автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Повышение технического уровня и эффективности технологии выемки пологих пластов угля механизированными комплексами

РГ6 Ой I 8 ИЮН 1998

На правах рукописи

РЕМЕЗОВ АНАТОЛИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ И ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ВЫЕМКИ

ПОЛОГИХ ПЛАСТОВ УГЛЯ МЕХАНИЗИРОВАННЫМИ КОМПЛЕКСАМИ

Специальность 05.15.02 - Подземная разработка месторождений

полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Кемерово - 1998

Работа выполнена в ОАО УК "Ленинскуголь".

Научный консультант - профессор, доктор технических наук

Егоров П.В.

Официальные оппоненты - профессор, доктор технических наук

ФряновВ.Н.

профессор, доктор технических наук

Александров Б:А. ''

доктор технических наук Брагин В.Е.

Ведущее предприятие - ОАО УК "Кузнецкуголь".

Защита диссертации сосюигся " 26 " мая 1998 г. в 10 часов на заседании Диссертационного совета Д 003.57.01 при Институте уг и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук (650025, г. Кемерово, ул. Рукавишникова,21 ). С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института угл углехимии СО РАН.

Автореферат разослан " 24" апреля 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.. Процесс перехода современной экономики к но-$ым условиям предъявляет достаточно высокие требования к эффективного! функционирования горных предприятий. Угольное производство в Росши продолжает в силу различных причин оставаться весьма инертной и эчень затратной системой. Исторически сложившаяся инфраструктура (Тольных предприятий требует времени и средств на ее перестройку. Дефицит инвестиций в проводимую реструктуризацию отрасли затягивает и усу--убляет этот процесс. Основным критерием выживаемости в этих условиях шляется способность угледобывающего предприятия к оперативной пере-пройке согласно требуемым объемам добычи угля, диктуемым рынком, гго и определяет его конкурентоспособность по сравнению с другими производителями взаимозаменяемых ресурсов.

Снижение наиряженноои в работе угледобывающих предприятий возможно на основе разработки и реализации быстродействующих технико-гехнологических решений, целевых программ по реструктуризации и ди-зерсификации. способных стабилизировать деятельность горных предпри-ггий и обеспечить рост уровня показателей их работы в ближайшем буду-цем.

Исследованиями ученых ИГД им. A.A. Скочинского, ИУУ СО РАН, 4ГД СО РАН, ИПКОН РАН, КузНИУИ, ПНИУИ, МГГУ, ДонУГИ, Куз-ГГУ, С-ПбГИ, ВостНИИ, УГГА, СГГМА и др. создана база формирования iöBbix направлений в области подготовки и отработки угольных месторождений, включая исследования напряженно-деформированного состояния /глёвмещаюшего массива, управления горным давлением, геомеханическо-"0 обоснования параметров технологии подземной разработки, оснащения федприятий горношахтным оборудованием.

Вместе с тем эффективность механизированной выемки пологих уголь-шх пластов в постоянно усложняющихся горно-геологических условиях, «менения инвестиционной политики, нехватки очистного фронта и сокращение мощности действующих угольных предприятий остается недостаточно высокой. Техническое перевооружение шахт не в полной мере ком-1енсировало отрицательное влияние глубины, тектонической структуры уг-квмещающего массива, опасных проявлений горного давления. Проблема" :воевременной подготовки и воссоздания очистного фронта резко обостри-хась в настоящее время в связи с созданием высокопроизводительных очи-ггных забоев, суточная добыча из которых достигает 8 тыс. т при объемах иесячной добычи до 130-160 тыс. т, отставанием в развитии средств ком-хлексной механизации для подготовительных работ, необходимостью уве-тичения площади поперечного сечения выемочных выработок. Во многих лучаях скорость отработки КМЗ превышает скорость проведения оконту-эивающих штреков. В этой связи необходимы широкие комплексные исследования, направленные на разработку и внедрение рациональных схем под-

готовки и отработки КМЗ и выемочных полей, способов и средств охра] и поддержания выработок, управление массивом горных пород, повышен технического уровня шахт, совершенствование организационной структу] систем управления угледобывающими предприятиями, обеспечиваюш повышение Эффективности их функционирования в рыночных условиях.

Вышеизложенное свидетельствует об актуальности и необходимое научного обоснования и разработки комплексов технических, технологи1 ских и организационных решений по совершенствованию подземной уп добычи, внедрение которых вносит значительный вклад в ускорение на\ но-технического прогресса в угольной отрасли.

Диссертация выполнена в соответствии с тематическими планами программами научно-исследовательских работ КузНИУИ, ПНИУИ, И1 им.А.А.Скочинского, ИУУ СО РАН 1983-1997г.г., являвшимися составн ми частями отраслевого плана научных исследований б. МУП СССР, ( раслевой программы "Уголь России". Часть диссертации выполнялась в < ответствии с приказом председателя Госплана СССР № 7 от 19.01.87 г. " разработке целевой комплексной программы развития Кузнецкого угоз ного комплекса на период до 2005 года "; программой ресгруктуризац предприятий угольной промышленности, утвержденной протоколом Ме ведомственной комиссии по социально-экономическим проблемам уго.1 пых регионов № 4 от 23.09.94 г.

Целью работы является повышение технического уровня и эффект! ности технологии механизированной выемки пологих пластов угля на < : нове выявленных закономерностей проявлений геомеханических процесс« технологических взаимосвязей и разработанных технико-технологическ решений, обеспечивающих улучшение технико-экономических показател работы шахт в рыночных условиях.

Идея работы заключается в использовании установленных законом! ностей геомеханических процессов и технологических взаимосвязей для ] учного обоснования технических и технологических решений механизи] ванной выемки пологих пластов угля.

Задачи исследований:

- исследовать горно-геологические и горнотехнические условия п] менения механизированных комплексов при отработке полог угольных пластов;

- разработать научно-производственную методику оценки тектони ской структуры массива для обоснования рациональных плани] вочных решений подготовки выемочных полей;

- установить закономерности взаимодействия механизированн крепей различных типов с вмещающими породами и разработ; рекомендации по выбору их силовых параметров;

- установить закономерности проявления горного давления в под товительных выработках при различных схемах подготовки £

емочных полей для обоснования рациональных сечений и силовых параметров крепи выработок в различные периоды эксплуатации;

- осуществить разработку, научно-техническое обоснование и внедрение прогрессивных способов и средств охраны и поддержания подготовительных выработок;

- разработать и обосновать технические решения по поддержанию подготовительных выработок на сопряжении с КМЗ; :

- установить влияние химических скрепляющих составов на изменение физико-механических свойств углепородного массива для разработки мегодики и технологических схем упрочнения неустойчивых пород;

- разработать эффективные технические решения и технологии очистных работ для отработки пологих пластов на основе применения новых средств комплексной механизации и способов управления горным давлением;

- разработать предложения по оптимизаций хозяйственной деятельности шахт в условиях перехода к рыночной экономике.

Методы исследований. В работе использован комплекс методов иссле-эваний, включающий научное обобщение и инженерный анализ производ-'венного опыта подготовки и отработки пологих угольных пластов; эко-эмико-матеттическое моделирование двухкомбайновой выемки угля; талитические расчеты для выявления влияния параметров крепи на НДС )овли; шахтные инструментально-визуальные наблюдения и методы ма-:матической статистики для установления закономерностей проявления >рного давления, эффективности дегазации пластов и оценки тектониче-:ой структуры массива; экспериментальные исследования смещений пород поддерживаемых выработках и обоснование способов крепления, охраны поддержания подготовительных выработок; опытно-промышленные ис-дтания и внедрение технических, технологических разработок и органи-ционных решений в производственных условиях; технико-экономический шшз технологических схем упрочнения неустойчивого массива, тёхноло-ш ведения очистных и подготовительных работ.

Основные научные положения, защищаемые автором :

- обоснование рациональной области применения очистных механизированных комплексов различных типов осуществляется с учетом установленных закономерностей влияния основных горногеологических и горнотехнических факторов на эффективность их работы;

- достоверный прогноз степени тектонической сложности угольных месторождений предопределяет объективность реализации технологических решений по "раскройке" шахтных полей на всех этапах их освоения и интенсивность ведения очистных работ;

- высокая эффективность работы комплексно-механизированных очистных забоев на пологих пластах со слабыми почвами и высокой

газообильностью обеспечивается применением рационального сочетания режима взаимодействия секций крепи с вмещающими породами без вдавливания основания в почву пласта и' схем управления газовыделением;

- выбор силовых параметров механизированных крепей отечественного и зарубежного производства определяется с-учетом установленных закономерностей их взаимодействия с вмещающими породами при различных типах кровель и геометрических параметрах выемочных столбов;

- обоснование рациональных сечений и силовых парамегров крепи подготовительных выработок в различные периоды эксплуатации осуществляется с учетом установленных закономерностей проявления горного давления при различных схемах подготовки выемочных полей;

- обоснование вариантов и параметров, а также областей эффективного применения прогрессивных технологических схем и средств ох-

■ раны и поддержания подготовительных выработок базируется на системном подходе к характеру формирования напряженно-деформированного состояния массива пород, специфики проявлений горного давления и параметров технических средств;

- обоснование параметров технологических схем анкерного крепления подготовительных выработок базируется на учете силовых и конструктивных параметров анкеров и характера их взаимодействия с вмещающими породами;

безопасная эксплуатация сопряжений КМЗ с подготовительными выработками достигается применением специальной механизированной крепи сопряжения с высоким сопротивлением и обеспечивающей перемещение гидростоек без снятия нагрузок, а также крепление кровли в зазорах между штрековой и секцией механизированной крепи;

- эффективное управление массивом изменением физико-механических свойств обеспечивается выбором рациональных схем и параметров нагнетания химических скрепляющих составов для упрочнения неустойчивых горных пород;

- повышение технического уровня работ по проведейию и поддержанию выемочных выработок и выбор параметров очистного забоя при двухкомбайновой выемке угля с формированием выемочного штрека вслед за лавой обеспечивается на базе комплексного учета закономерностей протекания геомеханических процессов в различных горно-геологических и горнотехнических условиях и тенденций научно-технического прогресса в отрасли;

- технологические схемы очистных и подготовительных работ устанавливаются на основе рационального районирования месторожде-

ния по основным природным факторам, применения новых технических решений и способов управления горным давлением;

- концепция развития предприятий угледобывающего региона должна базироваться на рациональном сочетании мер по повышению технико-технологического уровня горного производства и эффективности его функционирования при одновременной структурной перестройке в условиях действия рыночных отношений в экономике.

Достоверность научных положений подтверждается:

- представительным объемом длительных ( 15 лет ) шахтных исследований с применением современных методов и приборов при внедрении технических и технологических решений ( 10 шахт, более 40

■ очистных забоев);

- шахтными инструментальными наблюдениями за смещением вмещающих пород и нагрузками на крепи в подготовительных выработках в широком диапазоне горно-геологических и горнотехнических условий (свыше 10000 замеров):

- удовлетворительной сходимостью результатов расчетных и экспериментальных исследований на шахтах (расхождение не превышало 20%);

- положительными результатами опытно-промышленной проверки и внедрения разработок на шахтах ОАО УК "Лениискуголь", полученным экономическим эффектом;

- итогами реструктуризации организационной структуры системы управления действующих шахт ОАО УК "Ленинскуполь".

Научное значение работы заключается в установлении закономерностей явлений геомеханических процессов и технологических взаимосвязей [ механизированной выемке пологих пластов, которые могут быть ис-ьзованы для формирования методологической базы обоснования на-влений по повышению технического уровня, эффективности и безопас-ти горного производства в условиях рыночных отношений в экономике.

Научная новизна работы заключается в:

- установлении закономерностей изменения эффективности работы очистных механизированных комплексов различных типов от основных горно-геологических условий и геометрических парамегров выемочных участков;

- разработке научно-производственной методики выбора пространственного расположения очистных забоев и обосновании рациональных параметров деления шахтного поля на части с учетом тектонической структуры массива;

- установлении .закономерностей взаимодействия механизированных крепей отечественного и зарубежного производства с вмещающими породами, позволяющих обосновывать выбор силовых параметров в различных горно-геологических и горнотехнических условиях;

установлении закономерностей проявления горного давления в под] гоговительных выработках при различных вариантах бесцеликово технологии для обоснования рациональных сечений и силовых те раметров крепи выработок в различные периоды эксплуатации; установлении закономерностей изменения напряжение деформированного состояния массива горных пород вокруг выра боток с учетом координат установки и интенсивности распределени реакции отпора новых конструкций крепи;

создании новых способов охраны и средств поддержания подготс вительных выработок, синтезирующих разработанные научные пс ложения и защищенных авторскими свидетельствами и патентам! на изобретения;

разработке принципов выбора оптимального режима работы, тех нологических схем и паспортов крепления подготовительных выра боток анкерной крепью различного типа для различных горне геологических и горнотехнических условий разработки угольны пластов;

научном обосновании технологических схем и рациональных пара метров технологии упрочнения неустойчивого массива горных пс род химическими скрепляющими с учетом горно-геологических : горнотехнических факторов при ведении очистных и подготовь тельных работ;

обосновании новых технических решений по совершенствовант крепления сопряжений КМЗ с подготовительными выработкам* "-обеспечивающих компенсацию длины мехкомплекса при изменен»; угла залегания пласта;

разработке методики расчета двухкомбайновой выемки угля с фор мированием выемочного штрека вслед за лавой, позволяющей при менитедьно к конкретным горно-геологическим условиям генерирс вать в диалоговом режиме на ПЭВМ технологию работ в очистно! забое при всех допустимых вариантах комплектования его оборудс ванием;

разработке и обосновании рациональных вариантов технологиче ских схем подготовки и отработки запасов пологих газоносны угольных пластов средней мощности, обеспечивающих условия эф фективного применения очистных механизированных комплексов, том числе нового технического уровня;

выявлении основных принципов создания угольного предприятия адаптированного к рыночным условиям, включающих направлени технического перевооружения и рационализации технологически систем шахт, обоснование организационно-экономической базы и реализации.

