автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Разработка технологии совместной отработки пологих сближенных угольных пластов на больших глубинах

Министерство науки, высшей школы и технической политики Российской Федерации

Московский ордена Трудового Красного Знамени горный институт

На правах рукописи ГЕРЦЕН Александр Иванович

УДК 622.271'(043.3)

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ СОВМЕСТНОЙ ОТРАБОТКИ ПОЛОГИХ СБЛИЖЕННЫХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ НА БОЛЬШИХ ГЛУБИНАХ

Специальность 05.15.02— «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1992

•(Работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамени горной институте и ПО по добыче угля «Ка-рагандауголь».

Научный руководитель канд. техн. наук, доц. КРАСЮК Н. Н.

Официальные оппоненты: проф., докт. техн. наук СТАРИКОВ А. В., канд. техн. наук ГАСЛИКОВА И. Р. Ведущее предприятие — Ассоциация «Ленинскуголь».

Защита диссертации состоится « 1992 г.

в час. на заседании специализированного совета K-053.il2.02 в Московском горном институте по адресу': 117935, ГСП, Москва, В-49, Ленинский проспект, 6.

. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан « . » _ _ 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета

канд. техн. наук, с. н. с. КОРОЛЕВА В. Н.

Р-"! С

ГОе/^.-.^.НИАИ

гтзцяй

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы1- Условия залегания угольных пластов на шахтам Карагандинского- угольного бассейна, являются достаточно благоприятными для их интенсивной разработки с применением высокопроизводительной техники и прогрессивной технологии. В то же время шахты бассейна одни из наиболее газообильных & угольной отрасли. Суммарная абсолютная метанообильность в настоящее время превышает 3,2 млн. м3 в сутки, а на отдельных шахтах превышает 250 тыс. м3 в сутки.

Темпы роста глубины горных работ в 'бассейне составляют 7—8 м в год и средняя глубина разработки достигла к настоящему времени! 500 м,

Важной особенностью условий разработки угольных пластов является, резкое снижение газопроницаемости массива горных пород на глубинах свыше 600 м,

¡Эффективность применяемых способов дегазации на этих глубинах также резко снижается, а некоторые способы (например, вертикальные скважины, с поверхности) становятся экономически невыгодными. За последние 10 лет затраты на дегазацию возросли на 45%,, а эффективность, дегазации возросла на 2,3% при увеличении о'бъема извлечения метала яа 8%. Решение проблемы эффективного управления газовыделением путем совершенствования проветривания также не дает существенных результатов, так как несмотря на увеличение сечения выработки и рост общего о'бъема подаваемого в шахту воздуха количество воздуха для проветривания очистных забоев снижается вследствие увеличения протяженности поддерживаемых горных выработок. Газообильность же очистных забоев за последние 5 лет возросла в среднем на 20%.

Кроме проблемы нормализации газовой обстановки в данных горно-геологических условиях резко обостряется проблема управления горным давлением, что особенно^ отражается в вопросах поддержания горных, выработок.

Эти основные проблемы а привели- к. снижению показателей работы шахты «Стахановская»,-в аналогичных условиях

в ближайшие 5 лет окажутся еще 9 шахт ^бассейна, при этом доля добычи из пластов Кю, К\г составит до 40%.

Для решения возникшей проблемы предложена первоочередная отработка нижележащего пласта Кю, создающая благоприятные условия для эффективной дегазации и управления. торным давлением при ведении горных работ по пласту Ки- Пласты Кю и К\2 являются сближенными (мощность пород междупластья до 30 м), поэтому возникла новая проблема обеспечения требуемой концентрации горных работ при допустимых потерях угля, а также извлечения метана, выделяющегося из подрабатываемого пласта К\2-

"Анализ результатов исследований изменения состояния массива подрабатываемой угленосной толщи позволил" сделать вывод о возможности решения возникших проблем путем рационального развития ■ торных работ по сближенным пластам при их совместной отработке с учетом специфики поведения массива на'больших глубинах.

:В связи с изложенным создание технологии совместной отработки сближенных угольных пластов на больших глубинах, обеспечивающей эффективное управление газовыделенп-ем, горным давлением и извлечение кондиционного' метана для" утилизации за счет управления состоянием массива горных пород путем рационального развития горных ,рабог во. времени , и пространстве, представляет актуальную научную и-практическую'задачу.

