автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Разработка технологии и технических средств эффективной подготовки и отработки крутых пластов

РГ в од

1 о \шт -эм

На правах рукописи Сухоруксп Владимир Афанасьевич

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ЭФФЕКТИВНОЙ ПОДГОТОВКИ И ОТРАБОТКИ КРУТЫХ ПЛАСТОВ

Спсгшальцость:05.15.02-"ПОДЗЕМНАЯ РАЗРАБОТКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ"

АВТОРЕФЕРАТ

ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ ДОКТОРА ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК

Мосхва 1996

Работа выполнена в Сибирской государственной горно-металлургшеско академии (СибГГМА) и Кузнецком научно - исследовательском и просктно конструкторском угольном институте (КузНИУИ). Научный консультант: доктор технических наук, профессор В. Н. Фрянов. Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Катков Г. А.

доктор технических наук, профессор Стариков А. В.

доктор технических наук, профессор Кузнецов Ю. Н.

Ведущая организация - научно-производственное объединена

"Прокоггьевскгидроуголь".

О/* , . / Ц>

Защита состоится Х- (С<, {<)% г в /-£ часов на заседали

диссертационного совета Д.053.20.01 при Московском государственно

открытом университете по адресу: 129805, г. Москва, ул. Павла Корчагина, 2.

в ауд. ^

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московско! государственного открытого университета.

О ?

Автореферат разослан "■¿-7' г.

Ученый секретарь диссертационного совета докг. техн. наук, проф.

Захаров Ю. Н.

Общая характеристика, работы

Актуальность проблемы.

Разнообразие горно-геологачссккя: условий залегания крутых пластов на шахтах ПрокотлБско-ХиселеЕсхого района Кузбасса обусловило, в настоящее время, необходимость применения большого количества систем разработки как с обрушением (90-93% добычи), так и с. закладкой выработанного пространства (7-10% добычи).

Несовершенство применяемых систем разработки с обрушение« кровли предопределяет низкие технико-экономические показатели, в т. ч. высокие потери угля (30-50%), что приводит к интенсивному росту ■ глубины ведения горных работ, интенсификации проявлений горного давления, увеличению степени пожароопасности и др. Одним из способов ведения горных работ, устраняющих леретасленные недостатки систем разработки с обрушением, является закладка выработанного пространства, которая позволяет, с одной стороны, сохранить земную поверхность от разрушения, а, с другой стороны увеличить коэффициент извлечения до 0,9. Кроме того, применение закладки повышает эффективность 'отработки особо мощных (более 7 м) крутых пластов без оставления угольных целиков.

Однако из-за отсутствия эффективной техники и технологии подготовки и отработки крутых пластов применяемые системы разработки с обрушением кровли и закладкой выработанного пространства характеризуются высокой себестоимостью угля, что приводит к снижению рентабельности шахт в целом. Значительные затраты также возникают из-за проведения большого объема подготовительных выработок различного назначения. В Прокопьевске-Киселевском районе их проводится более 200 км в год.

Подготовительные выработки при отработке крутых пластов, как правило, проводятся буровзрывным способом, который характеризуется низкими темпами проведения, высокой трудоемкостью и опасными условиями труда. Особенно это характерно для восстающих выработок. Поэтому выбор средств механизации для проведения восстающих

выработок, их создание, исследование конструктивных параметров режима работы янипотся одним из аспектов одной и той же актуально, проблемы - проблемы безопасной и эффективной. отработки крутых пластов

Другой' причиной низкой рентабельности шахт, отрабатывающих круты пласты, является недостаточный уровень механизации _ горных работ, чт следует объясшггь отсутствием фуцдамешадышх исследокашс закономерностей взаимодействия щдрофицированных крепей с вмещаю нас массивом в горизонтальных слоях, изменением силовых параметре механизированных крепей, а также проявлением горного давления связанных с разработкой новых технологий для отработки крутых пласто: с закладкой выработанного пространства.

Перечисленные причины приводят к высокой трудоемкости, опаень» условиям труда при очистных и подготовительных работах на крутьп пластах, что является следствием недостаточности и отсутствия комплекс: теоретических исследований технологических схем подготовки и отработю крутых пластов и научного обоснования параметров технологий и среден механизации.

В связи с вышеизложенным, создание технологических схем интенсивно! и безопасной подготовки и отработхи крутых пластов на основ! комплексных теоретических исследований геомеханических 1 технологических процессов и разработки новых типов оборудования позволяющих максимально нейтрализовать негативные факторы, присуши« крушм пластам, и за счет этого снизить затраты по добыче угля является актуальной научной проблемой, имеющей важное значение дш угольной промышленности в современных рыночных условиях.

Исследования проводились в рамках плана научно-исследовательски? работ Минуглепрома СССР (1970-1995 гг.) по тематике КузНИУИ прь непосредственном участии и под научным руководством автора.

Целью работы является повышение эффективности разработки круты> угольных пластов на основе установленных геомеханическю закономерностей, а также разработанных технологических решений и технических средсга

Идея- работы заключается в использовании механизма взаимодействия геомеханических и • технологических процессов с новыми комплексами оборудования для научного обоснозания технологических решений и параметров технологии подготовки и отработки крутых пластов.

Задачи исследований:

- разработать концепцию системного технического перевооружения угольных шахт - Прокопьевско-Киселевского района, основу которой составляют эффективные технологии подготовки и отработки круп.« пластов! а также новые конструкции оборудования;

- установить закономерности влияния горно-геологических 15 горнотехнических факторов на параметры технологии проведения восстающих выработок и создать высокоэффективные технологические схемы и средства механизации;

- установить закономерности формирования и проявлений горного давления при проведении монтажных камер в горизонтальном слое и разработать технические требования к конструкции механизированного комплекса;

- установить силовые и конструктивные параметры пздрофицированной крепи и создать механизированный комплекс для проведения монтажных камер в горизонтальном слое;

- установить характер проявлений горного давления при отработке мощных крутых пластов горизонтальными - слоями с закладкой выработанного пространства;

- установить силовые и конструктивные параметры гидрофицированной крепи и создать механизированный комплекс для отработки особо мощных крутых пластов горизонтальными слоями с закладкой выработанного пространства;

- разработать эффективные технические решения для технологии очистных работ гидравлическим способом с закладкой выработанного пространства и создать герметачную крепь для скатов;

- разработать программу расчета параметров и выбора технологически схем на ЭВМ с учетом горна-геологических и горно-технических условий а также оптимизации технико-экономических показателей с помощьк операционно-вычислигельното графа производительности труда рабочего.

Методы исследований. В работе использованы комплексный анали; существующего опыта подготовки и отработки крутых пластов Кузбасса, ; также обобщения ранее выполненных работ по изучаемой проблеме.

Моделирование горных процессов на эквивалентных материалах лабораторные и стендовые испытания а также, экономико-математическое моделирование. Натурные эксперименты в производственных условиях < использованием апробированных и специально разработанных методик.

Научные положения, выносимые на защиту:

Перевод шахты на новый технико-экономический уровень достшаетс* созданием высокоэффективных технологий подготовки и отработки крутъп пластов, включающих технологические схемы, буровые инструменты ! машины для проведения восстающих выработок, механизированны« комплексы для подготовки монтажных камер в горизонтальных слоях, ; также технологии отработки горизонтальных слоев и выемки крутъп пластов гидравлическим способом, с закладкой выработанного пространства.

Высокоэффективная подготовка крутых пластов обеспечиваете; применением технологических схем с использованием бурового способ: проведения восстающих выработок, путем создания мощных буровы. машин с дистанционным наращиванием штанг, надежного буровой инструмента и технологии безлюдного крепления скважин, а также к адаптации в широком диапазоне горно-геологических и горно-техничеекк условий.

Эффективность и безопасность работ при проведении монтажных каме) в горизонтальном слое обеспечиваются за счет применения выемочно! машины, забойного конвейера и гадрофтированной крепи, причев силовые и конструктивные параметры последней определяются с учете? проявления - горного давления, горно-геологических и горно-техничеекк

факторов, а при мощности пласта более 7 и компоновка комтагекса остается неизменной.

Эффективность применения механизированного комплекса в монтажной' камере горизонтального слоя обеспечивается за счет научно обоснованных силовых гораметроб гадрофицированной крепи с учетом закономерностей проявления горного давления и работы системы "крепь-шит-вмещаюпяга массив", причем смещение потолочины и нагрузки на секции крепи линейна зависят от мощности отрабатываемых пластов, крепости угля и боковых пород, а также горло-технических условий.

При отработке мощных крутых пластов горизонтальными слоями по падению пласта точка максимума давления закладки на крепь волнообразно перемещается за очистным забоем по простиранию, причем - по мощности пласта распределение давления характеризуется параболической формой с максимумом, смещенным к почве пласта.

На закономерность формирования и проявления горного давления на гидрофицнрованную крепь при слоевой отработке мощных крутых пластов существенное влияние оказывают: глубина разработки, мощность пласта, угол падения и устойчивость боковых пород, при этом нормальное давление со стороны пород кровли на закладочный массив экспоненциально возрастает при увеличении размеров выработанного пространства

При гидравлической отработке крутых пластов с закладкой выработанного пространства обязательным элементом технологических схем является щитовое перекрытие поступательно и принудительно перемещающееся за очистным забоем, а таххс камеры, отрабатывающиеся в шахматном порядке, причем при механопадравлической выемке возможно применение крепления забоя или твердеющей закладки, а при гидравлической закладке необходима герметичная крепь для скатов.

Повышение эффективности и улучшение технико-экономичсских показателей щахт, отрабатывающих крутые пласты, обеспечиваются за счет реализации концепции по технической и технологической перестройке предприятий в сторону приоритетного развития высокопроизводительных.

&

ресурсосберегающих к экологически -чистых производств угля, 4 причем выбор параметров технологических схем производится по разработанной программе, включающие 1 технологические схемы проведения восстающих выработок буровым способом, монтажных камер в горизонтальном слое с применением механизированною комплекса, а также отработку мощных крутых пластов горизонтальными слоями и гидравлическим . способом с закладкой выработанного пространства, , адаптированных в широком диапазоне горно-геологических и горно-технических условий.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и научных рекомендаций подтверждаются:

- достаточностью объемов наблюдений в шахтных условиях, на палнеразмерных стендах, обеспечивающих получение результатов исследований с погрешностью 10-15%;

- положительными результатами испытаний машин и механизированных комплексов в шахтных условиях;

- хорошей сходимостью результатов теоретических расчетов с результатами натурных экспериментов;

- положительными результатами внедрения на практике буровой машины БГА-2М, комплекса КС-4 для проведения скатов, герметичной крепи для скатов и расширителей обратного хода диаметром 1,3 м.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- разработке, концепции технического перевооружения действующих шахт Прокопьевска-Киселевского района, включающей структурную технологическую и техническую перестройку предприятий в сторону приоритетного развития высокопроизводительных, ресурсосберегающих и экологически чистых производств с использованием существующего, создаваемого и импортного комплекса оборудования;

- установлении закономерностей влияния горна-геолошческих и горнотехнических условий на технологию проведения восстающих выработок и запыленность воздуха в окрестности буровой машины, а также производственных процессов при проведении восстающих выработок на безопасность труда;

- уепшо&тешш закономерностей формирования и проявлений горного давления при проведен™ монтажных камер в горизонтальных слоях, а

также предельной мощности пласта, больше которой конструктивные

/

параметры и компоновка комплекса для проведения монтажных камер остаются постоянными;

установлении закономерностей изменений давления на гидрофицированную крепь монтажных камер с учетом горно-геологических и горно-технических условий, а также работы системы "крепь-щит-вмещаювций массив" и механизма образования вывалов угля на • сопряжен™ монтажной камеры с вентиляционным штреком;

- установлении закономерности влияния основных технологических факторов на характер проявлений горного давления . со стороны ■закладочного массива на крепь горизонтального слоя;

- установлении характера проявлений горного давления и взаимодействия гидрофииированной крепи с вмещающим массивом при увеличении размеров выработанного пространсгаа;

- разработке технологических схем выемки угля гидравлическим способом с закладкой выработанного пространства, включающих разделяющие перекрытия, перемещающиеся по простиранию и восстанию пласта, камеры, отрабатываемые в шахматном порядке, а для механогпдраатической выемки - использование гидрофииированной крепи, причем при гидравлической закладке, герметичной крепи для скатов (А. с. №1472673, N51670145, №1409759, №1642011, №1742489, №1550153, №1684531, №1476156, №1737119, №1728492, №1810526);

- обосновании эффективности концепции технического перевооружения действующих шахт Прокопьевско-Киселевского района в сторону приоритетного развития высокопроизводительных, ресурсосберегающих и экологически чистых производств угля и использования существующего, создаваемого и импортного комплекса оборудования, адаптированного в широком диапазоне горно-геологических условий.