Практическая ценность работы заключается в:

- разработке рекомендаций по повышению надежности технологических решений по "раскройке" шахтопластов;

- обосновании рекомендаций по выбору рациональных силовых параметров механизированных крепей отечественного и зарубежного производства для эффективной разработки пологих пластов;

- разработке прогрессивных технологических схем и конструкций технических средств проведения подготовительных выработок в усложняющихся горно-геологических условиях;

- обосновании рекомендаций по выбору рациональных сечений и силовых параметров крепи выемочных выработок в различные перио-

• ды эксплуатации;

- разработке технико-технологических решений по поддержанию и охране подготовительных выработок, обеспечивающих повышение

■ их устойчивости и надежности при эксплуатации;

- создании новых средств крепления сопряжений КМЗ с подготовительными выработками;

- выборе рационального способа управления неустойчивым углеио-родным массивом нагнетанием химических скрепляющих для повышения работы КМЗ;

- . определении технических требований и разработке технологии,

средств формирования выработок, крепи усиления штрека;

- разработке рекомендаций и технико-технологических решений по интенсификации очистных работ за счет стабилизации добычи угля механизированными комплексами;

- обосновании направлений по оптимизации организационно-технической структуры угледобывающих предприятий в условиях перехода к рыночной экономике;

- определении экономической эффективности от внедрения технико-технологических и организационных решений на шахтах Ленинского района Кузбасса.

Личный вклад автора состоит в :

- получении, обобщении и обработке результатов натурных исследований влияния горно-геологических и горнотехнических факторов на эффективность применения механизированных комплексов при отработке пологих угольных пластов;

- научном обосновании и разработке методики оценки тектонической структуры массива угля для рационального планирования горных работ;

- научном обосновании рациональных сечений и силовых параметров крепи подготовительных выработок и механизированной крепи при различных схемах подготовки и отработки выемочных полей;

- исследовании и использовании закономерностей напряженно-деформированного состояния массива в окрестности очистного и

подготовительного забоев при различных вариантах бесцеликовой отработки пологих пластов для обоснования технологических решений;

разработке и геомеханическом обосновании прогрессивных способов и средств охраны и поддержания подготовительных выработок;

- разработке научного обоснования новых конструкций и параметров анкерной крепи, обеспечивающих эффективную и безопасную их работу;

- научном обосновании параметров технологических схем упрочнения неустойчивого углепородного массива химическими скрепляющими;

- разработке новых конструкций механизированной крепи сопряжения КМЗ с подготовительными выработками;

- разработке рекомендаций по техническому и технологическому перевооружению шахт в условиях перехода к рыночной экономике;

- научном обосновании параметров технологических схем подготовки и отработки пологих угольных пластов, обеспечивающих рациональное использование недр;

- обосновании направлений развития и оптимизации горных работ, диверсификации и реструктуризации угледобывающих предприятий;

- использовании полученных технических, технологических и организационных решений и научных обоснований при широком внедрении на шахтах ОАО УК "Ленинскуголь".

Реализации работы. Разработанные научные результаты и выводы диссертационной работы использованы при разработке 14 нормативных и методических документов ("Прогрессивные технологические схемы разработки пологах пластов с повторным использованием выемочных выработок для шахт ПО "Ленинскуголь", КузНИУИ, 1986, 76 е.; "Методические рекомендации по выбору рациональных сечений выемочных выработок для комплексно-механизированных очистных забоев", КузНИУИ, 1987, 37 е.; "Технологические схемы разработки пологих и наклонных пластов Кузнецкого бассейна", МУП СССР, 1989, 77 е.; "Методика оценки тектонической структуры массива угля для рационального планирования горных работ", МУП СССР, 1989, 34 е.; "Рекомендации по повышению эффективности применения мехкомплексов на пластах со слабыми почвами, склонными к отжиму угля и вывалообразованию кровли", МУП СССР, 1990, 33 е.; "Методическое руководство по применению технологии упрочнения неустойчивого горного массива нагнетанием фенолоформальдегидного скрепляющего состава", МУП СССР, 1991, 35 е.; "Технологические схемы упрочнения неустойчивого горного массива нагнетанием фенолоформальдегидного скрепляющего состава на шахтах Кузбасса", КузНИУИ, 1991, 36 е.; "Руководство по применению винтовой анкерной крепи для крепления подготовительных выработок на шахтах Ленинского района Кузбасса", КузПИ, 1992, 25 е.; "Методика расчета сталеполимерной анкерной крепи", КузНИ-

УИ, 1994, 31 е.; "Методика определения пригодности механизированных комплексов после истечения нормативного срока службы на шахтах АООТ "Ленинскуголь", КузНИУИ, 1995, 17 е.; " Методические указания по определению соответствия механизированных крепей сопряжения требованиям безопасной их эксплуатации на шахтах АООТ "Ленинскуголь", КузНИУИ, 1995, 47 е.; "Дополнение к отраслевой инструкции по выбору рамных податливых крепей горных выработок для условий шахт АООТ "Ленинскуголь" КузНИУИ, 1995, 47 е.; "Временная инструкция по расчету и применению анкерной крепи на шахтах Кузнецкого бассейна" КузНИУИ, 1996, 94 е.; "Рекомендации по техническому и технологическому перевооружению шахт в условиях перехода к рыночной экономике", ГК "Росуголь", 1995, 35 с. ). Основные требования к средствам механизации горных работ используются при разработке новой техники на машиностроительных заводах горного профиля. Основные направления развития и оптимизации горных работ, диверсификации й реструктуризации АООТ "Ленинскуголь" утверждены ГК "Росуголь" и рекомендованы к использованию на шахтах отрасли. Технологические схемы выемки пологих угольных пластов высокопроизводительными комплексами "Пиома", "Глиник", КМ-142, КМ-138 внедрены на шахтах им .Кирова, "Полысаевская", "Октябрьская", им. 7 Ноября ОАО УК "Ленинскуголь" с экономическим эффектом.

Апробация работы. Основные научные положения и практические вы-аоды диссертации доложены, обсуждены и одобрены на НТС ОАО УК "Ленинскуголь" (Ленинск-Кузнецкий, 1986-1997), Всесоюзном научно-техническом совещании по улучшению состояния горных выработок (Донецк, 1988), научно-технической конференции, посвященной 40-летию со цля создания института КузПИ (Кемерово, 1990), Всесоюзной научной сонференции по развитию производительных сил Сибири. Угольный ком-таекс (Ленинск-Кузнецкий. 1990), международном симпозиуме по подзем-юй механизации и автоматизации (Лулеа, Швеция, 1993), международном :еминаре по проблемам и перспективам развития горной техники (Москва, 1995), научно-практической конференции Сибресурс-95 (Кемерово, 1995), Всероссийской научно-практической конференции по перспективам развития технологий и средств бурения (Кемерово, 1995), симпозиумах " Неделя -орняка " ( Москва, 1997, 1998).

Публикации. Автором опубликовано 122 научных труда и изобрете-шй. Основные положения диссертации опубликованы в 60 научных трудах, !ключая 2 монографии, 3 брошюры, 12 патентов и 8 авторских свиде-ельств.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 401 странице шпинописного текста, состоит из введения, семи глав, заключения, списка гитературы из 183 наименований, включает 45 таблиц и 66 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Угольная промышленность является одной из базовых отраслей * промышленности в России, однако в силу исторически сложившихся причин в новых экономических условиях продолжает оставаться весьма инертной и затратной системой. Это особенно наглядно проявляется в работе горных предприятий, ведущих подземную разработку угля в носгоянно усложняющихся горно-геологических условиях при наличии дефицита инвестиций в проводимую реструк-■ туризацию.

Значительный вклад в разработку научно-технических задач, направленных на совершенствование прогрессивных технико-технологических решений по повышению эффективности подземной угледобычи внесли ученые ИГД им.А.А.Скочинского, ИУУ СО РАН, ИГД СО РАН, ИПКОН РАН, КузНИУИ, ПНИУИ, МГГУ, ДонУГИ, КузГТУ, С-ПбГИ, ВостНИИ, УГГА, СГГМА и др. Работами крупных ученых К.А.Ардашева, Н.П.Бажина, А.С.Бурчакова, В.П.Белова, В.Е.Брагина, Б.В.Власенко, В.Н.Вылегжанина, Д.Т.Горбачева, Г.И.Грицко, П.В.Егорова, В.В.Егошина,

A.И.Жарова, В.И.Ильина, С.И.Калинина, М.В.Курлени, Г.И.Кулакова, Ю.Н-.Кузнецова, В.П.Мазикина, О.В.Михеева, В И.Мурашева, Е.И.Рогова, Ю.А.Рыжкова, А.В.Старикова, Б.А.Теодоровича, В.Н.Фрянова, В.А.Шалаурова, Е.И.Шемякина,

B.М.Шика, В.Д.Ялевского, С.А.Ярунина и др. создана база формирования новых направлений в области подготовки и отработки угольных месторождений, включая исследования напряженно. деформированного состояния углевмещающего массива, управления

горным давлением, геомеханического обоснования параметров технологии подземной разработки.

Вместе с тем эффективность механизированной выемки пологих • ' угольных пластов в условиях постоянного усложнения горногеологических условий, изменения инвестиционной политики, 1 нехватки очистного фронта и сокращения мощности действующих угольных предприятий остается недостаточно высокой.* Динамика основных показателей работы угольных шахт, определяемая уровнем накопления и полноты использования научно-"■ " производственного потенциала отрасли, _ характеризуется снижением, а в лучшем случае стагнацией.

В этих условиях совершенствование шахтного фонда, повышение эффективности производственных процессов на основе комплексного рассмотрения производственных, экономических и социальных задач, синтезирующих новые технико-технологические и

организационно-экономические решения с учетом уровня затрат на обеспечение оптимальной производственной мощности каждой отдельной шахты является актуальной научно-технической проблемой, имеющей важное значение для угольной промышленности страны.

Состояние изученности вопроса

Кузнецкий угольный бассейн является основным из освоенных бассейнов страны, запасы угля в котором оцениваются в 900 млрд.т. По условиям залегания основные запасы угля содержат пласты с углами падения до 25°. На пологих и наклонных пластах действующих шахт Кузбасса сосредоточено около 4.4 млрд.т промышленных запасов. Наибольшие запасы сосредоточены на пластах мощностью 1.21-3.5 м, что позволяет широко использовать для разработки механизированные комплексы различных типов, главным образом на шахтах Ленинского, Ведовского, Кузнецкого и Томь-Усинского геолого-экономических районов.

Для разработки пологих и наклонных пластов Кузбасса применяются механизированные комплексы КМ-142, КМ-144, УКП-5, КМ-138, КМТ, ОКП, КМ-130, КМ-81, КМ-87, МК-85, 1-МКН, КД-80, "Пиома", "Фазос", "Глиник", ВУ-2800. Комплексами ОКП-70, КМ-130, КМТ, Тлиник" оборудовано 77 комплексно-механизированных очистных забоев (КМЗ).

Длина выемочного столба при отработке КМЗ составляла 3001500 м и более, глубина залегания на 80% выемочных участков достигала 300 м, на 17% - 300-500 м, на 3% - более 500 м. Около 59% КМЗ имели длину лавы 100-150 м, 21% - 150-200 м, 15% - 60-100 м, 2% - менее 60 м, 3% - более 200 м.

Характерной особенностью применения средств комплексной механизации очистных работ на шахтах Кузбасса является многообразие условий залегания угольных пластов и типов используемых механизированных комплексов. Для отработки пологих и наклонных пластов используется 15 типов, или 23 типоразмера мехком-плексов, в том числе на пластах мощностью до 1.2 м - 5 типов, 1.211.8 м - 8, 1.81-2.5 м - 12, 2.51-3.5 м - 6, 3.51-4.5 м - 7, более 4.5 м - 5 типов.

Наибольшее распространение технология механизированной выемки с применением мехкомплексов получила при разработке пластов пологого падения средней мощности длинными столбами по простиранию в нисходящем (82.7%), восходящем (5.6%) и шахматном (11.7%) порядке. Большинство выемочных полей имели одну действующую лаву и 1-2 подготовительных забоя. По бесцеликовой технологии на пластах средней мощности в Кузбассе добывается 74.4% угля, в том числе с сохранением и повторным использованием

выработок - 42% и с проведением выработок вприсечку -33.7%. Отработка пологих и наклонных пластов мощностью 2.5-3.5 м производится длинными столбами по простиранию и падению. Выемочные поля в большинстве случаев двусторонние, подготавливаются . двумя-тремя центрально-расположенными бремсбергами (уклонами) и редко двумя центральными и одним-двумя центральными и одним-двумя фланговыми бремсбергами (уклонами).

Горно-подготовительные работы в настоящее время являются основным сдерживающим фактором развития горных работ на шахтах и обеспечения их устойчивым действующим очистным фронтом. Средняя площадь сечения подготовительных выработок в свету возросла с 6.5 мг (1980 г.) до 10-12 м2 в 1996 г. Это обусловлено применением высокопроизводительных очистных комплексов и агрегатов, проведением выработок комбайнами с использованием погрузочных машин, перегружателей и другой техники, ростом газообильности и горного давления, концентрацией и интенсификацией подготовительных и очистных работ, увеличением до 3.5-4 км размеров выемочных полей и участков. Существенным является и факт увеличения на 24-25% протяженности и доли выработок, проводимых по породе и смешанным забоем.

Основными типами крепей являются металлическая рамная, деревянная рамная, смешанная рамная (деревянные стойки и металлический верхняк), комбинированная (рамы с анкерами), которые характеризует высокая трудоемкость установки, 'невозможность препятствия расслоению, смещению и разрушению пород кровли. Только начиная с 1995 г. на шахтах начали активно внедряться новые высокоэффективные конструкции анкерной крепи с несущей способностью свыше 100 кН, позволяющие увеличить в 2.5-3 раза устойчивость заанкерованных пород.

Особого внимания заслуживает рассмотрение вопроса крепления КМЗ с выемочными штреками. Трудоемкость выполняемых работ на сопряжениях достигает более 30% общих трудовых затрат в очистном забое, а имеющиеся технологии и средства крепления являются недостаточно эффективными и надежными.

В этой связи становится очевидной необходимость разработки новых и совершенствования имеющихся конструкций крепи подготовительных выработок, в том числе на сопряжениях с КМЗ, на базе изучения закономерностей геомеханических процессов, протекающих вокруг выработок.