Целью работы является установление зависимостей газодинамического и напряженного состояния угленосной толши приготработке сближенных угольных пластов на больших глубинах' для разработки рациональной топологии сети горных''выра'боток и календарного плана совместной отработки: сближенных угольных пластов, обеспечивающих снижение' трудоемкости работ при их максимальной концентрации.

" Идея работы заключается в том, что эффективное управ-, ление газовыделением и горным давлением при совместной отработке сближенных угольных пластов, на больших глубинах достигается изменением состояния массива горных пород при его подработке и использования газодренажных выработок и скважин с учетом специфики сдвижения пород и ди-намйки газопроницаемости подработанной толщи на больших глубинах..

Научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна:

— зависимости'изменения газодинамического и налряжен-ного состояния угленосной толщи при совместной отработке сближенных пластов, отличающиеся учетом специфики сдвижения подрабатываемого массива и изменения его проницаемости на больших глубинах;

— топология сети горных выработок и календарный,план совместной отработки сближенных угольных пластов, обеспечивающие снижение трудоемкости горных работ при их максимальной концентрации и допустимых потерях запасов;

— технология дегазации и извлечения кондиционного метана, отличающаяся учетом изменения состояния массива при совместной отработке сближенных угольных пластов.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

- — корректным использованием стандартных методик исследования газодинамического и напряженного состояния угольных пластов;

— положительными результатами подготовки и отработки' угольных пластов /(ю и Ки, извлечения и утилизации метана на южном блоке -шахты «Стахановская» (4 подготовительных забоя, один очистной забой);

— удовлетворительной сходимостью расчетных и фактических показателей газообильности подготовительных выработок и выемочных участков- (расхождение ±Ш-Н5%).

Научное значение работы состоит в установлении зависимостей изменения газодинамического и напряженного состояния угленосной толщи при совместной отработке сближенных угольных пластов с учетом специфики сдвижения подрабатываемого массива и изменения его проницаемости на ■больших глубинах.

Практическое значение работы состоит в разработке топологии сети горных выработок и календарного плана совместной отработки сближенных пластов, обеспечивающих максимальную концентрацию горных работ и снижение их трудоемкости при допустимых потерях угля, а также извлечение метана, пригодного для прямой утилизации.

Реализация работы. Разработанная технология совместной отработки сближенных угольных пластов на больших глубинах использована при отработке пластов Кю, Кп на южном блоке шахты «Стахановская» и прннята институтом «Караган-дагипрошахт» при проектировании отработки нижних горизонтов 9 шахт бассейна..

¡Фактический экономический эффект по шахте «Стахановская» по состоянию 'на 01.04/1992 г. составил 542 тыс. рублей.

■ Апробация работы. Основные научные результаты работы были доложены и обсуждены на научно-техническом совете объединения «Караганда-уголь» (¡Караганда, 1990—1991 гг.), на научно-техническом семинаре «Совершенствование методов ведения горных работ на шахте «'Стахановская» объединения «Каратандаутоль» ('Караганда, 1991 г.), на научном семинаре кафедры «Технология, механизация- и организация подземной разработки угля» (Москва, 19912 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 работ, в том числе >] авторское свидетельство.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 разделов, заключения и изложена на135 страницах, содержит 16 таблиц, 22 рисунка, а список литературы из 75- наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Разработке проблемы отработки газоносных угольных пластов на больших глубинах посвящены работы С. К. Баймуха-метова, А. С. Бурчакова, Ю. Ф. Васючкова, Н. Ф. Гращенко-ва, Н. В. Ножкина, И. В. Сергеева, А. В. Старикова, О. И. Чернова, С. А. Ярунина и др. Закономерности изменения состояния массива горных пород при их подработке и надработке рассматриваются в работах А. Т. Айруни, Й. М. '.Петухова, И. Л. Черняка и др.

