа зависимостей динамики сопротивления секций механизированных крепей различных типов, величины отношения максимальной нагрузки на секцию к средней нагрузке за период отработки .столба и интенсивности отжима пласта угля. Оптимизация длины лавы производится по критерию удельной производительности очистного забоя и производительности труда рабочего по добыче угля [10, 12, 14,115, 24].

6. Сокращение временны* затрат на концевые операции достигается модернизацией лавного и штрекового конвейеров, использованием для крепления сопряжений комбинации жестких и податливых крепей и применением специальных компенсационные секций' без разгрузочных механизированных крепей с изменяющейся шириной, возможностью перемещения на забой и вдоль забоя и крепления зазоров между линейными секциями и контурной крепью [13, 24].

7. Газообильность выработанного пространства выемочного участка логарифмически зависит от его площади, а газодинамическое сопротивление — от режима фильтрации и времени существования. Высокая эффективность управления газовыделением из выработанных пространств обеспечивается применением рационального сочетания надежных схем вентиляции и способов дегазации, которое реализуется в различ-

ньгх вариантах технологических схем выемочного участка (отработка запасов столбов спаренными лавами с разворотом одиночных лав, отработка запасов -в шахматном порядке) [22-25].

8. Надежное управление газовым режимом выемочного участка при бесцеликовых системах разработки яластов, не склонных к самовозгоранию, обеспечивается комбинацией дегазации выработанного пространства и рассредоточением отвода метана через обрушен«ые породы отработанных полей или через фланговые скважины. На -пожароопасных пластах с оставлением целиков у подготовительных выработок большие перспективы имеет отработка запасов в инертной газовой среде с утилизацией накапливаемого метана [6, 16, 20, 23, 25].

9. Рационализация технологических систем угледобывающих предприятий инициирует усовершенство1вание организационной структуры системы управления ими в направлении более детального учета имеющихся, у конкретных предприятий трудовых и материальных ресурсов, 'более оперативного отражения современных экономических и социальных приоритетов 'развития общества, что позволяет но совокупности влиять на ресурсный потенциал предприятий, стабилизировать процесс вхождения предприятий в рыночные отношения, а также повышать устойчивость их развития [8, 9, ¡18, 21].

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций работы подтверждается:

удовлетворительной сходимостью результатов аналитических исследований и натурных наблюдений на шахтах (расхождения составляют 7—18%);

положительным опытом использования, на шахтах Центрального Кузбасса (прогрессивные технологических схем отработки запасов выемочных участков с использованием очистных механизированных комплексов высокого технического уровня в соответствии со спецификой ¡проявления, геомеханических и 'газодинамических процессов;

результатам« внедрения 'предложенных способов управления горным давлением ,и комбинированных технологий (управления газовыделением в ¡пределах 1выемочны<х участков;

итога-ми акционирования предприятий, диверсификации основного производства, реструктуризации организационной структуры системы управления предприятий и результатами реконструкции действующих шахт. Научная новизна работы.

'1. Установлены закономерности изменения показателей работы шахт с усложняющимися горно-геологическими условиями и изменением научно-технического 'Потенциала и экономической ситуации ,в отрасли (¡17, 19, 21, 24].

2. Обоснована сущность технического 'перевооружения и реконструкции шахт и установлены закономерности управле-

ния горным давлением, газовыделение,м и структурной перестройкой системы предприятий угледобывающего региона в условиях перехода к рыночной экономике [8, 9, >18—21, 24].

3. Установлены закономерности изменения эффективности работы 'механизированных комплексов очистного оборудования различных типов в широком диапазоне горно-геологических условий и геометрических параметров выемочного участка ['10, 12, 14,, 15, 19, 24].

4. Обоснованы технические решения по модернизации концевых операций, в очистном забое [13, 24].

5. Научно обоснованы принципы конструирования технологических схем подготовки и отработки запасов пологих газоносных угольных пластов механизированными 'комплексами очистного оборудования нового технического уровня [19, 24].

6. Установлена структура газового баланса выемочных участков и уклонных полей при разработке пологих и наклонных угольных пластов Кузбасса >[6, 20].,

7. Установлены закономерности движения газов :в 'выработанном пространстве лавы при его дегазации с применением бесцелнковой технологии отработки запасов выемочного участка и при оставлении межлавньих целиков утл я,'[6, 20, 23, 25].

8. Уточнена область эффективного и безопасного применения технологии отработки .запасов газоносны* угольных Пластова изолированной, инертной газовой среде ['16, 20].

9. Выявлены закономерности формирования динамики показателей эффективности деятельности шахт в период перехода к рыночным отношениям в экономике и обоснована рациональная структура системы управления -предприятиями угледобывающего региона [11, 17, 18—21, 26].

Научное значение диссертации состоит в разработке методологии системного подхода к обоснованию направлений повышения технического уровня шахт на базе выявленные закономерностей проявлений гео'механичеоких и газодинамических процессов в углевмещающем массиве при одновременной структурной перестройке предприятий угледобывающего региона в условиях рыночных отношений в экономике.

Практическое значение работы.

1. Разработаны рекомендации по ликвидации «узких мест» в технологии добычи угля и предложения по повышению технического уровня шахт в условиях перехода к рыночной экономике [11, 19, 24].

2. Разработаны и использованы в проектах реконструируемых шахт прогрессивные технологические схемы вскрытия и подготовки запасов новых горизонтов, обеспечивающие условия высокопроизводительной работы предприятий и комплексное использование ресурсов месторождения путем добычи не только угля, но и метана угольных пластов [1(1, 19, 24].

3. Разработаны и реализованы технологические схемы отработки запасов пологих высокогазоносных пластов с применением очистных механизированных ¡комплексов нового технического уровня, позволяющие локализовать негативные последствия проявлений горного давления и устранить ограничения по тазовому фактору [6, 7, 19, 20, 24].

4. Определены оптимальные значения длины лавы и выемочных столбов в широком диапазоне горно-геологических условий, позволяющие иметь стабильные ¡высокие .показатели-нагрузки на очистной забой и ¡производительности труда рабочего по добыче угля для различных типов отечественных и зарубежных механизированных ¡комплексов в рекомендованных для них областях эффективного применения [10, 12, 14, 19, 24].

5. Разработана технология управления горным давлением на сопряжениях лав с подготовительными выработками, ¡переход на 'которую обеспечит повышение безопасности и снижение трудоемкости работ в условиях трудноуправляемых кровель [13, 24].

6. Предложены способы, снижения газообильности .выемочных участков, позволяющие за счет дегазации и отвода метана из 'выработанного пространства обеспечить 'высокие нагрузки на очистной забой! при повышении безопасности работ [6, 7, ¡16, 20, 23, 25].

7. Разработаны и внедрены технологии утилизации метана, снижающие внешнее энергопотребление шахт [;16, 20].

8. Разработаны программы развития торных работ, диверсификации (производства и бизнес-планирования ¡предприятий угледобывающего региона, обеспечивающие структурную ¡перестройку системы управления горными предприятиями [18, 26].

9. Разработаны и внедрены решения по совершенствованию форм собственности ¡горных предприятий на базе акционирования и реструктуризации системьь предприятий угледобывающего региона, обеспечивающие упорядочение шахтного фонда и развитие ¡вспомогательных производств [8, 9, 18].

Реализация работы.

Разработанные по результатам исследований автора нормативные документы: ¡программа оптимизации горных работ на шахтах АООТ «Ленинскуголь», программа диверсификации основного производства АООТ «Ленинскуголь», программа реструктуризации АООТ «Ленинскуголь», ¡бизнес-план АООТ «Ленинскуголь»—-утверждены компанией «Росуголь» и рекомендованы к использованию на шахтах отрасли. Реализация указанных программ обеспечила к '1996 г. стабилизацию деятельности АООТ «Ленинскуголь.» по основным ¡показателя,^ производства и сбыта продукции. Прогрессивные технологические схемы отработки запасов выемочных участков с

рациональным управлением геомеханическими и газодинамическими процессами внедрены на четырех шахтах АООТ «Ле-нинскутоль», в результате чего нагрузка на механизированный очистной забой увеличилась на 4—17%, производительность труда рабочего по добыче угля возросла на -12—21%.

По рекомендациям автора осуществлено упорядочение шахтного фонда и развитие вспомогательных производств на предприятиях АООТ «Ленинскуголь».

Фактический экономический эффект от ©недрения разработок автора в 1995 г. составил 480,0 ¡млн. руб.

Апробация работы.

Основные положения диссертации доложены, обсуждены и одобрены на НТС АООТ «Ленинскуголь» (Ленинск-Кузнецкий, 1988—1996), НТС компании «Росуголь» '(Москва, 1992— 1995), на совещании по выживанию горных предприятий в условиях рыночных отношений (Бирмингем, США, 1995), на Совете Института угля СО РАН (Кемерово, 1995), на научно-практической 'Конференции «Сибресурс-1-95» (Кемерово, 1945), на научных семинарах кафедр ТПУ МГГУ (Мосмва, 1994—1995) и ПРПМ КуэГТУ (Кемерово, 1995).

Публикации.

Основное содержание диссертации изложено в 26 опубликованных работах, в том числе 6 монографиях, 19 научных статьях, автороком свидетельстве на изобретение, а также в основных программах развития предприятий АООТ «Ленинскуголь», научно-технических отчетах, депонированных во ВНИТИцентре, технических и рабочих проектах на производство горных работ.

Автор выражает глубокую благодарность доктору технических наук, профессору К'узТТУ Колмакову В; А. за ценные методические консультации, а также коллективам ученых и специалистов компании «Росуголь», АООТ «Ленинскуголь», кафедры технологии, 'механизации и организации подземной разработки МГГУ за помощь и постоянную поддержку при выполнении исследований и внедрении их результатов в производство.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

1. Методология обоснования направлений повышения технического уровня и эффективности горных работ

на шахтах в период перехода к рыночным отношениям в экономике

На основе анализа накопленного теорией и практикой угольной отрасли арсенала научных исследований автором было установлено, что за последние 25 лет в отрасли произошли практически все основные научно-технические, производ-

спвенные и организационно-экономические изменения, определившие ее состояние на каждом этапе развития и, естественно, нынешнее состояние [21].