Практическое значение работы состоит в том, что проведенные исследования позволяют:

ю

Внедрить высокоэффективную технологию подготовки и огработю крутых пластов на' шахтах Прокопьевско-Киселевского района включающую: буровые машины для проведения 'восстающих выработок п< углю и породе, механизированный комплекс ддя подготовки монтажно) камеры в горизонтальном слое и отработки горизонтальных слоев технологии выемки угля гидравлическим способом с закладко! выработанного пространства, а также программу выбора параметра технологических схем с учетом горно-теологических и горно-техническш условий.

Создать высокоэффективные технологию и технику для ггроведешу восстающих выработок по углю и породе в условиях шахт Прокопьевско-Киселевского района, обеспечивающие увеличение производительности трудг в 5-6 раз и повышение безопасности работ.

Внедрить механизированный комплекс для проведения монтажных каме{. в горизонтальном слое, обеспечивающий безопасные условия труда при монтаже щитов, гибких перекрытой и механизированных агрегатов, работающих по падению пласта.

Создать механизированный комплекс для отработки крутых пластов горизонтальными слоями с закладкой выработанного пространства и установить основные силовые параметры гидрофицированной крени.

Внедрить технологические схемы отработки крутых пластов гидравлическим способом с закладкой выработанного пространства, обеспечивающие увеличение производительности труда в 2-3 раза и повышение безопасности работ.

Внедрить программу расчета параметров и выбора технологических схем на ЭВМ с учетом горно-геологических и горно-технических условий, а также операционно-вычислигельный граф производительности труда рабочего. .

*

Личный вклад автора состоит в следующем:

-разработке концепции технического перевооружения действующих угольных шахт Прокопьевско-Киселевского района, основу которой

и

составляют эффекпгг.ные технологии подготовки и отработки крутых пластов, а также новая конструкция оборудования;

-разработке технологических схем проведения восстающих выработок буровым способом при пластовой и полевой подготовках с использованием комплекса проходческого оборудования, включающего: мощную буровую манит у для проведения восстающих выработок по породе; буровую машину с дистанционным наращиванием штанг для бурения скважин диаметром 1,5 м по углю; а также средства механизации и технологию для безлюдного крепления скважин;

-установлении закономерностей формирования и проявлений горного давления при возведении монтажных камер в горизонтальном слое на шахтах Прокопьевске-Киселевского района и разработке технических требований и конструкции механизированного комплекса;

-обоснован!«! параметров механизированного комплекса для проведения монтажных камер в горизонтальном слое и установлении закономерности проявлений горного давления на профилированную крепь;

-установлении влияния основных технологических факторов на характер и параметры проявлений горного давления при отработке крутых пластов горизонтальными слоями с закладкой выработанного пространства;

-установлении силовых параметров пщроф ицирован н ой крепи для отработки крутых пластов горизонтальными слоями с закладкой выработанного пространства;

-разработке технологических схем выемки угля из крушх пластов гадравличсским способом с закладкой выработанного пространства и создании герметичной тюб1шговой крепи для скатов;

-разработке программы расчета параметров и выбора технологических схем на ЭВМ с учетом горно-геологических и горно-технических условий, а также оптимизации технико-экономгческих показателей. Реализация работы.

Научные принципы и выводы, полученные в результате проведенных исследовашга при испытании расширителей обратного хода диаметром 1.3 м

на шахтах им. Калинина, "Красный утлекоп", - вошли в техническое задание на унифицированный ряд инструмента для бурения скважин по углю 0 45-1500 мм. Технические решения по конструкции

шламоотводящего устройства, патрона и кассеты использованы е обосновании по созданию буровой машины с дистанционным наращиванием штанг. Опытный образец машины прошел промышленные испытания на шахте им. Калинина АО "Прокопьевскуголь".

Исследования, проведенные при испытании комплекса проходческого оборудования КС-4 и крепи для скатов на шахтах Прокопьевско-Киселевского района, вошли в дополнение к техническому заданию на серийное проектирование комплекса. Разработано обоснование и рабочие чертежи на проектирование комплекса оборудования для проведешь скатов по породе по схеме "снизу вверх тупиковым забоем или пс скважине".

Результаты проведенных исследований за работой буровых мапщн воппп; в техническое задание на проектирование буровой машины БГА-2М. серийно выпускаемой Анжерским машзаводом. . Предложенная авторов технологическая, схема проведения восстающих выработок по углю * породе буровым способом использована в обосновании па создание мощное буровой машины для бурения восстающих выработок по породе в условия; Прокопьевско-Киселевского района.

Основные положения работы, проведенные исследования и практические рекомендации по выбору силовых параметров гидрофицированной креш для проведения монтажных камер прошли успешную проверку пр! испытании экспериментального и опытного образцов комплекса па шахта? АО "Прокопьевскуголь".

Результаты проведенных в шахтных условиях и на моделях и: эквивалентных материалов исследований конструктивных и силовьп параметров комплекса горизонтальных слоев с закладкой вошли I техническое задание на проектирование комплекса КГСЗ. Испытали! опытного образца комплекса прошло на шахте "Коксовая" АС "Прокопьевскуголь ".

Согласна .приказу МУП СССР №164 от 27.07.88 г. на основании проведенных исследований разработаны технические предложения по созданию техники и технологии для выемки угля гидравлическим способом с закладкой выработанного пространства.

Результаты проведенных исследований использованы при разработке рабочих чертежей и испытании на стенде герметичной крепи для скагов.

Апробация работы.

Основное содержание работы, а также отдельные ее положения и разделы обсуждены и доложены на ученом совете КузНИУИ (1970-199! гг.), техническом Совете АО "Прокопъевскуголь" (1973-1986 гг.), Всесоюзной школе молодых ученых и специалистов угольной промышленности (1975 г, г Нарва-Эстония), 4-й Московской научно-технической конференции молодых ученых и специалистов угольной промышленности, посвященной 50-летию присвоения комсомолу им. В. И. Ленина (1974 г"), международной выставке-ярмарке "Уголь России" (23-26 апреля, г. Новокузнецк, 1996 г.), конференциях, семинарах при КузПИ, СМИ, а также на расширенных технических совещаниях Анжсрского мапгзавода, Скуратовского завода, институтах ДонУГИ, ИГД им. А. А. Скочинского, ЦНИИПодземмаш, на , шахтах "Зиминка", им. Калинина, "Тайбинская", "Красный угаекоп" (1975-1993 гг.).

Публикация.

Основные положения диссертации опубликованы в 30 . статьях и 20 авторских свидетельствах по теме диссертации.

Объем и структура диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы из 175 наименований и содержит 288 страниц машинописного текста, в т. ч. 29 таблиц и 70 рисунков.

Диссертация выполнена в КузНИУИ, СибГГМА и на шахтах АО "Прокопьевскуголь " в 1970-1995 гг.

Автор выражает глубокую благодарность коллективам лабораторий "проведения восстающих выработок" и "отработки крутых пластов с

закладкой выработанною пространства" КузНИУИ за оказанную помощь I проведении шахтных экспериментов, а также кафедре ''Разработки пластовых месторождений" СибГГМА при работе над теоретической частью диссертации.

1. Основное содержание работы

Прокопьевско-Киселевский район Кузбасса является одним из самых сложных в горно-геологическом отношении районов и характеризуется резким изменением параметров залегания и структуры пластов, а также значительной их нарушенностью.

В свитах крутых пластов, склонных к самовозгоранию и выделению метана (от 0 до 50 м3 на тонну), сосредоточено 78% всех запасов. угля.

Высокий уровень застроенности поверхности горных отводов требует оставления больших запасов в угольных целиках. В связи с этим коэффициент извлечения угля составляет 0,4-0,5.

Основными системами разработки крутых пластов с обрушением кровли являются: щитовая (ЩО); комбинированная с гибким перекрытием (КГП); подэтажная гидроотбойка (ПГО); подэтажными штреками с обрушением (Г1ШО); длинными столбами по простиранию (ЦСО) и системы разработки с закладкой выработанного пространства - короткими полосами по простиранию с гидравлической закладкой выработанного пространства (КПГЗ); наклонными слоями с гидро закладкой (НСГЗ); поперечно-наклонными слоями с гидрозакладкой (1ШСГЗ). Системами с обрушением добывается 93% угля и 7% - с гидравлической закладкой выработанного пространства.

На долю щитовой системы разработки приходится более 30% всей добычи шахт района. Большой объем применения щитовой системы разработки обеспечивается за счет отсутствия трудоемких процессов крепления призабойного пространства. Это достигается применением щитовых перекрытий, которые монтируются в монтажных камерах

горизонтального слоя и затем перемещаются . вслед за подвиганием очистного забоя.

На пластах мощностью до 6 м монтажные камеры проводятся широким забоем по простиранию, свыше 6 м - узкими забоями-заходками вкрест простирания пласта. Трудоемкость проведении монтажных камер и монтажа щитов, отнесенная к 1т запасов выемочного поля, составляет 35-50% от трудоемкости в целом по системе и выражается уравнением

Т' (L - 2п)

&

где Т'р - трудоемкость проведения 1 м монтажной камеры с учетом монтажа шитового перекрытия, чел .-смен; L - длина выемочного поля (200-500 м); п - количество межстачбовых целиков в выемочном поле: Р - ггроизводитеяьностъ пласта, т/м2; Ь, - высота этажа, м.

Наряду с большой трудоемкостью, процессы крепления, выемки и транспортировки угля в монтажной камере связаны с травмированием рабочих. Анализ травмирования рабочих в монтажных камерах, выполненный по производственному объединению "Прокопьевскуголь", показал, что из числа несчастных случаев 31,9% связаны с вывалами кусков угля или породы, 21,5® - с падением людей в печи при вьпрузке горной массы и 46,6% - от обрушения крепи.

Существующие типы механизированных комплексов для отработки пологих пластов мощностью 1,5-3,5 м, по некоторым конструктивным особенностям не могут быть использованы в монтажных камерах горизонтального слоя. Поэтому для обеспечения, безопасных условий труда требуется изыскать новые средства механизации трудоемких процессов крепления, выемки и транспортировки угля.

Несмотря на большой объем исследований вопросов взаимодействия механизированных крепей с вмещающим массивом, для • выбора силовых параметров гидрофицированной крепи монтажной камеры горизонтального

слоя необходимы дополнительные исследования проявлений горного давления.

Существенный вклад в проведение исследований, создание и совершенствование средств механизации для проведения монтажных камер в горизонтальном слое внесли Н. С. Арсенов, А. Т. Князев, В. В. Никитин, Л. П. Томашевский, В. Д. Трофимов, А И. Щербаков и др.

В последнее время наряду с щитовой системой, широко применяется система разработки подэтажными штреками с обрушением (ПШО).

Превалирующее применение систем разработки с обрушением кровли (более 90%) из-за многочисленных недостатков привело к снижению эффективности эксплуатации месторождения.

