автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Разработка технологий эффективной и безопасной добычи угля, адаптивных к изменяющимся горно-геологическим условиям отработки пологих пластов

Министерство науки, высшей школы и технической политики Российской Федерации

Московский ордена Трудового Красного Знамени горный институт

На правах рукописи НИКИШИЧЕВ Борис Григорьепмч

УДК 622.i272.011.46 : 622.86

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ ЭФФЕКТИВНОЙ И БЕЗОПАСКОЙ ДОБЫЧИ УГЛЯ, АДАПТИВНЫХ К ИЗМЕНЯЮЩИМСЯ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИМ УСЛОВИЯМ ОТРАБОТКИ ПОЛОГИХ ПЛАСТОВ

Специальность 05.15.02 — «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых»

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук в форме научного доклада

Москва 1992

Работа ■выполнена д концерне «Кузнецкуголь».

Научный консультант акад. РАЕН, докт. техн. .наук, проф. БУРЧАКОВ А: С.

Официальные оппоненты: проф., докт. техн. наук ЧЕРНЯК И. Л., проф., докт. техн. наук СТАРИКОВ А. В.,

г

проф., докт. техт. наук ЗАХАРОВ Е. И.

Ведущее предприятие — Кузбасский /политехнический институт (т. Кемерово).

Диссертация разослана » о ¡¿с* ш . 1992 г.

Защита диссертации состоится « '¡1%. -»Нс^Ж^ 1992 г.

в час. на заседании епециаливированного совета

Д053.12.02 в Московском горном институте по адресу: Н7935, В-49, Ленинский проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. .

Автореферат разослан « . . . »....... 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета

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

ГОС'/аа^' Ьс.НяЫ бКЫНО'ГЕКЛ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертация, представленная в форме научного доклада, является научным обобщением исследований в области разработки новых и совершенствования существующих технологий и средств эффективной и безопасной угледобычи на пологих средней мощности и мощных угольных пластах, адаптивных к постоянно изменяющимся горно-геологическим условиям, и результатов внедрения комплексных научно-технических и проектно-конструкторских разработок на шахтах Южного Кузбасса.

Актуальность проблем. Главными направлениями повышения 'эффективности горного производства являются рентабельная и прибыльная работа каждой шахты на основе соответствующего технологического и технического обеспечения.

Выполненные исследования по использованию механизированных комплексов повышенного технического уровня показывают, что фактически достигнутая производительность очистного забоя имеет резерв 30—40%, а стоимость новой техники в 1,7—3,0'раза может быть снижена. Разрыв между отдачей .нового очистного оборудования и ростом его стоимости 'Приобретает исключительное значение в условиях перехода предприятий на хозяйственную самостоятельность с различными формами собственности, и здесь особую актуальность приобретает вопрос выбора места1 эксплуатации дорогостоящего оборудования, ибо ошибки приводят к большим экономическим потерям, исчисляющимся миллионами рублей. Вместе с тем имеет место процесс постоянного усложнения горно-геологических условий, а инженерные службы шахт не имеют работоспособных методических рекомендаций по обоснованному выбору типов и типоразмеров комплексов нового технического уровня, обеспечивающих высокую производительность и быструю самоокупаемость при минимуме затрат на добычу 1 т угля. В этой связи необходимо выполнить широкий комплекс исследований, направленный на изучение влияния технических, технологических и природных факторов на эффективность работы очистных забоев, оборудованных серийными типами отечественных комплексов современного технического уровня.

Широко применяемая в .настоящее время технология отработки угольных пластов при охране подготовительных выработок с помощью целиков угля характеризуется большими объемами проведения и значительными расходами, на поддержание выработок, ограничением нагрузок на очистные забои по газовому фактору, сложностью транспортирования угля и .материалов, опасностью самовозгорания угля и газодинамических проявлений в форме выбросов угля, газа и горных ударов.

Одним из важных решений, направленных на сокращение потерь угля в недрах, является широкое внедрение беспелн-ковой технологии подготовки и отработки за'пасов выемочных .полей, которое осуществимо при условии разработки рациональных вариантов технологии крепления и охраны за очистным забоем подготовительных выработок.

•С внедрением бесцеликов,ой технологии выем<ки угля и применением прямоточных схем проветривания на .пластах угля, склонного к самовозгоранию, резко повысилась эндогенная пожароопасность отработки выемочных полей. Ранее применявшиеся традиционные способы профилактики эндогенных пожаров при данной технологии 'выемки угля не дали .должного эффекта, а в ряде случаев не могли быть использованы по техническим причинам.

В 'связи с изложенным создание новых технологий и средств интенсивной и безопасной отработки пологих пласгов Кузбасса, отличающихся высокой адаптивностью' к изменяющимся горно-геологическим условиям, является■ актуальной проблемой.

Целью работы является -создание технологий интенсивной и безопасной добычи угля с учетом постоянно усложняющихся горно-теологических условий на основе выявленных закономерностей поведения массивов горных пород и оптимизации параметров технологических схем очистных и подготовительных работ, обеспечивающих повышение эффективности функционирования горного производства.

Идея работы заключается в управлении геомеханическмми и газодинамическими процессами путем конструирования рациональной топологии сети горных .выработок и объективного выбора параметров технологических схем отработки уголь-.ных пластов, адаптивных к по стоянию усложняющимся горно-геологическим условиям.

Методы исследований. В работе использован комплекс методов исследований, включающий научное обобщение данных производственного опыт.а, методы математического моделирования, математической статистики, корреляционного и регрессионного анализов, натурные эксперименты в производственных условиях, выполненные'по апробированным и-специально разработанным методикам.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

эффективное освоение угольных месторождений предусматривает переход на блок-этапную технологию отработки запасов [2, 3, 5, 12, 14, 18, 24, 41];

классификация парод активной кровли по нагрузочным свойствам базируется на результатах экспериментальных исследований и опыте эксплуатации механизированных крепей повышенного технического уровня в различных торно-геологи-чеекнх условиях отфаботки угольных пластов [26, 27,, 28];

метод оценки условий поддержания подготовительных выработок при бесцеликовой технологии- отработки запасов выемочных столбов является -базой формального аппарата автоматизированного .проектирования паспортов крепления выработок [17, 30, 31, 51 ] ;

метод вероятностно-статистического прогнозирования условий 'поддержания горных выработок является основой для оценки влияния комплекса горно-геологических и горно-технических факторов на характеристику процесса смещений контура- горных выработок [32, 40];

закономерности защитного действия антипирогена учитывают повышение устойчивости перекисных соединений и снижение скорости развития реакции окисления и являют со'бой базу для обоснованного 'выбора параметров обработки угле-породного массива [35, -57];

.рациональное построение шахтных вентиляционных сетей базируется на закономерностях влияния скорости перемещения воздушной струи в выработанном пространстве и ширины проветриваемого участка на тепловое равновесие нарушенного горньши работами участка утлепородного массива [38, 47, 53];.

адаптивность технологических схем горных ¡ра^бот достигается .корректным учетом изменения элементов залегания угольных пластов и траекторий движения забоя при соответствующем усовершенствовании средств механизации [6, 7, 8, 9,13].

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

значительным объемом длительных (более 13 лет) шахтных инструментальных наблюдений автора при внедрении новых систем -разработки .пластов, -крепей очистных и подготовительных выработок, а также результатов исследований эффективности управления газодинамическими и геомеханиче-екими процессами при опра'ботке пологих средней мощности и мощных угольных пластов (около 2500 замеров);

удовлетворительной сходимостью аналитических и экспериментальных исследований■ систем разработки (90—80%), проявлений горного давления (80—85%) и технологии управ-

ления газовыделением при отработке пожароопасных пластов (До 9-5%);

'повышением производительности труда .на 25—40% при .внедрении .новых систем подготовки и разработки угольных пластов.

Научное значение работы заключается т разработке методологии конструирования, обоснования параметров и совершенствования технологических схем ведения горных работ в направлении повышения уровней их прогрессивности^ адаптивности, эффективности и безопасности на базе установления геомеханических и газодинамических особенностей поведения углелородного массива при отработке угольных пластов в различных горно-геологических условиях.