Анализ показывает, что до 1975 ,г. работа угольной отрасли характеризовалась накоплением и освоением 'производственно-технического и организационно-экономического потенциала, обеспечивающего высокие показатели ее функционирования,.. Период 1975—1985 гг. характеризуется дальнейшим освоением потенциала, заложенного ¡к 1975 г., но с существенным замедлением темпов его накопления., В этот период отрасль работала стабильно, без особого прироста уровня качественных и количественных характеристик ее функционирования.

Начиная с 1986 г., стали проявляться последствия снижения темпов накопления потенциала отрасли, что обусловило замедление роста, снижение и даже резкое .падение показателей работы с 1991 г.

Количественно установлено, что снижение темпов накопления указанного потенциала в первые 4—5 лет приводит к ежегодному снижению объемов добычи угля на 1,5%, а в последние 5 лет — до 10%. Резкое нарастание влияния отмеченных тенденций установлено только с 1986 г.

Из изложенного следует, что начиная с 1986 г. следовало удалять угольной отрасли особое внимание и на базе высокоэффективных технико-технологических и организационно-экономических решений обеспечить более равномерное вхождение ее в период 1991—'1994 гг. [21].

Автором выполнен более детальный анализ динамики параметров и показателей деятельности угольной отрасли в последнее десятилетие в сравнении этих данных для шахт Кузнецкого бассейна и ПО «Ленинскуголь» [11, 21]. Производственная мощность шахтного фонда Российской Федерации за период с 1986 по 1993 г. уменьшилась с 220,9 до 162,8 млн. т, или на 26,3%; по Кузнецкому бассейну соответственно с 98,7 до 77,9 млн. т, или на 21,1 %, а в ПО «Ленинск-уголь»— с 24,4 до 18,4 млн. т, или на 24,6%. Одновременно с уменьшением абсолютной производственной мощности шахтного фонда уровень ее освоения по шахтам Российской Федерации снизился с 99,9% в 1986 г. до 82,'1% в 1993 г., то есть на 17,8%; по Кузбассу соответственно с 99,8% до 81,1%, или на 18,7%; по шахтам ПО «Ленинскуголь» со 104,6% до 69,0%, или на 35,5%.

Несмотря на увеличение'средней длины очистных забоев резкое снижение их количества привело к значительному сокращению общей длины очистного фронта за указанный период по Российской Федерации на 61,4%, по Кузбассу на 56,5%, а по ПО «Ленинскуголь» — на 56,9%.

Техническое перевооружение шахт не в полной мере компенсировало отрицательное влияние постоянно ухудшающихся горно-теологических условий, а отсутствие средств механизации для сложных горно-геологических и горнотехнических условий, большой объем ручного труда, низкий уровень безопасности работ обусловили неудовлетворительное состояние шахтного фонда и вызвали социальную напряженность в отрасли [18,21].

•Вместе с тем интенсивный спад производственной деятельности угольных предприятий, особенно значительный в последние годы, объясняется также переходом отрасли на новые рыночные отношения, резко сократившие инвестиционную активность [11, 18].

В связи с ростом цен на оборудование и материалы, увеличением заработной платы., возросла потребность финансовой поддержки из федерального бюджета, который также оказался крайне ограниченным по причине обострившихся неплатежей потребителями угля- [21].

С целью установления причин складывающихся обстоятельств и выработки условий работы в новых формах производственных и экономических отношений, а также выявления причин, отрицательно влияющих на результаты производственной деятельности угольного региона, и нахождения путей стабилизации этой деятельности, в АООТ «Ленинскуголь» иод руководством автора выполнен анализ состояния шахтного фонда и производственно-экономической деятельности региона за последние 10 лет, то есть за период до перехода к рыночным отношениям (1986—1990 гг.) и начальный период работы в новых условиях '(1991 —1994 гг.) [21].

Анализ производственно-хозяйственной деятельности Ленинского региона Кузбасса с учетом процессов, происходящих в угольной отрасли и в экономике страны в целом, .подтвердил, что негативные тенденции, резко обострившиеся начиная с 1991 г., формировались уже в период 1986—'1990 гг. Эти тенденции в основном были связаны с ухудшением состояния шахтного фонда, несовершенством организационно-управленческой структуры, а также резким ухудшением горно-геологических условий и отсутствием реальных возможностей для осуществления действенных мер в научно-технической и производственно-экономической деятельности по компенсации и преодолению этих, тенденций [18, 21],

С учетом объективной обстановки в отрасли и регионе автором были определены направления технического перевооружения и рационализации технологических систем шахт, а также обоснована организационно-экономическая база их реализации. Сущность этих направлений заключается в обеспечении повышения технического уровня и эффективности горных работ на базе изучения геомеханических и газодинамических

процессов И создания эффективных технологий интенсивного горного производства с улучшением качества добываемого угля, а также комплексного освоения запасов месторождения. Важное значение было уделено развитию процесса технического оснащения производства на базе совершенствования и наращивания потенциала угольного машиностроения [19, 20].

В результате выполненного анализа сформулированы основные положения методологии повышения технического уровня и эффективности горных работ на шахтах (на примере АООТ «Ленинскуголь») в .период .перехода к рыночным отношениям в экономике (рис. 1). Методология включает этапы освоения существующих прогрессивных решений (период 1986—1989 гг.), проведения комплекса НИР, ОКР и освоение созданных технико-технологических и организационно-экономических решений (.период 1989—1993 гг.), разработку и реализацию целевых технико-технологических и экономических программ стабилизации и повышения эффективности работы шахт (период 1994—1996 тт.) {'18, 21].

Реализация первого этапа методологии обеспечила достаточно стабильную и эффективную работу шахт ПО «Ленинск-уголь».

В ходе реализации наиболее ответственного и сложного второго этапа были предложены научно обоснованные решения ло снижению негативного влияния замедлившихся темпов накопления производственно-технического потенциала угольной отрасли и одновременно ухудшающихся горно-геологических условий разработки месторождений на показатели деятельности шахт. Результатом явилась относительная стабильность в работе предприятий .уже в 1994 г.

На третьем этапе автором были разработаны и ныне реализуются решения, обеспечивающие стабилизацию и рост показателей работы шахт в организационно-экономическом аспекте [18].

Дееспособность разработанной методологии подтверждается опытом работы производственного объединения по добыче угля, затем ассоциации самостоятельных предприятий и ныне акционерного общества открытого типа (АООТ) «Ленинскуголь». Реализация методологии осуществлена на базе предприятий Ленинского и Ведовского районов Кузнецкого бассейна с привлечением отдельных данных и результатов для всего Кузбасса, полученных с участием автора.

2. Исследования проявлений горного давления в комплексно-механизированных очистных забоях

Характер проявлений горного давления оказывает существенное 'влияние на выбор параметров очистного забоя, и типа ■механизированной крепи (лавной части и крепи сопряжений). На базе .комплекса шахтных наблюдений и активных экспери-

Рис. I. Методология повышения технического уровня и э?,?екттиености горных работ в период перехода к рыночным отношениям в экономике

КН/Ы2 1600

1200

800

400

I у У а)

У

40 70 100 130 160 190 220 250 280 Р Длина, очистного забоя, и

КН/м

1600 1200 800

400

•б)

I / Z 3

0 Y///Á 'УУУЖ

г)ки

g 1600 ф

& 1200 ti

800

о о

40 70 100 130 160 190 220 250 Длина очистного забоя, и

400

3

40 70 100 130 160 190 220 250 280 40 70 100 130 160 190 220 250

I- труднообрушаемая; 2- средней обрушаемости; 3- легкообрулаемая.

Рис. 2. Зависимость фактического сопротивления крепи поддерживающего типа (а), поддерживающе-оградительного типа)б}, оградительно-поддерживающего типа(в. г1 от плины очистного забоя.

рост фактического их сопротивления наблюдается при увеличении длины очистного забоя до 110—120 м, а в дальнейшем интенсивность роста фактического сопротивления крепи не превышает 5—10%.

На рис. 2, в представлен характер изменения сопротивления крепей типа ОКП и ОКП70 в зависимости от длины очистного забоя. На пластах с легкообрушаемой кровлей рост нагрузки на механизированную крепь наблюдается при увеличении длины очистного забоя до 120 м. Дальнейшее ее увеличение не вызывает резкого роста нагрузки на крепь очистного забоя. На пластах с труднообрушаемой кровлей резкий рост фактического сопротивления крепи наблюдается при длине очистного забоя до 120 м.

Зависимость фактического сопротивления механизированных крепей типа М120, «Фазос», «Пиома» и МЧ4'2 от длины очистного забоя приведены на рис. 2, г. На пластах с труднообрушаемой кровлей интенсивный рост фактического сопротивления крепей наблюдается при увеличении длины очистного забоя до 120—130 м. Дальнейшее увеличение длины очистного забоя сопровождается незначительным увеличением фактического сопротивления механизированных крепей.

-Полученные зависимости фактического сопротивления крепей различных типов от длины очистного забоя описываются уравнениями:

для крепи поддерживающего типа

р= 1307 +0,28/.при 70 <1 <200, (1)

где Я — фактическое сопротивление крепи, кН/'м2;

I — длина очистного забоя, м; '

для крепи поддерживающе-оградительного типа

Р .-= 594 — при 50 < £ < 270, (2)

для оградительно-поддерживающего типа (ОКП, ОКП70) 43928

¿> = 975 — при70<£<170. (3)

для крепи ограднтельно-тюддерживающего типа (М142, «Фазос», «Пиома», М120)

Р= 1468 — 67^?6 при 70 <£<200. (4)

Проанализировано влияние длины очистного забоя на динамику проявлений горного давления. В качестве критерия оценки динамики проявлений горного давления принято отно-

ментов были установлены закономерности проявлений горного давления при отработке запасов выемочньгх участков различными типами очистных механизированны« комплексов. На пологих пластах средней мощности одним из основных пара-метро®, определяющих характер взаимодействия вмещающих пород и механизированных «репей, является длина очистного забоя [14].