В результате выполненных работ созданы технологии разработки угольных месторождений на больших глубинах, базирующиеся на закономерностях газодинамического и напряженного состояния массива горных пород, применении комплексов очистного и проходческого оборудования с повышенной несущей способностью, прогрессивных способов управления газовьгделением и состоянием вмещающих пород. При этом с ростом глубины горных работ удавалось поддерживать 'показатели отработки запасов на определенной уровне, но за счет роста трудоемкости работ и потерь угля. Пример шахты «Стахановская» показал, что дальнейшее усложнение технологии подземной добычи угля путем введения вспомогательных процессов на глубинах, свыше 700 м уже не обеспечивает требуемую интенсивность горных работ и их безопасность.

. 'На основе анализа, выполненных исследований и отдельных шахтных экспериментов была доказана возможность совместной отработки на. больших глубинах сближенных угольных пластов, обеспечивающая снижение трудоемкости работ, 'потерь угля при максимальной концентрации гарных работ. Для разработки такой технологии в работе решались следующие задачи:

1. Обоснование возможности, эффективного управления газовыделением и горным давлением при. совместной отработке сближенных угольных пластов, с использованием: эффекта подработки без снижения концентрации горных работ к увеличения потерь, угля.

2. Разработка принципиальной технологической схемы совместной отработки сближенных угольных пластов на больших глубинах и обоснование ее параметров.

3. Разработка критерия и методики оптимизации параметров совместной отработки сближенных угольных пластов. .,

4. Установление зависимостей изменения газодинамического и напряженного состояния угленосной толщи при первоочередной отработке нижележащего из сближенных пластов.

5. Исследование трудоемкости горных работ при совместной отработке сближенных угольных пластов и определение путей ее снижения.

6. Установление зависимостей газонакопления и газоподготовки в системе газодренажных выработок и скважин и разработка технологии извлечения кондиционного метана.

7. Разработка рациональной топологии сети горных выработок и календарного плана совместной отработки сближенных угольных пластов на больших глубинах.

в. Апробация результатов работы в шахтных условиях й оценка экономической эффективности.

Технология совместной отработки сближенных пластов К,о, К\2 должна отвечать следующим требованиям:

— обеспечение необходимого снижения газообильности выработок для снятия ограничения по газовому фактору интенсивности горных работ;

— эффективное управление горным давлением для снижения трудоемкости подготовительных и очистных работ;

— максимальный съем кондиционного метана для утилизации; - ;

— максимальная концентрация горных работ для снйже-ния объема поддерживаемых выработок.

В соответствии с этими требованиями был разработан принципиальный календарный план ■совместной отработки сближенных пластов Кш, Кп (рис. 1, 2), исключающий подработку действующих подготовительных выработок. .

Горные работы по пласту Км осуществляются по обычной технологии с одним подготовительным и одним добычным участками. В период подготовки первого столба пласта К\о осуществляется вне зоны его будущей подработки проведение по пласту К12 первого газодренажного штрека: -Проходка осуществляется с применением опережающих и барьерных скважин с периодической подрывкой пород повды в выработ; ке. К моменту начала работы лавы по пласту /Сю с некоторым опережением ,е,-) проходится первый газодренажный уклон по пласту бурятся из него пластовые скважины и подключаются к системе дегазации.

В период отработки лавы по пласту Кю осуществляется:

— подготовка следующего столба по пласту Кш".

— проходка над отрабатываемым столбом остальных газодренажных уклонов и бурение скважин;

— через время (¿„0Лрп дг ) начинается проходка следующе: го газодренажного (нарезного) штрека по пласту. К12 в разгруженной зоне.

После завершения отработки лавы по пласту Кю заканчивается работа первого газо дренажного штрека и уклонов по дегазации, .газопровод подключается к вакуумной магистрали с противоположной стороны столба и газ продолжает извлекаться для утилизации. После завершения проходки второго газодренажного (нарезного) штрека начнется отработка лавы по пласту Кп- При этом время ¿П(ир оч должно быть больше времени, требуемого для эффективной дегазации и управления состоянием массива пласта /С)2 (определяется в работе).

Для увеличения концентрации горных работ проходка второго и последующих газодренажных штреков осуществляется одновременно с проходкой газодренажных уклонов и бурением скважин. Это возможно, так как работы проводятся в разгруженной часта пласта К12, которая достаточно дегазирована.