Выполненный автором детальный анализ динамики показателей деятельности шахт Ленинского района, как наиболее перспективного с точки зрения применения мехкомплексов, показал, что по сравнению с 1978г. произошли существенные изменения в объемах

добычи и проведения подготовительных выработок, а также других основных показателей.

Так например, добыча угля в 1996 г. (8581.7 тыс.т) по отношению к 1978 г. (18559.3 тыс.т) снизилась на 9977.6 тыс.т, что составляет всего 46.2% от уровня 1978 г. Объем проведения горных выработок в 1996 г. (49936 п.м) снизился по отношению к объемам 1978 г. (166575 п.м) на 116639 п.м , что составляет от объема 1978 г. 29.9%. Среднемесячные темпы проведения подготовительных выработок на шахтах ОАО УК "Ленинскуголь", как и в целом по угольной отрасли, постоянно ^снижаются. Если в 1978 г. они составляли 113 м/мес., то в 1996 г. - всего 84.8 м/мес.

За счет увеличения запасов угля в столбе лавы уменьшается проведение выработок на 1000 тонн добычи с 8.98 м (1978 г.) до 5.82 м (1996 г.). Средняя длина очистного забоя увеличивается с 106.4 м (1978г.) до 152.5 м (1996 г.) при снижении среднедейсгвующего количества очистных забоев с 43.6 (1978 г.) до 18.7 (1996 г.).

. С внедрением новых механизированных комплексов, мощных ленточных конвейеров и другого горношахтного оборудования среднесуточная нагрузка на один среднедействующий очистной забой увеличилась с 1024 т (1978 г.) до 1279 т (1996 г.), а численность горнорабочих очистного забоя сократилась с 2412 (1978 г.) до 1821 (1996 г.).

Следует отметить, что показатели, характеризующие процесс воссоздания очистного фронта, имеют свою динамику изменения -ухудшаются с большей скоростью, имеют большую инертность к улучшению и зависят не только от причин, влияющих на динамику показателей очистных работ (социальная напряженность, переход на рыночные отношения, резкое сокращение инвестиционной активности), но и от специфических причин: более медленное развитие технического прогресса на подготовительных работах, отсутствие средств механизации ручного труда, недостаточное качество и производительность проходческих комбайнов.

Трудоемкость на очистных работах за период с 1978 т. по 1996 г. возросла на 26.4%, а на подготовительных работах - на 142.1%. Производительность труда на очистных работах в 1996 г. составила 52.5 т/мес против 112.8 т/мес в 1978 г., но в то же время производительность труда проходчиков снизилась с 8 м/мес (1978 г.) до 3 м/мес (1996 г.).

Выполненный анализ производственно-хозяйственной деятельности ОАО УК "Ленинскуголь" с учетом процессов, происходящих в угольной промышленности и экономике страны, выявил негативные тенденции, связанные с ухудшением состояния шахтного фонда, несовершенством организационно-управленческой структуры, а также с резким ухудшением горно-геологических условий и отсутст-

вием действенных научно-технических и производственно-экономических мер по их компенсации и преодолению.

Для устранения негативных тенденций и поддержания объемов добычи угля на достигнутом уровне необходимо завершить техническое и технологическое перевооружение шахт района с учетом требований рыночной экономики и принципиально новой концепции, которые предусматривают комплексное решение производственных, экологических и социальных задач для обеспечения опти-„ мальной производственной мощности каждой шахты. ,' Учет существующих условий освоения угольных месторождений, выполненный анализ технологических схем подготовки и отработки пологих пластов, состояния подготовительных выработок и их сопряжений с КМЗ, организационно-технической структуры угледобывающих предприятий предопределил. цель и . задачи настоящей диссертационной работы.

Влияние горно-геологических и технологических факторов на эффективность применения механизированных комплексов

Для определения перспективных решений по совершенствованию подготовки и отработки пологих угольных пластов, внедрению рациональных планировочных схем раскройки шахтопластов было проведено изучение влияния горно-геологических и горнотехнических факторов на эффективность применения мехкомплексов и сравнение полученных данных с результатами ряда исследователей.

Исследованиями подтверждено, что с увеличением угла падения пласта производительность комплексно-механизированных забоев (КМЗ) по всем типам комплексов уменьшается из-за неэффективной .. работы систем устойчивости секций мехкрепи. Наиболее резкое уменьшение нагрузки наблюдается при отработке пластов с углами ... падения 20-25°.

Физико-механические свойства пород кровли и почвы в КМЗ определяют их производительность. С переходом в более сложные горно-геологические условия производительность КМЗ снижается, что характеризует отрицательное влияние проявлений неустойчивых пород непосредственной кровли, труднообрушаемых пород основной кровли и слабых пород почвы.

Сложность перехода нарушения и снижение нагрузки на КМЗ зависят от амплитуды смещения (£,) и вынимаемой мощности пласта (т) в зоне.нарушения. С ростом Го/т нагрузка уменьшается.

Проведенные исследования показали, что параметры применяющихся технологических схем по своей структуре в период функционирования практически сохраняются неизменными для всего многообразия природных факторов. Поэтому они работоспособны

лишь в узком диапазоне изменения горно-геологических условий. Для обеспечения соответствия элементов технологии при взаимодействии ее со средой необходимо либо выделение контуров в границах шахтного поля с определенными типами условий, либо использование рекомендаций по изменению технологических режимов и параметров на основе учета изменчивости горно-геологической ситуации.

Реализация первого направления может быть обеспечена за счет широкого использования разработанной и внедренной с участием автора методики изучения тектонической структуры массива.

Установлено, что тектоническая структура массива прямо влияет на условия разработки угольных месторождений, сдерживая работу КМЗ. Прежде всего большое влияние оказывают мелкие деформации (изгибы, флексуры), определяющие изменчивость угла падения пласта. Кроме того, оказывают влияние углы встречи линии забоя с осями фигур тектонических деформаций и направление движения забоя по отношению к осям. По результатам исследований на шахтах Ленинского района выявлены четыре. основные схемы расположения линии очистного забоя к осям тектонических напряжений: благоприятного, относительно благоприятного, относительно неблагоприятного и неблагоприятного, определяющих планирование горных работ ("раскройка" шахтных полей и интенсивность отработки).

Для прогноза тектонической нарушенности на стадии проектирования, планирования или ведения горных работ методика предусматривает изучение тектонической структуры массива на основе восстановления полей тектонических напряжений и деформаций угольных пластов.

Апробированная на шахтных полях ОАО УК "Ленинскуголь" методика анализа тектонической нарушенности на основе горногеологических построений, как наиболее информативного фактора для любых по сложности подготовки и отработки пластов, позволяет разделить шахтное поле на региональные и локальные тектонические блоки, рационально "раскроить" шахтное поле и выбрать надежные способы поддержания подготовительных выработок. По результатам исследований рекомендованы рациональные схемы "раскройки" новых участков на шахтах "Комсомолец", "Октябрьская", "Полысаевская", "Кузнецкая". им.Кирова.

Создание и внедрение высокопроизводительных механизированных комплексов нового технического уровня не устранило отрицательных проявлений горного давления на пластах со слабыми почвами. Внедрение в почву оснований секций крепи создает трудности при их передвижке, происходит расслоение пород кровли, повышается зольность вынимаемого угля.

Проведенные исследования, обобщение опыта и данных ряд; исследователей позволили разработать рекомендации по повыше нию эффективности применения мехкомплексов, в которых рас смотрены вопросы выбора рациональных технологических схем типа комплекса, предложения по их дальнейшему совершенствова нию.

Установлено, что сопротивление пород почвы вдавливанию н концевых участках лавы в 1.3-1.5 раза выше, чем в средней части i при обводнении может снижаться в 2-3 раза.

Основным условием эффективного применения мехкомплёксо: на пластах со слабыми почвами является обеспечение режима взаи модействия секций крепи с вмещающими породами без вдавливани. основания в почву пласта. Для этого рекомендуется следующи технологические решения: почвоуступная и вогнутая форма забоя i оставление пачки угля при сопротивлении пород почвы вдавлива нию менее 40-60 Н/см2. Толщина (Ь,м) защитной пачки определяете из выражения ' '

где g - удельное давление крепи на почву; /ш - шаг установки секци] крепи; 10 - длина секции крепи по основанию; ар - прочность, уголь ной пачки на растяжение.

Для отработки пластов со слабыми почвами рекомевдуютс мехкрепи отечественного производства подцерживающе оградительного, оградительно-поддерживающего типов, ймеющи развитое основание и относительно малое удельное давление н; почву пласта. Допускается применение мехкомплексов "Глиник" 1 "Фазос".

Большое количество отрабатываемых угольных, пластов харак теризуется повышенной газообильностью. Для анализа эффективно ста средств и способов газоуправления были проведены специаль ные исследования на высокогазоносных пластах шахт "Октябрь екая", им.Кирова, "Комсомолец" параметров различных схем газо управления. Проведенный анализ показал, что высокая газообиль ноегь не является ограничивающим фактором по достижению : очистных забоях суточной добычи 4-6 тыс.т при наличии мер п< дегазации выработанного пространства и газоотвода метановоз душной смеси из отработанного пространства на газодренажны скважины или фланговые выработки. Установлено,' что наиболе эффективными схемами являются следующие.

0)

При отработке пластов, имеющих большое количество спутников, - схема управления газовыделением из выработанных пространств при помощи скважин, пробуренных с дневной поверхности.

При нахождении лавы в целиках - комплексная дегазация: скважинами с поверхности для снижения общей газообильности участка и отсос газа при помощи вентилятора типа ВМЦГ-7.

Газоотсос при помощи вентилятора позволяет обеспечить нормальную газовую ситуацию в лаве, если надрабатываемая толща содержит незначительное количество пропластков угля!

Значительное влияние на эффективность работы мехкомплексов оказывают длина лавы, выемочного участка и срок службы очистного оборудования.

Анализ влияния длины очистного забоя осуществлялся по факторам, "производительность очистного забоя", "производительность труда и численность ГРОЗ". А для оценки влияния длины выемочного столба была применена экономико-математическая модель, в которой учитывалась себестоимость добычи угля и трудоемкость работ. Кроме этого учитывались свойства вмещающих пород и силовые параметры механизированной крепи. На основании анализа работы 167 КМЗ было установлено, что на пластах с легкоуправ-. ляемой устойчивой кровлей рациональная длина выемочного столба при сопротивлении крепи менее 500 кН/м2 составляет 1100-1200 м, более 500 кН/м2 - 1700-1800 м. рациональная длина очистного забоя соответственно 150-160 м и 190-210 м. На пластах с легкоуправляе-мой неустойчивой кровлей соответственно 900-100, 1300-1500, 100110 и 150-160 м. На пластах с трудноуправляемой устойчивой кровлей - 900, 1300, 90-100, 170-210, а неустойчивой - 700, 1300, 70 и 130150 м.

Полученные результаты хорошо согласуются с данными ряда исследователей для условий шахт Кузбасса.

На 1.04.97 г. на балансе шахт ОАО УК "Ленинскуголь" имелось 32 механизированных комплекса, в том числе 19 отечественного и 13 - зарубежного производства. Физический износ комплексов был очень высок. Отечественные комплексы были самортизированы на 92.8%, а зарубежные - на 137.8%. 20 комплексов, срок эксплуатации которых давно истек, продолжают работать после истечения нормативного срока службы.

Проведенными исследованиями установлено, что с увеличением срока службы мехкомплексов, нагрузка на КМЗ уменьшается и после истечения нормативного срока службы ее снижение достигает 50-65%, Простои очистных забоев из-за аварийности забойного оборудования возрастают с увеличением срока эксплуатации от 7 до 45%, сокращаясь в 2-3 раза после проведения капитального ремонта.

_ Для снижения негативных последствий старения парка очистного оборудования разработан и внедрен на шахтах района нормативный документ для определения пригодности мехкомплексов после истечения нормативного срока службы.

Анализ взаимодействия механизированных крепей с вмещающими породами

Анализ работы механизированных крепей отечественного производства в условиях экстремального проявления горного давления был выполнен для 56 КМЗ, оборудованных крепями 1МКМ, МК-75, ОКП, 2М-81Э, М-130, 1М-144. В результате установлено область, в которой наблюдалась посадка стоек крепи "нажестко" (рис.1). Граница распределения случаев посадки стоек "нажестко". для различных типов крепей описывается выражениями: для пластов с трудноуправляемой кровлей И = Н/(0.6Ш + 132.2); (2)

для пластов с легкоуправляемой кровлей И = Н/(0.76Н + 361); (3)

где К - несущая способность крепи; Н - глубина разработки.

/000 ' 800

коа

гоо

■. i i i i \

J z i \ \ М-130

! А \\\\N w \ 1. i

Í W ОКП-70

Á т-73

тя окпжз/э

mm янмиш Ж1 ШКМ

■i ЩШ

1 ! i |

О /00 200 300 H0Q 500 600 Н,м

Рис. 1. Область работы мехкрепей различных типов с посадкой стоек "нажестко": 1,2 - соответственно для пластов с трудно- и легкоуправляемой кровлей

На пластах с трудноуправляемой кровлей посадка стоек "наже-стар." „отмечена у крепей с сопротивлением до 400 кН/м2 при глуби нах разработки до 80 м, до 1000 кН/м2 - при глубинах до 250 м.

Область эффективного использования мехкрепей на пластах < легкоуправляемой кровлей приведена в табл.1.

^Несущая способность крепи, jcH/m2 <325 £ 400 S 500 <600 < 700

Глубина разработки, м ¿200 <260 S300 S 490 <520

Исследование взаимодействия мехкрепей польского и китайского производства с вмещающими породами осуществлялось на шахтах "Октябрьская", "Комсомолец", "Полысаевская", "Чертинская", им.7Ноября, им. Кирова.

Установлено, что механизированные крепи "Пиома" и "Фазос" обеспечивают высокоэффективную работу очистных забоев на пластах с породами кровли любого типа, а "Глиник" и ВУ-2800 - на пластах с породами кровли средне и легкообрушаемыми в рассмотренном диапазоне горно-геологических условий (Н до 400 м, «¿<10°, шдо 5.6 м).

На пологих пластах средней мощности основным параметром, определяющим характер взаимодействия мехкрепи с вмещающими породами, является длина очистного забоя.