Одним из - рациональных технических решений по разработке месторождения, позволяющее исключить, или значительно уменьшить недостатки применяемых технологий с обрушением, является добыча угля с закладкой выработанного пространства. Актуальность применения системы разработки с закладкой особенно возрастает для выемки угля из мощных крутых пластов (более 7 м) горизонтальными слоями.

Применение систем разработки горизонтальными слоями с закладкой выработанного пространства началось в 1951-1952 гг.

Опыт работы показал ее универсальность, т. е. возможность применения при различных мощности и углах падения пластов, крепости и устойчивости боковых пород, в т. ч. сильно нарушенных замковых участков пластов, антиклинальных и синклинальных складок. В 1950 гг. система разработки характеризовалась низкой производительностью очистного забоя ' (4 т/вых.), высоким расходом лесных материалов (70-80 м3/1000 т) и большим объемом подготовительных работ (70 м/1000 т).

С целью устранения перечисленных недостатков в опытном порядке применялись средства механизации: комбайн ВОМ-2М и передвижные крепи KJII3 и МКГСЗ в сочетании с пневматической закладкой выработанного пространства.

Совершенствование технологии и создание новых средств механизации для разработки крутых пластов с закладкой выработанного пространства

базируются на результатах исследований, выполненных КузНИУИ, ИГД им. А. А. Скочинского, ИГД СО АН СССР, ВНИМИ, ВостНИИ, и ,тр. Исследования отражены в работах Н. С. Арсенова, И. И. Барсукова, Р. А. Бирюкова, Н. И. Бескова, Г. И. Грицко, Н. Ф. Зиглина, А. А. Кузькина, А. И. Петрова, - Н. П. Разумняка, Ю. А. Рыжкова, С. Г. Слоника, А. П. Широкова, Н. И. Якошхева и др.

Недостаток системы разработки с закладкой - высокая себестоимость угля.

В настоящее врем на пластах со сложными горн о - геоло п тчес к ими условиями успешно применяете ¡г гидравлическая технология отработки (ПГО).

Гидравлическая технология, основанная на едином энергоносителе, характеризуется малооперационностью, высокой энерговооруженностью и надежностью, использованием элементов безлюдной выемки угля, наличием в технологаческой схеме гибких элементов с возможностью оперативного регулирования параметров систем разработки, а также соответствует основным требованиям, предъявляемым к технологии нового технико-экономического уровня.

Наиболее ценный вклад в разработку научных основ высокопроизводительной технологии добычи угля гидравлическим способом внесли В. С Мучник, Б. А. Теодорович, Н. Ф. Цяпко, Ф. П. Бублик, А. Е. Гонгов, Г. И. Гркцко, В. И. Фрянов, Г. П. Тимошенко, А. А. Агрушхевич и др.

Основные недостатки технологии - высокие потери угля и снижение крупности утля при гидротранснорте.

Анализ применяемых систем разработки на пластах крутого падения показал, что все системы имеют один общий недостаток - высокая себестоимость угля, в структуре которой преобладают затраты на проведение большого объема восстающих выработок, которые характеризуются низкими темпами проведения и опасными условиями труда.

Проблема обеспечения безопасности рабочих при проведении восстающих , выработок вызывает необходимость комплексного исследования вопросов бурения и крепления скважин. В разной степени проблема отражена в работах учебных, научно-исследовательских и гфоектао-конструкторских

институтов, а также ряде заводов угольного машиностроения. Большой вклад в развитие различных способов проведения восстающих выработок внесли: О. Д. Алимов, В. А. Акулов, А. А. Алексиков, Н. С. Арсенов, И. Д. Богомолов, В. Н. Великанов, В. Ф. Горбунов, Т. Ф. Горбачев, Б. И. Кутузов, В. Г. Кожевни, Н. Ф. Логунов, П. Ф. Лукьянов, М. С. Сафохин, М. М. Смолин, А. Ф. Суханов, А. Я. Устюжанин, В. С. Федоров и др.

Исследования ученых, направленные на решение задач по эффективной отработке крутых пластов, послужили основой для настоятцей работы и предопределили главные направления научного поиска. Анализ литературных и патентных материалов дает основание констатировать, что выполненные теоретические и экспериментальные исследования расширяют представление только о механизме формирования нагрузок на межгоризонтный целик. Данные же о закономерностях распределения нагрузок на крепь горизонтального слоя отсутствуют. Отсутствуют и эффективные технологические схемы отработки крутых пластов.

Существующие исследования и способы проведения восстающих выработок не обеспечивают безопасность "работ при осложняющихся горно геологических условиях, так как не предусматривают дистанционное наращивание штанг, безлюдное крепление скважин и т. д.

В связи с этим, для решения поставленной проблемы была разработана концепция системного технического перевооружения угольных шахт Прокопьевско-Киселевского района, основу которой составляют эффективные технологии подготовки и отработки крутых пластов, а также новые конструкции оборудования.

2. Концепция и методология создания эффективных технологий подготовки и отработки крутых пластоа

Развитие Прокопьевско-Киселевского района Кузбасса в условиях рынка должно строиться на основе принципиально новой концепции, сущность которой должна сводиться к стабилизации потребления всех основных

видов ?меющихся ресурсов. Этой стабилизации можно добиться за счет внут{)!шрошводств'5шюш перераспределения ресурсов и выделения большей их доли для решения тех задач, где ожидается максимальная экономическая отдача, или же серьезной структурной технологической и технической перестройкой шахты в сторону приоритетного развтия высокопроизводительных, ресурсосберегающих и экологически чистых производств угля.

Из анализа применяемых систем разработки на кругом падении установлено, что с экологической точки зрения наиболее приемлемыми являются системы разработки с закладкой выработанного пространства, а высокопроизводительной и ресурсосберегающей - гидравлическая добыча угля. При этих системах разработки подготовительные выработки проводятся буровзрывным способом, который характеризуется низкими темпами проведения, высокой трудоемкостью и опасными условиями труда. Особенно это характерно при проведении восстающих выработок.

Поэтому разработанная автором концепция сводится к системному техническому перевооружению угольных шахт Прокопьевске-Киселевского района, основу которой составляют эффективные технологии подготовки и отработки крутых пластов, а также новые конструкции оборудования.

Реализация концепции достигается:

- разработкой технологических схем безопасной подготовки выемочных, участков и создание для этого новых средств механизации проведения восстающих выработок;

- подготовкой монтажных камер в горизонтальном слое с применением механизированного комплекса и использованием этого комплекса для отработки горизонтальных слоев с обрушением и закладкой выработанного-пространства;

- разработкой новых технологических схем отработки крутых пластов гидравлическим способом с различными видами закладки;

- совершенствованием применяемых систем разработки в направлении обоснования их параметров, снижения расхода материалов, аварийности забоев, а также повышения безопасности работ.

В качестве основного методического направления принят комплексный метод исследований, включающий в себя обобщение опыта и анализ предшествующих научных исследований, лабораторные и производственные эксперименты, а также моделирование н статистическую обработку полученных результатов.

Для установления силовых параметров гидрофицированной крепи и закономерностей проявлений горного давления проведены исследования на моделях из эквивалентных материалов. .

Отработка трех моделей производилась горизонтальными слоями в нисходящем порядке с применением механизированного комплекса.

На первой плоской модели устанавливались зоны разлома кровли и интенсивность ее смещения, а также деформация межгоризонтного целика. Выемка угля и закладка выработанного пространства производились вкрест простирания (заходками от почвы к кровле пласта).

На второй плоской модели отработка осуществлялась аналогично перЕой, с той . лишь разницей, что в выявленных зонах интенсивного сдвижения кровли были установлены специальные датчики для определения величин напряженного состояния вмещающих пород. .

Третья плоская модель отрабатывалась с помощью модели крепи . комплекса, работающего по простиранию пласта. Длина модели 2 м, что в натуре составляло 100 м длины выемочного участка по простиранию.

Натурные эксперименты проводились в производственных условиях с использованием апробированных и специально разработанных методик.

Реализация задачи по установлению конструктивных " и силовых параметров, на основе исследований закономерности проявлений горного давления при подготовке и отработке крутых пластов, обеспечила выполнение первого этапа решения проблемы создания новых средств механизации очистных и подготовительных работ.

3. Игследс&шгее проянлесий горного давления црв подготозке и отработке крутых пластов в сложных природных условиях

Создание технологии и техники для разработки крутых пластов в сложных природных условиях во многом зависит от полноты знаний и учета геомеханических процессов, происходящих в горном массиве. Исследованиями установлено, что при механизированной выемке угля под шитом, • суточные величины деформаций восстающих выработок не превышают 0,9-1,3 мм, а при буроазрывной - увеличиваются на 40-48%. Смещения контурных реперов по нормали к напластованию в 1,5-2 раза меньше глубинных, а по напластованию наблюдается расдшрение выработки.

В горизонтальных выработках наблюдается интенсивное действие эксплуатационного опорного давления, которое с приближением очистного забоя активизируется. Особенно опасные ситуации при этом возникают в монтажных, камерах горизонтального слоя.

Исследования проявлений горного давления при проведении монтажных камер в горизонтальном слое проводились в наиболее типичных условиях залегания мощных крутых пластов района. Исследованиями установлено, что на проявление горного давления в камерах существенное влияние оказывают мощность пласта, крепость угля, устойчивость боковых пород, площадь обнажения потолочины, жесткость крепи.

С увеличением мощности пласта увеличиваются пролет выработки вкрест простирания и площадь обнажения потолочины, а вместе с тем и давление на крепь камеры. Влияние мощности пласта особенно сказывается на линии опорной крепи, установленной по секции щита в 6-7 м от забоя, где максимальные величины смещения потолочины при мощности пластов 6, 8 и 10 м соответственно составляли 58, 75 и 97 мм, а нагрузки -100, 140 и 190 кН/м2.

Крепость угля при прочих равных условиях существенно влияет на величину смещения потолочины в процессе подготовки щитовых перекрытий. При слабых, неустойчивых углях максимальные нагрузки

отмечены на расстоянии 4-6 м от межстолбового целика, ггри углях средней крепости - 6-10 м и при крепких - 10-12 м.

При проведении камер устойчивые породы кровли играют роль мостов, которое могут воспринимать давление вышележащих менее устойчивых пород, опираясь на угольную потолочину и массив. Установлено, что с увеличением прочности вмещающих пород и крепости угля смещение кровли и нагрузки на крепь уменьшаются и в 6-7 м от забоя при 3 типе кровли, крепости угля / = 1,5 составляют 25 кН/м2, в то время как при 1 типе кровли и слабом угле они составляют 80 кН/м2. При этом величина смещения соответственно изменяется от 26,5 до 64 мм.

В результате исследований установлено, что распределение максимальных нагрузок на крепь камер со стороны потолочины и кровли пласта выражается уравнениями множественной связи. Для крепи сопряжения камер со штреком:

Рс=6,7т:480Г+206с-ь-72; (2)

НрО^т-Ю^+Ше-ь+М (3)

Для крепи кауер:

Рк= 12,8т-46,112,1Ь+77, 5&-34,2; (4)

Нк=6,91т-38,4Г+8,91.-18,68-12,2 ' (5)

Для крепи борта камер со стороны кровли пласта;

Рб=4,ЗГ+15Ь+85в-0,бя-30; (6)

Нб=48,6Г+5ДЬ-116,3£-9)0с+78,5 (7)

где Р - давление на крепь, кН/м2; Н - смещение массива, мм; т - мощность пласта, (6-10 м); f - коэффициент крепости угля (0,5-1,5); Ь - расстояние от забоя рассечки (0-6 м); £ - жесткость крепи (2,0-7,5 кН/м2/мм);

ст - временное сопротивление пород сжатию ( 1 тип кровли-15-50 МПа, 2 тип-50-100 МПа, 3 тип - свыше 100 МПа).