Научная новизна работы заключается в следующем:

разработана классификация пород активной кровли по нагрузочным свойствам на основе комплексного критерия, учитывающего отношение суммарной мощности слоев лег.кообру-шающихся пород юро-вли к мощности пласта, глубину горных •работ и суммарную мощность труднообрушающихся пород [4, 26, 27, 28];

предложен вероятностно-статистический метод прогнозирования условий поддержания •подготовительных выработок [17, 30, 31, 32, 4.0];

установлены закономерности взаимодействия крепей подготовительных выработок КШУ, КГШ, КШК с вмещающими пародами и математико-сгатистические зависимости смещений .пород кровли в 'подготовительных выработках от различных горно-геологических и горнотехнических факторов [25, 42, 44, 45, 49, 37];

разработана экономико-математическая модель выбора оптимальных параметров схем вскрытия, подготовки и отработки запасов шахтного поля эксплуатационными блоками [24, 41, 36];

.разработан метод обоснования объемов антипирсгена и параметров процесса его натаега.ния в выработанное пространство, учитывающий условие нарушенное™ пластов, склонность углей к самовозгоранию, размеры проветриваемой зо<ны и скорость'подвигания очистного забоя [19, 22, 1.0];

установлены закономерности формирования пожароопасных зон в выработанном простра.нств'е при различных вариантах бесцеликовой технологии угледобычи и схемах проветривания, позволяющие обоснованно .определять места возможного зарождения оча-гов самовозгорания [41, Г5, 18, 34, 35, 38, 47, 53, 57];

установлены закономерности проявлений горного давления .при .бесцеликовой технологии отработай запасов полого'пада-ющих пластов для условий эффективного поддержания согаря-

жений выемочных штреков с лавой при ее развороте по криволинейной траектории [1, 2, 3, 12, 13, 14].

Практическое значение диссертации заключается в разработке и совершенствовании:

технологических схем отработки газоносных самовозгорающихся у-гольных пластов, обеспечивающих минимальные потери угля, сокращение размеров проветриваемой зоны выработанного 'пространства и 'надежную его изоляцию [11, 3, 9, 50, 54];

требований к технологическим схемам разработки пологих и наклонных газоносных пластов, обеспечивающих рациональный порядок отработки запасов выемочных столбов в различных горно-геологических условиях при .возможности применения прямоточных схем 'проветривания [15, 18, 19, 34, 54];

принципиалыно новых способов профилактики эндогенных пожаров с использованием порошкового антнпирогена (карбамида) [53, 23, 47, 57];

■параметров обработки карбамидом разрыхленного углепо-родното массива и целиков угля, оставляемых в выработанном пространстве [19, 22];

методики обоснования параметров технологии проведения и крепления подготовительных выработок шахт Южного Кузбасса [5, 42, 49];

требований к новому проходческому оборудованию [15, 16];

конструкции новых крепей подготовительных выработок различного технологического назначения [42, 46, 48, 51, 56];

технологических схем проведения подготовительных выработок на пологих пожароопасных .пластах [17, 42, 50];

новых способов управления кровлей на границе с выработанным пространством [01, 33, 55];

адаптивных технологических схем горных работ в цёнтре разворота лавы, обеспечивающих снижение трудоемкости управления кровлей в очистном забое [5, 6, 7, 8, 9, 43];

прогрессивных технологических схем очистных работ на пологих пластах Кузбасса, в том числе базирующихся на открыто-подземном способе добычи угля [20, 29, 33, 36, 58].

Реализация выводов и рекомендаций работы. Классификация :пород активной кровли использована при разработке «Рекомендаций «о выбору механизированных крепей при отработке угольных пластов на шахтах Южного Кузбасса», утвержденных начальником Главного научно-технического управления Минуглепрома ОООР и использованных при выборе механизированных крепей и раскройке пластов на шахтах им. В. И. Ленина, «Нагорная» концерна «зКузнецкутоль» и арендном предприятии—шахте «Распадская».

Технические требования к технологическим схемам разработки .пожароопасных угольных пластов и способы сохране-

ния выработок для повторного использования вошли в «Технологические схемы разработки пологих и наклонных пластов Кузнец кого бассейна», утвержденные главным инженером ГТУ «Главкузбассуголь».

¡Новые способы профилактики эндогенных пожаров и их параметры использоваиы во «Временном руководстве по инер-тизации газовоздушной среды и сокращению проветриваемых зон в 'выработанном пространстве для предупреждения эндогенных пожаров при разработке пологих пластов угля, склонного к самовозгоранию», утвержденном главным инженером ГТУ «Главкузба-ссуголь».

Технологические схемы ведения горных работ в центре разворота использованы при разработке «Технологических схем с разворотом механизированных комплексов», утвержденных главным инженером В1ПО «гКузбассуголь».

¡Разработанные требования и -принципиальные конструктивные решения для 'новых типов проходческого оборудования (комплексов с планетарно-роторным и стреловидным органами, бурильной установки на гусеничном ходу) явились основой для разработки ироектно-кон-структорокой документации на них и изготовления промышленных образцов, внедренных на шахтах им. В. И. Ленина, .«Зыряновская», им. Ше-вяшва, «Байдаевская» концерна «Кузнецкуголь».

Технологические схемы бесцеликовой выемки .пологих пластов средней мощности и мощных внедрены на шахтах «Аба-шевокая»,'«Байдаевская», «Зьврядаовская», им. 60-летия ССОР, «Томская», «Усийская», им. В. И. Ленина "концерна «Кузнецк-уголь» и арендном -предприятии—-шахте «¡Распадская».

Экономический эффект от внедрения результатов исследований составил 6438,9 млн. рублей (доля автора 1036,43 млн. рублей) в ценах 1991 т.

Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены и получили одобрение на совещании по концепции струговой технологии и технике (г. Шахты, 1989 г.); совещании по проблемам, безопасного ведения гормых работ (г. Кемерово, 1990 г.); Всесоюзном совещании по программе научно-исследовательских и олытно-констркуторских работ по проблеме закладки на- 1990—1995 гг. (г. Горловска, 1990 г.); заседании Центральной .комиссии- по проблеме борьбы с выбросами породы, угля и газа (г. Каратанда, 1990 г.); заседании Центральной комиссии по борьбе с внезапными выбросами (г. Кемерово, 1990 г.); совещании .по технологии и технике обеспечения ведения очистных и проходческих работ (г. Люберцы, 1991 г.).

Публикации. Основные -положения диссе-ртацици опубликованы в 58 печатных работах, из которых 3 монографии, 22

изобретения,-а также в научно-технических отчетах, депонированных в ВНТИц&нтре, технологических и рабочих проектах на создание новой технологии и, техники для пологих средней мощности и мощных угольных пластов.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ОПУБЛИКОВАННЫХ. РАБОТ

1. Разработка и совершенствование прогрессивных технологий отработки пологих угольных пластов

'Разработка и совершенствование прогрессивных технологических решений подземной угледобычи, .поиск рациональных конструкций горно-шахтного оборудования и параметров систем отработки пологих угольных пластов Кузбасса принципиально осуществляется на базе оценки технологичности тори-пи мае м'О го решения, обеспечивающего увеличение полноты выемки запасов угля и улучшение технико-экономических показателей работы при создании безопасных условий труда горнорабочих. Реализация этого может быть осуществлена при выполнении следующих мероприятий: применение технологических схем непрерывной отработки выемочных полей с разворотом комплексов на 180° и перевод их без .перемонтажа в смежный выемочный столб [1, 2, 3, 4, 5, 12]; использование технологии ведения очистных .pa-бот на пологих угольных пластах, базирующейся на открыто-подземном способе выемки угля; применение технологических схем отработки пологих и наклонных угольных пластов, обеспечивающих их рациональную раскройку при возможности выбора максимально эффективного для конкретных горно-геологических условий типа механизированного комплекса и применения прямоточных схем проветривания.

Применяемые в настоящее время способы вскрытия и подготовки шахтных 'полей остаются неизменными длительное время, что ведет к таким негативным явлениям, ка-к постоянный рост первоначального объема капитальных вложений, длительный срок строительства угледобывающего 'предприятия [¡24]. Это, в свою очередь, приводит .к тому, что технике-, •ские решения, заложенные в проектах, к моменту пуска- шахты в эксплуатацию морально устаревают. Быстрыми темпами растут удельные затраты на поддержание и техническое перевооружение мощностей действующих предприятий, которые за последние 20 лет увеличились более чем в 1,5 раза.

Значительно отстают работы по реконструкции шахт, в (результате чего ощущается острый дефицит во вскрывающих и подготовленных запасах. Так, в Кузбассе 38 шахт ведут горные работы в уклонных полях. Прямым следствием отставания -подготовки новых горизонтов является существенное

усложнение технологических схем и деконценграция горных »работ на многих шахтах .Кузбасса.

iB связи с изложенным была предложена 'блок-этапная технология освоения месторождений Кузбасса. При разработке месторождений следует выделять два этапа развития: I — первая очередь вскрытия, II-—последующие очереди вскрытия. Этапы должны быть взаимосвязаны во времени и пространстве и отвечать всем требованиям нормативных документов. Методика определения эффективности блок-вгапной технологии представлена в работе [24].

(В результате внедрения данной технологии становится возможным: осуществлять поэтапное освоение месторождения до его полной отработки, вести вскрытие и подготовку горизонтов II этапа на основании накопленной информации при отработке запасов горизонта I этапа; горные работы по вскрытию горизонтов II этапа вести независимо от горных работ (по отработке запасов горизонта I этапа; избежать снижения мощности угольного предприятия.