Установлено, что фактическое сопротивление мехкрепи определяется физико-механическими свойствами вмещающих пород, несущей способностью и конструктивной схемой крепи, длиной очистного забоя и глубиной разработки угольного пласта. На основе обобщения исследований получены зависимости изменения фактического сопротивления крепи от длины очистного забоя и типа пород кровли по обрушаемости. Интенсивный рост горного давления на мехкрепи наблюдается при увеличении длины очистного забоя до 110-150 м. Дальнейшее увеличение длины очистного забоя сопровождается ростом нагрузки на крепь на 10-20%.

Исследовано влияние длины очистного забоя на динамику проявления горного давления. В качестве критерия принято отношение максимальной нагрузки на крепь к средней за весь период наблюдений. Установлено, что максимальная динамика имеет место при длинах очистного забоя 110-120 м. повышенная - 60-70 м, минимальная -150-160 м, 80-90 м. Это вызывается тем, что при длинах 60-70 м основная кровля зависает на значительных площадях с трехсторонним защемлением и последующим бурным первичным обрушением, а при длинах 110-120 м - с последующим вторичным обрушением основной кровли.

Одним из факторов, осложняющих работу КМЗ, является отжим угля. Проведенный анализ показал, что интенсивный рост проявления отжима наблюдается при длинах очистного забоя 80-120 м, а при дальнейшем ее увеличении наблюдается замедление роста.

Установленные закономерности взаимодействия мехкрепей с вмещающими породами были использованы для разработки рекомендаций по выбору их силовых параметров.

Исследование и обоснование рациональных технологических решений по подготовке пологих пластов

Проблема своевременной подготовки и воссоздания очисгногс фронта постоянно существовала на большинстве угольных шахт, Наиболее остро эта проблема обозначилась в настоящее время в связи с осуществлением реструктуризации угольной промышленности, созданием высокопроизводительных очистных забоев, суточная /добыча из которых уже достигает 8 тыс.т при объемах месячной добычи до 130-160 тыс.т. Отставание в развитии средств комплексной механизации для подготовительных работ, повышение требований по обеспечению безопасных условий труда и необходимости увеличения площади поперечного сечения выемочных выработок привели к тому , что во многих случаях скорость отработки КМ2 превышает скорость проведения выемочных штреков.

В создавшейся обстановке решить проблему своевременной подготовки и воссоздания очистного фронта возможно за сче! разработки и внедрения рациональных схем подготовки и отработка КМЗ и выемочных полей, способов и средств охраны выработок обеспечивающих сокращение объемов проведения и безремонтно« поддержание сохраняемых выработок.

Наибольшее распространение на шахтах Ленинского районг получили бесцеликовая подготовка с повторным использованием выемочных выработок; отработка выемочных столбов спаренными лавами; комбинированная система разработки с формированием подготовительной выработки комбайном в процессе очистной выемки. Для обоснования рациональных технологических решений по подготовке пластов были проведены длительные шахтные исследования в широком диапазоне горно-геологических условий пс изучению геомеханических процессов при различных схемах подготовки выемочных столбов. Ниже приведены наиболее характерны« результаты исследований, выполненных на шахтах ОАО УК "Ле-нинскуголь" и "Беловоуголь",

Исследования проявлений горного давления в сохраняемых для повторного использования выработках проводились на шахтах им Кирова, "Октябрьская", "Полысаевская", "Чертинская". Установлено, что применяемые средства охраны и поддержания сохраняемых выработок не обеспечивают безремонтную их эксплуатацию. Одной из главных причин является отсутствие эффективных способоЕ поддержания выработок за лавой. Давление на основную штрековую крепь достигает 160 к№м2, а на органную - 400 кН/м2. Уменьшение высоты выработок изменяется от 315 до 1200 мм. При применении податливой арочной крепи А9-17 только 60% рам работало £ податливом режиме, а треть рам работала изначально в жестком режиме. Расположение органной крепи за пределами сечения сохра-

няемых выработок увеличивало площадь поддержания и приводило к дополнительным нагрузкам со стороны обрушенных пород.

Таким образом, для сохранения подготовительных выработок для повторного использования необходимо либо использовать крепь с повышенной несущей способностью, либо облегченные конструкции, учитывающие координаты установки и интенсивность распределения реакции отпора.

В качестве первой рекомендовано использовать замкнутую гидравлическую крепь типа КШУ. В качестве второй - пневмобаллон-ную крепь, имеющую крутую нагрузочную характеристику, защищенную авторским свидетельством. Для геомеханического обоснования влияния координат установки пневмокрепи на изменение НДС кровли в работе рассмотрено теоретическое решение задачи и сравнение полученных результатов с данными шахтных исследований. Установлено, что применение пневмокрепи с распределенной реакцией отпора в контуре выработки снижает область и концентрацию растягивающих деформаций в несколько раз, разгружает краевую часть угольного пласта. Проверка теоретических положений показала, что смещения верхняков штрековой крепи при охране органными рядами существенно (в 3-4 раза) больше, чем при охране пневмокрепями. Кроме того отмечено различие форм деформирования крепи выработки и состояния пород кровли (рис. 2). При использовании пневмокрепи выработки сохраняла свое рабочее состояние.

Исследования проявлений горного давления в подготовительных выработках спаренных лав проводились на шахтах "Октябрьская", "Чертинская", им. 7 Ноября. Отработка лав производилась с опережением верхней лавы до 160 м.

Исследования проявлений горного давления в подготовительных выработках при отработке спаренных лав показали, что нагрузки на крепь сопряжения существенно не отличаются от нагрузок на концевые секции лавной крепи, которая работает в режиме нарастающего сопротивления.

Установлено, что при передвижке однорамных крепей сопряжения происходили значительные (до 20-40 мм) опускания пород кровли. В середине штрека смещения достигали 800 мм, причем основные смещения контура наблюдались за забоем лавы. Характер изменения величины и скорости смещения пород при отработке спаренных лав №536 и №538 на шахте "Чертинская" приведен на рис.3.

Проведенные исследования показали также, что при отработке спаренных лав нельзя допускать отставание одной из них более, чем на 6 м.

штт

/ 2

Рис.2. Схемы формирования сводов обрушений в окрестности выработок: а,б - охраняемых соответственно органными рядами в узкой полосе в борту выработки и пневмокре-пями в полосе; 1 - пневмокрепь; 2 - органный ряд

/суя д

80 А

40. г5^ и

-1 м м V 3 0 40 1,, 1= '

т \

■чоо ч

600 и Ида \

И«' /сит т / N /

но ¿н 1

й=и ?о<Г 1— 111

№

1(т /лет м Л

и-" «у- ч ч

■1 ? 0 0 40 5 1 И-

и.чп 200 г4-

ЕЕЕЕЗ / ЕЕЕЗ 2 ^Э^еЭ'ЕЗЗ?

Рис.3. Изменение величины (11) и скорости (V) смещения пopo^ кровли в конвейерном штреке 536(а) и 538(с) и величинь и скорости пучения почвы (в) и (д): 1,4 - со сторонь угольного массива; 2 - в середине выработки; 3,5 - со сто роны выработанного пространства

Так как однорамные крепи сопряжений при их передвижке не позволяют сохранить выработку, удовлетворяющую требованиям ПБ, вследствие интенсивного сдвижения пород кровли и почвы, то в качестве крепи сопряжения рекомендуется применять крепи типа КОС по патенту РФ. Крепь КОС прошла успешную проверку на шахте "Октябрьская".

Анализ опыта формирования выработок в процессе очистной выемки подтверждает целесообразность использования данной технологии, которая позволяет осуществлять совмещение очистных работ с формированием подготовительной выработки, снизить объемы проведения оконтуривающих выработок, улучшить геомеханическую ситуацию.

Проведенные на шахтах "Капитальная" и "Кузнецкая" исследования позволили установить, что при формировании выработки очистным комбайном резко снижается отрицательное воздействие опорного давления на штрековую крепь. Крепь усиления в формируемой выработке необходимо устанавливать сразу после возведения основной крепи с высоким начальным распором.

Условия поддержания формируемой подготовительной выработки на линии очистного забоя, или с небольшим отставанием от нее более легкие по сравнению с поддержанием сохраняемых предварительно пройденных выработок (общее опускание кровли в 4-4.5 раза, а нагрузка на крепь в 1.5-2 раза меньше).

Технологическая схема формирования вентиляционного штрека на полное сечение очистным комбайном является наиболее рациональной, что подтверждается ее успешным внедрением на шахтах ОАО УК "Ленинскуголь". Помимо очистного комбайна для формирования подготовительной выработки может быть использован специально разработанный агрегат АФВ, конструкция которого защищена патентом РФ.

Для повышения уровня безопасности при проветривании подготовительных выработок при бесцеликовой подготовке могут быть использованы новые решения, защищенные авторскими свидетельствами.

Крепление подготовительных выработок является основным способом обеспечения их устойчивого состояния. Исследованиями установлено, что для обоснования рациональных параметров крепления в зонах опорного давления необходима инструментальная оценка проявления горного давления в выработках.

Для условий Кузбасса определены рациональные силовые параметры крепи, устанавливаемой в различные периоды эксплуатации сохраняемых выработок. Расчет параметров крепи сохраняемых выработок сводится к определению нагрузок на них и плотности установки специальной крепи.

Для охраны подготовительных выработок на шахтах Ленинско го района используются следующие новые разработки, полученные < участием автора, защищенные авторскими свидетельствами и вне дренные на шахтах "Октябрьская" и "Чертинсхая".

Способ формирования демонтажной диагональной выработю очистным комбайном с последующим ее поддержанием с помощь» оставляемых секций механизированной крепи.

Способ проведения и крепления подготовительной выработю для отработки смежного выемочного столба вприсечку к сохраняе мой части подготовительной выработки отрабатываемого пласта 'расположением подготовительного забоя присечной выработки зоне установившегося горного давления.

Для охраны выработок в зонах ПГД может применятся способ использованием пневмобаллонной крепи, включающий возведение рамной крепи, установку пневмобаллонов за проходом очистног -забоя на сопряжении с ним в зоне сдвижения пород и последующе их извлечение и повторное использование.

Внедрение новой мощной высокопроизводительной техники и Пологих пластах обусловило резкое увеличение площади сечет подготовительных выработок до 10-12 м2. Эксплуатационное сс стояние выемочных выработок при этом зависит главным образо от их горнотехнических параметров, определяемых с учетом геом ханической ситуации.

Практика отработки угольных пластов на шахтах Ленинско! района, результаты определения скорости и величины смещен* горных пород в подготовительных выработках в различные пери ды их эксплуатации с учетом применяемых схем проветриваш КМЗ, транспорта и размещения оборудования в очистных и подг товительных забоях положены в основу "Методических рекоменд ций по выбору рациональных сечений выемочных выработок д КМЗ", внедренных на шахтах ОАО УК "Ленинскуголь".

Выбор и обоснование рациональных конструкций и параметров крепи подготовительных выработок

Основными типами крепи подготовительных выработок явг ются металлическая, деревянная и смешанная рамные, различи! типы анкерной крепи. Следует отметить, что начиная с 1995 года шахтах Ленинского района и Кузбасса в целом все более широк распространение получает анкерная крепь. На шахтах ОАО "5 "Ленинскуголь" рамными крепями различных видов закрепляет ежегодно свыше 90 км.

Опыт эксплуатации рамных крепей и проведенные исследован позволили определить их рациональную область применения, р работать рекомендации по выбору параметров рамных крепей /

паспортов крепления, охраны и поддержания подготовительных выработок, дать предложения по модернизации наиболее широко используемой рамной крепи КМТ.

Модернизированная крепь КМТ состоит из отдельных жестких рам трапециевидной или прямоугольной формы, верхняк которой имеет ограничители бокового перемещения стоек и контактирует со стойками противоположными полками. Ограничители, приваренные к концам верхняка, служат для предотвращения сдвига стоек к бортам выработки и усиливают днище спецпрофиля продавливанию его стойкой. При ожидаемых смещениях кровли до 200 мм модернизированная крепь КМТ позволяет закрепить выработку шириной 2I5-4.5 м и высотой 2.6-3.0 м.

Использование крепи на шахтах района позволило повысить надежность и упростить ее изготовление. В настоящее время модернизированная крепь КМТ серийно выпускается АООТ "КРОК" и некоторыми шахтами.

Проведенные исследования позволили установить, что с углублением работ область применения металлических замковых анкеров постепенно сокращается, главным образом за счет увеличения объема слабых и нарушенных пород кровли.

В этой связи для расширения области применения анкерных крепей следует ориентироваться на новые типы и конструкции, которые прошли промышленные испытания на шахтах Ленинского района, рекомендованы к широкому внедрению и защищены авторскими свидетельствами и патентами. К ним относятся: анкера с механическим закреплением по всей длине (винтовые), с минеральным заполнителем, полуподпорные и сталеполимерные.

■Исследования работоспособности новых типов и конструкций анкерной крепи были проведены на шахтах им. Ярославского, "Полысаевская", им. Кирова, "Комсомольская", ш/у "Кольчугин-ское".

Установлено, что винтовую анкерную крепь следует применять в. пластовых выработках, находящихся вне зоны влияния очистных работ, окружающий массив которых-представлен породами с прочностью на сжатие не менее 30 МПа. 1

Полуподпорные анкерные крепи рекомендовано применять при повторном использовании выработок, наличии мелкоячеистой сети кливажных трещин, обводненности вмещающих пород, когда породы или уголь сдвигаются внутрь выработки в форме призм сползания крупноблочным обрушением пород кровли, бортов и пучением почвы.

Развитие крепления на шахтах Кузбасса связано с развитием сталеполимерных анкеров с использованием технологи ампульного

беззамкового крепления, а также анкеров, закрепляемых минеральным заполнителем.

Среди последних наиболее производительными по скорости возведения и более-дешевыми являются "сыпучие" (заполнитель -песок, отходы обогатительных фабрик и др.). Автором, совместно с сотрудниками ИУУ СО РАН, проведены исследования по совершенствованию конструкции анкеров и технологии заполнения скважин песком. Установлено, что прочность закрепления анкеров песком определяется прочностью грузонесущего стержня, а глубина заполнения скважины сыпучим материалом за границей свода (/) определяется по формуле:

+ V,/». (4)

а{гх -г )сощ)

где к - коэффициент, запаса; 1)тах - максимальное расслоение пород между контуром выработок и контуром свода естественного равновесия; - коэффициент, пропорциональный интенсивности естественной трещиноватости в закрепляемой породе; а - прочность пород на сжатие; К - радиус скважины; г1 - радиус головки стержня анкера; т - радиус стержня анкера; <р - угол между нормалью к контуру свода естественного равновесия и осью скважины; к2 -эмпирический коэффициент; И - длина головки анкера.