Нарастание нагрузок в камерах при отработке щитовых столбов обусловлено конкретной горно-геологической п горло-технической обстановкой, определяется близостью очистного забоя и расстоянием от границы выемочного поля. При отработке выемочного поля на задний квершлаг1 вследствие наложения эксплуатационного и остаточного опорного давлений в зоне исследуемого щитового столба нагрузки на крепь камер увеличиваются и появляются дополнительные микротрешияы, способствующие вывалам угля из потолочины.

После проведения вентиляционного штрека начинается процесс трещинообразования и разрушения массива угля вначале на контуре выработки, а е дальнейшем эти трещины и разрушения развиваются в глубь массива. По мере приближения забоя к наблюдательной станции образуются трещины, которые с уже имеющимися создают неустойчивую зону.

На основе проведенных исследований установлено, что механизированная крепь должна проектироваться для работы по простиранию пласта в комплексной связи с выемочной машиной, конвейерной линией, опережающей крепью сопряжения в штреке, монтажом секции ддата, с управлением потолочиной и кровлей пласта полным обрушением н обеспечивать:

- поддержание угольной потолочины и бортов выработки у кровли и почвы пласта с учетом максимальных нагрузок в рабочем пространстве;

- подхватывание потолочины и кровли при минимальном отставании верхняков и опорных плит крепи от забоя;

- перетяжку потолочины не менее 90%, бортов у кровли и почвы пласта не - менее 75%;

- полную защиту призабойного пространства от попадания обрушенных пород и угля со стороны выработанного пространства;

- приспосабливаемость к изменению длины забоя при колебании мощности пласта до ± 1 и;

- возможность монтажа дошхпнительных и демонтажа линейных секций крепи в случае изменения мощности пласта более чем на 1,5 м без длительных остановок работы комплекса;

- пркзабойное пространство, свободное от опорных гидравлических стоек, для размещения секции щита по всей мощности и по длине, равной 4 м по простиранию пласта, а также выемочно - транспортного оборудования у забоя.

Указанные требования вошли в техническое задание на проектирование опытного образца комплекса для проведения монтажных камер в горизонтальном слое.

Для создания работоспособной конструкции механизированного комплекса и рационального его применения в горизонтальных слоях с закладкой выработанного пространства на трех моделях из эквивалентных материалов определялись несущая способность и податливость поддерживающих элементов крепи в наиболее типичных горно-геологических и горнотехнических условиях залегания мощных крутых тагастов.

Характер сдвижения пород кроата и межгоризонтного угольного целика при отработке первой и второй моделей представлен на рис Л. Исследованиями установлено:

- при отработке первых слоев смещения кровли пласта носили плавный характер;

- интенсивное смещение пород кровли началось после отработки 4-5 слоев и составило 250 мм/сут; ^

- после отработки 5-6 слоев кровля сместилась на 3600 мм;

- при отработке 9 и 10 слоев смещения составили по 500 мм на слой;

- после отработки 13-14 слоев смещение кровли и уплотнение закладочного массива прекратились.

За весь период отработки моделей смещение кровли по нормали составило 3800 мм, что соответствовало усадке закладочного массива на 23% .

Деформация межгоризонтного целика началась после отработки четвертого слоя. При этом целик со стороны кровли пласта сместился по

Рис. 1'.Характер сдвижения пород крогиш и деформации межгоричонтнопэ угольного целика

падению на 750 мм. До выемки 8 слоя закладочный массив.. и межгоризонтный целик интенсивно перемещались по падению пласта. При отработке ^ 8, 9 и 10 слоев процесс разрушения угольного целика возобновился, а при выемке 14 слоя - закончился.

Общее смещение межгоризонтного угольного целика по падению пласта со стороны кровли пласта составило 4000 мм, в средней части - 1600 мм и у почвы - 400 мм.

Проведенные исследования вошли в техническое задание на изготовление опытного образца комплекса КГСЗ.

4.Исследоаапие и создание средств механизации проведения подготовительных выработок

На шахтах Прокопьевско - Киселевского района при применяемых системах разработки ежегодно проводится более 200 км подготовтельных выработок различного назначения.

За последние годы темпы проведения горизонтальных выработок малого сечения не увеличиваются. Это свидетельствует о том, что резервы буровзрывного способа почти полностью исчерпаны. Применение проходческих комбайнов пока не дает положительных результатов вследствие большого объема монтажно-демонтажных работ, недостаточной мощности привода исполнительного органа для разрушения крепких и вязких углей, а также сложности ведения комбайна в заданном направлении.

Для механизации основных процессов проходческого цикла КузНИУИ предложен комплекс проходческого оборудования, состоящий из проходческого комбайна с аккумулирующим -бункером, самоходной вагонетки, средств механизации возведения анкерной крепи, пылеподавления, а также монтажа и демонтажа оборудования. Такой комплекс позволит механизировать процесс проведения выработки на 80%.

Основным преимуществом рекомендуемых средств механизации является использование в качестве средств транспорта самоходной вагонетки,

позволяющей механизировать не только доставку горной массы из забоя, но и подачу материалов в забой. Кроме того, при массе самоходной вагонетки меньшей, чем масса става конвейера, снижаются за граты на монтажно-демезггажше работы.

Таким образом, если проблема проведения горизонтальных выработок в условиях Прокопьевска-Киселевского района решается за счет тзнедреияя комплекса проходческого оборудования, то проблема создания технологии и техники "проведения монтажных камер в горизонтальном слое, печей и скатов остается нерешенной, хотя при проходке последних возникает больше аварийных ситуаций и выше, чем в горизонтальных выработках трудоемкость работ.

Рациональные соотношения очистных и подготовительных работ должны обеспечивать необходимый уровень запасов угля, готовых к выемке, величина которых определяется заданным объемом добычи угля. Отставание подготовительных работ ведет к сокращению линии очистных забоев и снижению добычи угля, а опережение - к замораживанию средств и увеличению затрат на содержание выработок. Приравняв продолжительность подготовки и отработки выемочных падей получена необходимая средняя скорость проведения восстающих выработок, для конкретных горно-геологачсских условий.

V =___m

'Пр.ср-Е ] !

т 'обг чр*

т rrp. ср. г

где lof, в - общая длина восстают!« выработок для подготовки выемочного поля, м;

То - продолжительность отработки выемочного поля, мес; 1об.т - общая длина горизонтальны^ выработок для подготовки

выемочного поля, м; ^пр.ср.г - средняя скорость проведения горизонтальных выработок,

необходимых для подготовки нового выемочного поля, м/мсс; Zt - затраты времени на выполнение вспомогательных работ, мес.

Для обеспечения оптимальной скорости проведения восстающих выработок необходимы исследования и создание новых средств механизации, обеспечивающих безопасность работ и снижение себестоимости угля.

В настоящее время на шахтах применяются три основные схемы проведения восстающих выработок с выемкой горной массы буровзрывным способом, отличающиеся направлением и способом проходки. В зависимости от этого выбираются тип бурильного оборудования, вид транспорта, способ проветривания и водоотлива, способ крепления, степень совместной выемки утля и породы.

К. основным схемам проведения восстающих выработок немеханизированным способом с выемкой горной массы на ВВ относятся:

- по углю или по породе сверху вниз тупиковым забоем;

-по углю или по породе снизу аверх по скважине;

- по углю сверху вниз по скважине.

Для проведения восстающих выработок по схеме "сверху вниз тупиковым забоем" ЦНИИПодземмаш. и КузНИУИ разработан проходческий комплекс КС-4. Приемочные испытания двух опытных образцов комплекса проводились под руководством автора на шахтах Прокопъевско-Киселевского района согласно разработанным программе и методике. Исследованиями установлено, что применение комплексов при проходке скатов и шурфов дало возможность механизировать наиболее трудоемкий процесс горно-проходческою цикла - погрузку горкой массы. При этом производительность труда повысилась в 3-5 раз по сравнению с ручной погрузкой. Сократилось время на зачистку забоя.

В процессе испытаний измерялись: уровень. звукового давления; освещенность в забое и вибрация на рабочем месте машиниста. Средний уровень звукового давления при работе погрузочной машины по данным измерений составил 89 дБ. Виброскорость на рукоятках составила 0.5 м/с. Запыленность воздуха при погрузке горной массы - 16,2 мг/м3. Вместе с комплексом испытывалась металлическая крепь для скатов, предложенная автором. Исследованиями установлено, что с применением металлической крепи из спецпрофиля трудоемкость ее возведения сократилась на 27%.

ем не менее, скорость проведения скатов по .породе увеличилась [езначительно и составила 30-35 м/мес. На рудниках страны широко применяются проходческие комплексы для роведения восстающих по схеме "снизу" вверх тупиковым забоем или по кважине" (КПВ, КПК, КПРС, и др.). Скорость проведения восстающих ыработок с применением этих комплексов возрастает в 2 раза по равнению с достигнутой. .Анализ горно-геологических условий залегания рутых пластов показал, что успешно работающие на рудниках комплексы е смогут получить широкого применения на шахтах Кузбасса из-за арушенности месторождения , и необходимости создания источника невмоэнергии на шахтах. В связи с этим, автором предложен комплекс роходческош оборудования КЛОВ для проведения скатов по породе по scmc "снизу вверх тупиковым забоем или по скважине". Досгошгетва гой технологической схемы следуювдае:

- отбитая горная масса удаляется из забоя самотеком;

- отпадает потребность в водоотливе;

- упрощаются процессы крепления выработок.

В настоящее время разработаны рабочие чертежи на изготовление омплекса.

Для реализации третьей технологической схемы требуется эффективная уровая техника, так как применение ВВ для расширения скважин опряжено с опасными условиями труда.

Исследованиями КузНИУИ, КузПИ и Анжерского ' машзавода становлено, что для разбуривания скважин по углю на большой диаметр в

омплексе с буровыми машинами БГА-4 и БГА-2М целесообразно

/

римешпъ дисковые или резцовые расширители диаметром 1,3 м V с. №723115)

Испытания расширителей проводились под руководством автора на ихтах им. Калинина, "Черкасовская", "Красный углекоп". Исследованиями становлено, что скорость разбуривания скважин с дисковым расширителем озросла в 1,5 ' раза по сравнению с резцовым и на 20% снизилась нершемкость разрушения массива.

С применением расширителя диаметром 1,3 м площадь обрабатываемо: забоя также возросла в 1,5 раза, что привело к созданию расширителе большой массы (750 кг). Изменилась динамика работы бурового става при расширении скважин на пластах угля с наличием прослойков породных включений имели место случаи порыва буровых штанг. Все эт привело к возникновению аварийных ситуаций и снижению безопасност работ. Хрономегражные наблюдения показали, что на ликвидацию аварит связанной с обрывом бурового става, затрачивается .до 17% рабочег времени. Кроме того, отсутствие аварийного инструмента иногда приводи к тому, что буровой став вообще невозможно извлечь с помощью бурою! машины. ' В таких случаях для вскрытия инструмента проводя дополнительную выработку (сбойку), при этом затраты времени возрастают ; 3-4 раза.

Анализ аварий, связанных с обрывом бурового инструмента, проведенньп на шахтах Прокопьевско-Киселевского района (при одинаковой длин< скважин), показал, что количество обрывов по причине усталостно (X износа составляет 31,2%, а износа резьбового соединения 33,4% от всез случаев обрыва при бурении и расширении.

Многолетний опыт бурения скважин по угольным пластам показал, чтс длина скважин зависит в основном. от целевого назначения, горногеологических и горно-технических условий работы. На действующих шахтаэ Кузбасса, отрабатывающих штасш наклонного и крутого падения, вертикальная высота этажа составляет 80-100 м. При ушах наклона 55-65с длина восстающих выработок составляет 100-125 м. Однако, учитывая разделение этажа на подэтажи, фактическая длина восстающих скважин изменяется от 20 до 60 м. С увеличением длины объем бракованных скважин увеличивается и при длине 100 м и бсшес достигает максимального значения 20,6%.