Для корректного анализа результатов проведенных исследований ¡применяемые на шахта АООТ «Ленинскуголь» механизированные крепи сгруппированы ¡по традиционной классификации:

¡поддерживающие—М87, МТ,.МИ'38, М130;

поддерживающе-оградительные — 1МКМ, МК75, МК85, «Глиник», МК144;

оградительно-поддерживающие — ОКП, ОКПУО, «Пиома», Ml 20, «Фазос».

В рассматриваемых очистных забоя-х мощность отрабатываемых пластов колеблется от 1,15 до 5Дм, угол' падения пла- — ста 2-—30°, ¡породы кровли — от неустойчивых до устойчивых, управляемость — от легкообрушаемых до труднообрушаемььх, глубина разработки — 150—400 м.

¡Влияние глубины разработки и мощности разрабатываемые пластав на исследуемые процессы учитывалось ¡введением соответствующего коэффициента, определенного экспериментально.

На основе данных исследований получены зависимости изменения фактического сопротивления крепи от длины очистного забоя [14. 24]. При оборудовании очистного ¡забоя меха- " визированными крепями ¡поддерживающего типа зависимость имеет вид, приведенный на рис. 2, а. На пластах с легкообру-шаемой кровлей интенсивный рост фактического сопротивления крепи наблюдается при увеличении длины очистного забоя до 100—110 м. Дальнейшее увеличение длины лавы вызывает незначительный рост фактического сопротивления крепи.

Установлено, что на пластах с труднообрушаемой кровлей интенсивный рост фактического сопротивления механизированной крепи происходит при длине очистного забоя до 140— 150 м. Дальнейшее увеличение длины очистного забоя до 200—250 м вызывает увеличение нагрузки на механизированную крепь на 15—18%. На пластах с кровлей средней обру-шаемости интенсивный рост нагрузки на крепь наблюдается при длине очистного забоя до 130—140 м.

На рис. 2, б представлена зависимость изменения фактического сопротивления механизированных крепей поддержи-вающе-оградительного типа от длины очистного забоя. Эти крепи применялись на пластах с легкообрушаемыми и средней обрушаемости породами кровли. Из рис. 2, б видно, что при применении механизированных крепей 1МКМ, МК.75, МК85

шение максимальной нагрузки на механизированную ¡крепь к средней за весь период наблюдений [14].

Определено, что минимальное значение принятого критерия имеет |место при длине лавьг 80-^-90 ¡м и Г50—160 м, наблюдается его рост при длине очистного забоя 60—70 м, когда основная кровля зависает на значительных площадях с трехсторонним защемлени'е-м и .последующим бурньгм 'первичным обрушением и при длине очистного забоя 1!10—120 м — за счет последующего обрушения- основной кровли. При длине очистного забоя 150 м -и более динамика .проявлений горного давления описывается пологой .кривой, за исключением краевых частей лавы, где основная кровля работает в режиме одностороннего защемления с 'перемещающейся опорной стенкой.

Установлено, что одной из характеристик проявлений.горного давления, осложняющих работу комплексно-механизированного забоя, является отжим угля, сопровождающийся вывалами пород кровли в призабойное пространство. Для установления влияния длины очистного забоя на проявление отжима угля проанализированы горнотехнические и горно-геологические условия в 106 забоях, оборудованных комплексами типа ОКП70, МК75, ОКП, КМ130 с длиной очистного забоя 60—170 м при мощности пласта 2,0—3,5 м. Вмещающие породы находились в диапазоне от неустойчивых до устойчивых [14].

Анализ показал, что интенсивный отжим угля начинает проявляться при длине очистного забоя 70 м и более. Наиболее интенсивный отжим наблюдается при длине очистного забоя 80—120 м, а при дальнейшем ее увеличении наблюдается замедление роста интенсивности проявлений отжима угля.

Зависимость глубины, отжима (R, м) от длины очистного забоя описывается уравнением

/?= 6,29-f l,465In L при 50<L< 170. (5)

Проведенные исследования показали, что интенсивный рост (45%) горного давления на механизированную крепь наблюдается при увеличении длины очистного забоя до 130— 150 .м в зависимости от физико-механических свойств вмещающих пород. Дальнейшее увеличение длины очистного забоя сопровождается ростом нагрузки на крепь на 10—20%• Максимальное значение критерия, характеризующего динамику проявления горног одавления, имеет место при длине очистного забоя 110—120 м, а минимальное — при 150—160 и 80— 90 м. Интенсивный рост проявления отжима угля наблюдается в интервале длины очистного забоя 80—120 м.

Работы на концевых участках лав и сопряжениях с откаточными выработками по имеющемуся отечественному и зарубежному опыту задалживают до 57—70% всех трудозатрат

в лаве. Травмирование рабочих в этой зоне '.происходит в 2— 3 раза чаще, чем на других участках. По опыту эксплуатации и данным соответствующих .публикаций можно выделить ряд важнейших технологических проблем, возникающих на концевых участках комплексно-механизированных забоев, а именно: транспорт и погрузка угля на сопряжениях, управление горным давлением, компенсация длины механизированного комплекса. Автором сформулированы требования по совершенствованию технологии работ на сопряжениях лавы со штреком, реализация которых повышает безопасность и снижает трудоемкость концевых операций в очистном забое [19]. Использование угловых конвейеров, конвейеров с крестовыми приводами позволяет решить (проблему проходки ниш, с одной стороны, и, с другой стороны, расширяет возможность выемки целиков угля вследствие упрощения схемы сопряжения забоя целика и конвейера с крестовым приводом или угловым лавным конвейером.

Эффективное управление горным давлением достигается рациональным сочетанием анкерного и арочного крепления подготовительных выработок. Для обеспечения совместной работы рамной податливой и анкерной «репей необходимо, чтобы последняя также была податливой. В Кузбассе ведутся работы (в -направлении обеспечения податливости за счет применения сталеполимерных анкеров. Альтернативой им .может стать применение фрикционных анкеров с резиновой втулкой.

До настоящего времени на концевых участках лав остается актуальной техническая проблема компенсации длины комплекса. Эта проблема обуславливается действием природного фактора, связанного с изменением гипсометрии пласта, а также сложностью вождения комплекса по заданному курсу. Так, при изменении угла залегания пласта с 5 до 10° длина 150-.метровой лавы изменяется на 1,7 м, по этой причине, а также из-за изменения траектории перемещения комплекса возникают разрывы между контурной крепью выработки и крайней секцией крепи. По шахтам АООТ «Ленинскуголь» они составляют в среднем 0,75 м. Концевые участки лав характеризуются максимальными скоростями смещений кровли и приурочены к ослабленной трещинами зоне локальных сводов обрушения над подготовительной выработкой, окрестности которой деформируются под действием опорного давления действующей и смежной лав. Б этой зоне отрицательное влияние на состояние кровли оказывают также конструкторские и технологические недоработки: ограниченная маневренность и постоянная ширина секций крепи; способ перемещения крайних секций механизированной крепи с переменным распором гидростоек; наличие значительных обнажений кровли в нишах с буровзрывным способом их выемки; значительная ширина (0,6—0,7 м) незакрепленной полосы кровли, со-

стоящей из призабойной зоны шириной 0,25—0,3 м и зоны отсутствия контакта под козырьком, равной 0,2—0,5 м; недостаточная поперечная устойчивость крайних секций; запаздывание крепления кровли; высокие точечные контактные давления перекрытия; отсутствие активных способов управления горным давлением. Вследствие проявлений этих факторов на концевых участках происходит более интенсивное трещинооб-разование, вывалообразование и снижается уровень безопасности работ.

Автором разработан комплекс требований и конструкторские решения по специальной компенсационной крепи сопряжения, предусматривающие изменяемость по ширине, кратной длине рештака конвейера; способность перемещаться на забой и вдоль забоя; способность перемещаться на забой без снятия нагрузки гидросгоек; автономную продольную и поперечную устойчивость с возможностью править смежные линейные секции; возможность крепи обеспечить перекрытие обнажения кровли в зоне возведения охранных искусственных околоштрековых сооружений; а также крепление кровли в зазорах (включая уступную форму) между контурной «репью и секцией .механизированной крепи [24].

3. Оптимизация параметров технологических схем выемочных участков при различных типах очистных механизированных комплексов

В результате выполненных исследований установлены диапазоны рационального изменения длины, очистного забоя при применении различных типов механизированных комплексов, отрабатывающих угольные пласты с породами кровли от лег-кообрушаемых до труднообрушаемых. Критерием выбора значения длины очистного забоя являются наиболее благоприятные последствия проявлений горного давления. В дальнейшем был выполнен комплекс исследований по оптимизации длины очистного забоя и выемочного столба по критериям, определяющим производственно-экономическую деятельность добычного участка [12, 15, 24]. В действующих комплексно-механизированных забоях (КМЗ) значения длины лавы изменяются в значительных пределах. Так, длину очистного забоя в пределах 60—>100 ¡м имеют 17,0% КМЗ, а длину 101— «150 м — около 59,0%., Только 11,0% КМЗ имеют длину забоя более 150 м.

Рассмотрено 120 КМЗ, из которых 42 оборудованы комплексами 40КП70, 34— 10КП70 и 42 —20КП70. В качестве основных показателей эффективности работы КМЗ приняты удельная производительность очистного забоя, представляющая собой отношение производительности очистного забоя к вынимаемой мощности пласта, а также удельная производительность груда рабочего очистного забоя.

На рис. 3, а, б, в представлены распределения удельной производительности очистного забоя в зависимости от длины лавы [15]. Нижняя граница зоны распределения выражает зависимость при применении .комплексов в условиях трудно-обрушаемых пород кровли, верхняя граница — в условиях лег-кообрушаемых пород кровли.