Для реализации способа крепления создана специальная установка для закрепления анкера. Промышленные испытания показали, что данный вид анкеров может быть использован при слабоустойчивых породах непосредственной кровли с прочностью на сжатие менее 30 МПа.

Наиболее перспективными для условий шахт Ленинского района являются сгалеполимерные анкеры, прочность закрепления которых зачастую превышает усилие металлического стержня в наиболее опасном месте - по резьбе. Испытания различных конструкций позволили выявить оптимальную - анкер АКС с диаметром стержня 18, 25 мм конструкции АООТ "КРОК". При нагружении анкеров АКС до 100 кН снижения прочности закрепления и проскальзывания стержня в шпурах не выявлено.

Крепь АКС имеет жесткую силовую характеристику, а для защиты ее от динамических нагрузок необходим элемент податливости, роль которого могут выполнять прорезиненные шайбы с податливостью 20-30 мм.

Проведенные исследования работоспособности предлагаемых типов анкерной крепи и испытания их в производственных условиях были учтены при составлении трех нормативных документов, регламентирующих порядок расчета и применения анкерной крепи.

Разработаны схемы крепления подготовительных выработок и монтажных камер анкерами и определена область их рационального применения.

Сопряжения лав с подготовительными выработками являются наиболее сложными узлами. Определено, что до 40-50% общей трудоемкости работ в очистных забоях составляют работы на сопряжениях. Актуальной является проблема компенсации длины - мехкомплекса .при изменении угла 5 залегания пласта,- которая по шахтам ОАО УК "Ленинскуголь" составляет в среднем 0.7-0.75 м.

Теоретические'исследования по совершенствованию крепления сопряжений позволили установить, что при использовании крепи усиления штрека, ее стойки необходимо устанавливать в зависимости от действующей схемы нагружения крепи сопряжения с тем, чтобы эксплуатировать все ее элементы в условиях эквивалентного нагружения, рационально использовать прочностные свойства материала крепи. По результатам исследований предложена рациональные схемы установки стоек усиливающей крепи на сопряжениях КМЗ.

Новым направлением совершенствования крепления сопряжений является использование новых конструкций механизированной крепи сопряжения. Предложено использовать крепь сопряжения КОС-2, защищенную патентами РФ и имеющей, сопротивление комплекта крепи 2650 кН. „

Кроме того, может быть использована гидрофицированная секционная крепь усиления штрека КШУ. Исследования применения крепи КШУ показали, что она работоспособна, обладает высоким рабочим сопротивлением (400-500 кН/м2), воспринимает значительную часть горного давления на участках активных смещений пород, предохраняет постоянную штрековую крепь от предельных нагрузок и деформаций. Крепь КШУ может быть использована к качестве крепи сопряжения, позволяет сократить материальные и трудовые затраты (до 250-300 кг металла, 0.8 м3 леса на 1 м выработки), механизировать ручные операции по дополнительному креплению выемочных выработок.

С учетом данных, полученных при исследовании работы механизированных крепей сопряжения автором разработан комплекс требований и конструкторские решения по специальной компенсационной крепи сопряжения, защищенные патентами, предусматривающие изменяемость по ширине, способность перемещаться на забой и вдоль забоя без снятия нагрузки гидростоек, крепление кровли в зазорах между контурной крепью и секцией мехкрепи.

Проведенные исследования и результаты шахтных испытаний механизированных крепей сопряжения положены в основу указаний по определению их соответствия требованиям безопасной эксплуа-

тации, которые регламентируют условия применения, устанавливают рациональные силовые, конструктивные и эксплуатационные параметры мехкрепей сопряжения.

Совершенствование и обоснование параметров технологи выемки угля пологих пластов

Рост нагрузки на очистной забой на шахтах ОАО УК "Ленинск-уголь" достигнут главным образом за счет широкого внедрения механизированных комплексов польского производства. Это привело к значительному росту трудозатрат на их монтаж-демонтаж. Особое значение это имеет при отработке участков с клиновидной границей выемочных столбов. Для повышения эффективности отработки участков с клиновидной границей за счет снижения объемов подготовительных выработок предложен новый способ разработки, прошедший усиленную проверку на шахте "Октябрьская". Сущность способа заключается в том, что при переходе мех-комплекса к участку с клиновидной границей выемочного столба очистным комбайном формируют оконтуривающую выработку по границе по мере подвигания очистного забоя (рис.4). Формируемую выработку, служащую в последствии демонтажной камерой, поддерживают секциями мехкрепи, которые отсоединяют от мехком-плекса и оставляют в сформированной выработке. По мере уменьшения ширины выемочного столба сокращают забойный конвейер и тяговую цепь добычного комбайна.

Рис. 4. Способ разработки пологих пластов на участках с клиновидной границей по а.с. №1752956: 1 - мехкрепь; 2 -формируемая выработка

Проверка предложенной технологии показала, что суммарные смещения пород в формируемой выработке за все время наблюдений не превысили 57 мм, что в 10 раз меньше расчетных значений. Просыпания пород в подкрепное пространство со стороны обрушенных пород не отмечено. Коэффициент затяжки кровли выработки пере-

крытием секций мехкрепи составил около 55%. В целом способ обеспечивает безопасные и эффективные условия отработки выемочных столбов с клиновидной границей. ,

Разработка мощных (до 5 м) пологих угольных пластов в один слой сопровождается потерями угля, по мощности пласта, ;у выемочных выработок и в межстолбовых целиках, что снижает эффективность и безопасность работ. Для преодоления встречающихся трудностей разработан и внедрен на шахтах ОАО "УК "Ленинскуголь" способ разработки мощных (до 5 м) пологих. угольных пластов (рис.5).. -••> : '

Сущность способа заключается в проведении конвейерного штрека высотой, равной мощности пласта, а вентиляционного штрека - у кровли пласта на контакте с обрушенными породами высотой до 2.8 м, а шириной до 3.8 м. Выемку пласта ведут в один слой механизированным комплексом типа 2УКП-5, КМ-142, "Пио-ма", при этом толщу угля в почве вентиляционного штрека вынимают комбайном, оставляя "корку" толщиной до 1 м со стороны выработанного пространства. Внедрение способа показало, что возможно "увеличение нагрузки на очистного забой до 1 млн. т угля в год (шахта им. Кирова, пласт Байкаимский).

Рис. 5. Бесцелкковая технология отработки мощных (до 5 м) пологих угольных пластов в один слой

Одной из разновидностей бесцсликовой технологии является технология совмещенной выемки угля (ТСВ), при которой очистные, подготовительные и вспомогательные работы в пределах выемочного участка совмещаются во времени и пространстве. При наличии средств механизации основных трудоемких процессов эта технология обладает высокой эффективностью и конкурентоспособна в сравнении с традиционной технологией с применением столбовых систем разработки, что подтверждается результатами целенаправленных исследований автора на шахтах Кузбасса. С учетом проведенных исследований автором, совместно с учеными АО "ПНИУИ", разработан и внедряется технологический проект подготовки и отработки выемочного участка с применением ТСВ для шахты "Полысаевская" (рис.6).

Для механизации работ предложен комплекс технических средств, защищенных восемью авторским свидетельствами и патентами. .

Для снижения объемов подготовительных работ и увеличения нагрузки на очистной забой предложено использовать комбинированную систему разработки и двухкомбайновую выемку угля в забое, при которой контур вентиляционного штрек формирует верхний очистной комбайн. Главным фактором, влияющим на производительность очистного забоя, при этом является оптимальное соотношение затрат времени на отработку 11, крепление очистного забоя формирование штрека, крепление сопряжения лавы со штреком Ь и временем Т2, затраченным на все операции по креплению формируемого штрека. Это соотношение выражается зависимостью

Т.>Т2, - (5)

гдеТ|=г1+12+гз.

Для решения задачи выбора рациональной длины лавы и разработки графика совмещений операций в забое при двухкомбайновон выемки угля с формированием штрека очистным комбайном разработаны методика и комплекс программного обеспечения, позволяющие применительно к конкретным горно-геологическим условиям генерировать в диалоговом режиме на ПЭВМ технологию работ в очистном забое при всех допустимых вариантах комплектовать его оборудованием выбирать компоновку очистного комплекса детально разрабатывать технологию в забое.

Программное обеспечение оптимизации технологической схемы позволяет применительно к двум вариантам организации работ (последовательная и независимая схемы) наряду с длиной лавь получать пользователю оптимальную длину нижней части лавы продолжительность выемочного цикла, тип крепи и значение време

а) 6А308ЫЙ 6АРИАНТ• • 17-2 грул. хомб. и/трех

ОТ

Ма!а V 17'Л ®

ш

Ла!иг717-33 (5)

1

Ла5а л' 77-3?'

Ла!а /317-37

' да/« очистного и пшоюаитшнвго злечеа

' (проектный бариант)

<?7 Л/ИЕКТНЫЙ ВАРИАНТ 17-2 грул. кап!, штрех

ЛаБа /7 /7-Л ©

Ла!а.</77-М ©

ЛЛг V //-Л7 © Трасса ¡рорнируе.чого и1тр:ха

Л а ¡а М17-37 ® Кон 5- штрек_

~Ж\

Н

/у «(■ г'У

Рис.6. Технологические схемы подготовки и отработки выемочного блока по пласту Бреевскому: КГУ ■ механизированная крепь усиления; КС - концевая телескопическая секция крепи; ТП -телескопический привод лавного конвейера; КОС - крепь охраны сопряжения; АФВ - агрегат формирования выработки

ни крепления, по которому была рассчитана длина лавы, время вынужденных простоев комбайна и эксплуатационную производительность комбайна.

Программа предусматривает определение зависимостей указанных показателей в числовой или графической форме с учетом времени крепления штрека, позволяет построить планограмму работ в забое и график совмещения операций при рассчитанной длине лавы.

Работа транспортной системы является фактором, снижающим эффективность работы КМЗ. Для повышения эффективности работы транспортной системы на шахтах ОАО УК "Ленинскуголь" были реализованы технические решения, включающие расчет и строительство усредняющих подземных бункеров - накопителей; поиск и внедрение рациональных систем контроля заполнения бункеров; разработку технических требований для новых систем управления конвейерным транспортом на базе имеющейся на шахтах компьютерной техники; внедрением техники нового поколения для транспортировки угля.

Упрочнение горного массива химическим скрепляющим является надежным, универсальным и экономичным способом повышения устойчивости горного массива.

На пологих пластах упрочнение может применяться при переходе очистными забоями геологических нарушений, подготовительных выработок, на сопряжениях, перец демонтажем мехкомплекса. В качестве химического скрепляющего могут быть использованы карбамидные и фенолформальдегидные составы. Параметры упрочнения определяются с учетом трещиноватости, слоистости угля, мощности и угла падения пласта, площади и объема упрочняемой зоны, применяемых способов и средств выемки угля, крепления Забоя, свойств скрепляющего состава и корректируются в процессе производства работ.

Длина инъекционных шпуров (/) принимается из условия сохранения неснижаемого опережения упроченной зоны (/н) после подви-гания забоя за время между предыдущим и последующим нагнетанием скрепляющего состава (Ц)\

/=(£'+/„)/собос , (6)

где а - угол наклона шпура к плоскости пласта, горизонту или ос» выработки.

Рациональная глубина шпуров составляет 3-6 м. Неснижаемо« опережение упрочненной зоны должно составлять 0.5-1.5 м. Рас стояние между шпурами составляет два радиуса распространена состава в массиве с наложением зоны от соседних шпуров равнык 0.5-1.5 м. Радиус распространения для условий Кузбасса ориентиро вочно составляет 2 м и уточняется опытным путем. Глубина герме тизации при сильно трещиноватом массиве составляет 2.3-2.5 м, пр1

слабо трещиноватом -1.5 м. Расход скрепляющего состава принимается в среднем 20 л на метр шпура. Рекомендуемое давление нагнетания при упрочнении угля - не более 7 ЙПа, при упрочнении породы - не более 10 МПа.

Проведенные исследования по упрочнению углевмещающего массива химическими скрепляющими составами показали, что содержанием паров фенола, формальдегида и карбамида в пробах рудничной атмосферы не превышало; предельно допустимых концентраций. Использование упрочнения позволяло достигать плановых показателей при ведении горных работ. Результаты исследований были учтены при разработке трех нормативных документов, внедренных на шахтах Кузбасса.

Рекомендации по повышению технического уровня и эффективности горных работ

С учетом объективной обстановки в отрасли и регионе определены основные принципы создания угольного предприятия, адаптированного к рыночным условиям. Они включают направления технического перевооружения и рационализации технологических систем шахт, обоснования организационно-экономической базы из реализации. . .

Реализация разработанных решений по техническому перевооружению осуществлялась одновременно с рационализацией технологических схем и совершенствованием структуры угледобывающих предприятий региона.

Анализ показателей технического уровня производственных процессов позволил выявить "узкие места" в технологии добычи угля шахтами и разработать и внедрить предложения по техническому и технологическому перевооружению шахт.

Главными из них являются вопросы развития горного машиностроения на новом технологическом уровне с привлечением к работе предприятий ВПК, ученых и производственников регионов Сибири; внедрение комбинированной схемы отработки с формированием и поддержанием одного или двух штреков за лавой, применение спаренных лав и повторное использование выемочных штреков; увеличение объемов, анкерного крепления выработок; работа над созданием высокоэффективных нетрадиционных технологий добычи угля.

Создание ассоциации по производству горношахтного оборудования "Кузбассуглемаш", в состав которой вошло 14 различных предприятий, позволило значительно продвинуться в решении вопроса обеспечения горношахтным оборудованием нового технического уровня шахт Кузбасса.

Реализация технических и технологических решений во многол зависит от существующей на угледобывающих предприятиях регион; организационно-технической структуры.

Для решения вопросов совершенствования структуры угледобы вающих предприятий с 1993 г. реализуются следующие решения: ак ционирование предприятий бывшего Г10 "Ленинскуголь", осуществле ние бизнес-планирования, программы реструктуризации и диверсифи кации, программа оптимизации производства.