Методика определения рациональных параметров технологии заключается в следующем:

— после отработки лавы по пласту TCi2 газодренажный штрек погашается я извлечение метана прекращается. Общее время извлечения метана из одного столба составляет:

^ubdCH, = ¿отр ^яодр ОЧ ^отр А'ц! 0 )

где ¿отрА'|0 и /0Гр а'„ —соответственно время отработки столба по пласту ТСш и Ки-

Пространственное развитие горных работ по пластам Кю, Кп характеризуется параметром:

/сдо —относительное смещение лав по пластам К ¡о и К12 •в вертикальной плоскости.

Это смещение обеспечивает устранение подработки лавами пласта Кю действующих выработок пласта К12 и определяется выражением '

/сдв=/(77мп, a, m, f), (2)

где Hit „—мощность пород междупластья, м; « — угол падения пласта, град; т — вынимаема,я мощность нижнего пласта, м; Ф — комплекс углов сдвижения пород при подработке, град.

Временное развитие горных работ характеризуется: ¿взц, „одг — время между подработкой пласта и проведением

по нему подготовительных выработок; ¿подроч —время между подработкой пласта и ведением по нему очистных работ; ¿оц де; —время опережения проходки газодренажных уклонов и бурения скважин над отработкой пласта Дш*, *и»всн4 —период извлечения метана для дегазации и у-тили-зации, ' - "

Гиззсн—:-—> (Л;

Я то \

где х, Хо — соответственно природная и остаточная газоносность массива горных пород (/Сю> Км), м3/т; ' Qrм— объем дегазируемой горной массы, т; <7*311 — интенсивность извлечения метана, м3/год.

Система газодренажных выработок и скважин должна обеспечить интенсивность извлечения метана, соответствующую условию (3). Процедура оптимизации параметров сов:-местной отработки

пластов Кю, К12 включает следующие этапы: " .'"'■ /

— определение параметра /„„;

— установление закономерностей газовыделения и (изменения напряженного состояния массива пласта ^12 при его подработке при проведении по нему подготовительной выработки и установление оптимального значения (¿„одр п<ш- гпт: )" с учетом трудоемкости работ; 1 ; ,.

— установление закономерностей газовыделения и проявления горного давления подработанной

части пласта Км при его отработке и определение оптимального значения иПоДрочопт) с учетом трудоемкости работ; * •

— определение параметров системы газодренажных выработок и скважин для обеспечения требуемой эффективности дегазации (по критерию ). '

При оптимизации временных характеристик технологии необходимо выполнение условий:

^полр полг ^ир г др ш ¿подр ОЧ 'ОПТ • " ' ^пр гдрш^ ^пр Кю>

где '¿Пр г.-рш — время проходки одного газодренажного штрека по пласту К\2, ' •' 'у~'

*гр к,о — время подготовки столба по пласту Кю.

■ Выполнение условий (4), (5) достигается соответствующей организацией проходческих работ. .

В качестве основного объекта проведения шахтных исследований был принят южный блок шахты «Стахановская»; объектом сравнения традиционного для бассейна нисходящего порядка отработки свиты пластов 'был выбран - северный блок той же шахты, ' : .

В соответствии с поставленными задачами была-разработана программа экспериментальных исследований, включавшая в себя следующие основные направления: '

1) исследование газообильности подготовительных', и'-очистных выработок в разгруженной и неразгруженных зонах;

(4)

(5)

2) исследование закономерностей -проявления горного давления при различных порядках отработки сближенных пластов;

3) анализ трудоемкости очистных и подготовительных работ при восходящей и нисходящем порядках отработки пластов Kw, К12 я оптимизация основных характеристик, определяющих календарный план отработки/.

Переход на первоочередную отработку пласта Кю, несмотря на незначительную величину (25—30 м) междушастья, ¡возможен за счет того, что оно состоит в основном из песчаников крепостью 61—64 МПа и мощностью более 10 м и алевролитов крепостью 34—42 МПа меньшей мощности. Основной проблемой отработки пласта Кю в этом случае является резкое повышение газообильности очистных выработок за счет выделяющегося из более .газоносного пласта Кц метана. Так, относительная г-азообильность составляет 50-*-н-60 м3/т, достигая 75 м3/т.