Реализация блок^тапной технологии разработки угольных месторождений находит свое воплощение на ряде участков Кузнецкого бассейна, где уже обработавшие свои запасы угольные шахты осваивают близлежащие участки других месторождений [4:1 ].

Исследования проблемы взаимодействия механизированных крепей с породами кровли на различных участка* движения очистного забоя по криволинейной траектории была начата в 1983 т. В последующие годы автором работы в этом направлении были продолжены: разработаны новые технологические схемы и методические рекомендации по определению экономической эффективности внедрения технологии выемки угля с разворотом механизированных комплексов, обоснованных параметры [13, 1<4, 15, 6, 7, 8, 9, .20, 36].

' Одним из наиболее сложных участков лавы при развороте .механизированного комплекса на 180° является центр разворота. Автором предложен ряд технологических схем по снижению трудоемкости управления кровлей в этом узле [6, 7, 8].

>С целью снижения трудоемкости управления кровлей (в центре разворота очистного забоя) при одновременном повышении маневренности и улучшении условий работы механизированного комплекса секции .крепи в .зоне разворота на расстоянии от его центра, равном l=MAb (N — количество труд-нооуправляемых секций, Ab—шаг установки секций механизированной крепи), периодически разворачивают на месте в сторону ведения очистных работ под углом, равным углу допустимого изгиба секций механизированной «репи относительно лавного конвейера, а затем по мере выемки каждой косой

полосы указанные 'секции последовательно передвигают на величину их'полной задвижки [21].

Особенности технологии ведения очистных работ при развороте механизированных комплексов и закономерности проявлений горного давления .по длине лавы на разных участках поворота очистного забоя .рассмотрены в работах [2, 3, 4, 5]. Для обоснования 'возможности разворота механизированных комплексов при бесцелико'вой схеме отработки угольных пластов были проведены исследования -состояния и свойств межстолбового целика.

•Выполненные исследования по оценке состояния и свойств межстол'бовых угольных целиков при разворотах механизированных комплексов позволили сформулировать следующий основной вывод: деформационные характеристики угля в массиве изменяются в процессе разворота лавы, причем в области, где действующие напряжения не превышают прочностных показателей угля, изменение модуля деформации происходит согласно изменению действующих напряжений (при повороте до 90°), а при переходе угля в запредельную область значение модуля деформации падает в начальный период отработки второй лавы, что предопределяет необ-ходи'мость проведения дополнительных профилактических мероприятий по предотвращению разрушения бортов выработок.

Несоответствие скоростей подвигания -очистных и подготовительных забое® является основной причиной диспропорции между временем отработки выемочных столбов и временем их подготовки.

Для ликвидации указанной диспропорции за счет разделения очистных и подготовительных забоев в пространстве и -времени была разработана и апробирована на шахте «Капитальная» концерна «Кузнецкуголь» технологическая схема отработки лав до пласту £г0 через выемочный столб [25]. В результате внедрения разработанной технологической схемы раскройки шахтных полей, выявлены следующие ее преимущества: создаются благоприятные условия поддержания подготовительных -выработок, их сопряжений с лавой и выполнения концевых операций; подготовительные выработки, проводимые вприсечку к выработанному пространству, располагаются -в зоне установившегося пониженного горного давления, в связи с чем не возникает трудностей но их поддержанию в ходе ведения очистных ра'бот; наличие выработанного пространства с обеих сторон выемо-чного столба активизирует процесс сдвижения и обрушения пород кровли, что значительно уменьшает площади зависания слоев кровли над очистным за-боем и обеспечивает более надежную и равномерную ,по длине Лавы работу механизированной крепи.

Подготовка пласта £]0, предложенная автором, была осуществлена центрально-сдвоенными и фланговыми бремсбергами с последующей нарезкой выемочных столбов по простиранию пласта (рис. 1).

При применении указанной технологической схемы отработки пласта Ею добыто 5,48 млн. т угля при среднемесячной •скорости подвигания очистного забоя 95—,142 м.

Наличие значительных запасов угля на пластах Кузбасса, залетающих в виде брахисинклиналей, осложненных геологическими нарушениями, явилось основанием для разработки новых технологических схем угледобычи, одна из которых приведена на рис. 2, а. Данная схема предназначена для повышения безопасности разработки угольных пластов при одновременной и независимой выемке -нескольких столбов в блоке за счет обособленного проветривания выемочных участков [20].'

'При разработке угольных пластов с углом падения более 12° для исключения снижения нагрузки на очистной забой или опрокидывания механизированных комплексов при их работе по падению или восстанию выемочные выработки, окон-туривающие столбы, на крыльях блока проходят к горизонтальной плоскости пласта под углом у=-12°. Тогда угол заложения выемочных выработок со стороны разреза к простиранию пласта составит £ = 90°—р (рис. 2, б). Угол р определяется по формуле

где а — угол падения разрабатываемого пласта, град; .у — угол наклона выемочных выработок, проводимых по падению или восстанию к горизонтальной плоскости пласта, град; |3 — угол между осью падения пласта и осью заложения выемочной выработки со стороны разреза к простиранию пласта, град.

На рис. 2, б также показаны: Ь\ — на«ло.нная длина выемочного блока по падению пласта, м; Ьг — наклонная длина крайней выемочной выработки, м; Н — вертикальная высота выемочного блока, м.

Для повышения полноты извлечения угля из месторождений синклинального типа и снижения себестоимости его добычи .верхнюю часть пласта, выходящух под насосы, отрабатывают открытым способом при одновременном ведении подземных горных работ [36]. При этом в верхней части шахтного поля .на границе подземных и открытых горных ра-бот формируется барьерный целик шириной, равной длине, подземной очистной выработки, а после отработки запасов угля

0)

Л/а. S. 7а»э*агичгсягн? £■*£,«я ompttíamxa уголь МЫ H ялаг/по/ S .о/аннатмо*' /rifi0p*t не шяитз . евгтитегАьнав' * 1>/цар*з. HtuKyretk* : /герпЭе/г «/првГе/пяи Sh/Imowmuh em ел St в

открытым -и подземным способами указанный целик извлекается.

Существенное улучшение технико-экономических показателей при отработке месторождений, осложненных геологическими нарушениями, достигается применением технологической схемы, приведенной в работе [54]. В пределах границ нарушений, определенных по геологоразведочным скважинам, на плане горных работ производят предварительную раскройку шахтного поля на »панели с размещением по простиранию выемочных столбов, а под углом 30—60° к их контуру — парных наклонных выработок по отрабатываемому угольному пласту. Затем проводят с дневной поверхности со стороны промплощадок до контакта с фактическими нарушениями конвейерные и вспомогательные наклонные выработки и соединяют их нижние концы разведочными выработками, которыми устанавливают контуры геологических нарушений. После проведения наклонных и разведочных выработок проходят выемочные штреки и приступают к очистным работам. Отработку пласта начинают от границ геологических нарушений с переходом очистными забоями наклонных выработок и последовательным вводом в работу смежных лав. Отработку запасов ведут в восходящем порядке, что создает наиболее благоприятные и безопасные условия ведения горных работ, не нарушенных обводненных и пожароопасных угольных пластов, так как весь поступающий в лаву водопоток уходит в выработанное пространство.

Динамика внедрения механизированных комплексов в Кузбассе показывает, что с углублением горных работ удельный вес применения крепей повышенного сопротивления значительно увеличивается, а надежность их эксплуатации снижается также резко. Изменяются условия взаимодействия механизированных крепей с породами кровли. Наличие локальных участков пластов, отличающихся по литологическому составу пород кровли, их физико-механичесжим свойствам, глубине ведения горных работ обусловливают различную тяжесть нагружения секций механизированных крепей, а следовательно, создают повышенную аварийность элементов их конструкций.

Так, с увеличением глубины ведения горных работ максимальное значение сопротивления секций механизированных крепей в средней части лав увеличивается. Это обусловлено изменением прочностных свойств боковых пород и, как следствие, увеличением шага периодических обрушений и размеров обрушающихся блоков. При увеличении мощности труд-нообрушающихся пород в основной кровле пласта прямо пропорционально возрастает нагрузка на механизированные крепи в результате увеличения размеров блоков, взаимодействующих с крепью. Наиболее благоприятными условиями сило-

П

вого взаимодействия механизированных крепей с породами кровли является отработка участков пластов при отношении мощности легкоо-брушающихся пород кровли кю к вынимаемой мощности пласта та, равном 7,0 [26].

Для оценки параметров взаимодействия механизированных крепей с порода-ми кровли, характеризующимися тяжелыми нагрузочными свойствами, были проведены инструментальные наблюдения на пластах 11 и 9 блока № 4 поля шахты «Раепадская».