Выполнение решений позволит в 1996-1997 г.г. снизить себестои мость добычи угля на 26%, уменьшить удельный вес расходов на опла ту труда до 38% и увеличить удельный вес затрат, связанных с безо пасным ведением горных работ. Однако в существующих условия: возможный уровень снижения затрат и повышения цены на уголь не достаточны для обеспечения эффективной работы шахт без государст венной поддержки.

В целях наиболее эффективного вложения государственны средств проведена оценка перспективности шахт Ленинского района 1 выделены три группы шахт:

1 группа - предприятия, которые при получении кап. вложени смогут стать рентабельными и обеспечить возврат инвестиций за 3 гс да. В эту группу включена 1 шахта.

2 группа - перспективные шахты, которые могут стать рентабель ными к 2000 году при условии выделения средств на модернизациг производства и вернуть инвестиции за 7 лет. К ним отнесены 5 шахт.

3 группа - предприятия, которые смог ут стать бездотационным 1 в рассматриваемом периоде - 2 шахты.

В сложившихся социально-экономических условиях решить прс блему повышения эффективности и безопасности добычи угля нево: можно без разработки и внедрения новых рациональных схем подгс товки и отработки выемочных полей.

На основании многолетних исследований автором сформулиров; ны требования и обоснованы варианты технологических схем отр< ботки запасов пологих газоносных угольных пластов средней мощнс сш, обеспечивающих условия эффективного применения очистны мехкомплексов, в том числе нового технического уровня, как по инж< нерным соображениям, так и по экономическим показателям.

Наиболее рациональными вариантами являются схемы совмещег ной подготовки и отработки, схемы с повторным использованием по? готовительных выработок, совмещенные схемы подготовки и отр; ботки спаренных КМЗ, схемы отработки запасов длинными (до 250 1 очистными забоями с применением мехкомплексов нового техничеш го уровня.

Анализ запасов, законсервированных в различных целиках на шахтах ОАО УК "Ленинскуголь" показал, что в них сосредоточено около 20 млн. т угля. Автором разработаны варианты применения камерно-столбовой технологии для извлечения запасов угля из целиков, в том числе с применением автономных механизированных крепей поддержания кровли на участках сопряжения заходок с выемочными камерами (рис.7,8).

Для подготовки высокопроизводительных забоев предложена технология проведения спаренными выработками, а при подготовке очистных забоев на пластах с высокой газообильностью - схема окон-туривания очистного забоя пятью выработками (рис.9).

Для сокращения сроков и уменьшения стоимости монтажно-демонтажных работ разработаны ■новые технико-технологические решения по авторским свидетельствам.

Разработанные автором, или с его непосредственным участием, технико-технологические и организационные решения и их реализация обеспечила к 1997 году стабилизацию работы ОАО УК "Ленинск-уголь" по основным группам показателей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации на основе выполненных автором исследований геомеханических и технологических процессов при механизированной выемке пологих угольных пластов научно обоснованы технические и технологические решения повышения технического уровня, совершенствования процессов подготовки и отработки выемочных нолей, способов и средств охраны и поддержания выработок, практическое внедрение которых внесло значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса в угольной промышленности в условиях перехода к рыночной экономике.

Наиболее существенные научные и практические результаты заключаются в следующем:

1. Установлено, что повышение технического уровня и эффективности разработки угольных месторождений механизированными комплексами в постоянно усложняющихся горно-геологических условиях и невыполнения инвестиционной программы отрасли может быть обеспечено за счет разработанной концепции развития предприятий угледобывающего региона, включающей рациональное сочетание мер по повышению технико-технологического уровня горного производства и эффективности его функционирования и структурной перестройки системы управления предприятиями в период перехода к рыночным отношениям.

2. Установлено, что снижение эффективности работы очистных механизированных комплексов наблюдается с увеличением газообиль-

' Рис.7. Схема отработки длинного целика короткозабойным комбайном с использованием самоходных секций механизированной крепи (цифрами в кружках показана последовательность выемки заходок): 1 - деревянные стойки; 2 - самоходная секция крепи; 3 - подзавальный целик

Рис. 8. Последовательность выемки целика комбайновыми за-ходками и передвижки самоходных секции крепи: а-ё -отдельные этапы цикла выемки комбайновых заходок; 1 - короткозабойный комбайн; 2 - подзавальный целик; 3 - самоходная секция крепи; 4 - челночная вагонетка; 5-8 - комбайновые заходки

) Газо-дреиажный-штрек '

1---.'Л:?., ■■^-■^н: ,'ТГ'-.- ■- -Г . .. '

В исход, шахты

й Вентиляцианиыйштрек

1 1 "Г

■ • •«¿■та-/-, й

. Штрек для достпчкп люо^й а оборудования

0= 3,0- 5 млн.т т= 2,2 -3,5 м.

Штрек для доставки людей и оборудования

о

о ■ч-о о о

.и;.-'-.,

Конвейерный . штрек

шлхш£

'.(ШЭДМ* ЛМ^Н* ММАДОАгф-• ''/-■" ' ,! •

Шх.комтекс

Забойный конвейер

Перегружатель Ленточный конвейер

Рис. 9. Схема подготовки и отработки лавы с нагрузкой

10-15 тыс. т, оконтуренной пятью выработками: ; -► - свежая струя воздуха; О - дегазационная скважина; .......► - исходящая струя воздуха

ности, угла падения и тектонической сложности массива, при переходе зон геологических нарушений, наличии неустойчивых пород непосредственной кровли, труднообрушаемых пород основной кровли и слабых пород почвы, с увеличением срока службы мехкомплексов и при нерациональном выборе параметров выемочного столба.

3. Разработана и внедрена научно-производственная методика оценки тектонической структуры массива для обоснования рациональных планировочных решений подготовки выемочных полей.

Методика заключается в восстановлении полей тектонических напряжений и деформаций угольных пластов для оценки тектонической структуры массива и позволяет, в зависимости от сложности строения тектонической поверхности и углов встречи линии забоя с осями тектонических напряжений, выделять четыре типа горно-геологических условий, определяющих рациональные параметры схем "раскройки" шахтных полей и интенсивность ведения очистных работ: благоприятные, относительно благоприятные, относительно неблагоприятные, неблагоприятные. Внедрение методики на шахтах Ленинского района позволило увеличить интенсивность ведения очистных работ в 1.5-2 раза.

4. Установлено, что основными условиями аффективного применения механизированных комплексов на пластах со слабыми почвами и высокой газообильностью является обеспечение режима взаимодействия секций крепи с вмещающими породами без вдавливания основания в почву пласта и выбор рациональных схе\* управления газовыделением. '

Для этого исследованы и рекомендованы следующие технологические решения: почвоуступная и вогнутая форма забоя, оставление пачки угля при сопротивлении пород почвы вдавливанию менее 40-60 кН/см-; комплексные способы дегазации" с использованием скважин, пробуренных с дневной поверхности, а также газоотсоса при помощи вентиляторов типа ВМЦГ-7.

5. Установлено, что на эффективность применения мехкомплексов существенное влияние оказывает выбор длины выемочного столба и очистного забоя, а также механизм взаимодействия секций крепи с вмещающими породами. Анализ влияния длины выемочного столба и очистного забоя производится по критериям, определяющим производственно-экономическую деятельность добычного участка с учетом свойств вмещающих пород и силовых параметров мехкрепи.

Для пластов с легкоуправляемой устойчивой кровлей рациональная длина выемочного столба при сопротивлении крепи менее 500 кН/м2 составляет 1100-1200 м, более 500 кН/м2 - 1700-1800 м, рациональная длина очистного забоя составляет соответственно 150-160 и 190-210 м. Для пластов с легкоуправляемой неустойчивой кровлей соответственно 900-1000. 1300-1500, 100-110 и 150-160 м. Для пластов с

трудноуправляемой устойчивой кровлей - 900, 1300, 90-100, 170-210 м, а неустойчивой - 700, 1300, 70 и 130-150 м.

6. Реализован комплексный подход к разработке прогрессивных технико-технологический решений по повышению эффективности работ по формированию, охране и поддержанию подготовительных выработок, учитывающий установленные закономерности проявлений горного давления при различных схемах бесцеликовой подготовки выемочных полей, характер' формирования напряженно-деформированного состояния массива пород, параметры технических схем.

Предложены и внедрены новые способы формирования, охраны и поддержания подготовительных выработок, защищенные авторскими свидетельствами и патентами: способ формирования демонтажной диагональной выработки очистным комбайном с последующим ее поддержанием оставляемыми секциями мехкрепи; способ формирова-нкя подготовительной выработки на полное сечение агрегатом АФВ; способ охраны выработок с использованием пневмобаллонной крепи; способ проведения и крепления подготовительной выработки смежного столба вприсечку к сохраняемой части подготовительной выработки отрабатываемого пласта.

7. По данным экспериментальных исследований определены рациональные силовые параметры крепи подготовительных выработок, сохраняемых в различные периоды эксплуатации, и обоснованы рациональные сечения выемочных выработок для КМЗ при различных схемах подготовки выемочных столбов. "■'

Максимальное значение сопротивления крепи составляет 700, 900 и 1300 кН/м в зоне опорного давления позади КМЗ, а минимальное -300, 250 и 200 кН/м во время проведения выработок для неустойчивой, устойчивой и труднообрушаемой кровли соответственно. Для условий шахт Ленинского района предложены новые конструкции крепи, используемых в зонах ПГД и обеспечивающих снижение смещения контура выработки в 2-3 раза: модернизированная рамная КМТ, пневмо-баллонная и секционная крепь усиления штрека.

8. Установлено, что для расширения области применения анкерных крепей следует ориентироваться на новые типы и конструкции: с механическим закреплением по всей длине (винтовые), с минеральным заполнителем, полуподпорные и сталеполимерные. Выявлено, что для условий шахт Ленинского района наиболее целесообразно использовать сталеполимерные анкера АКС с диаметром стержня 18.25 мм, длиной 1.8-2.5 м, имеющие время закрепления 20 с - 3 мин и прочность закрепления более 100 кН.

9. Разработаны и внедрены рациональные схемы крепления подготовительных выработок площадью сечения до 12 м: и монтажных камер площадью сечения до 16 м2 анкерами, порядок расчета парамет-

ров и определена область рационального применения анкерной крепи использованные при составлении трех инструктивно-нормативных до кументов.

При выборе параметров анкерной крепи предложено использо вать расчетную схему, основанную на "пришивки" трещиноватых ело ев пород к устойчивой части массива с учетом соответствия ожидае мым смещениям заанкерованных пород рабочей характеристики анке ра. Сталеполимерными анкерами рекомендуется крепить выработи площадью сечения в свету до 16 м2 и сроком службы до 15 лет, а метал лическими анкерами других типов - до 12 м: и 3-8 лет соответственно.

10. Научно обоснованы, разработаны и внедрены технические ре шения по повышению эффективности и безопасности работ по крепле нию сопряжений КМЗ с подготовительными выработками. В качеств« механизированной крепи сопряжения предложено использовать креш КОС-2, имеющую сопротивление комплекта в 2650 кН; гидрофициро ванную секционную крепь усиления штрека КШУ, имеющую рабоча сопротивление 400-500 кН/м2; компенсационную крепь сопряжения предусматривающую возможность изменения по ширине, способносп перемещаться на забой и вдоль забоя без снятия нагрузки гидростоек крепление кровли в зазорах между контурной крепью и секцией мех крепи.

Результаты промышленной проверки работоспособности механи зированных крепей сопряжения положены в основу указаний по опре делению их соответствия требованиям безопасной эксплуатации.

11. Доказано, что эффективное управление массивом изменение» физико-механических свойств обеспечивается нагнетанием химически; скрепляющих составов для упрочнения неустойчивых горных пород Использование в качестве химических скрепляющих составов феноло формальдегидных и карбамидных смол позволяет увеличить проч ность неустойчивого массива через 1 ч после упрочнения в 8-10 раз.

Разработана методика и технологические схемы упрочнения неус тойчивого массива с учетом горно-геологических и горнотехнически: факторов при проведении очистных и подготовительных работ. Уста новлено, что рациональная глубина шпуров для нагнетания скреп ляющих составов составляет 3-6 м, неснижаемое опережение упроч ненной зоны - 0.5-1.5 м, расстояние между шпурами - 3-4 м, давлен» нагнетания 7-10 МПа, расход скрепляющего состава - до 20 л на 1 » шпура.

12. Разработана и реализована в виде комплекса программной обеспечения экономико-математическая модель двухкомбайновой вы емки угля с формированием выемочного штрека очистным комбай ном, позволяющая определить рациональную длину лавы исходя и критерия минимизации времени простоев комбайнов. Программно^ обеспечение оптимизации технологической схемы позволяет наряду >

длиной лавы получать пользователю оптимальную длину нижней части лавы, продолжительность выемочного цикла, тип крепи и время крепления формируемого штрека, время вынужденных простоев комбайна и его эксплуатационную производительность. Программа предусматривает определение указанных показателей в числовой форме, позволяет построить планограмму работ в забое и график совмещения операций.

13. Разработаны и внедрены технологические рекомендации по стабилизации процесса добычи угля, включающие новый способ разработки участков с клиновидной границей выемочных сголбов; способ разработки мощных (до 5 м) пологих пластов в один слой; технологическую схему совмещенной выемки угля и комплекс технических средств для ее реализации; варианты камерно-столбовой технологии для извлечения запасов угля из целиков; технологические схемы проведения спаренных подготовительных выработок на пластах с высокой газообильностью; новые способы монтажно-демонтажных работ.

14. Результаты выполненных исследований геомеханических и технологических процессов при механизированной выемке пологих угольных пластов, комплексный анализ деятельности ОАО УК "Ле-нинскуголь" использованы при составлении мероприятий по оптимизации горных работ, реструктуризации и диверсификации производства, являющиеся базой для эффективной реализации решений по техническому перевооружению шахт Ленинского рудника и рационализации их технологических систем в период перехода к рыночным отношениям.

В целях наиболее эффективного вложения государственных инвестиций проведена оценка перспективности шахт района по семи факторам и выделены три группы шахт, которые при получении средств государственной поддержки могут стать рентабельными и обеспечить возврат инвестиций за три года (одна шахта), семь лет (пять шахт), или стать бездотационными (две шахты).