Анализ результатов использования традиционных способов дегазации показал, что в данных, горно-геологических условиях даже комплексная дегазация не дозволяет добиться необходимого коэффициента дегазации. Примером являются результаты дегазации лавы 24—К10—Ю, где применялись:

— шастовые скважины, пробуренные по пласту Кю; • —вертикальные скважины с поверхности;

— подземные скважины в купола обрушения; . — извлечение метана газоотсасывающей установкой.

В условиях, когда основная часть метана поступает из подрабатываемого пласта, применение пластовых скважин, ■ дебит которых к тому же не превышал 0,1 м3/мин, является нецелесообразным.

Эффективность вертикальных скважин с поверхности на глубине 700 и более метров также значительно снижается, что делает их дрименение экономически неоправданным, с учетом большой стоимости сооружения и сокращения срока службы.'1

Наиболее эффективным способом дегазации в этих условиях являются подземные скважины в купола обрушения, но коэффициент дегазации 'колеблется в широких пределах (от 0,2 до 0,6). Коэффициент дегазации выемочного участка при применении вышеперечисленных способов достигал 0,3—0,65, однако это -не позволяет достигнуть плановой нагрузки на очистной забой и исключить угрозу загазирования.

В связи с этим было предложено снизить газовыделение из пласта Кц з лаву 25 — Кю—Ю за счет извлечения метана через газодренажные выработки и пластовые скважины (рис. 3).

При этом газодренажныв штрек проводятся в подработанной зоне и в дальнейшем используется в качестве -подгото-

«¡тельной выработки выемочного у-пастка по плаегу ЛГ12 , <а га--зодренажныё'уклоны от него проводятся в неподработаннукэ зону ттласта К&.

До подработки дебит пластовых скважин не превышал 1 м3/мин. После подработки дебит пластовых скважин изменялся от 2 до 9 м3/мин при стабильной концентрации на уровне 50—70%. Дебит метана, извлекаемого через первый уклон в течение первых 7 мес эксплуатации, постепенно снижался с 14 до 6 м8/мин при концентрации 60—70'%. В дальнейшем дебит и концентрация метана изменялись соответственно в -пределах 4—9 м3/мин и 40—70%. Продолжительность его эксплуатации достигла 1/5 лет.

Примерно такие же параметры и закономерности газовы-деленяя наблюдались на остальных уклонах.

Суммарный дебит газодренажных уклонов изменялся от 8 до 15 м3/мин.

Кроме газодренажных выработок и скважин дегазация осуществлялась скважинами, пробуренными на пласт. К\2 с конвейерного штрека 25—К,о—Ю. Извлекаемая через эти скважины метановоздушная смесь отличалась нестабильными показателями. Так, суммарный дебит метана колеблется от 0,5 до 12 м3/мцн, а концентрация его <в смеси от 5 до 60%, Анализ результатов исследований показывает, что через газодренажные выработки и скважины извлекается до 50— 70% всего поступающего метана, это обеспечивает нормализацию газовой обстановки добычного участка но пласту Кю-Исследования 'газообильности подготовительных выработок в подработанной зоне были выполнены при проведении тазодренажного штрека № 1 пласта Кп, в качестве участка сравнения был принят конвейерный штрек 26—Клг—1С. Кроме того, данные исследования осуществлялись при проведении южного вентиляционного уклона пласта Кщ и конвейерного штрека'22—Кц—НО, которые были пройдены как в подработанной, так и неподр а ботанной зонах.

Анализ результатов проведенных исследований показал, что при сопоставимой длине выработки метановыделение л разпруженной зоне в 2,7—5,2 раза ниже, чем в неразгруженной, а абсолютная величина не превышает 3 м3/мнн при длине тупика до 600 м.

Исследования влияния подработки на 'проявления горного давления проводились в конвейерном 22—Кп—1Ю и газодренажном № 1 штреках чшаста Кп- Мощность подрабатывающего пласта Кы составляла 2,6 м, расстояние до подрабатываемого пласта Кц составляло соответственно 18 а 26 м. В ходе исследований на 9 замерных станциях з течение 150 сут определялась динамика абсолютной веляпшш сближения пород почвы и кровли, скорость сближения кровли и лочвы, высота выработок. :

-■/ Анализ результатов' исследований показал, что скорость сближения-'кровли и тгочвы выработок в подработанной -зоне более чем в 5 ,раз ниже, чем в неподработанной. Абсолютные величины сближения кровли и почвы не превышают 8—10 см за 140—150 сут, в то в_ремя как в неподработанной зоне они достигают за это время 40—60 см.