Установлено, что при увеличении' диаметра расширяемой скважины с 1100 до 1300 мм, объем выбуренной массы угля увеличивается почта вдвое. Следовательно, для обеспечения свободного пропуска такого объема угля диаметр передовой скважины должен быть не менее 500 мм.

По условиям вентиляции скорость движения воздуха в выработках олжна быть не более 6 м/сек, что обеспечивается при площади сечения одовых печей не менее 1,5 м2 и для углеспускных печей - не менее 1 :2 в свету. При недостаточной площади сечения углеспускных печей величивается возможность их забушьания. Исследованиями установлено, го скважины диаметром 1,3 м, закрепленные тюбингами, практически не 1бучиваются.

В процессе испытаний расширителей проводились исследования >ракционного состава продуктов разрушения. По результатам сигового анализа гтановлено, что фракционный состав продуктов разрушения при бурении исковой шарошкой почти не зависит от усилия подачи, а зависит реимухцественно от шага резания. Отделение от массива кусков угля роисходит не за счет резания, а за счет скалывания. Поэтому при работе дискового расширителя мелких фракций было на 20-Ш меньше, чем у резцового. Запыленность воздуха у буровой машины гри отсутствии средств пылеподавления) на 33,5% меньше, чем при гботс с резцовым расширителем.

С увеличением крепости угая пылеобразовзние увеличивается, становлено, что запыленность воздуха уменьшается с увеличением состояния от буросбоечной машины и составляет 573 мг/м3 на расстоянии 8 м от машины и снижается до 87,5 мг/м3 на расстоянии 3-4 м. При изучении влияния усилия подачи на показатели процесса крушения установлено, что потребляемая мощность и крутящий момент ропорциональны усилию подачи. Усилие подачи зависит от конструкздаи фового инструмента, глубины его внедрения в шрный массив и т. д. Результаты проведенных исследований вошли в техническое задание на зосктирование буровой машины БГА-2М. Буровая машина серийно спускается Анжерским машзаводом.

При обследовании Госгортехнддзором буросбоечной машины БГА-4, ироко применяемой на шахтах района, был выявлен ряд недостатков, эторые заключаются в том, что эксплуатация машины требует большого зъема ручных вспомогательных операций по наращиванию и сокращению

бурового става, передвижке и установке машины, уборке бурового шла« от машины и т. д.

Проведенные, исследования показали, что машина БГА-4 по компоновке конструктивному исполнению ее основных узлов не приспособлена применению средств для дистанционного наращивания и сокращен!: бурового става. Требуется полное изменение конструкции компоновочной схемы машины, а также создание нового буровт инструмента.

На основании исследований автором предложены кассета да дистанционного наращивания штанг, буровой патрон и шламоотводяще устройство. Компоновочная схема и конструктивное исполнение основны узлов буровой машины определились кинематической схемой. Машин состоит из бурового става, бурового инструмента, кассеты да дистанционного наращивания штанг, шламоотводящего устройств; маслостанции, пульта управления, насоса орошения и средст передвижения (А. с. №883396, №717316, №757682, №889841). Разработан техническое обоснование на создание буровой машины Б-500-150 дистанционным наращиванием штанг. Опытный образец машины проше промышленные испытания на шахте им. Калинина А» " Прокопьевскуголь ".

Буровая машина может быть использована не только для проведши печей, но и скатов. Существующие же средства механизации дл проведения скатов по углю не исключают буровзрывные работы, кагоры характеризуются высокой себестоимостью, низкой производительностью большой травмоопасностью.

Технологическая схема проведения скатов по углю буровым способа] (рис. 2) исключает вышеописанные недостатки. Здесь вместо скат используются три скважины. Одна скважина диаметром 1,5 м проводите на всю высоту этажа с помощью новой буровой машины и используете-

Гйс. 2.Технологические схемы проведения восстающих выработок Суровым способом

как грузовая. Вторая скв&жина диаметром 1,3 м проводится параллель первой и используется в качестве ходовой. Для транспортировки ут параллельно первым двум выбуривается схвахина диаметром 1,3 ы промежуточного штрека.

Для полевой подготовки, на основании проведенных иселедоваш КузНИУИ и ЦНИИПодземмаша бьет разработан опытный образец буровс машины для проведения восстающих выработок 0 1,8 м по пород Машина прошла испытания на шахте им. Дзержинске АО "Прокопъевскуголь".

Автором предложена технологическая схема полевой подготовь выемочного участка (рис. 2), где восстающие по углю и породе проводят* буровым способом. Вначале бурится скважина 0 1,8 м по породе, заге две скважины 0 1,3 м по углю.

Первая скважина используется для транспортировки грузов, а две 'другие для транспортировки угля и передвижения людей.

Автором предложены новые способы крепления скважин без присутстви людей в выработке. Первый способ основан на опускании элементе крепи сверху шиз, с последующим их закреплением анкерами. Второ] способ предусматривает подачу тюбингов снизу вверх вслед з. расширителем специальной машиной, установленной на портальной раме.

Применение предложенных технологических схем и средств механизацш позволит обеспечить эффективную подготовку крутых пластов I значительно снизить себестоимость угля.

Известно, что большой объем восстающих выработок проводится щи. подготовки пластов к щитовой отработке, где помимо восстающий выработок, остаются не решенными вопросы с проведением монтажных камер в горизонтальном слое.

Группа инженерно-технических работников при непосредственном участии автора разработала механизированный комплекс для проведения монтажных камер в горизонтальном слое. Промышленные испытания экспериментального образца механизированного комплекса проводились на пшхтс "Зиминка" по пласту 4 Внутреннему мощностью 9-10 м с уголом падения 75°.

Из анализа полученных данных установлено, что производительность руда при проведении камер и монтаже щита с применением комплекса. «смотря на различные простои, связанные с освоением рабочими приемов забот и недостатками в организации труда, за время испытаний была «дне, чем при обычном способе, на 10-15%.

В ходе шахтных испытаний проводились исследования и гнетрументалькые замеры по определению реакций гидростоек, крепи, гачального распора _ стоек, прироста нагрузок за цикл, податливости идростоек, величины и скорости смещения кровли, а также изучение арактера обрушения потолочины камер и образования вывалов угля. Обработка результатов шахтных исследований методами математической татистики позволила получить уравнение, характеризующее изменение агрузок на передний ряд гщфостоек вкрест простирания пласта, вида:

Р=176.4-26.Э cos(2tc —)+20.5 sin (2л:—), кН/м2,* (9)

Пс пс-

где х - номер секции, считая первую за 0;

п,. - количество секций по мощности пласта. Фактические величины сопротивления крепи составили 1001130 кН/м2 для среднего ряда и 215-382 кН/м2-для заднего ряда крепи. Начальный распор задних гадростоек создавал предварительное гогатнение накатника, после чего накатник продолжал уплотняться под гйствием смещающейся потолочины. Бремя, в течение которого роисходшго его дальнейшее уплотнение, зависело от качества укладки акатника. Установлены основные критерии оценки качества укладки акатннка:

ко - коэффициент соприкосновения плоскостей брусьев накатника: kM - коэффициент плотности укладки щитового перекрытия; куц - коэффициент уплотнения накатника.

По результатам исследований построена номограмма для определения личины уплотнения при изменяющихся к,, Обработка данных

эзволила установить статистическую связь между ky¡, и нагрузкой на

гидростойку заднего ряда секции крепи. Эта связь, при корреляционное отношении 0,7, выражается зависимостью вида

ку^О.гс-^Р+О.? (ДО)

В системе "крепь-щит-вмещающий массив" одному конкретному значсник сопротивления крепи в любое время цикла соответствуют три величины просадка стойки, уплотнение накатника и смещение потолочины Известно, что роль крепи в призабойном пространстве камеры должнг сводиться к предотвращению расслоения потолочины, т. е. крепь должнг воспрепятствовать полному нарушению связи между отдельными частицам! угая и остальной частью массива.

На основе анализа результатов лабораторных, промышленных 1 теоретических исследований взаимодействия механизированной крепи с вмещающим массивом установлено, что начальный распор для заднего \ переднего рядов щцростоек должнен составлять соответственно 100-150 1 200-250 кН.

Силовые параметры крепи должны соответствовать следующим значениям со стороны потолочины - 150-100 кН/м2, со стороны кровли и почвь пласта - 100-120 кН/м2, со стороны выработанного пространства - 30-4( кН/м2, допускаемое удельное давление на почву слоя - 1,5 МПа, ш накатник щита - 1,0 МПа.

Силовые параметры крепи сопряжения определялись по максимальны» нагрузкам со стороны потолочины из расчета 80-90 кН/м поддерживаемой площади. Допускаемое удельное давление на почву штрек; - 1,2 МПа.

Снижение себестоимости 1 т угля при проведении монтажных каме{ механизированным комплексом достигается в результате экономш лесоматериалов и снижения трудоемкости работ.

В связи с тем, что скорость подготовки щитовых перекрыло увеличивается в 2-3 раза, снижаются затраты на поддержант вешшшционного штрека и пожароопасность пласта. Производитель) юси труда рабочих по забою увеличивается в 2 раза, капитальные затрать окупаются в течение 16 месяцев. Механизированный комплекс такж*

ожет быть использован для монтажа гибких перекрытий в горизонтальном тое и агрегатоЕ, перемещающихся по падению пласта. Монтажная камера с применением механизированного комплекса рсдставляет собой горизонтальный слой. Учитывая это, группа инженерно-5хнических работников КузНИУИ и АО "Прокопьевс кутать", при епосредетвенном участии автора, на базе экспериментального образца эмплекса разработала технологическую схему отработки мощного крутого паста горизонтальными слоями в нисходящем порядке.

5. Разработка техполопш н создание средств механизации для эффективной отработки крутых пластов

Важным фактором повышения производительности труда и снижения :бестоимости угля при отработке крутых пластов Прокопьевска-иселевского района является создание и внедрение новых технологий, )едств механизации и форм организации труда.

Поиск рациональных технико-технологических решений по отработке тастов крутого падения, отличающихся исключительно сложными агониями залегания, осуществлялся на базе оценки технологичности гсторождения, технико-экономического анализа способов и средств ¡зработкн пластов.

В результате этих работ установлено, что пласты мощностью до 3,5 м несообразно разрабатывать длинными столбами по простиранию (ДСО). ри буровзрывной выемке угля могут разрабатываться пласты с любым лом падения и любой складчатости. -

Для применения механизированных комплексов КПК и АК требуется адержанность элементов залегания пласта.

На пластах мощностью от 1,2 до 7 м' рекомендуется применять варианты иго вой системы разработки (АЩО, ЭШО, УСЩ, АЩМ, 2А1ЦН и др.)

Область прнменення вариантов щитовой системы разработки расширяете; на крутонахлоином гиастс с применением щитовых перекрытий ЩКС i ШРП.

Для разработки пластов мощностью более 5 м с углами падения свыхш 35° рекомендуется применять варианты технологии с КГЦ, а том числе с перекрытие^!, монтируемым в одной плоскости с гидродобычей. Нг нарушенных участках пластов мощностью 3,5 м целесообразно применят! варианты технологии с камерами.

Варианты технологии разработки с закладкой выработанной пространства следует применять на пластах, опасных по самовозгорании угля, под участками с 'потушенными пожарами, под охраняемыми объектами и т. д.

Необходимо применение закладки выработанного пространства npi отработке пластов со сложными горно-геологическими условиями ш значительных глубинах, а также в замковых складках.

Поэтому создание механизированного комплекса для отработки замковыэ складок и особо мощных крутых пластов горизонтальными слоями с закладкой выработанного пространства является актуальной задачей.

Для уточнения конструктивных и силовых параметров в 1979-1985 гг. по/ руководством автора проводились испытания механизированного комплекс: КГСЗ. Испытания проводились при отработке 1 и 3 горизонтальных слоех пласта Мощного, гор.-35 м шахты "Коксовая" АО "Прокопьевскуголь" Мощность пласта 16 м, угол падения 60°.