15. На основании выполненных исследований разработаны технологические схемы ведения очистных и подготовительных работ на шахтах Кузнецкого бассейна. Они вошли в нормативные документы и внедрены на угольных шахтах с экономическим эффектом.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах

Монографии и брошюры:

1. Разработка пологих и наклонных пластов Кузнецкого бассейна (Совместно с Беловым В.П., Мазикиным В.П.). - Прокопьевск: Инженерная академия, 1995. - 250 с.

2. Мазикин В.П., Золотых С.С., Ремезов A.B. Ленинский и Белов-ский районы Кузбасса - перспективное газоугольное месторождение. -Кемерово: Инженерная академия, 1997. - 200 с.

3. Мазикин В.П., Решетов С.Е., Ремезов A.B. и др. Оптимизация хозяйственной деятельности системы предприятий угледобывающего региона. Научно-учебное издание. - М.: Изд-во МГГУ, 1995. - 88 с.

4. Создание угольного предприятия, адаптированного к рыночным условиям (Совместно с Мазикиным В.П.). - Кемерово: Академия горных наук, 1997. - 32 с.

5. Анализ состояния подготовительных работ на шахтах АООТ "Ленинскуголь" (Совместно с Мазикиным В.П.). - Кемерово: Академия горных наук, 1997. - 27 с.

Статьи и доклады:

6. Отработка пластов по совмещенной технологии в условиях шахт Кузбасса (Совместно с Лебедевым Б.К., Егоровым А.Н., Литвиновым Ю.А.) И Совершенствование технологии отработки угольных пластов Кузбасса: Сб. научн. тр. / КузНИУИ. - Прокопьевск, 1988. - С. 41-49.

7. Анализ результатов промышленных испытаний технологии отработки пологих пластов спаренными лавами (Совместно с Лебедевым Б.К., Литвиновым Ю.А., Егоровым А.П.) // Совершенствование технологии отработки угольных пластов Кузбасса и Дальнего Востока: Сб. научн. тр. / КузНИУИ. - Прокопьевск, 1989. С. 47-55.

8. Пути -повышения нагрузки на очистной забой в объединении "Ленинскуголь" // Уголь, 1989. - №11. - С. 26-27.

9. Опыт упрочнения неустойчивого.угольного забоя (Совместно с Коноваловым Л.М., Артемьевым Н.П.) II Уголь, 1990. - №1. - С. 47-48.

10. Проявления опорного давления при формировании выработки очистным комбайном (Совместно с Коноваловым Л.М., Курзанцевым О.С.).) // Уголь, 1990. - №7. - С. 28-30.

11. Опыт использования механизированных комплексов производства ПНР в условиях шахт ПО "Ленинскуголь" .) // Уголь, 1990. -№8.-С. 15-16.

12. Применение крепи усиления штрека КШУ при поддержании сохраняемых выработок (Совместно с Потапенко В.А-, Шапошниковым В.И.) // Подземная разработка тонких и средней мощности угольных пластов: Сб. научн. тр. IПНИУИ. - Тула, 1990. - С. 4-7.

13. Совершенствование совмещенной технологии отработки лавы (Совместно с Коноваловым Л.М., Стариковым A.C., Гариной Т.В.) // Управление состояние массива горных пород: Сб. научн. тр. / Ассоциация "Кузбассуглетехнология". - Кемерово, 1990. - С. 66-70.

14. Установление параметров комбинированной системы разработки при моделировании двухкомбайновой выемки угля на персональной ЭВМ (Совместно с Андроновым С.П., Глазовым Д.Д., Кут-

няковым B.B.) // Нетрадиционные способы добычи и использования угля: Научн. сообщения / ИГД им. А.А.Скочинского. - М., 1990. - С. 105-109.

15. Бесцеликовая технология выемки мощного (до 5 м) пологого угольного пласта (Совместно с Райсом К.А., Аладышевым К.П.) // Информ. листок I ИГД им. А.А.Скочинского. - М., 1990. - 2 с.

16. Результаты испытаний крепи охраны сопряжений КОС-2 на шахте "Октябрьская" // Вопросы безопасности при разработке угольных месторождений Кузбасса : Сб. научн. тр. №2 / Ассоциация "Куз-бассуглетехнология",- Кемерово, 1991. С. 22-27.

17. Обоснование технологических решений по поддержанию формируемой очистным комбайном выработки (Совместно с Коноваловым Л.М., Стариковым A.C.)//Уголь, 1991. - №6. - С. 19-21.

18. Опыт сохранения и формирования выработок с целью сокращения подготовительных работ в объединении "Ленинскуголь" II Уголь, 1991.-№9.-С. 20-23.

19. К вопросу воссоздания фронта очистных работ (Совместно с Беловым В.П., Дмитриевым В.Ф.)//Уголь, 1992,-№5,-С. 14-15.

20. Аспекты сокращения удельного объема проведения горных выработок на 1000 т добычи в условиях шахт ассоциации "Ленинск-уголь" И Уголь, 1992,- №9,- С. 9-10.

21. Проявления горного давления в окрестности охраняемой для повторного использования выработки в зависимости от свойств опор и технологии их применения (Совместно с Ануфриевым В.Е., Тризно С.К., Дубровским В.И.) // Уголь, 1992,- №9,- С. 20-23.

22. Оценка эффективности повторного использования выработок на шахтах Ассоциации "Ленинскуголь" (Совместно с Жданкиным H.A., Клавдиенко М.Н.)//Уголь, 1992,- №.- С. 37-40.

23. Исследование работы комплекса 1КМ-144 при опытной эксплуатации на шахте "Октябрьская" (Совместно с Журавлевым Р.П., Демидовым В.И.) //Уголь, 1992,- №9.- С. 41-42,

24. Оценка влияния горно-геологических условий залегания угольных пластов на эффективность применения мехкомплексов на шахтах Кузбасса (Совместно с Беловым В.П., Мазикиным В.П.) // Сб. научн. тр. Ж7 / Ассоциация "Кузбассуглетехнология".- Кемерово, 1994. С. 114-119.

25. Оптимизация длины выемочных столбов при разработке поло- • гих пластов механизированными комплексами на шахтах Ленинского района (Совместно с Мазикиным В.П., Беловым В.П., Майтак И.И.) // Сб. научн. тр. №7 I Ассоциация "Кузбассуглетехнология".- Кемерово, 1994. С. 123-127.

26. Влияние длины лавы на эффективность работы комплексно-механизированных забоев (Совместно с Беловым В.П., Мазики-

ным В.П.) II Сб. научн. тр. №8 / Ассоциация "Кузбассуглетехнология".-Кемерово, 1994. С. 18-22.

27. Опыт взаимодействия производства и науки в новых рыночных отношениях на примере АО "Ленинскуголь" (Совместно с Мази-киным В.П.) // ГИАБ №4 / МГГУ. - М„ 1994. - С. 6-10.

28. К вопросу о повышении эффективности дегазации и предотвращении местных скоплений метана при применении скважин с дневной поверхности (Совместно с Мазикиным B.Ii., Сирош М.К.) // Безопасность работ в угольных шахтах: Сб. научн. тр. / ВостНИИ. - Кемерово, 1994. - С. 29-35.

, 29. Направления оптимизации горного хозяйства шахт АООТ "Ленинскуголь" на 1994-1996 годы (Совместно с Мазикиным В.П., Горностаевым С.И.) II Сб. научн. тр. №9 / Ассоциация "Кузбассугле-технология",- Кемерово, 1995. С. 14-18.

30. Проблемы совершенствования технологии средств управления горным давлением на концевых участках лав (Совместно с Ануфриевым В.П., Мазикиным В.П.) // Сб. научн. тр. №10 / Ассоциация "Куз-бассуглетехнология",- Кемерово, 1996. С.3-9.

31. Сталеполимерная анкерная крепь АКС (Совместно с Среденко М.И., Чеботаревым Н.Г., Булгаковым A.M.) II Сб. научн. тр. №10 / Ассоциация "Кузбассуглетехнология",- Кемерово, 1996. С. 25-29.

32. Модернизированная рамная крепь (Совместно с Середенко М.И.) // Сб. научн. тр. №10 / Ассоциация " Кузбассуглетехнология". -Кемерово, 1996. С.29-32.

33. Задачи по развитию и внедрению форм анкерного крепления на новом техническом уровне //Уголь, 1996. - №6,- С. 14-16.

34. Эффективность различных схем управления газовыделением из подрабатываемых спутников и выработанных пространств при отработке пластов Поленовского и Бреевского на шахте им. Кирова. (Совместно с Мазикиным В.П., Гайбович Ф.М.) II Сб. научн. тр. I ВостНИИ. - Кемерово, 1995. - С. 33-40.

35. Развитие производства горношахтного оборудования в Кузбассе на базе заводов ВПК // Уголь, 1997. - №2. - С. 25-26.

36. Совершенствование способов и средств крепления сопряжений очистного забоя с прилегающими выработками И Сб. научн. тр. / ПНИУИ.-Тула, 1997.-С.

37. Перспективная технология разработки пластов на шахтах АООТ "Ленинскуголь" (Совместно с Сребным М.А., Шкарановым Г.С.) II Уголь, 1997. - №5. - С. 10-12.

38. Оптимизация деятельности горных предприятий в период перехода к рыночной экономики (Совместно с Мазикиным В.П., Егоровым П.В.) // Вестник Кузбас. гос. техн. ун-та,- Кемерово, 1997. - С.

• 39. Ремезов A.B. Совершенствование эффективности добычи угля в АООТ "Ленинскуголь" // ГИАБ. - М.: МГГУ, 1997. - №3. - С. 1-6.

40. Ремезов A.B. Количество и сечение примыкающих к высокопроизводительному очистному забою выработок. // ГИАБ. - М.: МГГУ, 1997. - №3. - С. 86-91.

Изобретения:

41. Патент РФ 1792489. Механизированная крепь горных выработок / Костромин A.C., Грицаюк Б.И., Ремезов A.B. и др. Опубл. 30.01.93. Бюл. №4.

42. Патент РФ 1808091. Механизированная крепь горных выработок / Костромин A.C., Грицаюк Б.И., Ремезов A.B. и др. Опубл. 07.04.93. Бюл. №13.

43. Патент РФ 2002054. Устройство для возведения выемочной выработки / Полей Л.С., Николаев В.Л., Ремезов A.B. и др. Опубл. 30.10.93. Бюл. №39-40.

44. Патент РФ 2011835. Механизированная крепь сопряжения / Парфенов В.Е., Зельцер Ю.Г., Ремезов A.B. и др. Опубл. 30.04.94. Ьюл. №8.

45. Патент РФ 2021525. Концевая секция механизированной крепи / Парфенов В.Е., Зельцер Ю.Г., Ремезов A.B. и др. Опубл. 15.10.94. Бюл. №19.

46. Патент РФ 2042825. Механизированная крепь / Костромин

A.C., Зенякин В.Н., Ремезов A.B. Опубл. 27.08.95. Бюл. №24.

47. Патент РФ 2068499. Перекрытие концевой секции механизированной крепи / Ануфриев В.Е., Мазикин В.И., Ремезов A.B. Опубл. 27.10.96. Бюл. №30.

48. Патент РФ 2069269. Компенсационная механизированная крепь концевых участков лав / Ануфриев В.Е., Бабаянц A.A., Мазикин

B.П., Ремезов A.B. Опубл. 20.11.96. Бюл. №32.

49. Патент РФ 2069760. Основание секции механизированной крепи / Ануфриев В.Е., Бабаянц A.A.. Ремезов A.B. и др. Опубл. 27.11.96. Бюл. №33.

50. Патент РФ 2069761. Перекрытие секции механизированной крепи / Ануфриев В.Е., Мазикин В.П., Ремезов A.B. Опубл. 27.11.96. Бюл. №33.

51. Патент РФ 2069762. Устройство соединения с конвейером секции механизированной крепи / Ануфриев В.Е., Бабаянц A.A., Ремезов A.B. и др. Опубл. 27.11.96. Бюл. №33.

52. Патент РФ 2078936. Способ закрепления анкера и установка для его осуществления / Ануфриев В.Е., Стажевский С.Б., Ремезов

A.B., Ялевский В.Д. Опубл. 10.05.97. Бюл. №13.

53. A.C. 1573177. Способ охраны горных выработок / Ануфриев

B.Е., Буланчиков С.П., Ремезов A.B. и др. Опубл. 23.06.90. Бюл. №23.

54. A.C. 1671886. Крепь для горных выработок / Вылегжанин В.Н., Шахматов В.Я., Ремезов A.B., Кольпидис В.В. Опубл. 23.08.91. Бюл. №31.

55. A.C. 1686165. Способ проветривания подготовительных выработок при бесцеликовой подготовки угольных пластов / Аладышев В.П., Загородний A.A., Ремезов A.B. и др. Опубл. 23.10.91. Бюл. №39.

56. A.C. 1687795. Способ проветривания тупиковых выработок / Стекольщиков Г.Г., Ерохин С.Ю., Ремезов A.B. и др. Опубл. 30.10.91. Бюл. №40.

57. A.C. 1696722. Способ разработки пластовых месторождений полезных ископаемых / Ремезов A.B., Клавдиенко М.Н., Старостенко Г.И. и др. Опубл. 07.08.92. Бюл. №29.

58. A.C. 1696722. Способ сооружения демонтажной камеры / Аладышев В.П., Шахматов В.Я., Ремезов A.B. и др. Опубл. 07.12.91. Бюл. №45. ■

59. A.C. 1721243. Способ монтажа механизированных комплексов / Ремезов A.B., Клавдиенко М.Н.. Махраков И.В. и др. Опубл. 23.03.92, Бюл. №11.

60. A.C. 1810544. Способ проведения подготовительной вырабо при бесцеликовой отработке пологих угольных пластов / Аладышев В Загородний A.A., Ремезов A.B. и др. Опубл. 23.04.93. Бюл. №15.