Установленные зависимости представляются в следующем виде:

для комплекса 40КП70

q = — 0,08L2+16,7¿—456,8 при 70«L<150; (6)

10КП70

q = —0,024L2-f7,!1L+16,3 при 60<L<225; >(7)

20КП70

9615П 4

«7= —911,54+ 1,698¿ при 60<¿<150. (8)

На рис. 3, г, д, e представлено распределение удельной производительности труда рабочих очистного забоя в зависимости от длины лавы [15]. Установлено, что при оборудовании забоя комплексами 40КП70, 10К.П70, 20КП70 максимальная производительность труда рабочего очистного забоя обеспечивается ,при длинах лав соответственно 110—130 'м, 130— 150 м, 120—140 м. При -меньших или больших значениях длины очистных забоев наблюдается ее снижение.

Полученные зависимости представляются в следующем виде:

для комплекса 40КП70

Ру = —0,0012ZAf0,301L—7,94 npn70<¿<150; (9)

10КП70

Ру =—0,00027€¿2+0,812L—5,42 при 60<Lc220; (10)

20КП70

Ру = — 0,00115L2+0,299L—9,29 при 70<s:L<150. (11)

Таким образом, анализ работы комплексно-механизированных очистных забоев в различных горно-геологических условиях показывает, что по факторам «производительность очистного забоя» и «производительность труда ГРОЗ» в условиях шахт Ленинского района Кузбасса целесообразно иметь лаву, оборудованную комплексами типа 40КП70 длиной 120— 130 м, 10КП70— 130—150 м, 20КП70—130—140 м [15, 19, 24].

Для обеспечения ритмичной работы шахт обязательно наличие определенного числа действующих очистных забоев со стабильной нагрузкой и своевременного ввода новых забоев взамен выбывающих.

Обеспечение необходимого фронта очистных работ достигается увеличением запасов угля в выемочных столбах за счет увеличения длины очистного забоя и протяженности выемочного столба [12].

Опыт отработки запасов выемочных столбов длиной более 1500 м показывает, что при такой длине проявляются особенности, изменяющие расчетные значения технико-экономических показателей. При наличии благоприятных горно-геологических и горнотехнических условий возможна подготовка запасов выемочных столбов длиной 3000 м и более, поэтому важной представляется оценка эффективности подготовки и отработки запасов столбов большой длины.

Исходя из наибольшего объема применения, рассмотрены показатели работы КМ.З, оборудованных мехкомплексами 10К.П70, 20КП70, 40КП70, «Пиома» и «Глииик». Установлено, что с увеличением длины выемочного столба в большинстве случаев несколько возрастают нагрузки на забой и производительность труда рабочего очистного забоя. Однако эти закономерности справедливы только в пределах технически рационального применения механизированных комплексов и фактически имевших место длин выемочных столбов, и распространять их на отработку столбов длиной более 2000 м без детального анализа неправомерно из-за качественных изменений в работе оборудования [24].

С целью оценки эффективности применения выемочных столбов большой длины осуществлено экономико-математическое моделирование себестоимости добычи угля и трудоемкости работ. Анализ технико-экономических показателей свидетельствует о наличии в каждом из них трех составляющих, зависящих от длины выемочного столба [24]:

+ + (12) где У — численное значение показателя себестоимости

и -производительности труда; £ст —длина выемочного столба, м;

Л, В, — коэффициенты уравнения, рассчитанные по фактическим показателям работы КМЗ на шахтах АООТ «Ленинскуголь» в 1988—1995 гг.

На основе зависимости (12) установлены оптимальные значения длины выемочного столба при применении механизированных комплексов 10КП70— 1500 м, 20КП70 —1800 м, 40КП70— 1400 м, «Пиома» —2000 -м, «Глиник» —1600 м. При значениях длины выемочного столба, отличающихся от оптимальных, технико-экономические показатели подготовки и отработки запасов угля ухудшаются (12].

2 17

4. Область эффективного применения высокопроизводительных очистных механизированных комплексов в различных горно-геологических условиях

В настоящее время на шахтах Кузбасса в работе находится около 140 КМЗ, оборудованных .комплексами различных типов, iB том числе на ¡пластая с труднообрушаемой кровлей около 40%КМЗ, со среднеобрушаемой кровлей—10% и лег-кообрушаемой— 40%, с устойчивой непосредственной кровлей около 8%, среднеустойчивой— 41% и неустойчивой — 91%., Наличие в кровле и .почве пород, различной степени устойчивости, крепости и обрушаемости в значительной степени определяет эффективность применения механизированных комплексов [10].

Выполнено ранжирование нагрузок на очистной забой по горно-теологическим условиям применения механизированных комплексов. В результате анализа полученных данных установлено следующее [19]:

на .пластах с легкообрушаемой, устойчивой и средней устойчивости (кровлями почти все комплексы обеспечивают нагрузку на забой 1000 т в сутки и более. Эффективно применяются также комплексы КД80. Наибольший, эффект на пластах средней мощности обеспечивается 'комплексами, оборудованные ¡крепями поддерживающе-оградительного и оградительно-поддерживающего типов, а на мощных пластах — оградительно-поддерживающего типа. С ¡переходом на ¡пласты, со слабыми почвами и повышенными углами падения нагрузка на забой резко снижается;

на ¡пластах со среднеобрушаемыми и средней устойчивости породами кровли и прочными ¡породами почвы все применяемые типы комплексов обеспечивают нагрузку на забой 1000 т в сутки и более, за исключением ¡комплекса КД80. Наибольший эффект достигается ¡при ¡применении ¡комплексов КМ130, «Фазос», КМ. 138. На пластах с неустойчивыми кровлями наиболее эффективными являются ¡комплексы КМ 138, «Глиник», ОКП70, а на пластах со слабой почвой — «Глиник» и ОКП-70;

на пластах с труднообрушаемой кровлей нагрузку на забой 1000 т ¡в сутки и более обеспечивают только комплексы УК'П'5, К'М'142, «Пиома» и КМ Т., Резкое снижение эффективности наблюдается у комплексов «Глиник», ОКП70, КМ130.

Для уточнения области эффективного применения, ¡механизированных комплексов различных типов были обобщены результаты .исследований механизма взаимодействия ¡вмещающих пород и механизированных крепей для всего Кузнецкого бассейна {24].

Установлено, что среднее фактическое сопротивление механизированных ¡крепей значительно ниже .проектных значений, особенно при отработке пластов с легкообрушаемыми порода-

т/сут/U; Р,т/вых/мас/м \

400 0

800 400 0

I -О 2 3

/ г ✓ 40К П-70

40 80 120 160 200 240 280 Длина забоя, к

[ 2 т. д

61

г 10 к П-70

40 80 120 160 200 240 280 Длина забоя, и

20Ш1-70

. 40 80 120 160 200 г\о 28Ö ¡ fyo 100 140 180 220 260'

I- легкообрулаемая;2- средней обрушаемости; 3- труднообрушаемая.

Рис. 3. Зависимость удельной производительности очистного чабояСа, б, в) и удельной производительности рабочего очистного чабоя (г, д, е) от длины очистного забоя.

' Тип комплекса Условия применения

Угол падения пласта Породы кровли Особые условия

ДО 25* 30* ДО 35* легко- обруша- емые средней обруша-емости трудно-обруша-емые устойчивые средней устойчивости неустойчивые

ОКП-70 О О О О

КМ-130 О О О О О

Глиник МК-85 О О о О

КМТ О О О О Прочные породы почвы

Пиома, Фаэос о о о О о О

КД-80 о о о о о

1МКМ о о о о

КМ-142 о о О о о Прочные породы почвы

Рис. 4. Область применения очистных механизированных комплексов.

Исследованиями установлено, что в старых выработанных ¡пространствах, включающих частично сохранившиеся очистные и подготовительные выработки, скапливается значительное количество -метана. При изменении атмосферного давления происходит выделение газа -в действующие выработки. Особенность этого вида загазирований состоит в том, что ¡превышение допустимых концентраций метана наблюдается в общей исходящей струе выемочного -поля, тогда как ¡в исходящих струях ¡выемочных участков концентрация .метана ¡в 2— 3 раза ниже [20].

На основании проведенны-х исследований газообильности выемочных участков установлено, что в структуре их газового баланса газовыделение из очистных и подготовительных выработок составляет в среднем 23% (от 0Д2 до 9,9 м3/мин), а из старых выработанных пространств — 77% (от 0,77 до 13,3 :м3/мин). Следовательно, главным сдерживающим фактором повышения нагрузки на выемочный -участок является газовыделение из старых выработанных пространств [3, 20]. При этом резерв в возможности увеличения нагруз-ки на очистной забой и темпов проведения .подготовительных выработок может быть оценен коэффициентом загрузки (загрязнения) газо'м вентиляционной струи [20]:

2 ^учг + 2

"ст

2 Л:т/

г = 1

где пуч — число действующих и подготавливаемых выемочных участков;

пав — число подготовительных обособленно проветриваемых выработок, м3/мин; пст —число старых выработанных ¡пространств; /уч; —абсолютная газообильность участка, м3/мин;

работки, м3/мин; /пв/ — абсолютная газообильность подготовительной вы-1СТ1 —абсолютная газообильность старых выработанных

пространств, м3/мин. В результате проведенных исследований установлено, что газообильность выработанного пространства выемочного участка зависит от времени отработки запасов каждого столба и способа удаления газа из выработанного пространства [20, 23]. В начале отработки запасов выемочного участка, когда -массив вмещающих пород на деформирован, выделение газа из него незначительно. По мере отхода от начального положения газовыделение из выработанного пространства возрастает (¡первый этап) и стабилизируется при определенном раз-

ми кровли. На пластах с труднообрушаемыми кровлями оно несколько возрастает, но не достигает проектного значения

Максимальное фактическое сопротивление крепей МТ, М130, М144, УКП, М142 имеет место ,на'уровне проектного или несколько ниже при использовании их на ¡пластах с труднообрушаемыми кровлями, а крепей ОКП70, «Пиома», «Фазос» и МГ38—выше проектного. Крепи «Пиома», «Фазос» и МТ38 испытывали повышенное давление, но они могут быть рекомендованы к (применению на пластах с труднообрушаемой кровлей. Механизированные крепи М85, (ЖП70, «Гшиник» и М138 для этих ¡пластов рекомендованы быть не могут [19].