Результаты шахтных инструментальных замеров сопротивления механизированных крепей и -опыт их эксплуатации позволили разработать классификацию пород активной кровли по нагрузочным свойствам, базирующуюся на следующих основных положениях:

сопротивление механизированной крепи определяется внешней активной нагрузкой со стороны пор-од кровли и зависит от комплекса влияющих факторов: отношения мощности лег-кообрущающихся пород непосредственной кровли к вынимаемой мощности пласта, мощности труднообрушающихся пород основной кровли, шага о'брушения пор-од кровли, глубины горных работ, а также технических и конструктивных параметров (типа механизированной крепи, количества гидростоек под секцией, в том числе в посадочном ряду, внутреннего дна-метра пор-шневой полости гидростоек, шага установки секций, площади перекрытия, воспринимающей нагрузку пород кровли);

интенсивность нагружения секций механизированной крепи относительно различных участков лавы неодинакова, максимальные значения внешних активных .нагрузок характерны для ее средней части в момент периодических осадок кровли;

наибольшее влияние на значение внешней активной нагрузки оказывают трудноо-брушающиеся породы кровли, так как с увеличением глубины горных работ возрастают предел их прочности на одноосное сжатие, способность к зависанию, размеры обрушающихся бло-ков и шаг обрушения, что изменяет тип кровли по нагрузочным свойствам;

Периодические осадки труднообрушающихся пород основной кровли прослеживаются при мощности легкообрушаю-щих-ся пород в непосредственной кровле менее 7,0 вынимаемых мощностей пласта; при большей мощности труднообру-шающи-еся ,п-ороды переходят на плавный прогиб [27].

Основными критериями разделения кровли по нагрузочным свойствам являются: отношение суммарной мощности слоев легкообрушающихся пород кл0.залегающих непосредственно над угольным пластом, к вынимаемой мощности пласта та\ глубина горных работ Я; суммарная -мощность труднообрушающихся пород т„, залегающих выше легкообруша-ющихся или непосредственно над угольным пластом.

По отношению мощности легкообрушающихся пород в непосредственной кровле к вынимаемой мощности пласта выделяется 4 группы условий:

3>АЕ>9; 9>-^->3; 12>^>9; 16>-^>12. тв т0 та тп

По мощности труднообрушающихся пород в основной кровле пласта выделяется 3 группы условий;

3>отп>0; 12>тп>3; тп> 12.

По глубине ведения горных работ выделяется 2 группы условий: #<80 м, #>80 м. По нагрузочным свойствам выделяется 4 типа кровли: легкая, средняя, тяжелая, весьма тяжелая. При выборе сопротивления механизированной крепи, в зависимости от типа кровли необходимо учитывать вероятностный характер распределения внешних активных нагрузок на механизированные крепи. Проведенные исследования позволяют осуществлять прогноз интенсивности нагружевия механизированных крепей для разрабатываемых и проектируемых к отработке угольных пластов и выемочных столбов; осуществлять рациональную раскройку проектируемых к отработке угольных пластов (ориентация вскрывающих и подготовительных выработок) с учетом выявленных закономерностей силового взаимодействия механизированных крепей с породами кровли в границах шахтопласта; определять рациональную область применения существующих типов механизированных крепей в соответствии с их техническими характеристиками; прогнозировать надежность эксплуатации механизированных креней в процессе ведения очистных работ [28].

На основании анализа состояния добычи угля длинными очистными забоями были разработаны следующие перспективные схемы многофронталыных очистных забоев:

— Двухфронтальная без разрыва сплошности крепи очистного забоя. Каждый участок ла;вы оборудован отдельным комбайном и конвейером. Уголь с участков транспортируется в разных направлениях. Нижний конвейерный штрек сохраняется и и'спользуется повторно.

— Двух'фронтальная без разрыва линии очистного забоя с наличием промежуточного штрека. На промежуточном штреке устанавливаются секции крепи сопряжения. Допускается опережение — отставание частей забоя на 3 м.

— Двухфронтальная с разрывом сплошности линии очистного забоя. Между верхней и нижней частью очистного забоя формируется штрек. Формирование штрека осуществляется ■при помощи очистного комбайна. Каждая часть забоя может

работать независимо от состояния другой—<с опережением или отставанием.

— Двухфронтальная с разрывом линии забоя и наличием между верхней и нижней частями промежуточного штрека. Промежуточный штрек предназначен для подевежения исходящей струи воздуха из нижней части забоя и транспортирования материалов и оборудования. Допускается опережение или отставание участков забоя.

— Двухфронтальная с разрывом линии очистного забоя, наличием между верхней и нижней частью конвейерного штрека и формированием оконтургевающего штрека для смежного столба.

— Трехфронгальная с одним разрывом линии забоя; каждая -из частей оборудована отдельным забойным и ленточным конвейерами и комбайном. Между средней и нижней частью имеется штрек, сохраняемый на полное сечение. Конвейерный шштрек нижней части сохраняется на неполное сечение и используется повторно в качестве оконтуривающей выработки для смежного его лба.,

— ТреХ'фронтальная с одним разрывом линии забоя. Между верхней и средней, средней и нижней частями имеются выработки. Верхняя и средняя части работают в одну линию, нижняя с отставанием или опережением.

— Трехфронтальная с двумя разрывами линии заобя. Между верхней и средней частями формируется штрек очистным комбайном, между средней и 'нижней частями имеется конвейерный штрек. Все части забоя могут работать независимо друг от друга [42].

Мнотофронгальные технологические схемы подготовки и отработки пластов предусматривают взаимное опережение смежных лав.

С целью повышения безопасности работ в сохраняемых подготовительных выработках автором разработан новый способ отработки спаренных лав механизированными комплексами, включающий отработку опережающей и отстающей лав, крепление обнажений кровли линейными секциями механизированной крепи, транспортировку полезного ископаемого из лав на конвейерную выработку, поддержание общей выработки «между отстающей и опережающей, лавами секциями механизированной крепи, обрушение кровли и погашение выработок следом за очистной выемкой. Данный способ отличается от известных тем, что с целью обеспечения постоянного распора секциями крепи в общей выработке и упрощения процесса крепления обнажений кровли, поддержание общей выработки между лавами осуществляется линейными секциями механизированной крепи, которые устанавливаются диагонально с противоположными углами примыкания к оси вы-, работки в направлении отработки лав. При этом установку

секций крепи с правой и левой сторон выработки производят в зоне сопряжения опережающей лавы, а извлечение, перемещение и повторную установку секции крепи осуществляют поочередно по мере подвигания очистных забоев при постоянном распоре остальных секций крепи [55].

Увеличение количества комплексно-механизированных очистных забоев и темпов отработки выемочных полей обусловило рост объемов работ по монтажу, демонтажу и наладке оборудования механизированных комплексов.

Основными причинами низкого уровня использования ме^ ха-ни-зированных комплексов являются длительное пребывание оборудования в состоянии ожидания начала монтажа или демонтажа, продолжительное производство этих работ и несвоевременная доставка оборудования на шахты. Период пребывания оборудования в ожидании начала монтажно-демон-тажных работ и продолжительность их выполнения составляет 23,4% календарного времени использования механизированных комплексов на шахтах концерна «Кузнецкуголь». В работе [29] приведены предложенные автором новые технологические схемы монтажа и демонтажа комплексов 2УКП, КМл142, КМ.-138, К'М-430. Внедрение разработанных технологических схем монтажа и демонтажа механизированных комплексов повышенного технического уровня на шахтах концерна «Кузнецкуголь» осуществлялось силами очистных бригад. Так, показатели эффективности монтажно-демонтажных работ на шахте «Распадская» не хуже, чем при выполнении такого же комплекса работ специализированными бригадами УМДРГШО (табл. 1). Качество выполнения работ и их темп стимулируется не только экономически, но и психологически, так как реализуется заинтересованность работников в снижении трудоемкости добычи угля при последующей эксплуатации комплекса.

Разработка новых и совершенствование традиционных технологических схем проведения и поддержания подготовительных выработок

Поддержание и увеличение уровня подземной добычи угля возможно лишь при наличии высокоэффективной технологии проведения и поддержания подготовительных выработок, обеспечивающей наращивание объемов горно-подготовительных работ. В то же время проведение горных выработок, например в концерне «Кузнецкуголь», в последние годы ведется в основном экстенсивными методами, поэтому даже увеличение парка механизмов различного типа на подготовительных работах не привело к интенсификации производства. Скорость проведения выработок-комбайнами снизилась со 197 в 1982 г. до 164 м/мес в 1-991 г., а производительности труда проход-

Тип Схема работы Длина

комплекса лавы, м

КМ-142 Монтаж в лаве 4—7— 17 (3 119

мес.)

Демонтаж в лаве 4— -7— 15 120

(3 мес.)

КМ-130 Монтаж в лаве 5 а— -10- -8 150

(1 «5 мес.)

КМ-138 Монтаж в лаве 4—9— 13 (1 151

мес.)