В результате проведенных исследований было установлено, что прг отработке 1 слоя (под угольным целиком) максимальное давление приходилось на 7-8 секцию крепи от кровли пласта и составляло 180-22С кН/м2. Уплотнение закладочного массива происходило с усилием 0,2 МПа Закладочная стенка формировалась под углом 75°. Уплотненный закладочный массив сохранял устойчивое положение после передвижения крепи. Однако массив обладал низкими компрессионными свойствами и не мог предотвратить процесс расслоения угольной потолочины слоя. В связи

зим происходило куполообразование за крепью и кооффициигг лолнения выработанного пространства снижался до 0,6'. Условия работы крепи при отработке 3 горизонтального слоя (кровля ;оя - закладочный массив' с гибким перекрытием) улучшились по )авнению с отработкой первого слоя.

Максимальные величины нагрузок на крепь смешались от середины к эчве пласта (рис. 3, кривые 3) и при дтггелыгых остановках комплекса ;о 10 суток) достигали 300 кН/м2. При движении комплекса со скоростью ,5-2,0 м/сут нагрузи! снижались до 150 кН/м2. Наклон крепи в сторону сработанного пространства составлял 5-7°. Причиной этого являлось шотнение штыба под задним рядом гвдростоск и шпкий начальный icnop- В связи с этим потолочина над гидрофицировашюй крепью вещалась на 150-175 мм.

Сдвижение кроши пласта по нормали после выемки 60 м 3 зризонтального слоя составило 100 мм (рис. 3, кривые 4). Скорости снижения кровли пласта в призабойной зоне составили 3-8 мм/сут, и в 3 м от забоя достигали 15 мм/сут, что указывало на низкую- полноту шолнения закладкой выработанного пространства. Коэффициент заполнения исладкой выработанного пространства составлял 0,7 и обуславливался брушением угольного целика у кровли пласта, оставленного в потолочине тоя при отработке 2 слоя и заполнением выработшшого пространства ородой и" углем.

Интенсивный рост давления на почву слоя наблюдался при отходе чистного забоя на расстояние 10-15 м. В дальнейшем прирост давления мсньшался и на расстоянии 25 м стабилизировался.

Нагрузки на крепь подготовительных выработок изменялись в пределах 00-180 кН/м2.

По результатам выполненного анализа исследований, проведенных в оризонтальных слоях с деревянным креплением и с механизированными репями (КШЗ, КМГЗ, КГСЗ), а также лабораторными исследованиями на юделях из эквивалеяпшх материалов сделаны следующие выводы:

ггшщшш шиш

1«. *(Щ + 1И) . кн/и' 1с, = (!! * 110). «„/„•

* 31) . ** к? = (|0 *п). мм

КШШШИ ШШРН

и,- (¡43 * М1), к"/мг

I»«.' (и * ня; (И - 148). *»/*• (51 - И) .

Рис.3. Характер распределения деформации потолочины, кровли

пласта^нагрузок на крепь горизонтального слоя

- при выемке горизонтального слоя требуется максимальная полнота итолнения выработанного пространства;.

- гибкоге перекрытие необходимо монтировать в каждом слое и алкеровать о к почве и кровле пласта;

- при данной системе разработки под межгоризонтным целиком могут »даться условия, способствующие возникновению пожара, поэтому юбходимо производить профилактическое проиливаняе, которое :комендуется начинать после отработки 6-7 слоев, г. е. после начала ггснсгазных сдвижений кровли пласта;

- давление закладочного массива на крепь зависит от податливости крепи, связи с этим необходимо увеличить .начальный распор до 60-80%

>мш!ального сопротивления крепи, что предотвратит сдвижение кровли оя и высыпание закладочного материала из вышележащего слоя;

- горное давление па крепь очистных забоев горизонтальных слоев не «вышает 300 кН/м2, что удовлетворяет применению серийной крепи 181Э с рабочим сопротивлением до 400 кН/м2. Но, в связи с тем; что зможны длительные аварийные остановки при отработке нижних слоев инимается крепь 4М-130;

- создание механизированной крепи сопряжения для забоя ограниченной ины (20-25 м) и при незначительных нагрузках на крепь выработок (до

0 кН/м2 ) нецелесообразно, так как применение ее повлечет за собой вышение трудоемкости монтажно-демонтажных работ и управления епыо. В связи с этим, хрепь сопряжения на вентиляционном ппреке тжна быть легкой инвентарной, а в выработке, оставляемой в закладке

всем ее протяжении должны быть установлены деревянные подхваты. Представленные выводы вошли в техническое задание на изготовление «плекса КГСЗ. Опытный образец комплекса продолжил свою работу на хтах Прокопьевске-Киселевского района (ш. "Суртаиха" и щ. "Красный текоп") при отработке горизонтальных слоев с обрушением кровли.

1 сложных горно-геологических . условиях, где механизированная выемка иг нецелесообразна, рекомендуется применять гидравлическую добычу л.

Приказом Министра угольной промышленности СССР Х«164 28.07.1988 г. была поставлена задача создать технику и технологию д; выемки угля гидравлическим способом с закладкой выработанно пространства.

Для отработки крутых пластов в сложных горно-геологических условие автором предложено шесть технологических схем (рис. 4), которь базируются на уже испытанных в условиях района схемах, с той лип разницей, что в предлагаемых схемах используется гидравлическая ш механо-гидравлическая выемка горной массы. Так, первая технологическ: схема представляет собой синтез двух технологий: горизонтальные слои проведением подготовительных выработок в шахматном порядке (испытат на шахте "Коксовая" с комплексом КГСЗ) и камерная "система, широь используемая в настояшее время при гидравлической выемке- угля.

Сущность технологам заключается в том, что подэтаж высотой 10-20 отрабатывается гидромонитором в две стадии. Вначале осуществляете выемка нечетных камер, а после их заполнения, закладкой и достаточно1 упрочнения массива в них - четных.

Уголь транспортируется по наклонной части камеры и далее по желоба» проложенным по выработкам к скату. Все работы ведутся 1-подготовителъных выработок, надежно поддерживаемых на сопряжениях камерами. На сопряжениях с камерами ( при необходимости) целое пропитываются скрепляющими составами.

В результате теоретических исследований разработан алгорит определения разрушающей Рр и фактической Рф нагрузок на целик учетом его параметров, прочностных характеристик и условий залелани пласта.

В зависимости от назначения и срока службы коэффициент запас прочносга в целиках

рекомендуется выбирать в пределах п,=1,5-4,0. .

Рис.4. Технологические схемы отработки крутых пластов гидравлическим способом с закладкой выработанного пространства

Для определения параметров устойчивых обнажений целиков получе. неравенство

>Л+1, (к

(10Д-0,1Н)(со82а + ~-8Ш2а) й В

где II - глубина залегания пласта, м; а - ширина целика, м; в - высота целика, м; а - угол падения пласта, град; и - коэффициент Пуассона.

Вторая технологическая схема основана на обычной технолог подэтажной гидроотбойки с использованием специального гибкого шз {принцип П. И. Кокорина), перемещаемого по простиранию пласта служащего для предотвращения размывания закладочного массива.

Основной задачей теоретических исследований при этом являлс установление закономерностей формирования давления закладочного масс! под действием собственного веса на разделяющее перекрытие.

Установлено, что давление на перекрытие изменяется с высотой эта от 0 до 80 кН/м2.

При этом стабилизация давления наступает при высоте подэтажа Н > (где т-мощность шаста), а давление возрастает от кровли к почве плае изменяясь в среднем от 40 до 60 кН/м2 при а-45".

Для утла падения а < 45° необходимы специальные мероприятия обеспечению управляемости перекрытием. Наиболее эффективно технолог с гибким перекрытием может быть использована при а > 60°. При эт высота подэтажа должна быть равна Н > (3-5) т.

Третья, четвертая и . пятая технологические схемы предназначены I огработки крутых пластов гидравлическим и механогидравлическ способами с гидравлической закладкой выработанного пространства. £ технологические схемы испытаны в производственных условиях буровзрывной и механизированной отбойкой горной массы. Узким мест

юлогических схем с гидравлической закладкой выработанного зтранства является отсутствие эффективной герметичной крепи для юн, предназначенной для улавливания отработанной воды, а оснований результатов исследований по совершенствованию способов ре дети улавливания отработанной воды, при непосредственном участии >ра, была разработана конструкция тюбинговой металлической крепи крепления углеспускных скатов в закладке.- Скат, закрепленный такой пью, заменяет три выработки, возводимые в настоящее время в закладке дерева - углеспускной скат с ходовым отделением и две дренажные и. Для определения несущей способности крыш была разработана тетнач схема, где с заданной нагрузкой ц=200 кН/м2 плотность :тановки кольцевых элементов из спецпрофиля СВП-17 составила 2 га на 1 м при минимальном запасе прочности ги—1.92. 1естая технологическая схема в настоящее время проходит испытание при аботке пласта Горелого на шахте "Коксовая". В отличие от чествующей схемы, автор предлагает самотечный гидротранспорт до жайшего углеспусккого ската.

[редставленные технологические схемы могут получить широкое [менение для отработки крутых пластов в г сложных природных условиях. I выбора технологических схем, предложенных автором, а также хествующих в настоящее время технологических схем, разработаны оритм и компьютерная программа расчета параметров и выбора схем.

6. Эффективность технологии а технических средств подготовка и отработки крутых пластов

Гри выборе рационального варианта технологии разработки пласта в ¡делах конкретного выемочного участка предлагается учитывать совокупное гание нескольких факторов. При этом размерность математической модели растает и оптимизация ее параметров осутцесталяется по одному ттерию - участковой себестоимости путем варьирования горно-догических и горно-технических параметров. В процессе численного

эксперимента применялся метод наискорейшего спуска. В кач< исходных данных" при моделировании вариантов технологических ■ приняты следующие группы параметров: контролируемые, норматив! управляющие, подготовительных работ, технологических схем, пластот блоков. Значения параметров задаются пользователем в проц проведения каждого расчета в диалоговом режиме. Алгоритмы расч> реализованы в виде программ на языке ФОРТРАН для ПЭВМ. Резулм реализации программы для условий шахты "Коксовая" показали выео; сходимость расчетных и фактических значений парам проц и тсхни экономических показателей. \

Область и объем внедрения существующих и предлагаемых авто] технологических схем определились исходя из данных геологичес] запасов шахт, имеющегося оборудования и экспертных оценок инженер) технических работников. Во внимание принимались пласты с общим запас 195 млн. т, которые необходимо вынимать с закладкой выработанш пространства.

Для выбора оптимальных технологических схем отработки крутых пласт угля разработан метод экономико-математического моделирования д расчета на ЭВМ всех необходимых показателей эффективности отработ запасов. На рис. 5 представлен операционный вычислительный граф расче ТЭП технологических схем. В соответствии с вычислительным графе производились расчеты производительности ГРОЗ для клжт - технологической схемы и для определенных периодов протезирования гц различных способах подготовки. После чего производился выбе технологической схемы в соответствии с гарно-геологическими условиям по критерию производительности ГРОЗ. Выбрав для каждого пласта периода прогнозирования наиболее эффективный способ подготовки выемки поля определялся их удельный вес в общем объеме проводимы работ.

Факторами экономической эффективности применения новых 1 существующих технологических схем подготовки и отработки круты пластов в сложных природных условиях явились:

Мощность ллос/по. м <£*атнос»>ъ^'гля & целике, г/л*'

¿кол ñQótKve плосма, г/ю* &гр/пи*голь«св 6б>сота »/ПОЛО. М.