Исходя из условий обеспечения максимально эффективной работы КМЗ область эффективного применения комплексов представлена на рис. 4.

5. Исследования аэрогазовой динамики в выемочных полях на пологих пластах средней мощности

В Кузнецком бассейне существенное влияние на рост газообильности выработок оказывают вмещающие породы и пласты— спутники, являющиеся главными коллекторами метана. В настоящее время более ¡60% шахт бассейна относится к сверхкатегорнЫ'М по ¡газу метану, где управление газовой обстановкой в выработках достигается совершенствованием, и созданием новых средств управления системами ¡вентиляции и дегазации шахт. Несмотря на 'эти меры (вопросы снижения, ме-танообильности выработок для обеспечения нормальной газовой обстановки в шахтах остаются весьма проблематичными. Свидетельством тому является ежегодная регистрация различных видов загазирования рудничной атмосферы на шахтах бассейна. При определенных условиях затазирование выработок реализуется во вспышки, ¡взрывы,, ¡приводит к авариям и травматизму, что резко снижает уровень безопасности и эффективности торного производства.

Для углубления знаний о процессах, происходящих, в газонасыщенной угленосной толще, и выработки эффективных решений, обеспечивающих техническое перевооружение и рационализацию технологических систем, шахт, автором выполнен комплекс аналитических и шахтных 'исследований [20, 22, 25].

Натурные наблюдения и эксперименты выполнялись на пяти наиболее газообильных шахтах Ленинского района — им. С., М. Кирова, им. 7 Ноября, им. Е„ Ярославского, «Полы-саевская» и «Комсомолец». Наблюдениями охвачены 12 шах-топластов, в которых, располагалось 21 выемочное поле. В каждом из них располагались 1—3 выемочных столба с ¡1—2 проводимыми выработками.

2*

]9

витии горных работ в действующем выемочном столбе (второй этап).

При доработке запасов выемочного столба, когда скорости подвигания забоев незначительны, происходит снижение газовыделения их выработанного пространства (третий этап). Изменение газообильности выработанного пространства в зависимости от времени его существования на первых двух этапах отработки запасов можно описать следующей зависимостью:

/в п =ах+Ь ехр (14)

где /„„—газообильность выработанного пространства, м3/мин;

а|, Ь\ — эмпирические коэффициенты; \ — время, мес.

На основании экспериментальных данных получена следующая зависимость газообильности выработанного пространства действующего выемочного столба от нагрузки на лаву:

/вп = /о + &а1п-£-, (14а)

где /о — минимальная газообильность при Л=Л0, ,м3/мин;

Ь2 — эмпирический коэффициент;

А0, А — соответственно минимальная и планируемая нагрузки на очистной забой, т/сут.

Характерной особенностью для рассматриваемых условий является то, что газообильность выемочного участка зависит от площади выработанного пространства, которая определяет как объем находящегося в нем газа, так и сопротивление движению газа к источнику тяги и в газовый коллектор [23, 25]. В результате проведенных исследований установлена следующая зависимость газообильности от изменения площади выработанного пространства:

/(5) = й3 + Аа1п-|-, (15)

где 7(5)—газообильность выработанного пространства, м3/мин;

5, Бо — соответственно текущая и начальная площади выработанного пространства, м2;

о-з, Ьз — эмпирические коэффициенты для условий'Ленинского района Кузбасса, а3= 15000—20000, ¿>з = = 0,1—0,2.

Эта зависимость отражает тот факт, что с возрастанием площади выработанного пространства до определенного предела темп роста газообильности снижается за счет стабилизации фильтрующих и коллекторско-сорбционных свойств массива [20,25].

Для анализа этих режимов широко использовался степенной закон сопротивления в виде:

= (16)

¿Ф

Па-с

где г — удельное сопротивление массива, -;

мя+2

V — скорость фильтрации, м/с;

п — показатель степени, Ч <п<2;

Ьф — длина пути фильтрации, :м.

На основе этого выражения была составлена математическая модель газопереноса в обрушенных породах в виде:

/=^5Ф> (17)

где / — расход газа скважины, м3/с;

Я — вакуум у скважины, Па/м;

о /Па-с\1

1< — газодинамическое сопротивление массива, -

\ м2 /

5ф —площадь фильтрации газа.м2.

Согласно полученным на базе этой модели зависимостям величина аэродинамического сопротивления выработанного пространства существенно зависит от режима фильтрации газовоздушной смеси, что делает практически невозможным применение полученных моделей для инженерных расчетов. Однако результаты натурных исследований и расчетов по приведенным моделям показали, что преобладающим режимом фильтрации является промежуточный, причем для выработанных пространств больших объемов наиболее характерны автомодельные режимы. Поэтому для расчета сопротивлений выработанных пространств наиболее целесообразно применять двучленный закон в интегральной форме:

£ 5 I Ь2

где к — депрессия; Я" — соответственно линейное и квадратичное сопротивления; (2ВП — утечки через выработанное пространство; Ь — длина пути фильтрации; 5—площадь фильтрации; р/А и р// — аналоги удельного аэродинамического сопротивления г(х), численно равного сопротивлению объе-

азо 020 о.ю ом о.ог

500 Лс/-с2/м*

1С. 5. Схема к расчету аэродинамических сопротивлений ]работанных пространств при бесцеликовой отработке 1емочних полей и вменение сопротивлений по мере отработки выемочного столба.

ма пористой среды /площадью 1 м2 и длиной 1 -м; /е и I — cooí-ветственно проницаемость и макрошероховатость выработанного пространства; ¡i и р — динамическая вязкость и плотность воздуха.

Изменение параметров k и / по длине выработанного пространства х можно описать эмпирическими зависимостями, включающими коэффициенты, не зависящие от режима проветривания, учитывающие характер обрушения массива:

k = b-x'c\ l = d-x-c<\ (19)

где b, d — коэффициенты, учитывающие тип вмещающих пород;

с — коэффициент, учитывающий скорость подвигания очистного забоя.

Эти коэффициенты могут быть определены по данным мониторинга шахтной атмосферы или путем воздушно-депресси-онных съемок [22, 23].

Разработанный в МГГУ под руководством Л. А. Пучкова метод определения сопротивления выработанных пространств по их среднеинтегральным параметрам позволяет рассчитывать аэродинамику выработанного пространства отдельно действующего участка [25].

На основании этого метода разработана методика расчета аэродинамических сопротивлений выработанных пространств большого объема [25]. На рис. 5 приведена схема к расчету аэродинамического сопротивления выработанных пространств выемочных участков при бесцеликовой системе отработки. На схеме показано, что интегральный поток утечек разделяется на три ветви — один поток выходит в выработки действующего участка (точка F), второй — на фланговую скважину № 2 (точка С), третий — на скважину № 1, расположенную на центральных уклонах (точка Е). При этом интегральные значения параметров k и ц, входящих в формулы для расчета соответственно линейного R" и квадратичного R" сопротивлений, для первой и второй ветви (ABDF и ABC) рассчитываются в зависимости от длины лавы и выработанного пространства действующего участка, для третьей (ABDE)—на участке DE принимаются постоянными, равными их значению при длине выработанного пространства х = 1500 м.

Полученные расчетные зависимости имеют следующий вид:

— для потока, выходящего в лаву,

R, _ г^хсГ\х* =L) ¿рх'Р-Цх* + L)

bm(c+ 1) ' dm (с/2 + 1) '

где

V _ 10

JC*=±Í-хг = (0,7 -г- 0,8) L-,

1п 0,1л: '

(20)

для потока, выходящего на фланговую скважину,

р„ =_9£2-рхс'2(0,3/. + х)

ёт2 (с/2 + 1) [1,7¿ + ^¿ЧТ^^Л2' для потока, выходящего на центральный уклон, Зец 1500е [Г + 0,2.\хвл + Ь —л)

Ьт[\,7хвп+Ух\а+У*\

ц>' = 9з2р 1500с/2 [У + 0,3 (л:„ п + — л:)]

(22)

В зависимостях (20) — (22) приняты следующие обозначения:

е — пористость; т — вынимаемая мощность пласта, м; Ь, х, хвп— соответственно длина лавы, выработанного пространства и выемочного участка, м; х* — координата .приложения фиктивного (интегрального) потока утечек, возвращающегося в лаву, м.

С учетом полученных зависимостей, исходя из двучленного закона сопротивления, -можно прогнозировать изменения дебита газовоздушной смеси и метана из дегазационных скважин по мере увеличения длины выработанного пространства. Дебит счетановоздушной смеси из выработанного пространства определится следующим образом:

о = +У(Юг + ^"(^~/1скв)

Vип '

где Нв и /гС1С8 —депрессия источника тяги и скважины соответственно, Па. Поскольку депрессия источника тяги и скважины зависит от (¡)вп, эту задачу удобнее решать графически.

Дебит -метана можно ориентировочно определить через среднюю концентрацию его в утечках (которая рассчитывается по 'фактической газообильности выработанного пространства) Свр :

Лка ^ср' Рв П -^СТ) (24)

где /сх —дополнительный дебит -метана из старых выработанных пространств, м3/мин, принимается равным дебиту газа в начальный период работы фланговой скважины.

Использование установленных зависимостей аэрогазовой динамики выработанных пространств больших объемов позволяет включать фильтрационные потоки зон обрушений в сетевые расчеты вентиляции и определять наиболее рациональные параметры заложения скважин для дегазации выработанных пространств, что имеет особенно существенное практическое значение при применении комбинированных способов управления газовыделением, а также должно учитываться при конструировании технологических схем отработки запасов угля [19, 20].

0. Управление метановыделением как необходимое условие повышения технического уровня шахт

Для определения наиболее эффективных способов и схем управления газовыделением выполнены шахтные и аналитические исследования дегазации выработанных пространств — с применением наклонных скважин, пробуренных из вентиляционной выработки навстречу лаве; вертикальных скважин, пробуренных с поверхности; вертикальных фланговых скважин и комбинации двух последних, способов [20, 22, 23].