Таблица 1

Затраты, всего тыс. В том числе по элементам Амортизация комплекса в период монтажно- , демонтажных работ

материалы заработная плата начисления амортизация

100,8 1,0 85,2 7,7 6,0 150,1

80,0 2,0 70,7 0,4 6,0 146,1

55,2 1,9 46,9 4,2 3,2 80,7

34,5 1.8 28,6 2,6 1,5 30,0

чика, занятого в комбайновом забое, снизилась с 0,25 в 1980 г. до 0,15 м/чел.-смену в 1991 г. ['16].

Анализ данных производственного опыта показывает, что основным фактором, влияющим на ежегодное снижение основных показателей горно-подготовительных работ, является значительное увеличение доли объемов проведения транспортных и вентиляционных штреков смешанными забоями (со значительным процентом присечки боковых пород) общего объема проведения подготовительных выработок. Уровень механизации подготовительных работ значительно отстает от уровня механизации очистных работ, в связи с этим .при участии автора были проведены работы по созданию новой техники и технологии проведения и крепления горных выработок. К их числу относятся работы по созданию принципиально нового проходческого комплекса с планетарно-роторым рабочим органом, обеспечивающего механизацию всех производственных процессов .при проведении горных выработок площадью сечения 8—12 м2 со скоростью 6—15 м/ч по породам с /'до 8 и углом наклона выработок до 20°, а также проходческого комбайна шагающего типа со стреловидным рабочим органом, обеспечивающим механизацию всех производственных процессов при проведении горных выработок площадью сечения 8—12 м2 по породам с / до 6 и углом наклона выработок до 25°. Кроме того, выполнен комплекс работ по созданию навесного оборудования для бурения шпуров под анкерные болты для комбайнов типа ГПК » внедрения комбайна шагающего типа на базе комбайна ГПК с комплексом оборудования для проведения сильно обводненных наклонных выработок.

Выполнены конструкторские проработки и проведены, комплексные шахтные испытания опытных образцов бурильной установки для .выработок площадью сечения 6—13 м2 с / до 12 на гусеничном ходу с электрогидравлическим исполнением рабочего органа, навесного оборудования для бурения шпуров и установки армировочных винтов для комбайнов типа ГПК, комплекса оборудования для проведения выработок механогидравлпческим способом с замкнутым подземным циклом обезвоживания воды без выдачи пулыпы на поверхность. Перечисленное оборудование изготовлено на ре-монтно-механических предприятиях концерна «Кузнецкуголь» и испытано на шахтах им. В. И. Ленина, «Баидаевская», «Капитальная», им. Л. Д. Шевякова [16].

Анализ применяемых конструкций крепей подготовительных выработок шахт концерна «Кузнецкуголь» показал, что объем использования работоспособных и надежных рамных металлических крепей в тяжелых условиях составил всего 25%, а в особо тяжелых — 50% объема использования всех видов «репей [30].

2

17

■При анализе конструкций металлических рамных крепей из СВП в подготовительных выработках шахт концерна «Кузнецкуголь» были выявлены их следующие недостатки: небольшая несущая способность на единицу собственной ,мас-сы из^а отсутствия шарнирных соединений; невысокая способность к сопротивлению изги'бно-крутильным деформациям от действия сложных пространственных нагрузок; недостаточ-. ная конструктивная податливость.

В результате анализа применяемых конструкций крепей Iподготовительных выработок шахт концерна «Кузнецкуголь» определены основные направления их совершенствования, заключающиеся в повышении несущей способности крепи на единицу собственной массы в условиях сложного пространственного нагружения за счет оптимальной конструктивной податливости и снижении массы отдельных элементов крепи.

Анализ состояния подготовительных выработок шахт концерна «Кузнецкуголь» показал, чго одной из главных причин значительных материальных и трудовых затрат на их охрану и сохранение в рабочем состоянии является несоответствие параметров крепей горных выработок условиям их поддержания. В связи с этим особую актуальность приобретают вопросы прогнозирования условий поддержания и охраны выработок на основе системы автоматизированного проектирования крепей и паспортов их крепления (САПР ПК) ['17, 31].

В качестве составной части в САПР ПК для прогнозирования смещений пород с учетом всех влияющих горно-геологических и горнотехнических факторов был использован вероятностно-статистический метод, основанный на применении формулы Байеса, впервые реализованный в практике горного дела докт. техн. наук И. Л. Черняком.

В результате математической обработки данных по 138 штрекам 12 шахт концерна «Кузнецкуголь» были получены зм'пирические значения вероятностей признаков каждого фактора для принятых интервалов смещений, которые образуют вероятностно-статистическую модель прогнозирования условий поддержания, использование которой позволяет еще до' проведения подготовительной выработки определить наиболее вероятные значения смещений пород ее кровли, а следовательно, и условия ее поддержания [32].

Проведенный с использованием ЭВМ регрессионный анализ статистических данных по условиям поддержания вые-. мочных штреков шахт Южного Кузбасса- выявил ряд закономерностей изменения значений смещений и (мм) контура выемочных штреков от отдельных горно-теологических и гор- ■ нотехничееких факторов (рис. 3, а, б).

В настоящее время около 70% объема участковых выработок крепится анкерной и деревянной рамной крепями. Сохранить такие выработки за очистным забоем без усиления

Таблица 2

Расход Количество

Показатели антипн'ро-гена на 1 м2 площади, кг выделившегося инертного газа, м3 поглощенного тепла, к кал

Уголь 1 группы склонности к са-

мовозгоранию с продолжительно-

стью инкубационного периода,

мес.:

0,5—1,0 3,0 3,0 1410

1,0—1,5 2,5 2,5 1175

1,5—2,0 2,0 2,0 940

Уголь в зонах тектонических: на-

рушений 3,0 3,0 1410

Уголь, подвергшийся воздейст-

вию высоких температур (в рай- 2,5

оне описанных пожаров) 2,5 1175

Режим подачи антипирогена зависит от длины консоли зависания в момент обрушения пород кровли, а введение порошка карбамида в период обрушения позволяет равномерно обработать весь объем выработанного пространства вблизи механизированной крепи. Порошок перемещается с обрушае--мым массивом и под давлением воздуха проникает вглубь выработанного пространства. При самонагревании угля происходит разложение карбамида с поглощением тепла и выделением инертного газа. За счет этого происходит торможение процесса окисления угля и инертнзация атмосферы выработанного пространства. Порошок может находиться в выработанном пространстве длительное время, не изменяя своих свойств.

Теоретические и шахтные эксперименты, выполненные в условиях Южного Кузбасса позволили разработать принципиально новые способы профилактики эндогенных пожаров с использованием антипирогенов и управления аэродинамическим режимом выработанных пространств, технологию и параметры обработки карбамидом разрыхленных масс и целиков угля, оставляемых в выработанном пространстве [22]. Эти исследования дали возможность выявить механизм действия карбамида и его расход в зависимости от реагирующей способности угля к кислороду воздуха [19]. Сущность выявленного механизма действия карбамида заключается в следующем: защитное действие карбамида состоит в том, что он интенсивно поглощает влагу из рудничной атмосферы и удерживает ее на поверхности угля. Взаимодействуя с углем, карбамид образует комплексы, повышающие устойчивость пере-кисных соединений, которые снижают скорость развития ре-

акции окисления. При самонагревании угля до 50° С карбамид разлагается с поглощением тепла и выделением углекислого газа и аммиака. При разложении 1 кг карбамида поглощается 470 ккал тепла и выделяется 1 м3 газа (С02— 0,3 м3 и 1ЧНз — 0,75 м3), что тормозит процесс окисления угля. Выделяющийся углекислый газ и аммиак обладают высокой сорб-ционной способностью, и действие их многократно. При соприкосновении с ненагретыми массами угля, газы сорбируются, уменьшая сорбцио-нную поверхность, а при нагревании — десорбируются. Многоразовое действие инертных газов, выделяющихся при разложении карбамида способствует снижению содержания кислорода в выработанном пространстве до 8—10%, при котором реакция окисления протекает медленно и самовозгорания угля не происходит.

Расход карбамида при обработке целиков и разрыхленных масс угля принимается в зависимости от продолжительности инкубационного периода самовозгорания угля и реакционной способности угля в районе описанных пожаров в зонах тектонических нарушений.

Для повышения безопасности и эффективности разработки газоносных, склонных к самовозгоранию пластов Кузбасса на основе теоретических обобщений и личных разработок автора на шахтах внедряются новые технологические схемы отработки пластов. Так, например, для уклонных полей рекомендована схема, в которой за счет количества выработок, подлежащих изоляции со стороны фланговых уклонов, проводят для каждой группы лав самостоятельный фланговый уклон, который соединяют с фланговой 'наклонной выработкой заездом. При этом каждое крыло уклонного поля делят по падению на выемочные участки. Между выемочными участками оставляют противопожарный целик, который отрабатывают в последнюю очередь. При использовании такой схемы в условиях Кузбасса появилась возможность добывать из одной лапы до 10 тыс. г угля в сутки [33].