уголь и очис/7>нь;х. jojoto, г

^tojtb Vi noClOrnc6urr¡éJt МО'Х

JOÓOtd. Г Qdbts*. лрсбед^ыиа под tomo-¿итсльмых ¿efpo/osncr, -а« fjomüomb* ло J0p0/Í0*i*0¿тtOn>€ no i***-* , fyf

потрать/ но jютееиолы

no i j>yf

^OUpO/nf AQ ОМОрти»ОЧ»/СЫ*ЫМ ¡tucttHUQM t&gífyifóefaMvse: ejf ¿(odbtva JrtJta 6 nftótJTOOí бысмочного пола, т Норма »Q Выелшуг у*** vi

civctnrtoeo Jadoat 'jvti емем Xорактер и е^ьелс бслсмоеательыь'х jzofam

4на 6с*оMOtO>7)9JtMfe potfomot OdbCM. JOKJQÜOWbtX ata/ntfvBJoS. Mj

o £ff>o/om*u **Q npue**.

AO'<JQd*Ut M¡/VtJ (Mt "

в

1

ОТ

к 1—

su к

Ч.ПОГХ цгес ''•"/'I

Оу-Ом. "11 Mí

, ZI-lOMi

*' о*

0V

оиышлсt***e-e jo^oc&t. r

¿tí

Omtpu £гл0- T

J/ótibHboj С{Г»(м псобебсия tOfMO'X óbtt/oifomQK, м/tOG&r

[jj i (Jorree*о/ no sopQdomnoa ,,,, f плате,

П71

I. J Л />J

|"1¡T]

Qffttt но ¿¿отерло

I tjdm^ombt по смс^лччоциз» i i) мы** ff4^

jj Себестоимость дс^ь**

сЯралбодитсл ьыостгь 'лузу до. T/£*JX

Рис.5. Операционный вычислительный граф

тсхлико-экожшическт показглълси технал о пг-хее кюс схем

- увеличение нагрузки на очистной забой (32%);

- повышение производап'ельности труда горнорабочего ОЧИСТНОГО (28%);

- расконсервация 'запасов угля без капитальных затрат;

- увеличение безопасности работ.

Заключение

В диссертации разработаны теоретические положения по эффектшн подготовке и отработке крутых пластов Кузбасса за счет создания но техники и прогрессивных технологических схем проведения восстают выработок буровым способом и новых технологий выемки угля из плас со сложными природными условиями, внедрение которых вно' значительный вклад в решение проблемы угольной промышленное Основные научные результаты, выводы и практические рекомендаг заключаются в следующем:

1. Разработана концепция системного технического перевооружет угольных шахт Прокопьевско-Киселевского района, основу кото{ составляют высокоэффективные технологии подготовки и отработ крутых пластов, включающих: буровую машину для бурения восстают выработок 0 1,8 м по породе, буровую машину с дистанщютпл наращиванием штанг для бурения восстающих выработок 0 3,5 м по утл буровую машину БГА-2М для бурения восстающих выработок 0 1,3 м углю; технологию и средства механизации для проведения монтажн камер в горизонтальном слое; технологию и средства механизации д отработки горизонтальных слоев с обрушением и закладк выработанного пространства; технологию отработки пластов гадравличеси способом с закладкой выработанного пространства; а также програм] расчета параметров и выбора технологических схем на ЭВМ с учете горно-геологических и горно-технических условий.

I. Установлено, что с учетом горно-геолоптческих и горно-технических кторов, -длина восстающих выработок изменяется от 20 до 60 м. При сведении восстающих выработок" буровым способом на длину 100 м ьем бракованных скважин достигает 20,6%. При увеличении диаметра гширяемой скважины с 1100 до 1300 мм обгем выбуренной массы угля гличиваетоя практически вдвое и для обеспечения свободного пропуска coro объема угля диаметр передовой скважины должен быта не менее 0 мм. Запыленность воздуха уменьшается с увеличением расстояния от ровой машины и составляет 573 мг/м3 на расстоянии 0,8 м от машины гнижается до 87,5 . мг/м3 на расстоянии 3-4 м.

Технологические схемы проведения скатов буровым способом включают рение одной скважины 0 1,5 м по углю или 0 1,8 м по породе (па ю высоту этажа) для использования ее Kaie грузовой. Две другие важины 0 1.3 м проводятся параллельно первой и используются для гуска угля и передвижения людей, что исключает- буровзрывные работы опасные условия труда.

3. При проведении монтажных камер в горизонтальном слое, породы ювли играют роль мостов, которые могут воспринимать давление .¡шележапдта, менее устойчивых пород, опираясь на ушлыгую потолочину массив. С увеличением прочности вмещающих пород и крепости уптя *ещение кровли и нагрузки на крепь в 6-7 м от забоя при 3 типе кровли, эепости угля /=1.5 составляют 25 кН/м2, в то время как при 1 ттяте ювли и слабом угле они составляют 80 кН/м2. При этом смешения ютветственно возрастают от 26,2 до 64 мм. Смещения потолочины при эщности пластов 6-8 и 10 м соответственно составляют: 56, 75 и 37 мм, а црузки - 100, 140 и .190 кН/м2.

Механизированная крепь для проведения монтажных камер в >ризонталыюм слое должна обеспечивать перетяжку потолочины не менее ;м на 90%, бортов у кровли и почвы пласта - более 75% и иметь ризабойное пространство, свободное от опорных гидравлических стоек, для азмещения секций щита (машины переплетения полос гибкого перекрытия,

секций агрегата), а также выемочна-транспортное оборудование поверхности забоя.

4. Начальный распор переднего ряда механизированной крепи компле должен находиться в пределах 200-250 кН, заднего ряда - 100-150 кН. 1 значениях начального распора менее S0-7Q кН происходит разруше угольной t потолочины. Передние гцдростойки сравнительно наде; удерживают нагрузку, их жесткость изменяется в пределах 15-36 кН/ задние же стойки в- связи с большой податливостью щитового перекрьп плохо развивают сопротивление. При передвижке крепи по щиту реаю задних гидростоек возрастают в среднем на 20-30 кН. Во вр< длительных остановок крепи (6-8 сут) прирост нагрузок на задний гидростоек составляет 50-100 кН.

Разработанная технологическая схема проведения монтажных камер горизонтальном слое с применением механизированного компле. обеспечивает безопасность работ, улучшает условия труда и повыш эффективность отработки мощных крутых пластов.

5. Установлены характер и параметры проявлений горного давления i отработке мощных крутых пластов горизонтальными слоями с заклада выработанного пространства. Зона активного давления кровли пласта закладочный массив начинается в 16-20 м от отрабатываемого слоя. По< выемки четырех слоев (16 м), сдвижение кровли пласта состава. 250 мм. Отработка пятого и шестого слоев (20-24 м) ' приводит интенсивному сдвижению кровли пласта до 3500 мм. Нагрузка на кре при этом составляет 270 кН/м~, а остановка забоя в четвертом и пят горизонтальных слоях вызывает увеличение нагрузки до 300 кН/м2

"6. Установлены конструктивные и силовые параметры щцрофицированн крепи, которые при длительных остановках комплекса (до 10 суток) превышали 300 кН/м2. При движении комплекса со скоростью 1.5-2,0 в сугки нагрузка снижалась до 150 кН/м2, а потолочина смещалась 150-175 мм, что дает возможность применил, серийную крепь М-1; Наклон крепи в сторону выработанного пространства бшг постоянным составлял 5-7".

7. Для отработки кругах пластов в сложных горно-геологических условиях редложено шесть технологических схем, основу которых составляет идравлическая и механогадравлическая отбойка горкой массы, .оэффициент запаса прочности в целиках рекомендуется выбирать в ределах 1,5-4. Установлено, что давление на перекрытие изменяется по ысоте этажа от 0 до 80 кН/м2. При этом стабилизация давления аступает при высоте подэтажа И 2 5 мощностей пласта, а возрастает от рошш к почве пласта, изменяясь в среднем от 40 до 60 кН/м2 при =45°. Наиболее эффективно технология с гибким перекрытием может быть спользована при а > 60".

Разработана расчетная схема для определения несущей способное™ грметичной крепи дтя ската, находящегося в закладочном массиве с зданной нагрузкой д=200 кН/м2, плотность расстановки кольцевых лементсв из спецпрофиля СВП-17 составляет 2 круга на 1 м при ¡инпмальном запасе прочности п3-1,92.

8. Разработанные технологические схемы и средства механизации одготовки и отработки крутых пластов обеспечивают эффективную обычу угля с использованием мошной буровой машины для проведения осстающих выработок диаметром 1,8 м по породе (2КВ2); буровой машины

дистанционным наращиванием штанг для бурения восстающих выработок 3 1,5 м по уппо (Б-500-150); буровой машины БГА-2М и бурового инструмента для проведения восстающих выработок 0 1,3 м по углю; редсте механизации дтя бурения скважин; механизированного комплекса дя пробедения монтажных камер в горизонтальном слос (КПР); [еханизированного комплекса для разработки мощных крутых пластов оризонтальными слоями с обрушением или с закладкой выработанного гространства (КГСЗ); новых технологий разработки крутых пластов вдравлическим способом с закладкой . выработанного пространства, а акже программы расчета параметров и выбора технологических схем на )ВМ с учетом горно-геологических и парно-технических условий.

Внедрение разработанных технологических схем и средств механизации юзватяет интенсифицировать процессы подготовки и отработки крутых

пластов, увеличить проювогцгге.тьность труда на выемочных участках с до 28 т/выход и снизить себестоимость угля на 15-20%.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Сухорукой В. А., Звягин В. П. Бурение восстающих выработок ; подготовке выемочных участков //Уголь.-1984.-№12.-С, 26-30.

2. Сухоруков В. А., Звягин В. П. Снижение запыленности и отвод шл; при бурении восстающих по углю// Безопасность труда промышлсцности.-1933.-К»3.-С- 57-59.

3. Погрузочная машина комплекса КС-4/ В. А. Сухоруков, В. Г1. Звяг А. П. Лизунов и др.:Информ. листок. -Кемерово/ЦНТИ, 1982, jNsiö.

4. Эксплуатация опытной партии расширителей обратного хода дисковыми шарошками/Н. А. Белая, В. А. Сухоруков, В. П. Звягин Др.//Новое горно-шахтное оборудование и аппаратура.-М.:ЦНИЭИуга 1982, №5.-С. 27-.31.

5. Сухоруков В. А., Звягин В. П. Механизация основных и вспомогательн процессов при проведении восстающих выработок по породе в условт шахт' Кузбасса//Механизация и автоматизация ручных и трудоеш операций в промышленности Кузбасса.-Кемерово, 1982.-С. 137-138.

6. Белан Н. А., Сухоруков В. А., Лизунов А. П. Промышленные испытан комплекса КС-4//Комплексная механизация и автоматизация п разработке угольных пластов Кузбасса и Дальнего Востока: Сб. на; тр./КузНИУИ.-Прокопьевск, 19S2.-C. 80-85.

7. Арсененко С. А., Сухоруков В. А., Звягин В. П. Проведение восстающ по углю на шахтах Кузбасса//Безопасность труда в промышленности.- 19S( №5.-С. 14-18.

8. Расширитель обратного хода с резцами РКС-1/ В. Сухоруков, В. П. Звягин, А. П. Серебряков и др.: Информ. листоь Кемерово/ЦНТИ, 1981, №5.

Результаты сравнительных шахтных испытаний дискового и резцового цирителей скважик/Н. А. Белан, В. А. Сухорукой. А. П. Серебряков и /Создание средств комплексной механизации и автоматизации при >аботхе угольных пластов: Сб. науч. Щ/ТСузНИУН.-Прокопьевск.1979. 5.-С. 84-89.

I. Архипов Г. Н., Белов В. П., Сухоруков В. А. Норма-пшы использования энных видов горно-шахтного оборудования.-М., 1979.

I. Белан Н. А, Сухоруков В. А., Звяшн В. П. Испытание расширителей, ащенных резцами РКС-1//Новое горно-шахтное оборудование и аратура.-М.:ЦНИЭИуголь, 1981,№10.-С, 11-13.