Подземные дегазационные скважины, в соответствии с «Руководством по дегазации угольных шахт» и рекомендациями ВостНИИ по безопасности ведения горных работ, бурились длиной 70 м, диаметром 55 мм из вентиляционного штрека веерообразно навстречу лаве под углом 10—15° к линии простирания (продольной, оси штрека). Наклон скважин к горизонту принимался равным 114—16°, расстояние между скважинами— 30—40 м. Поскольку встречные дегазационные скважины наклонного бурения работают в массиве с переменным сопротивлением, то изучение связи их пространственного положения с технологическими режимами (расходом газа, подсосами воздуха, концентрацией газа в отсасываемой смеси и вакуумом) представляет научный и ¡практический интерес [20, 23].

Изучение зависимости технологических режимов каптажа метана от шрно-геологических и горнотехнических условий свидетельствует о существенном влиянии пространственного положения скважин на основные ¡пара/метры дегазации. Так, средний! расход газа в скважинах изменялся от ¡1,0 до 12,0 м3/м,ин, средняя концентрация газа — 20—80%, подсосы Еоздуха через породы составляли от 4,0 до ¡1'6,0 м3/мин при изменении вакуума от 100 до 500 мм вод. 'ст. Эффективность дегазации выработанного пространства встречными наклон-ны'ми скважинами составляет 0,2—0,4 ¡при бурении их, в область максимальной газоотдачи и 0,1—0,2— при попадании скважин в область с низкими концентрациями газа или низкой газопроницаемостью,

Вертикальные дегазационные скважины с поверхности бурились до подхода лавы ж месту их заложения., Диаметр скважин принимался равным 400—)130 м-м. Скважины, обсаживались -стальными трубами, сваренными ¡между собой. Нижняя часть труб (при этом не доходит до пласта па 3—4 его мощности и 10—15 ,м труб перфорируются.

Установлено, что технологические режимы дегазационных вертикальных окважин, так же как и встречных наклонных, изменяются во времени по следующей зависимости '[20]:

1п У = а+|31п^+б1пЧ (25)

где У— соответственно расход газа, подсосы воздуха в скважину, концентрация газа; а, р, б — эмпирические коэффициенты, зависящие от горно-геологических условий и схемы дегазации; / — время работы скважины, мес.

Для предотвращения .местных скоплений метана на сопряжении лавы с вентиляционным штреком дополнительно применяют либо отсос метана с помощью вентиляторов типа ВМЦГ-7, либо отвод таза с утечками воздуха через выработанное пространство вышележащей лавы или по дренажному штреку. Однако эти способы, имеют ограниченное применение на пластах, склонных к самовозгоранию.

В лавах 1115 и 1113 пласта Надбайкаимского '(шахта «Октябрьская») проводились опытные работы по использованию для борьбы с местными скоплениями .метана на сопряжениях лав с вентиляционными штреками дегазационных скважин, буримых с поверхности. Каптаж метана производился при одновременной работе двух дегазационных установок, обеспечивающих расход отсасываемого газа от 8,8 до 16,1 м3/мин (в среднем 11,3 м3/мин). При работе одной скважины эффективность дегазации была 54%, при работе двух скважин — 64%. По записям автоматической газовой защиты (АГЗ) установлено, что при работе двух скважин не было слу-чаяев превышения допустимой концентрации метана не только в исходящей струе участка, но на сопряжении лавы с вентиляционным штреком, что позволило обеспечить среднюю нагрузку на очистной забой порядка 1400 т/сут. С увеличением глубины ведения горных работ необходимо увеличивать диаметр вертикальных скважин, что приводит к удорожанию бурения, поэтому из соображений экономической целесообразности при отработке пластов с оставлением междуштрековых целиков применяются схемы дегазации фланговыми скважинами большого диаметра и погашением или частичным поддержанием примыкающих к ним выработок [20].

Данная схема дегазации обеспечивает эффективность дегазации на уровне к =0,4—0,5. Однако в первоначальный период работы скважины и при доработке столба /г =0,1—0,2. Эффективность дегазации фланговыми скважинами повыша-

ется при переходе к сохранению горных выработок, примыкающих к скважине, расположенной за пределами зоны обрушения пород [20, 22].

Анализ эффективности исследованных четырех схем дегазации показывает, что с учетом неравномерности поступления газа в скважины, максимальную эффективность дегазации обеспечивают фланговые скважины с отводом газа через ¡поддерживаемые выработки, а эффективность дегазации подземными скважинами — наименьшая вследствие короткого срока их службы, особенно при высоких скоростях подвигания очистных забоев ,[20, 23].

Проведенные исследования позволяют сделать вывод, что наиболее благоприятной с точки зрения предупреждения местных скоплений газа на сопряжениях вентиляционных штреков с лавой является схема дегазации фланговыми скважинами с поддержанием выработок, а для использования метана в промышленных целях более эффективной является схема с неподдерживаемыми выработками [20].

Широкий комплекс исследований технологических режимов дегазационных скважин в зависимости от пространственного положения их относительно лавы и вентиляционного штрека, расстояний между скважинами (интерференция) и др., -показал, что вследствие неравномерности распределения метана в объеме выработанного пространства для повышения эффективности дегазации необходимо управление режимами работы скважин. Однако оперативное регулирование требует существенных затрат, особенно при дегазации скважинами с поверхности, поэтому рекомендуется переключение скважин [20,22,23].

Решение задачи повышения эффективности дегазации смежных полей за счет сокращения объема буровых работ и обеспечения долговременной эксплуатации дегазационных скважин предлагается на базе применения разработанного при участии автора способа дегазации выработанного пространства вертикально-горизонтальными скважинами [20]. Этот способ позволяет одновременно дегазировать действующее и соседнее выемочное поле как при бесцеликовой выемке, так и при оставлении целиков угля у штреков. Достоинство предложенного способа состоит также и в том ,что он позволяет регулировать поступление газа в скважину путем специального устройства и поддерживать коэффициент неравномерности дебита на уровне Л =1,4.

На практике наиболее распространено сочетание различных способов дегазации выработанного пространства со схемами вентиляции, обеспечивающими обособленный отвод метана за счет общешахтной депрессии. Одним из наиболее эффективных способов зарекомендовал себя отсос метановоз-душной смеси через фланговую скважину вентилятором ВМЦГ-7 [20, 22],

Исследования этого способа, проведенные на шахте «Ок-сябрьская», позволяют сделать вывод о возможности не только снижения газообильности участка до требуемого уровня, но и предотвращения скоплений метана на сопряжении лавы с вентиляционным штреком без ¡применения дополнительных мер. Эффективность дегазации при этом обеспечивается на уровне /гц = 0,70—0,85. ■

Как показано выше, шо имеющейся характеристике источника тяги, используя полученные зависимости изменения аэродинамических сопротивлений выработанного пространства по мере отработки запасов столба, -можно определить ожидаемый дебит метана на фланговой скважине. При неизменных параметрах вентилятора снижение дебита газовоздушной смеси и метана ориентировочно можно определить из эмпирических зависимостей вида [23, 25]:

Qcm Qcr + Qmax ! , , , (26)

/ln t + 1

4. = /cT + Qn,a« f" , , (27)

С

/1^+1

где t — время с начала отработки столба, ,мес.,

х_ 9 /

-— >1; (28)

•»0 3

и03 — скорость подвигания очистного забоя, м/'мес.

Так, для условий пласта Бреевского (шахта «Комсомолец») при газоотсосе через фланговую скважину получены следующие значения параметров, входящих в приведенные формулы: [ = 0,2; Суст =13,5%; хуст =900 м; <2Ст = = 130,0 ¡м3/мин; <Змах =230 ,м3/,мин; /ст =4,8 -м3/мин.

В ходе экспериментов установлены закономерности изменения дебита и на базе данных определены рациональные параметры наиболее эффективных для данного района схем дегазации, приведенные в таблице [23].

Рекомендуемые расходы воздуха для проветривания очистных забоев при применении дегазации выработанного пространства — 500—600 'м3/мин, ПрИ недостаточности этих расходов — не более 800 м3/мин.

Исследование особенностей управления газовыделением на пластах, склонных <к самовозгоранию, проводились на наиболее пожароопасном пласте Ленинского района «Поджурин-ский-5». Применение газоотсоса через фланговую скважину, затем дренажного штрека (для уменьшения зоны активного проветривания выработанного пространства) обеспечивало существенное снижение общей газообильности и отсутствие

местных скоплений метана на сопряжениях лав, но приводило к появлению оксида углерода в исходящей струе из выработанного пространства на разных этапах отработки запасов выемочного столба [20].

Поэтому для пластов, опасных по эндогенным пожарам, управление газовыделением следует осуществлять только дегазационными средствами. По опыту ведения работ на газообильных пожароопасных пластах Ленинского района Кузбасса наиболее эффективным является сочетание дегазации выработанного пространства скважинами с поверхности (для снижения газообильности выработок участка) и подземных скважин, пробуренных навстречу лаве в зону обрушения (для предупреждения местных скоплений газа на сопряжениях) [20, 22].

На основании закономерностей, полученных в результате исследований, предложены и опробованы на шахтах технологические схемы подготовки и отработки запасов выемочных участков без оставления целиков, в шахматном порядке и спаренными лавами [19].

Совместно с МГГУ разработаны и внедряются технологии добычи метана из разгруженного массива как по традиционным схемам, так и отработке запасов высокогазоносных пластов в инертных средах (с применением автоматизированного очистного оборудования)—с последующим использованием газа для получения электроэнергии и в качестве моторного топлива. Эти технологии позволяют одновременно решать проблемы безопасности и экологии, так как обеспечивают снижение выбросов метана в атмосферу и более полное использование ресурсов недр [16, 19, 20].