Сущность технологической схемы снижения эндогенной по-жароопасности выработанного пространства, приведенной на рис. 4, состоит в следующем [38]. При бесцеликовой разработке угольных пластов, склонных к самовозгоранию, имеющих тектонические нарушения 1,2 и при применении для проветривания выемочных столбов 3 прямоточных схем вентиляции с выдачей отработанного воздуха на фланговый уклон 4, водный раствор антипирогена к местам нарушений подают дополнительно. С этой целью при отработке нарушения 1, расположенного в отработанном столбе 3, водный раствор антипирогена подают со стороны сохраняемой части 5 вентиляционного штрека 6, начиная после перехода нарушения 1 очистным забоем 7, и ведут до .конца отработки столба. При отработке тектонического нарушения 2, расположенного в отра-

ботанном смежном столбе, водный раствор антипирогена подают со стороны конвейерного штрека 8 и ведут до момента перехода нарушения 2 очистным забоем 7.

Обработку тектонических нарушений 1 и 2, расположенных в выработанных пространствах, осуществляют периодически по площади, включающей крайние контуры 9 и 10 нарушений, подверженных возможному омышанию их утечками 11 воздуха, проходящими с пожароопасными скоростями движения (0,06—0,9 м/мии). Продолжительность обработки выработанного пространства каждого цикла .принимается не менее 1 смены. Воду, насыщенную антипирогенами, после осветления в выработанном пространстве ■попользуют многократно в замкнутом цикле с .помощью насосной установки 12 и системы трубопроводов 13. Излишки воды откачивают на рабочий горизонт или непосредственно на дневную поверхность по трубопроводу 14. Контроль за качеством обработки выработанного пространства ведут путем замера температуры и состава воздуха, выходящего из завала .в виде утечек 11 по всей длине сохраняемой части выемочных выработок.

Для разработки группы пожароопасных пластов предложена технологическая схема с дренажным штреком [34, 23]. Дренажный штрек проходит по пласту, принятому к- первоначальной отработке (рис. 5). Для этого выбирается пласт, уголь которого или наименее склонен к самовозгоранию или который может быть отработан без эксплуатационных потерь. Пласт отрабатывается на всю мощность по бесцеликовой технологии длинными столбами по простиранию в нисходящем порядке и является разгрузочным пластом. Подработанные и надработанные пласты разрабатывают длинными столбами но простиранию по бесцеликовой технологии .в восходящем порядке. Выемку разгрузочного пласта ведут с учетом необходимости подработки верхних пластов на всей площади выемочного поля. При отработке разгрузочного пласта выделяющийся метан с утечкам,и воздуха по выработанному пространству отводится в дренажный штрек. Из дренажного штрека по воздухоотводящей выработке или скважине газ поступает на дневную поверхность.

В результате выемки первого пласта происходит разгрузка подработанных пластов и образуются межпластовые трещины, выходящие в выработанное пространство этого пласта. Отработку подрабатываемых пластов начинают от нижней границы и ведут длинными столбами в восходящем порядке по бесцеликовой технологии. За счет компрессии в очистном забое и депрессии, создаваемой вентилятором, установленным на устье воздухоотводящей выработки или скважины, газ по трещинам. выходит в выработанное пространство разгрузочного пласта и далее отводится на дренажный штрек по ранее описанной схеме. Отработка надрабагываемого пласта

также осуществляется' от нижней границы и ведется в рос-' ходящем порядке. Метан из выработанного пространства над-рабатываемого пласта ,по трещинам, образовавшимся в' результате надработки, выходит в выработанное пространство разгрузочного пласта и далее отводится в дренажный штрек.

С целью поддержания в выработанном пространстве пустот для активной миграции метана на протяжении всего времени разработки группы сближенных пластов их периодически обрабатывают водой по замкнутому циклу. При разработке пластов угля, склонного к самовозгоранию, выработанные пространства обрабатывают водными растворами анти-пиротена.

Расстояние между первоначально отработываемым и подрабатываемым пластами Н выбирается из условия

&тП0^И„ < Ъ{)тпо,

где тао —вынимаемая мощность первоначального отрабатываемого пласта, м.

При отработке пожароопасных пластов важным условием является .повышение надежности изоляции отработанных пространств от воздействующих и смежных между собой выработок. Для этих целей впервые разработана технологическая схема (рис. 6), предусматривающая проведение штреков /, которые соединяются с наклонными выработками 2, 3 специальными уклонами 4. Выемочные столбы отрабатывают по простиранию, а выработанное пространство .ранее отработанных лав изолируют с помощью перемычек 5. В уклонах формируются емкости, которые заполняют связующим материалом 6. Для повышения надежности изоляции выемочные .штреки соединяют с наклонными выработками двумя уклонами, которые нроходят под углом друг к другу, при этом один из уклонов соединяют с воздухоподающей, а другой — с воз-духовыводящей наклонными выработками [39]. Другим вариантом является технологическая схема, при которой в местах примыкания штреков и фланговых наклонных выработок проводят уклоны, затем в узлах сопряжений штреков с уклонами бурят водоспускные скважины на наклонные выработки, а изолирующие перемычки возводят в уклонах и формируют емкости, которые заполняют жидкостью или связующим материалом [11]. Предлагаемые технологические схемы управления газовыделением при разработке свиты обеспечивают эффективный отвод газовоздушной смеси из выработанного пространства за пределы рабочей зоны, сокращение объема подготовительных работ и снижение количества на выемочный участок свежего воздуха. При внедрении этих схем значительно повышается безопасность ведения горных р.абот и нагрузка, на очистные забои по газовому фактору. -

Лгр.5. CxtM« yi*pai¿etiup гезз&гЗе+вяиш ,?/>ы paspaSemsS eSu/тш

свлихггмыя ллас/ы!-. S - teomís/rrcmátfrire fûâpcSaты^аемче, /•ctîrfiyiovuaù а /Постиг 4- ¿/яе»ея**а? cSo4/sa-

Зршяжныи шт&е/с ; S• enáamvnes ¡¡¡льшего 9i/a/uri/r>»a ; '

7- Sä/fJrtttAfi/nop у

/Vc. l6Ttxreiort/veexqn схема ол*/>вВвтяи леяевоалаек*/* угелшм»/я /тлвстеё

- Выявленный механизм действия карбамида позволил разработать технологию обработки целиков угля и разрыхленных пород в выработанном пространстве. Для обработки целиков, прилегающих к монтажным или демонгажным камерам, бурятся скважины диаметром 112 м. Число и длина скважин принимается в зависимости от ширины деформации краевой зоны целика Хср и отжима угля АХср . Количество карбамида (кг) для обработки определяется по формуле [22]

Мкарб = МК&, (3)

где М — масса угля, подлежащая обработке, т; С? — расход карбамида (0,2—0,3% массы угля); Кг — коэффициент запаса, равный 1,2.

Число скважин для размещения карбамида определяется по формуле

« = —--. (4)

где а — диаметр скважин, мм; /скв —длина скважин, м; Скудельный вес карбамида, т/м3.

Скважины бурятся в 3 ряда по мощности пласта в шахматном порядке веерообразно на расстоянии 5—8 м друг от друга и заполняются карбамидом под давлением 0,5— 0,6 МПа с помощью пневмозарядчика типа ВАХШ-7ДМ. .

Проведенный комплекс исследований позволил сформулировать требования к технологическим-и вентиляционным схемам при разработке пластов 'самовозгорающегося угля, к-основным из которых относятся следующие [15, 35]. Подготовку и отработку пластов необходимо производить односторонними столбами с проведением бремсбергов (уклонов) по пласту и - оставлением между выемочными полями непрорезае-мых целиков угля шириной до 20 м; при двусторонней подготовке выемочных полей наклонные выработки (бремсберги, уклоны, фланговые выработки) рекомендуется проходить по породе. Отработку выемочных столбов в бремсберговом поле рекомендуется производить в нисходящем, а в уклонном — в восходящем порядке, не допуская проведения бремсбергов .(уклонов) и монтажных камер в зоне тектонических нарушений. Бремсберги (уклоны) отработанного поля, пройденные по породе, допускается использовать для нового выемочного поля. На пластах с труднообрушаемой кровлей при газообильности свыше 3 м3/мнн очистные блоки необходимо подготавливать спаренными выработками с оставлением между ними целика шириной 15—20 м с последующим- его погашением смежным отрабатываемым очисгным забоем. Присечен-ные выработки рекомендуется проходить не ранее, чем через 6 месяцев после отработки и изоляции смежных выемочных

столбов на пластах с легкообрушаемой кровлей и 12 меся-дев —с груднообрушаемой.

Схемы проветривания выемочного ,поля должны обеспечивать направление исходящей струи воздуха в сторону неотра-.ботанной части массива, а при необходимости создавать возможность изоляции выемочного поля от общей вентиляционной сети.