Подписано в печать 21.04.96г. 1ормат 00хб4/1о. Бумага белая писчая. Объем 2.7 п.л..Тираж 100 экз. Заказ 307

Типография Кузбасского государственного технического ■ университета. 050026, Кемерово,..ул.Красноармейская, ПЬ. Лицензия ДР № 020313. • " '

j I

I 1

Открытое акционерное общество "Угольная компании "Ленинскуголь"

lía нравах рукописи

РЕМЕЗОВ АНАТОЛИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ И ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ВЫЕМКИ ПОЛОГИХ ПЛАСТОВ УГЛЯ МЕХАНИЗИРОВАННЫМИ КОМПЛЕКСАМИ

Специальность 05.15.02 - Подземная разработка месторождений

полезных ископаемых

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических паук-

Научный консультант: академик РАИ11 н Горной Академии, профессор, д-р техн. наук Н.В.Егоров

Кемерово - 1998

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 6

1. Состояние изученности вопроса 20

1.1. Горно-гсологичсские и горнотехнические условия применения механизированных комплексов 20

1.2. Анализ состояния подготовительных выработок п их сопряжений с комилекспо-мехапнзпроваинымн очистными забоями 28

1.3. Анализ технологических схем подготовки и отработки пологих угольных пластов 42

1.4. Анализ организационно-технической структуры угледобывающих предприятий 53

1.5. Цель работы, задачи и методы исследования 67

2. Влияние горно-геологических и технологических факторов на эффективность применения механизированных комплексов 72

2.1. Оценка влиянии геологических фак торов на эффективность применения механизированных комплексов 72

2.2. Оценка влияния тектонической структуры массива на условия механизированной выемки пологих угольных пластов 70

2.3. Геомехапичеекне особенности разработки пластов

со слабыми породами почвы 86

2.4. Влияние газообильпости на интенсивное! ь разработки выемочных полей 93

2.5. Влияние длины очистного забоя и выемочного столба па эффективность работы

механизированного очистного забоя 121

2.6. Влияние срока службы очистного оборудования на эффективность работы механизированного забоя 137

Выводы 139

3. Анализ взаимодействия механизированных крепей с вмещающими породами 142

3.1. Исследование взаимодействия механизированных крепей отечественного производства с вмещающими породами 142

3.2. Исследование взаимодействия механизированных крепей польского и китайского производства с вмещающими породами 152

3.3. Исследование влияния длины очистного забоя па характер проявления горного давления на механизированную крепь 158

Выводы 169

4. Исследование и обоснование рациональных технологических решений по подготовке

пологих пластов 170

4.1. Исследование проявлений горного давления в выемочных штреках при различных схемах подготовки выемочных столбов 171

4.2. Выбор рациональных сечений выемочных выработок для комплексно-механизированных очистных забоев 215

4.3. Выбор способов охраны подготовительных выработок в зонах повышенного горного

давления 220

4.4. Определение рациональных силовых параметров крепи, устанавливаемой в различные периоды эксплуатации сохраняемых выработок 229

Выводы 234

5. Выбор и обоснование рациональных конструкций и параметров крепи подготовительных выработок 237

5.1. Анализ конструкций крени подготовительных выработок 237

5.2. Рекомендации но выбору рамных податливых крепей 240

5.3. Исследование работы анкерной крепи подготовительных выработок 246

5.4. Исследование работы крепи усиления штрека

КШУ при сохранении выработок 270

5.5. Рекомендации по выбору крепей сопряжения подготовительных выработок с очистным забоем 289

Выводы 299

6. Совершенствование и обоснование параметров технологии выемки угля пологих пластов 302

6.1. Технология отработки пластов па участках с клиновидной границей 302

6.2. Технология отработки мощных пологих угольных пластов в один слой 305

6.3. Технология совмещенной отработки угольных пластов 30/

6.4. Расчет оптимальной длины очистного забоя при двухкомбапповой выемке угля и формировании контура вентиляционного штрека очистным комбайном 313

6.5. Совершенствование системы управления конвейерным транспортом 3! 9

6.6. Повышение устойчивости массива химическим скрепляющим 324

Выводы 332

7. Рекомендации по повышению технического уровни

и эффективности горных работ 335

7.1. Рекомендации но техническому перевооружению и совершенствованию структуры угледобывающих предприятий 336

7.2. Разработка газо-гсомсхаиичсекой мониторинговой системы для угледобывающих предприя тий 352

7.3. Разработка новых технологических схем и процессов горных работ 356

Выводы 372

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 375

Литература

381

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Процесс перехода современной экономики к новым условиям предъявляет достаточно высокие требования к эффективности функционирования горных предприятий. Угольное производство в России продолжает в силу различных причин оставаться весьма инертной и очень затратной системой. Исторически сложившаяся инфраструктура угольных предприятий требует времени и средств на ее перестройку. Дефицит инвестиций в проводимую реструктуризацию отрасли затягивает и усугубляет этот процесс. Основным критерием выживаемости в этих условиях является способность угледобывающего предприятия к оперативной перестройке согласно требуемым объемам добычи угля, диктуемым рынком, Что и определяет его конкурентоспособность по сравнению с другими производителями взаимозаменяемых ресурсов.

Снижение напряженности в работе угледобывающих предприятий возможно на основе разработки и реализации быстродействующих технико-технологических решений, целевых программ по реструктуризации и диверсификации, способных стабилизировать деятельность горных предприятий и обеспечить рост уровня показателей их работы в ближайшем будущем.

Исследованиями ученых ИТД им. A.A. Скочинского, ИУУ СО РАН, ИГД СО РАН, ИПКОН РАН, КузНИУИ, ПНИУИ, МГГУ, ДонУГИ, КузГТУ, С-ПбГИ, ВоетНИИ, УГГА, СГГМА и др. создана база формирования новых направлений в области подготовки и отработки угольных месторождений, включая исследования напряженно-деформированного состояния углевмещающего массива, управления горным давлением, геомеханического обоснования параметров технологии подземной разработки, оснащения предприятий горношахтным оборудованием.

Вместе с тем эффективность механизированной выемки пологих угольных пластов в постоянно усложняющихся горно-геологических уело-

виях, изменения инвестиционной политики, нехватки очистного фронта и сокращение мощности действующих угольных предприятий остается недостаточно высокой. Техническое перевооружение шахт не в полной мере компенсировало отрицательное влияние глубины, тектонической структуры углевмещающего массива, опасных проявлений горного давления. Проблема своевременной подготовки и воссоздания очистного фронта резко обострилась в настоящее время в связи с созданием высокопроизводительных очистных забоев, суточная добыча из которых достигает 8 тыс. т при объемах месячной добычи до 130-160 тыс. т, отставанием в развитии средств комплексной механизации для подготовительных работ, необходимостью увеличения площади поперечного сечения выемочных выработок. Во многих случаях скорость отработки КМЗ превышает скорость проведения оконтуривающих штреков. В этой связи необходимы широкие комплексные исследования, направленные на разработку и внедрение рациональных схем подготовки и отработки КМЗ и выемочных полей, способов и средств охраны и поддержания выработок, управление массивом горных пород, повышение технического уровня шахт, совершенствование организационной структуры систем управления угледобывающими предприятиями, обеспечивающие повышение эффективности их функционирования в рыночных условиях.

Вышеизложенное свидетельствует об актуальности и необходимости научного обоснования и разработки комплексов технических, технологических и организационных решений по совершенствованию подземной угледобычи, внедрение которых вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса в угольной отрасли.

Диссертация выполнена в соответствии с тематическими планами и программами научно-исследовательских работ КузНИУИ, ПНИУИ, ИГД им.А.А.Скочинского, ИУУ СО РАН 1983-1997г.г., являвшимися составными частями отраслевого плана научных исследований б. МУП СССР, отраслевой программы "Уголь России". Часть диссертации выполнялась в

соответствии с приказом председателя Госплана СССР № 7 от 19.01.87 г. " О разработке целевой комплексной программы развития Кузнецкого угольного комплекса на период до 2005 года "; программой реструктуризации предприятий угольной промышленности, утвержденной протоколом Межведомственной комиссии по социально-экономическим проблемам угольных регионов № 4 от 23.09.94 г.

Целью работы является повышение технического уровня и эффективности технологии механизированной выемки пологих пластов угля на основе выявленных закономерностей проявлений геомеханических процессов, ' технологических взаимосвязей и разработанных технико-технологических решений, обеспечивающих улучшение технико-экономических показателей работы шахт в рыночных условиях.

Идея работы заключается в использовании установленных закономерностей геомеханических процессов и технологических взаимосвязей для научного обоснования технических и технологических решений механизированной выемки пологих пластов угля.

Задачи исследований:

- исследовать горно-геологические и горнотехнические условия применения механизированных комплексов при отработке пологих угольных пластов;

- разработать научно-производственную методику оценки тектонической структуры массива для обоснования рациональных планировочных решений подготовки выемочных нолей;

- установить закономерности взаимодействия механизированных крепей различных типов с вмещающими породами и разработать рекомендации по выбору их силовых параметров;

- установить закономерности проявления горного давления в подготовительных выработках при различных схемах подготовки выемочных полей для обоснования рациональных сечений и силовых параметров крепи выработок в различные периоды эксплуатации;

- осуществить разработку, научно-техническое обоснование и внедрение прогрессивных способов и средств охраны и поддержания подготовительных выработок;

- разработать и обосновать технические решения по поддержанию подготовительных выработок на сопряжении с КМ'З;

- установить влияние химических скрепляющих составов на изменение физико-механических свойств углепородного массива для разработки методики и технологических схем упрочнения неустойчивых пород;

-' разработать эффективные технические решения и технологии очистных работ для отработки пологих пластов на основе применения новых средств комплексной механизации и способов управления горным давлением;

разработать предложения по оптимизации хозяйственной деятельности шахт в условиях перехода к рыночной экономике.

Методы исследований. В работе использован комплекс методов исследований, включающий научное обобщение и инженерный анализ производственного опыта подготовки и отработки пологих угольных пластов; экономико-математическое моделирование двухкомбайновой выемки угля; аналитические расчеты для выявления влияния параметров крепи на НДС кровли; шахтные инструментально-визуальные наблюдения и методы математической статистики для установления закономерностей проявления горного давления, эффективности дегазации пластов и оценки тектонической структуры массива; экспериментальные исследования смещений пород в поддерживаемых выработках и обоснование способов крепления, охраны и поддержания подготовительных выработок; опытно-промышленные испытания и внедрение технических, технологических разработок и организационных решений в производственных условиях; технико-экономический анализ технологических схем упрочнения неус-

тойчивого массива, технологий ведения очистных и подготовительных работ.

Основные научные положения, защищаемые автором :

- обоснование рациональной области применения очистных механизированных комплексов различных типов осуществляется с учетом установленных закономерностей влияния основных горногеологических и горнотехнических факторов на эффективность их работы;

- достоверный прогноз степени тектонической сложности угольных • месторождений предопределяет объективность реализации технологических решений по "раскройке" шахтных полей на всех этапах их освоения и интенсивность ведения очистных работ;

- высокая эффективность работы комплексно-механизированных очистных забоев на пологих пластах со слабыми почвами и высокой газообильностью обеспечивается применением рационального сочетания режима взаимодействия секций крепи с вмещающими породами без вдавливания основания в почву пласта и схем управления газовыделением;

- выбор силовых параметров механизированных крепей отечественного и зарубежного производства определяется с учетом установленных закономерностей их взаимодействия с вмещающими породами при различных типах кровель и геометрических параметрах выемочных столбов;

- обоснование рациональных сечений и силовых параметров крепи подготовительных выработок в различные периоды эксплуатации осуществляется с учетом установленных закономерностей проявления горного давления при различных схемах подготовки выемочных полей;

- обоснование вариантов и параметров, а также областей эффективного применения прогрессивных технологических схем и средств

охраны и поддержания подготовительных выработок базируется на системном подходе к характеру формирования напряженно-деформированного состояния массива пород, специфики проявлений горного давления и параметров технических средств;

- обоснование параметров технологических схем анкерного крепления подготовительных выработок базируется на учете силовых и конструктивных параметров анкеров и характера их взаимодействия с вмещающими породами;

- безопасная эксплуатация сопряжений КМЗ с подготовительными

■ выработками достигается применением специальной механизированной крепи сопряжения с высоким сопротивлением и обеспечивающей перемещение гидростоек без снятия нагрузок, а также крепление кровли в зазорах между штрековой и секцией механизированной крепи;

- эффективное управление массивом изменением физико-механических свойств обеспечивается выбором рациональных схем и параметров нагнетания химических скрепляющих составов для упрочнения неустойчивых горных пород;

- повышение технического уровня работ по проведению и поддержанию выемочных выработок и выбор параметров очистного забоя при двухкомбайновой выемке угля с формированием выемочного штрека вслед за лавой обеспечивается на базе комплексного учета закономерностей протекания геомеханических процессов в различных горно-геологических и горнотехнических условиях и тенденций научно-технического прогресса в отрасли;

- технологические схемы очистных и подготовительных работ устанавливаются на основе рационального районирования месторождения по основным природным факторам, применения новых технических решений и способов управления горным давлением;

- концепция развития предприятий угледобывающего региона должна базироваться на рациональном сочетании мер по повышению технико-технологического уровня горного производства и эффективности его функционирования при одновременной структурной перестройке в условиях действия рыночных отношений в экономике.

Достоверность научных положений подтверждается :

- представительным объемом длительных ( 15 лет ) шахтных исследований с применением современных методов и приборов при вне-

• дрении технических и технологических решений ( 10 шахт, более 40 очистных забоев);

- шахтными инструментальными наблюдениями за смещением вмещающих пород и нагрузками на крепи в подготовительных выработках в широком диапазоне горно-геологических и горнотехнических условий (свыше 10000 замеров);

- удовлетворительной сходимостью результатов расчетных и экспериментальных исследований на шахтах ( расхождение не превышало 20%);

- положительными результатами опытно-промышленной проверки и внедрения разработок на шахтах ОАО УК "Ленинскуголь", полученным экономическим эффектом;

- итогами реструктуризации организационной структуры системы управления действующих шахт ОАО УК "Ленинскуголь".

Научное значение работы заключается в установлении закономерностей проявлений геомехапических процессов и технологических взаимосвязей при механизированной выемке пологих пластов, которые могут быть использованы для формирования методологической базы обоснования направлений по повышению технического уровня, эффективности и безопасности горного производства в условиях рыночных отношений в экономике.

Научная новизна работы заключается в :

- установлении закономерностей изменения эффективности работы очистных механизированных комплексов различных типов от основных гор