Средняя скорость сближения кровли и почвы выработок в зоне подработки составляет 0,2 мм/сут. ■ Результаты замеров нагрузки на крепь 'показали, что- в зоне шодработки давление на крепь меньше в 4,85 раза по сравнению с естественным, а в 'зоне повышенного горного давления, наоборот, в 3,1 раза больше.

.. . Одной из наиболее 'важных характеристик для разработки календарного плана 'совместной отработки пласта Кю—Ки является. время между подработкой ш ведением подготовительных и очистных работ. С точки зрения концентрации горных работ это время-должно быть минимально, по рекомендациям ВНИМИ оно должно быть не менее 1,5—2 лет. Однако эти сроки установлены для меньших глубин и це учитывают динамику перераспределения горного, давления-с глубиной. С этой точки зрения наибольший интерес представляют результаты 'проведения газодренажното штрека. № 1 в зоне лодработки. .Время после подработки изменялось от 6 до 19 мес. Проведенные наблюдения показали, возможность с.о.-кращеиия сроков ведения горных работ 'после подработки до 0,5 года без ухудшения напряженно-деформированного состояния выработок. Скорость проходки , достигает 130— 140 м/мес. - .••■,'

Исследования газообильности добычных участков проводились на основе газовых съемок.и анализа ежедневных замеров газообильности. На участках исследования и. сравнения применялась прямоточная схема проветривания,, нормативная нагрузка 1150 т/сут. В зоне подработки фактическая .нагрузка составила 1500 т/сут, среднее мегановыделение по лаве составило '3 м3/мин, а по участку 3,3 м3/мин. Для обеспече-иия нормальной газовой обстановки количество подаваемого воздуха не превышало.'1000 м3/мин, при этом концентрация метана на исходящей участка не превышала 0,4.%- При традиционном нисходящем порядке отработки (лава 26—К12— 1С):в аналогичных условиях среднее-мегановыделение по лаве составило 15,5 м3/мин (без учета метана, извлекаемого дегазацией). Для нормализации газовой обстановки при нагрузке 1225 т и количестве- подаваемого воздуха 1800—: ¡1850 м3/шш использовался сгазоотсос.с помощью вентилятора ВМЦГ-7. С; учетом метана,;, извлекаемого газоотсасывающей установкой, метановыделение. , по участку, составило 20,6 м3/мин. Однако ли. применявшиеся способы дегазации; ни большое количество воздуха, подаваемого -на у ч ас. Ю к* -цii

газоотсос не. позволили, обеспечить нормальную газовую обстановку. Средняя концентрация метана на.исходящей участка составила 0,92%, с частыми превышениями предельно допустимой концентрации.

Изменение газовой обстановки и напряженно-деформированного состояния подготовительных и очистных выработок при переходе на первоочередную отработку пласта Кю 'предопределило изменение технологии ведения горных работ и, как следствие, ее технико-экономических показателей.

Так, при проведении подготовительных выработок практически ликвидированы вывалы пород, снижение скорости, сближения пород кровли и почвы в 5 раз позволяет отказаться от подрывки почвы выработок в течение 3 лет. Снижение газообильности и перевод пласта в категорию невыбросоопасного позволяет отказаться от бурения опережающих скважин.

За счет ликвидации вывалов и отказа от бурения опережающих скважин скорость проведения выработок возросла в 1,4 раза. С учетом подрывки трудоемкость 1 пог. ,м выработки снижается с 6,56 до 2,9, т. е. в 2,26 раза.

Анализ результатов ведения очистных работ (лава 22— Кц—1Ю — зона подработки пласта К& и лава 26—Км—1С — зона надработки пласта /Сю) 'показывает, что производительность рабочего по участку возрастает в 2,2 раза, а добыча — в 1,5. • ■ . ,

Резко сокращаются затраты на прочие работы по участку. Улучшение газовой обстановки и напряженно-деформиро-©аиного состояния горных выработок позволяет' упростить схему дегазации, отказаться от применения газоотсоса, отпадает необходимость перекрепления вентиляционного, и; подрывки конвейерного штреков. Эти « ряд других операций снижают затраты на прочие работы за 1 мес на 5000 руб. по расценкам на 31.12.91 г. ' .