. На пластах с газообильносгью менее 3 м3/мин независимо от способности пород 'кровли к обрушению и слеживанию очистные забои должны проветриваться по воэвратноточной схеме. На шластах с газообильностью более 3 м3/мин применение прямоточных схем проветривания допускается:

•на пластах с легкообрушаемой непосредственной кровлей, обрушенные породы которой слеживаются, а толщина превышает вынимаемую мощность пласта не менее чем в 2 раза. Количество воздуха, подавэемого на подсвежение исходящей струи, не должно превышать 50% количества, поступающего в забой, при максимально допустимой скорости движения воздуха в очистном забое;

на пластах с устойчивой и средней устойчивости кровлей при возведении искусственных ограждающих полос вдоль воздуховыделяющих выработок (штреков, бремсбергов, уклонов);

«а пластах со средне- и труднообрушаемыми кровлями при подготовке выемочных столбов спаренными выработками для отвода исходящей струи на сбойку, отстающую на 50— 60 м от очистного забоя.

На пластах с газообильностью более 3 м3/мин при легкообрушаемой кровле с хорошей слеживаемостью обрушенных •пород проветривание верхнего слоя следует производить по прямоточной схеме с подсвежением и отводом исходящей струи на отстающую разрезную печь, а нижнего слоя—до воэвратноточной схеме.

, ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации в форме научного доклада осуществлено решение научной проблемы разработки технологий эффективной и безопасной добычи угля, адаптивных к изменяющимся горно-теологическим условиям отработки запасов пологих ¡пластов, имеющей важное народнохозяйственное значение для угольной промышленности.

Основные научные и практические результаты диссертации следующие:

|1. Разработаны принципиально новые технологические схемы для шахт, отрабатывающих угольные пласты, залетающие в виде брахисинклинальных складож, осложненных геологическими .нарушениями.

2. Предложена классификация пород активной кровли по нагрузочным свойствам, базирующаяся на использовании комплексного критерия, учитывающего отношение суммарной мощности легкообрушающихся пород кровли к мощности пласта, глубину горных работ и суммарную мощность труднооб-рушающихся пород.

3. Разработаны варианты и обоснованы параметры технологических схем отработки запасов выемочных столбов с криволинейной траекторией движения подвижной плоскости забоя.

4. Разработаны и внедрены на шахте «Распадская» прогрессивные технологические схемы многофронгаашной отработки запасов выемочных столбов. -

5. Предложен новый способ отработки запасов угля спаренными комплексно-механизированными ла-вами, обеспечивающий упрощение процесса крепления обнажений кровли и поддержание общей транспортной выработки.

;6. Разработаны эффективные технологические схемы монтажа и демонтажа комплексов нового технического уровня.

7. Выявлены закономерности изменения смещений контура выемочных штреков в зависимости от основных горно-геологических и горнотехнических факторов.

8. Разработаны принципиально новые конструкции крепей подготовительных выработок и предложены технологические схемы их крепления и охраны.

9. Разработай способ снижения эндогенной пожароопасно-сти выработанного пространства лав, а также выявлены основные закономерности формирования пожароопасных зон.

10. Разработаны принципиально новые способы профилактики эндогенных пожаров с использованием антипирогенов и управления аэродинамическим режимом, технология и параметры обработки карбамидом разрыхленных пород и целиков угля, оставляемых в выработанном пространстве.

(11. Разработаны технологические схемы управления газовыделением .при отработке свиты угольных пластов, обеспечивающие эффективный отвод газовоздушной смеси за пределы рабочей зоны, сокращение объема подготовительных работ, снижение количества подаваемого на выемочный участок свежего воздуха и значительное повышение нагрузок на очистные забои по газовому фактору.

12. Экономический эффект от внедрения результатов исследований на шахтах Южного Кузбасса составил 6438,9 млн. руб. (доля автора 1036,43 млн. руб.).

Основное содержание диссертации опубликовано в следую щих работах автора:

1. Никишичев Б. Г., Лютенко А. Ф. Опыт работы коллектива шахты «Распадская» по испытанию и внедрению новой техшки//Уголь.— 1983.— № 10, —С. 17—19.

2. Опыт отработки угольных пластов с разворотом дав с механизированными комплексами с целью использования новой технологии на шах-' тах/А. С. Бурчаков, Ю. Н. Малышев, О. В. Михеев, Б. Г. Никишичев и др. — М.: МГИ,— 1984. — 42 с. '

3. Никишичев Б. Г. Особенности технологии очистных работ с разворотом комплексов на ISO0 на шахте «Распадская»//Создание технологии и техники добычи угля без постоянного присутствия людей в забоях шахт: Сб. науч. тр./МГИ. — М„ 1984, —С. 25—27.

4. Исследование деформационных свойств угля в целике и смешений контура выработок при развороте механизированного комллекса/Б. В: Дьяков, В. Ф. Заварзин, Б. Г. Никишичев, С. М. Тиш,ен;ко//Иеследсванис напряжений в горных пофодах: Сб. науч. тр. — Новосибирск: СО АН СССР, 1985.—С. 110-116.

5. Малышев Ю. Н., Михеев О. В., Никишичев Б. Г. О развороте комплекса 4КМ130 на 180° на шахте «Распадская»//Уголь.— 1985. —№ 5.— С. 55—58.

6. А. с. 1168727 (СССР) МКИ4 Е21Д23/00. Способ разворота механизированного очистного комгшекса/A. Ф. Лютенко, Б. Г. Никишичев, В. Д. Ялевский и др. (СССР). — № 3731945; Заявлено 21.04.84; Опубл. 23.07.85. Бюл. № 27.

7. А. с. 1218113 СССР МКИ4 Е21С41/04. Способ разворота механизированного комплекса/А. С. Бурчаков, А. П. Килячков, Б. Г. Никишичев и др. (СССР). — № 3796776; Заявлено 26.09.84; Опубл. 15.03.86. Бюл. Л» 10.

8. А. с. 1219816 СССР МКИ4 Е21Д23/00. Способ разворота механизированного очистного комплекса/А. С. Бурчаков, А. П. Килячков, Б. Г. Никишичев (СССР). —№ 3760321; Заявлено 22.05.80; Опубл. 23.03.86. Бюл. № 11.

9. А. с. 1227816 СССР МКИ4 Е21Д23/00. Способ разво-рога очистного комплекса/А. С. Бурчаков, А. П. Килячков, Б. Г. Никишичев (СССР).— № 3773979; Заявлено 18 07.84; Опубл. 30.04.86. Бюл. № 16.

10. Временные рекомендации ло снижению газообильности выемочных участков шахт Кузбасса поверхностными газоотсасывающими вентиляторами, установленными на устьях вентиляционных скважин/В. И. Мура-шев, Г. Г. Стекольщиков, В. М. Абрамов и др. — Кемерово: ВостНИИ, 1986.

. 11. А с. 1320416 CCGP МКИ4 Е21С41/04. Способ разработки пожароопасных угольных пластов/М. П. Попков, Б. Г. Никишичев (СССР).— X» 4015024; Заявлено 20.01.86; Опубл. 30.06.87. Бюл. .V» 24.

12. Методические указания к проекту подготовки и отработки выемочных столбов с разворотом механизированного комплекса//А. С. Бурчаков, О. В. Михеев, Б. Г. Никишичев и др. —М.: МГИ, 1986. — 53 с. .

43. Методические рекомендации по определению экономической эффективности внедрения технологии выемки угля с разворотом механизированных комплексов/А. С. Бурчаков, А. П. Килячков, О. В. Михеев, Б. Г. Никишичев и др. —М.: МГИ, 1987, — 21 с.

14. Технологические схемы с разворотом механизированных комплексов (для шахт Кузбасса и бассейнов с аналогичными горно-геологическими условиями): Метод, указ./А. С. Бурчаков, А. П. Килячков, Б. Г. Никишичев и др. —М.:-МГИ, 1987,— 128 с.

15. Технологические схемы разработки пологих и наклонных пластов Кузнецкого бассейна/Н. С. Арсенов, В. И. Бахтин, Б. Г. Никишичев и др.//КузНИУИ, ВостНИИ, 1989.— 77 с.

.16. Никишичев Б. Г., Лавров С. И. Механизация основных и вспомогательных процессов проведения горных выработок на шахтах ПО «10ж-кузбассуголь». — М.: ЦНИЭИуголь, 1989. —8 с.

17. Прогнозирование условий поддержания выемочных штреков шахт ПО «Южкузбассуголь»/Б. Г. Никишичев, С. И. Лавров, С. М. Тищенко и др.//Механика подземных сооружений. — Тула: ТулПИ, 1989 —С 174— 179.

18. Бесцеликовая технология разработки пологих и наклонных пластов/Б. Г. Никишичев, А. И. Нифонтов, О. В. Михеев, М. И. Попков// Передовой производственный опыт и научно-технические достижения в угольной промышленности, рекомендованные для внедрения.— М.: ЦНИЭИуголь. — 1989. — ЛВД. — С. 23—29.