Рекомендуемые параметры схем дегазации для условий Ленинского района Кузбасса

Параметры Наклонные скважины навстречу лаве Полевые скважины с гговерхностл Фланговая скважина с неподдерживаемыми выработками Фланговая скважина с поддерживаемыми выработками

1 2 3 4 5

Глубина, м Любая 200-400 300—400 300—500

Диаметр скважин, мм 55 100—130 500-800 250-500

Расстояние между скважинами, м 30-80 80—140, при комбинации с фланговым тазоотсо-сом — до 350

1 2 3 4 5

Расстояние от _ 15-40 _ _

скважин до вен г.

штрека, м

■Расстояние от 100 12-45 — —

скважин до .моих.

камеры, 'М

Угол наклона 23-30 90 90 90

скважин, град

Вакуум, Па 1000—5000 1 ООО-1500 7000-8500 5000-8500

Дебит метана, 2,0—10,0 8,0-16,5 5,0= 15,0 6,0—30,0

м3/мин

'Концентрация 10-70 35-80 30—50 5—15

газа, %

Коэффициент де- 0,1-0,3 0,4—0,8 0,2-0,5 0,7-0,6

газации

7. Конструирование рациональных технологических схем вскрытия, подготовки и отработки запасов свит газоносных пологих угольных пластов средней мощности

Реализация рационального управления геомеханическим'и и газодинамическими ¡процессами эффективно оказывается на всех стадиях разработки свит пологих газоносные угольных пластав.

Автором сформулированы требования к технологическим схемам вскрытия, подготовки и отработки запасов угольных пластов и предложены рациональные варианты их, обеспечивающие существенный рост эффективности горных работ за счет использования новых решений по управлению геомеханическими и газодинамическими процессами в шахтах [16, ¡19, 24].

По фактическим данным к моменту завершения реконструкции шахт горные работы углубляются ниже действующего горизонта, и работы, как правило, ведутся в ¡уклонных полях. В этой связи требуется иной подход к конструированию технологических схем вскрытия и подготовки запасов новых горизонтов шахт, учитывающий темпы углубления, горных работ, .проявления горного давления и газоносность угленосной толщи. На основе выполненные исследований разработана комплексная методика конструирования схем вскрытия и {подготовки новы-х горизонтов шахт с эффективным управлением геомеханическими и газодинамическими процессами, заключающаяся в следующем [19]:

1 - глаёнЬй стёол » ¿3 -бспомогопуглЬнб/е вентили ционнб/е СтЗолЬ, А- - оадоотлибная сноотина

Рис. б. Схема вскдатия свиты газоносных пологих угольных пластов.

г

а,

ё а

о к !< К О Е-О О

ещ

с

к Р,

Р.Е-Е О

К О

К X

(П к о К

Б- Р, •

О О ш

исо

с чэ с • ч

ЕЧЭ О

—- ь-

г ч

2 К

кег

. о о Г- * £ о с; • ^ г о X (С

си к

изучение геомеханического и газодинамического состояния углепородного массива и установление ориентировочной отметки нового горизонта;

прогноз проявлений горного давления и газовыделения при первоочередной отработке на-меченното пласта;

принятие решения об окончательной отметке нового горизонта или проработка нового ¡варианта;

конструирование технологических схем ¡вскрытия и подготовки с учетом развития геомеханичеаких и газодинамических процессов при отработке запасов в принятой последовательности.

Пример реализации схемы вскрытия свиты из 10 пластов и подготовки запасов к отработке, отвечающий указанным требованиям, представлен на рис. 6 и 7. Схемы ¡разработаны применительно к условиям Ленинского района Кузбасса. К настоящему ¡времени запасы угля на крыльях синклиналей практически на всех шахтах отработаны путем вскрытия вертикальными стволами или уклонами на небольшой глубине. В соответствии с программой реконструкции шахт региона планируется отработка запасов на глубинах 400—500 м. Предлагается углубить существующий скиповый ствол до от.м. горизонта II, а ¡в районе оси синклинали ¡пройти вспомогательный ствол до этого же горизонта. Свита, .пластов вскрывается по-горизонтными квершлами. Первоочередно отрабатывается пласт 6. При этом разгружаются вышележащие неотработанные пласты 1—5, что сопровождается повышенным газовыделением в действующие по пласту горные выработки. После отработки запасов горизонта II строится горизонт III, отработка которого начинается с пластов 9 или 10. Схемы подготовки угольных пластов при восходящем и нисходящем порядке отработки выемочных пластов представлены на рис. 7. При восходящем порядке отработки запасов выемочных участков по бесцеликовой технологии отрабатывают 4—5 выемочных столбов, далее пропускают один столб. Изолированное от действующих выработок выработанное пространство и разгруженный массив являются подземными коллекторами метана. Газ из этого коллектора извлекается скважинами, пробуренными в верхнем отработанном столбе в течение 5—8 лет. После завершения извлечения газа и отработки вышележащего блока отрабатывается пропущенный столб.

При нисходящем порядке отработки запасов выемочных столбов 3—4 столба отрабатываются по бесцеликовой технологии, далее оставляется целик шириной 30—40 м. Целик изолирует разгруженный горный массив от действующих в нижних этажах выработок, а также препятствует перепуску воды из вышеотработанных и действующих выработок.

Принятый порядок отработки запасов создает благоприятные условия для управления горным давлением.

Разработанные технологические схемы апробированы на участках шахт «Кузнецкая» и «Комсомолец». В настоящее время разработки реализуются в проекте реконструкции шахты «Комсомолец».

Автором обоснованы варианты технологических схем отработки запасов (рис. 8), которые наиболее эффективны при применении на пологих газоносных угольных пластах средней мощности. Задействованные в схемах решения по управлению горным давлением, а также метановыделением обеспечивают условия эффективного применения очистных механизированных комплексов нового технического уровня как по инженерным соображениям, так и ло экономическим показателям работы [19,24].

8. Совершенствование структуры системы управления предприятиями угледобывающего региона и оптимизация развития горных работ на шахтах

Реализация разработанных решений, ло техническому ¡перевооружению и рационализации технологических систем шахт (может быть осуществлена, одновременно с совершенствованием структуры системы предприятий, угледобывающего региона и оптимизацией гарных работ на шахтах \[1:1,, '17, 18].

На основе комплексного анализа деятельности б. производственного объединения,, ньше АООТ «Ленинскуголь», автором -были .приняты к реализации с ¡1993 г. следующие решения [18]:

акционирование предприятии и образование акционерного общества открытого типа (АООТ) «Ленинскуголь»; оптимизация горных работ на шахтах; осуществление 'бизнес-планирования; диверсификация основного производства; реструктуризация АООТ «Ленинскуголь». 'Главным, ¡положительным фактором, акционирования и приватизации ¡государственных предприятий и консолидации пакетов акций в акционерном обществе открытого типа явилось установление принципиально новой системы управления, основанной на наличии контрольного пакета акций .по ¡каждому из акционерных обществ ¡в АООТ «Ленинскуголь» и ¡государственной угольной компании «Росуголь».

Оптимизация производственной деятельности шахт заключается ¡в разработке комплекса мероприятий, который на основе тщательно сбалансированного плана производства и сбыта товарной продукции позволяет снизить себестоимость ¡выпускаемой продукции и ¡получить необходимую ¡прибыль с целью снижения до минимума инвестиционных 'издержек, направленных на развитие ¡производства, обеспечить конкурентоспособность добываемого шахтами угля.

Рис. 8. Технологические схемы отработки запасов длинными столбами в шахматном порядке (а), прибесцеликовой подготовке спаренными лавами (б), с разворотом механизированного комплек(

Реализация предложенных решений в полном объеме обеспечит® 1996 г. снижение себестоимости добычи угля на 26,0%, уменьшение удельного веса расходов на оплату труда до 38,0% и увеличение удельного веса затрат на обеспечение безопасности горных работ [11, 118].

В целях повышения эффективности угольного производства ¡в условиях перехода к рыночным отношениям и сокращения размеров государственной поддержки разработан «Бизнес-план» на 1994—1996 г.г. [18]. В бизнес-плане проведен анализ рынков сбыта угля и определены конкретные направления и мероприятия по организации сбыта угля. На основании этого предполагаемая продажа угля определена в таких объемах: 1995 г. — 11,3 млн. т, .1996 г. — 13,0 млн. т.

■В соответствии с прогнозом, реализации угля определен уровень необходимого объема добычи угля (млн. т): в 1995 г. — 10,5; 1996 г. — 13,0 с одновременным снижением зольности отгружаемых углей.

Бизнес-планом предусмотрена программа улучшения качества выпускаемой продукции, выполнение которой позволит снизить зольность отгружаемых углей с 16,7 до 14„8% • Производительность труда по выпуску товарной продукции увеличится в '1,7 раза, себестоимость одной тонн ыутля снизится в 1,2 раза.

На основе анализа .конкурентоспособности шахт по группам качественных, производственно-технических и экономических показателей и результатов оптимизации параметров горных работ разработаны программы диверсификации производства и реструктуризации, которые позволят в течение -1995—1996 гг. значительно уменьшить социальную напряженность в регионе, обеспечить занятость сокращаемых трудящихся из сферы производства угля, улучшить состояние окружающей среды [18].

Перечисленные выше технико-технологические и организационно-экономические решения разработаны лично автором или с его участием, и их реализация обеспечила к 1996 г. стабилизацию работы АООТ «Ленинскуголь» по основным группам показателей, фактический экономический эффект от внедрения разработок автора на 4 шахтах ссоставил в 1995 г. 480,0 (млн. руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации в виде научного доклада изложены научно обоснованные технические и технологические решения по перевооружению шахт на базе объективного учета закономерностей проявлений геомеханических и газодинамических процессов в утлепородных массивах и созданию рациональной структуры системы управления предприятиями угледобываю-

3

■33

щего региона, внедрение которых в условиях рыночной экономики обеспечивает стабильное и эффективное ведение горных работ и вносит значительный ¡вклад в ускорение научно-технического прогресса ¡в угольной промышленности.

Наиболее существенные научные и практические результаты проведенных исследований.