Для условий шахты «Стахановская» с учетом типа применяемого оборудования были определены величины оптимизируемых параметров и топология сети горных выработок. Основные параметры и необходимое количество оборудования приведены в таблице.

, Разработанный календарный план и топология сети горных выработок были внедрены на шахте «Стахановская» при отработке пластов Кю и K\i на- южном блоке. Основные результаты работы использованы институтом «Карагандагипро-шахт» при проектирование нижних горизонтов 9 шахт бассейна, где планируется переход на первоочередную' отработку пласта Лш-

il

Наименование параметра

Порядок отработки пластов Застша разработки ~яосо,б проветривания Смещение очистных забоев по пластам

1 Время между подработкой и под-

ГОТОБНТСЛЫ1ЫМИ рабатамш 3|ремя между подработкой и очистными гработамл 3(ремя извлечения метана для утдли-, зации -

Параметры дегазации:

расстовие менсду-уклонами длина пластовых сквлж-ип " угол заложения дренажных ук--ланов

расстояние между скважинами «иишеитрания :метана эффективность дегазации Производигельность т,руда: очистных

.............•подготивигелыш.х

Зкарссть цроход№ Чагрузкй на очистной забой

. .,. . Итого .по блоку

Экономический эффект Применяемое оборудование: — комбайн 1ППКС: производительность . оечмше

гироизводитель-■кость сечение

Для эксплуатация: комплекс КМ-130 20КП-Т0 «К» «Глиник» 0,822 1КШЭ: производитель-

Единица

* v-41'М Ч-il Jld

комбайн 4ПП-2:

— комбайн ность

—: конвейер тедьность

— конвейер тельность

т/суг руб.

т/ммн м2

мУмин

С Л-301: производи-; «Рыбник»: дроизводи-

В »сходящий Ко.мйшн!роаавл:1 я Пс1дсвежекием .

25

6

18

30

500 200

СО 12 ' 70 75 800 6 20 1700

34U0 542000

1.8 5,3-15

0.47 9-25

Э 10 9

. Использование схемы дегазации с газодренажными выработками и скважинами 'позволяет нормализовать газовую обстановку участка и за счет увеличения нагрузки на очистной забой получить экономический эффект в размере 542 тыс. ру>б. В качестве участка сравнения принята лава в зоне подработки с использованием комплексной схемы дегазации.

Заключение

В диссертации дано новое решение актуальной для угольной промышленности научной задачи- создания технологии совместной отработки сближенных угольных пластов на ■больших глубинах, обеспечивающей эффективное управление газовыделением, горным давлением и извлечение кондиционного метана за счет управления-состоянием массива горных пород путем рационального развития горных работ во времени и пространстве»

Основные научные выводы и практические рекомендации, заключаются в следующем;

|1. .Установлено» что эффективное управление газовыделением и горным давлением, а также извлечение 'кондиционного метана при отработке сближенных газоносных угольных пластов на больших глубинах возможно с применением технологии их совместной отработки с учетом, сдвижения массива без разрыва сплошности м резком снижении проницаемости разгруженной угленосной толщи во времени на больших глу-. бинах.

2. Разработана технологическая схема- совместной отработки сближенных угольных пластов, обеспечивающая проведение подготовительных и очистных работ по 'подработанному пласту после достижения требуемой, эффективности его дегазации и завершения процесса сдвижения горных пород, но без снижения уровня концентрации горных работ и увеличения потерь угля. Газодренажные выработки используются в качестве эксплуатационных при отработке верхнего пласта. Реализация технологи® обеспечивается выбором пространственного расположения выработок по обоим пластам, а также минимальным периодом: времени между подработкой массива и ведением по пласту горных работ.

3. Разработаны критерий и методика оптимизации; параметров совместной отработки сближенных угольных пластов, учитывающие трудоемкость работ при проведении подготовительных выработок, производительность труда при. ведении очистных работ, участковую себестоимость добычи, объем извлечения кондиционного метана. Осуществляется оптимизация временных характеристик разработанного календарного плана совместной отработки сближенных угольных, пластов,, обеспечивающих шшшум трудоемкости и себестоимости до-; бычтг при максимальной, производительности и съём кондиционного метана.