>. Сухоруков В. А, Звягин В. П. Технологические схемы проведения стающих по породе в условиях шахты "Судженская'У/Совершенсгвование ¡юлоти разработки мощных крутых угольных пластов: Сб. науч. 'КузНИУИ. - Прокопьевск, 1978,№34.-С. 26-31.

3.' Результаты шахтных" испытаний расширителей обратного хода, ¡ащенных клиновыми дисковыми шарошками/ Н. А. Бслан, В. А. соруков, А. П. Серебряков, и др.//Создание средств комплексной санизации и автоматизации при разработке угольных пластов: Сб. науч. /КузНИУИ,-Прокопьевск, 1979,№35.-С. 84-90.

4. Промышленные испытания механизированного комплекса для введения рассечек/В. А. Лебедев, В. А. Сухоруков, Н. 3. Дьяченко//Новое ню- шахтное оборудование и аппаратура.-М.:ЦНИЭИушль, 1978, №54.4-7.

5. Определение нагрузок на крепь и смещений крошш при испытаниях 'яшекса типа КПК/М. А. Колесников, В. П. Фирсов, В. А. Сухоруков и

//Технология добычи угля подземным способом.-М.,1972,№5.-С. 13-15. ¡6. Лудзиш В. С., Сухоруков В. А., Дьяченко Н.З. Анализ причин шматизма при проведении рассечек при выемке пластов мощностью до

.«//Безопасность труда в промышленности.- 1976.-Ns6.-C. 24-27. 17. Характер распределения нагрузок на крепь рассечки при щмодействии с вмещающим массивом/В. Д. Трофимов, В. А. Сухоруков.

А. Г. Князев и др.//Совсршенствование технологии разработки утоп пластов Кузбасса:Сб. науч. тр./КузНИУИ.-Прокопьевск, 1976,.N'528.-С. 5218. Лебедев А. В., Сухоруков В. А., Дьяченко Н. 3. О вывалах утя проведении рассечек для монтажа щитов на мощных крутых шга //Технология выемки угля под щитовыми крешши.-Иовосибпрск, 15 С. 62-65.

19. Арсенов Н. С., Трофимов В. Д., Сухоруков В. А. Трудосмю проведения рассечек и монтажа щитовых перекрытий//Технология доб угля подземным способом.-М.:ЦНИЭИуголь, 1973, №8.-С. 42-44.

20. Исследования проявления горного давления на сопряже вентиляционного штрека с рассечкой/Н. С. Арсенов, В. Д. Трофимов, В Сухоруков и др./Дехнология добычи угля подземным способс М.:ЦНИЭИуголь, 1974, №4.-С. 29-31.

21. Исследование проявления горного давления при проведении рассе на мощных крутых пластах/Н. С. Арсенов, В. Д. Трофимов, В. А. Сухору и др.//Технология добычи угля подземным способом.-М.'.ЦНИЭИугс 1974, №5.-С. 14-16.

22. Закономерности проявления горного давления в зоне провед« монтажных камер рассечек на мощных крутых пластах/Н. С. Арсенов, Д. Трофимов, В. А. Сухоруков и др.//Совершенствование подзем! разработки угольных пластов Кузбасса: Сб. науч. тр./КузНИУ] Прокопьевск, 1975, №26.-С. 91-96.

23. Сухоруков В. А. Механизированный комплекс дня проведения каг, рассечек на крутых пластах мощностью свыше 5 м// Тез. докл. науч.-теор конф., посвшц. 50-летию присвоения имени В. И. Ленина ИГД им. А. Скочинского.-М., 1974.-С. 39-40.

24. Трофимов В. А., Арсенов Н. С., Сухоруков В. А. Мехашшгрованш комплекс для проведения монтажных камер щитовых перскрытий//Угоя 1974.-№?8.-С. 24-27.

25. Сухоруков В. А., Дьяченко Н. 3., Кукушкин А. В. Опыт монта: ■ механизированного комплекса дал. проведения рассечек//Добыча уг.

подземным способом.-М.:ЦНИЭИугсиь, 1977, Ке5.-С. 4-5.

:6. Исследования проявления горного давления при .промышленных тытаниях комплекса . И СЗ/Н. И. Яковлев, В. А. Сухоруков, И. И. рсуков и др.//Совершенствование горных процессов на шахтах Кузбасса: . науч. тр./КузНИУИ.-Прокопьевск.-1987.-С. 63-68.

!7. Анализ результатов промышленных испытаний комплекса КГСЗД1. С. сенов, А. Т. Князев, В. А. Сухоруков и др.//ДСП в ЦНИЭИугаль, ,\';> I0-V11. 31.10.86.

?8. Перспектива развития технологии отработки крутых пластов эравлическим способом с закладкой выработанного пространства/И. И. рсуков, В. А. Сухоруков, Ю. Е. Кирюхин и др.// Вопросы исследования дземной разработки угольных пластов: Сб. науч. тр. /КузНИУИ.-юкопьевск, 1990.-С. 11-14.

29. Параметры обнажения камер и 'межкамерных' целиков при отработке 'хцных крутых пластов гидравлическим способом с закладкой работанного пространства/ В. А. Сухоруков, Ю. Е. Кирюхин, И. И. рсуков и др .//Технология разработки угольных .месторождений Кузбасса: ¡. науч. тр./КузНИУИ.-Прокопьевск, 1991.-С. 40-48.

30. Технология отработки крутых пластов гидравлическим способом с ¡евматической закладкой/ В. А. Сухоруков, Ю. Е. Кирюхин, И. И: Барсуков др .//Технология разработки угольных месторождений Кузбасса: Сб. науч.

./КузНИУИ.-Прокопьевск, 1991.-С. 48-54.

\

31. А. с. 723115 СССР, МКИ Е-21 С 9/00. Направляющий фонарь бурового ава/Н. А. Белан, А. П. Серебряков, В. А. Акулов, В. А. Сухоруков (СССР).-•2706426; Заявлено 02.01.79; Опубл. 25.03.80, Бкж. №11.

32. А. с. 883396 СССР, МКИ Е 21 с 3/34. Патрон бурового станка/ В. А. «оруков, В. П. Звягин (СССР).-№2890591; Заявлено 03.01.80; Опубл. 23.1 LS1, ол. №43.

33. А. с. 717316 СССР, МКИ Е 21 с 7/00. Пылеулавливающее устройства я буросбоечных машин/Т]. А. Белан, В. А. Сухоруков, В. П. Звягин, В. А. ¿улов, О. П. Гаврилов (СССР).-№2554554; Заявлено 15.12.77; Опубл. .02.80, Бюл. №31.

34. А. с. 757682 СССР, МКИ Е 21 В 19114. Кассета для буровых В. А. Сухоруков, В. П. Звягин (СССР).-№2696830; Заявлено 14.12.78; 23.08.80, Бюл. N>31.

35. А. с. 889841 СССР, МКИ Е 21 с 7/00. Пылеулавливающее устр для буросбоечных машин/Н. А. Белан, В. А. Сухоруков и др.{С1 №2754533; Заявлено 12.04.79; Опубл. 15.12.81, Бюл. №12.

36. А. с. 1074999 СССР, МКИ Е 21 Д 5/00. Способ крепления вергака и наклонных горных выработок и устройство для его осущесгыг В. А. Сухоруков, В. П. Звягин, А. П. Серебряков и Л. Ю. Никитенко (С( №3480995/22-03; Заявлено 12.08.82; Опубл. 23.02.84, Бюл. №7.

37. А. с. 1079846 СССР, МКИ Е 21 Д 3/00. Установка для про восстающих выработок/ Сухоруков В. А., Звяган В. П., Серебряков (СССР).-№3538847/22-03; Заявлено 14.01.83; Опубл. 15.03.84, Бюл. №10.

38. Л. с. 1177516 СССР, МКИ Е 21 Д 11/11. Клиповый замок/Н. С. Аре В. В. Никитин, В. А. Сухоруков (СССР).-№3687112; Заявлено 05.01.84, С 07.09.85, Бюл. №33.

39. А. с. 1472673 СССР, МКИ Е 21 С 41/04. Способ разработки мои крутого пласта полезного ископаемого с закладкой выработш пространства/ В. А. Сухоруков (СССР).-№4113636; Заявлено 11.06.86; О 15.04.89, Бюл. №30.

40. А. с. 1670145 СССР, МКИ Е 21 Д 23/00. Механизированный комг для крутых пластов/ В. А. Сухоруков, И. Б. Селенинов и И. И. Барс (СССР).-№4498575; Заявлено 23.09.89; Опубл. 15.08.91, Бюл. №26.

41. А. с. 1409759 СССР, МКИ Е 21 Д 23/00. Механизированная крепь послойной выемки крутых пластов с закладкой/Н, И. Яковлев, К Сухоруков и др.-№4074671.-Заявлено 29.04.86; Опубл. 15.-07.87, Бюл. №26.

42. А. с. №1642011 СССР, МКИ Е 21 С'41/11. Способ разработки кр угольных пластов/И. И. Барсуков, М. Н. Чинчеков, В. А. Сухоруков и Р Филонова (СССР).-№4672520; Заявлено' 31.03.89; Опубл. 15.04.91, Бюл. №1

43. А. с. 1742489 СССР, МКИ Е 21 Д 11/04. Металлическая тюбинг крепь для скатов в закладке/А. И. Петров, Н. И. Яковлев, С

'уховольекий, В. Г. Ефремов, В. А. Сухорукое и др.(СССР).-№4806634; аявлеио 27.03.90; Опубл. 23.06.92, Бюл. №23.

44. А. с. 1435795 СССР, МКИ Б 21 Д 23/00. Секции механизированной регш/Г. Е. Лукашев, В. Г. Лукащев, Б. Г. Писляков, В. В. Хан и В. А. 'ухорукой ( СССР). - №41S89174 ; Заявлено 28.11.86; Опубл. 07.11-.88, Бюл. .N>41.

45. А. с. 1550153 СССР, МКИ Е 21 Д 5/10. Тюбинговая крепь для йдтов/Н. И. Яковлев, H. С. Арсенов, С. И. Суховольский, И. И. Барсуков и . А Сухорукоа <СССР).-№4354182; Заявлено 30.12.87, Опубл. 15.03.87. Бюл. ¿>10.

46. А. с. 1684531 СССР, МКИ -Е 21 Д 5/00. Предохранительная крепь для кстающих выработок/ В. А. Сухорукое, И. Б. Селят «нов. Н. И. Яковлев и )■ (СССР).-№4351184; Заявлено 11.11.87; Опубл. 15.10.91, Бюл. №38.

47. А. с. 1476156 СССР, МКИ Е 21 F 15/00. Способ закладки цработанного пространства при разработке угольных пластов/ В. А. ухоруков, Н. И. Яковлев, И. И. Барсуков, С. И. Запреев и др. (СССР).->4247331; Заявлено 19.05.87; Опубл. 30.04.89, Бюл. №16.

48. А. с. 1737119 СССР, МКИ Е 21 С 41/18. Способ разработки кругах гастов с шдравлической выемкой/ В. А Сухоруков, И. И. Барсуков, Л. Е. здионов, С. Б. Зайнулин, Л. Ю. Иикитенко и В. Н. Фрянов (СССР).-¡4823411/03; Заявлено 07.05.90; Опубл. 30.05,92, Бюл. №20.

49. А. с. 1728492, МКИ Е 21 Д 5/00. Крепь для схатов/А. И. Петров, Н. И. совлев, В.Г.Ефремов, В. А. Сухоруков и др. (СССР).-№ 4804755; Заявлено .03.90: Опубл. 23.04.92, Бюл. №15.

50. А. с. 1810526, МКИ Е 21 С 27/00. Механизированный комплекс для зработки кругых и крутонаклонных угольных пластов/ В. А. Сухоруков,

Н. Фрянов, И. И. Барсуков (СССР).-№4846391/03; Заявлено 04.07.90; тубл. 23.04.93, Бюл. №15.