1. На основе анализа динамики развития угольной отрасли за последние 25 лет установлены закономерности изменения показателей работы шахт с постоянно усложняющимися горно-геологическими условиями, сокращением темпов накопления научно-производственного потенциала отрасли в переходный период развития экономики. Показано, что снижение темпов накопления потенциала в первые 4—5 лет приводит к ежегодному снижению добычи угля на 1,5%, а затем—-до 10,0%.

2. Обоснованы сущность и особенности технического перевооружения и реконструкции шахт в условиях рыночной экономики и постоянного усложнения горно-геологических условий, а также рационализации технологических систем шахт. Основой поиска резервов стабилизации и последующего роста •производства являются закономерности проявлений геомеханических и газодинамических процессов в углепородном массиве наряду с совершенствованием структурной реорганизации производства сообразно требованиям и принципам рыночной системы хозяйствования.

3. Разработаны и внедрены в проекты реконструируемых шахт рекомендации по рациональному ¡вскрытию и подготовке новых горизонтов, обеспечивающие высокопроизводительную работу предприятий и повышение уровня комплексности освоения запасов месторождений.

4. Вьгявлены «узкие места» в технологии добычи угля, анализ которых позволил разработать требования к техническому и технологическому перевооружению шахт и реализовать их, в частности, при организации монтажно-демонтажных работ, увеличении скорости проведения подготовительных выработок, повышении концентрации горных работ..

5. Разработаны и реализованы технологические схемы отработки пологих высокогазоносны'Х, пластов с ¡применением механизированных комплексов 'оборудования 'нового технического уровня, параметры которых обеспечивают минимизацию негативных проявлений горного давления и ¡позволяют практически устранить ограничения ,по тазовому фактору.

6. Установлено, что эффективность работы очистных механизированных комплексов существенно зависит от механизма взаимодействия секций крепи с вмещающими породами и отжима угля. Регулирование нагрузок на крепь и отжима угля, зависящих от типа крепи и степени управляемости кровли,

■производится ¡выбором геометрических параметров выемочного столба ¡(длина столба, длина очистного забоя). Рекомендованные оптимальные значения длины столба и лавы для каждого типа 'Механизированных комплексов учитывают также критерии удельной производительности очистного забоя и производительности труда рабочего по добыче угля.

7. Научно обоснованы, разработаны и внедрены технические решения по сокращению затрат времени на концевые операции и повышению безопасности ¡производства их за счет модернизации лавного и штрекового конвейеров, применения в качестве крепи сопряжения комбинации рамных и (податливых анкерных крепей и специальных компенсационных секций безразгрузочных механизированных крепей.

8. Определена типичная структура газового баланса шахт Центрального района Кузбасса. Установлены закономерности движения газа в выработанном пространстве при его дегазации в условиях бесцеликовой отработки запасов и оставления межлавны.х целиков угля..

9. Разработаны и внедрены комплексные способы, дегазации выработанного пространства с использованием наклонных скважин, .пробуренных навстречу очистному забою из горных выработок, и скважин, пробуренных с ¡поверхности, а также способы отвода метановоздушной смеси через поддерживаемые и неподдерживаемые выработки по фланговым скважинам большого диаметра., Уточнена область применения технологии ведения горных работ в изолированной инертной среде.

Внедрение разработанных способов на шахтах позволило достигнуть коэффициентов, дегазации свыше 0,7—0,8 и практически снять ограничения по газовому фактору интенсивности горных работ.

10. Обоснованы режимы эксплуатации системы дегазационных скважин, расположенных в разных выемочных столбах, что позволило в 1,5—1,8 раза снизить число загазирова-ний рудничной атмосферы по сравнению с аналогичными условиями в других районах Кузбасса.

11. Обоснована рациональная, структура системы управления предприятиями угледобывающего региона в период перехода к рыночным отношениям. Разработаны программы оптимизации горных работ АООТ «Ленинскуголь», диверсификации производства, реструктуризации и бизнес-планирования на предприятиях, создавшие организационно-экономическую базу для эффективной реализации решений по техническому перевооружению шахт региона и рационализации их технологических систем.

3*

35

Основные научные результаты, включенные в диссертацию, опубликованы в следующих работах автора:

1. Мазикин В. П. Управление газовыделением выемочных полей вертикальными и горизонтальными скважинами./В сб. научн. тр. — Кемерово: КуэПИ, 1990, с. 55—56.

2. Временные рекомендации по снижению газообилыюсти выемочных участков шахт Кузбасса поверхностными газоотсасывающими вентиляторами./В. И. Мурашов, Г. ,Г. Стекольников, В. П. Мазикин и др. — Кемерово: ВосгНИИ, 1988. — 29 с.

3. Мазикин В. П. Оценка возможности увеличения нагрузки на выемочное поле по газовому фактору. В сб. научн. тр. — Кемерово: КузПИ, 1990, с. 103—lilO.

4. А. с. № 1559207. Способ дегазации выработанного пространства/ В. А. Колмаков, В. М. Мазикин и др. Б. И. 15. <1990.

5. Linergetisc;:en Zutritt zur Simululation del geomechanlscheu Froze ssy (i.i gel komplizierten bergbaugeologisc.ie i Vcrhaltninessea) Vvlegsnanin V., Qriisko G., Ma:ikin V. Beitrage des 7. Inter.latioier Kongresses ubor Felsmec'.ianrk, Aachen, 1991. Bera T. p. 819—821.

6. Колмаков В. А., Мазикин В. П. Активная дегазация выработанных пространств выемочных полей для их интенсивной отработки./Уголь, 1992, № 9, с. 43.

7. Егоров А. П., Мазикин В. П. я др. Дополнение к отраслевой инструкции по выбору рамных податливых крепей 'горных выработок для условий шахт АООТ «Ленинскуголь».— Прокопьевск: КузНИУИ, 1995. 48 с.

8. Мазикин В. П., Решетов С. Е. Основные направления создания системы социальной защищенности работников и их семей в условиях рыночных отношений. — М.: ЦНИЭИуголь, 1993, 60 с.

9. Мазикин В. П., Решетов С. Е. Опыт формирования средств на оплату труда и регулирования доходов работников в условиях рыночной экономики. — М.: ЦНИЭИуголь, ,1094, 46 с.

10. Белов В. П., Мазикин В. П. и др. Оценка влияния горно-геологических условий залегания угольных пластов на эффективность применения мехкомплексов на шахтах Кузбасса. В об. .научн. тр. — Кемерово: Кузбасс-углегехнолагия, Ш94, с. 114—'118.

M. Мазикин В. П., Ремезов А. В. щ др. Техническое перевооружение шахт АО «Ленинскуголь» и прогноз их развития. В сб. научн. тр. — Кемерово: КузПИ, 1995, с. 119—ili22.

¡12. Ремезов А. В., Мазикин В. П. и др. Оптимизация длины выемочных столбов при разработке пологих пластов механизированными комплексами на шахтах Ленинского района. В сб. научн. т'р. — Кемерово: КузПИ, 1995, с. 1.23—1,27.

13. Калинин С. И., Мазикин В. П. Методика пасчета сталеполимсрной анкерной крепи. — Прокопьевск: КузНИУИ, 1994,92 с.

14. Калинин С. И., Мазикин В. П. и др. Исследование влияния длины очистного забоя «а взаимодействие механизированной крепи с вмещающими породами. В сб. научн. тр. — Кемерово: КузПИ, ,1994, с. 12—18.

1/5. Белов В. П., Мазикин В. П. и др. Влияние длины лавы на эффективность работы комплексномеханизированных забоев. В сб. научн тр.— Кемерово: КузПИ, 1994, с. 18—22.

ц 16. Пучков Л. А., Красюк H. Н., Мазикин В. П. Технология интенсив-' пой отработки высокогазопосных пологих угольных пластов с применением автоматизированных комплексов оборудования и инертных сред —М: ГИАБ, вып. 5, МГГУ, 1994, с. 3—¡13.

17. Мазикин В. П., Ремезов А. П. Опыт взаимодействия производства п наук» в новых рыночных отношениях на примере АООТ «Ленинск-уголь». —М.: ГИАБ, вып. 4, МГГУ, 1994, с. 6—9.

18. Мазикин В. П., Решетов С. Е. и др. Оптимизация хозяйственной деятельности системы предприятий угледобывающего региона. — М.: МГГУ, ,1,995, 88 с.

1,9. Мазикин В. П. Техническое и технологическое перевооружение горных предприятий в условиях перехода к рыночной экономике. — М.: МГГУ, 1995, 76 с.

20. Мазикин В. П. Методология и опыт управления газовыделением на шахтах в условиях технического и технологического перевооружения. — М.: МГГУ, 1995, 102 с.

21. Пучков Л. А., Мазикин В. П., Красюк Н. Н. Проблемы стабилизации деятельности горных предприятий в период перехода к рыночной экономике. —М.: ГИАБ, вып. 3, МГГУ, 1995, с. 3—20.

22. Колмаков Л. А., Мазикин В. П. Аэрогазодинаммче'ский мониторинг вентиляционных систем шахт. — Томск: Изд. ТГУ, 11995. — 196 с.

23. Мазикин В. П., Каледина Н. О. Пути повышения эффективности управления метановыделением тз выработанных 'пространств на шахтах Ленинского района Кузбасса. — М.: МГГУ, депонированная рукопись, № 27/9-224, 1996, —6 с.

24. Белов В. П., Мазикин ,В. П. и др. Разработка пологих и наклонных пластов Кузнецкого бассейна. — Прокопьевск: КузНИУИ, 4995. — 250 с.

25. Каледина Н. О., Мазикин В. П. Расчет аэродинамических сопротивлений выработанных пространств при бесцеликовой отработке угольных пластов. — М.: МГГУ, Депонированная рукопись, № 27/9—'225, 4096.-6 с.

26. Мазикин В. П., Решетов С. Е. Развитие вспомогательных производств в условиях реструктуризации угольной промышленности на предприятиях АООТ «Ленинскуголь». — М.: ГИАБ, вып. 4, МГГУ, 1995. с. 63—66.