4. Установлены зависимости газодинамического и напряженного состояния угленосной толщ», осуществлен анализ

трудоемкости гарных работ при совместной отработке сближенных угольных пластов, показывающие, что:

— 'при проведении подготовительных выработок по пласту /Си в зоне подработки газовыделение снизилось в 2,7-^-5,2 ра-_ за-по сравнению с неразгруженной частью и по абсолютной величине не превышает 3 м3/мин при длине тупика до 600 м;

«■ тт скорость сближения пород кровли и почвы в подработанной зоне более чем в 5 раз ниже, чем в неподработанной (0,2' мм/суг). абсолютная величина не превышает 8—10 см за 140—150 сут, что позволяет отказаться от подрывки почвы выработок в течение 3 лет;

— за хчет ликвидации вывалов и отказа от бурения опережающих скважин скорость проведения выработок возросла в 1,4 раза, а трудоемкость снизилась ,с 6,56 до 2,9, т. е. в 2,6 раза;

— разработанная схема дегазации с использованием газодренажных выработок и скважин обеспечивает необходимую степень дегазации при нагрузках 1250—1500 т/сут и извлечение кондиционного метана со стабильными параметрами (концентрация метана 40—70% и дебит — 5—15 м3/мин);

— при переходе на первоочередную отработку пласта Км метановыделение из пласта Кп при его отработке 'снижается^ в 5—6 раз, а относительная газообильность участка составляет 3—5 м3Д, что позволяет сократить количество подаваемого на участок воздуха в 1,9 раза,-при этом концентрация метана на исходящей не превышает 0,35%; производительность рабочего по участку возрастает в 2,2 раза, а добыча в 1,5 раза.

5. Разработаны календарный, план и топология сети горных выработок, которые были внедрены на шахте «Стахановская» при отработке 'пластов Ям—К\2 южного блока.

За счет повышения натрузки на "очистной забой, достигнутого благодаря нормализации газовой обстановки участка при внедрении дегазации с использованием газодренажных выработок и скважин, получен экономический эффект в размере 542 тыс. руб. (по ценам 1991 г.).

Основные научные положения и результаты диссертационной работы освещены в следующих публикациях:

1. Временное руководство по подработке выбросоопасных и газоносных пластов угля и повышению эффективности дегазационных работ в условиях интенсивной их разгрузки на шахтах Карагандинского бассейна/И. >М. Петухов, С. К. Бай-мухаметов, А. И. Гери,ек и др. — Ленинград: ВЫШЛИ, 1988.— 47 с.

'2. А. с. № 1585538 ССОР, МК'И Е 2.1 Р 7/00. Способ уп-

равления газовыделением 'при отработке защитного подраба -

тывающего п.ласта/С. К. Баймухаметов, К. О. Атыгаев, А. И. Герцен.— Опубл. в Б. И., 1990, № 30.

3. Герцен А. И., Гончаров Е. В. Безопасные условия подготовки и отработки газоносных и выбросоопасных пластов// Комплексное использование минерального сырья.— 198!.— № 12.— С. 11—13.

4. Чирков О. Е., Лезгина Е. Г., Герцен А. И. Метод оценки прочности криволинейных обнажений массива горных пород// Комплексное использование минерального сырья.— 1992.— № 1. — С. 15—16.

5. Лезин Г. Д., Герцен А. И. Способ охраны пластовых выработок глубоких угольных 'Шахт//Комплекснос использование минерального сырья.— 1990. — № 7.— С. 18—20.

6. Временные требования к проектированию и ведению горных работ при отрабогке свиты газоносных и вы'бросоопас-ных 'пластов/К. О. Атыгаев, С. К. Баймухаметов, А. И. Герцен и до. — Караганда: КНИУИ, 1992. — 40 с.

7. Герцен А. И. Проведение газодренажного штрека по подработанному угольному пласгу//Региойальная подготовка угольных месторождений к эффективной и безопасной разработке: — М.: МГИ, 1991, —€. 32—35.