19. Временное руководство по инертизации газовоздушной среды и сокращению проветриваемых зон в выработанном пространстве для предупреждения эндогенных пожаров при разработке пологих пластов угля, склонного к самовозгоанию/В. С. Абрамов, В. Б. Попов, Б. Г. Никишичев и др.—Кемерово: ВостНИИ, 1989.— С. 1—44.

20. А. с. 1467187 СССР МКИ4 Е21С41 /06. Способ подготовки и разработки пологих пластов полезных ископаемых из открытой горной вы-работки/М. П. Попков, В. Д. Ялевский, Ю. Н. Малышев, Б. Г. Никишичев (СССР). —№ 4273688; Заявлено 01.07.87; Опубл. 23.03.89. Бюл. № 11.

21. А. с. 1460267 СССР МКИ4 Е21С41/04. Способ разворота механизированного комплекса/А. С. Бурчаков, 10. Н. Малышев, Б. Г. Никишичев и др. (СССР). —№ 4265767; Заявлено 15.05 87; Опубл. 23.02.89. Бюл. № 7.

22. А. с. 1502846 СССР МКИ4 Е21Г5/00. Способ предупреждения эндогенных пожаров в действующих очистных забоях/В. М. Маевская, В. Б. Попов, Б. Г. Никишичев и др. (СССР).— № 4270046; Заявлено 22.05.87; Опубл. 23.08.89. Бюл. № 31.

23. А. с. 1476151 СССР МКИ4 Е2167/00. Способ управления газовыделением при разработке сближенных пластов/М. П. Попков, И. Д. Ма-ренко, Б. Г. Никишичев (СССР). — Лй 4151925; Заявлено 26.11.86; Опубл 30.04.89. Бюл. №.16.

24. Кузнецов Ю. Н., Никишичев Б. Г., Магдыч В. И. Обоснование параметров блок-этапной технологии вскрыши, подготовки и отработки шахтных полей. — М,: МГИ, 1989.— 142 м.

25. Никишичев Б. Г. Совершенствование разработки угольных пластов в сложных горно-геологических условиях//Научно-технические достижения и передовой опыт в угольной промышленности. — М.: ЦНИЭИуголь, 1990. — № 1, —С. 4—7.

26. Рекомендации по выбору механизированных крепей при отработке угольных пластов на шахтах Южного Кузбасса/А. С. Бурчаков, М. А. Головин, Б. Г. Никишичев и др. — М.: Ин-т гори, дела им. А. А. Скочин-ского, 1990.— 44 с.

27. Сенкус В. В., Тшценко С. М., Никишичев Б. Г. Особенности силового взаимодействия механизированных крепей оградительно-поддерживающего типа с породами кровли на пластах средней и большой мощности,—Деп. в ЦНИЭИуголь № 5198 от 03.11.90, —6 с.

28. Тищенко С. М., Сенкус В. В., Никишичев Б. Г. Классификация пород, активной кровли по нагрузочным свойствам Распадского месторождения Южного Кузбасса, —Деп. в ЦНИЭИуголь № 5199 от 03.11.90,— 8 с.

29. Никишичев Б. Г. Технология монтажа и демонтажа механизированных комплексов нового технического уровня. — М.: ЦНИЭИуголь, 1990, с. 1—28.

30. Никишичев Б. Г., Лавров С. И., Коряга С. С. Анализ применяемых конструкций крепей подготовительных выработок шахт ПО «Южкузбасс-,уголь». — Тула: ТулПИ, 1990, —С. 41—45.

31. Анализ результатов опытной эксплуатации системы автоматизированного проектирования паспортов крепления подготовительных вырабо-

ток, проводимых в слоистых массивах устойчивых пород/Н. В. Гаврилов, Б. А. Сокол, Б. Г. Н.ИКИШИЧСВ и др. Механизация горных работ на шахте,—Тула: ТулПИ, 1990. —С. 152—158.

32. Гаврилов Н. В., Корнеев А. Е., Никишичев Б. Г. Разработка алгоритма и пакета прикладных программ и системы автоматизированного проектирования паспортов крапления подготовительных выработок шахт Южного Кузбасса. — Тула: ТулПИ, 1990. — С. 177—183.

33. Нифонтов А. И., Никишичев Б. Г. и др. Новые способы вскрытия и подготовки неосвоенных месторождений Кузбасса. — М.: ЦНИЭИуголь, 1990.— С. 1—23.

34. Никишичев Б. Г. Управление газовыделением при разработке свиты пластов на шахте «Капитальная»//Передо®ой производственный опыт и научно-технические достижения в угольной промышленности, рекомендованные для внедрения. — М.: ЦНИЭИуголь, 1990, № 5, с. 29—31.

35. Перспективные геомеханические схемы регионального управления выбросо- и удароопасным состоянием массива при разработке свит угольных пластов на шахтах Кузнецкого бассейна/В. А. Баранов, В. 11. Бурн-ков, Б. Г. Никишичев и др. — Ленинград: ВНИМИ, 1990. — С. 3—93,

36. А. с. 1910013 СССР МКИ5 Е21С41/00. Способ вскрытия, подготовки и разработки пологих и наклонных пластов угольных месторождений в виде брахисинклинали/М. П. Попков, А. С. Бурчаков, Б. Г. Никишичев и др. (СССР). —Л'2 4611409; Заявлено 01.12.88; Опубл. 30.lil.90. Бюл. N° 4*4.

37. А. с. 1559156 СССР МКИ5 Е21С41/16. Способ охраны пластовых присечных горных выработок/В. Г. Лурий, Б. Г. Никишичев и др. (СССР). — № 4459401; Заявлено 17.07.88; Опубл. 23.04.90. Бюл. № 15.

38. А. с. 1587218 СССР МКИ4 Е21Г5/00. Способ снижения эндогенной пожарссласности выработанного пространства/М. П. Попков, Б. Г. Никишичев, В. Б. Попов (СССР). — № 4470458; Заявлено 05.08.88; Опубл. 23.08.90. Бюл. Ли 31.

39. А. с. 1580007 СССР МКИ4 Е21С41/04. Способ разработки пожароопасных угольных пластов/М. П. Полков, Б. Г. Никишичев (СССР).— Х° 4405042; Заявлено 07.04.88; Опубл. 23.07.90. Бюл. № 27.

■40. Никишичев Б. Г., Лавров С. И., Коряга С. С. Анализ применяемых конструкций крепей подготовительных выработок шахт ПО «Южкуз-бассуголь». Подземная разработка тонких и средней мощности угольных пластов: Сб. науч. тр.—Тула, 1990. — С. 41—45.

41. Совершенствование пространственно-планировочных решений при блок-этапной технологии добычи угля/'/Подземная разработка тонких и средней мощности угольных пластов: Сб. науч. тр./Ю. Н. Кузнецов, Б. Г. Никишичев, В. И. Магдчы и др. — Тула, 1990. — С. 9—17.

42. Никишичев Б. Г., Кайдо И. И., Соловьев А. С. Совершенствование бесцелнковой технологии отработки пологих средней мощности и мощных угольных пластов на шахтах концерна «Кузнецкуголь». — М.: ЦНИЭИуголь, 1991.— 155 с.

43. А. с. 1620642 СССР МКИ5 Е21Д23/00. Скалывающий козырек секции механизированной крепи/А. И. Куракин, Б. Г. Никишичев (СССР).— № 4631690; Заявлено 06.12.88; Опубл. 15.01.91. Бюл. № 2.

44. Заявка 4727537/23—00 (072204). Никишичев Б. Г. и др. Способ охраны пластовой горной выработки (положительное решение).

45. Заявка 4751734/24—03 (1292297). Алимов В. В., Бухтоярс.в В. П.; Кайдо И. И., Никишичев Б. Г. и др. Способ сохранения выработки (положительное решение).

46. Заявка 4640652/23—03 (013616). Каретников В. И., Клейменов В. Б., Никишичев Б. Г. и др. Спецпрофиль (положительное решение).

47. Заявка 48008718/03 (038045). Сири.цкий В. А., Никишичев Б. Г. и др. Способ снижения эндогенной пожарооласностл угольного массива. Заявлено 04.04.90.

48. Каретников В. Н„ Клейменов В. Б., Никишичев Б. Г. Определение секториальных геометрических характеристик шахтных профилей/Уголь.— 1991. — № 4,-С. 13-15.

49. Никишичев Б. Г., Лавров С. И., Соловьев А. С. Состояние и пути развития управления годным давлением на шахтах концерна «Кузнецк-уголь^/ /Уголь. — 1991. — № 4. — С. 26—28.

50. Попков М. П., Никишичев Б. Г., Евтушенко А. Е. Новые системы разработки пологих н наклонных пластов//Уголь.— 1991. — Ха 4.— С. 30—33. .

51. Гаврилов Н. В., Никишичев Б. Г., Лавров С. И. Технико-экономический анализ рамных крепей подготовительных выработок шахт концерна «Кузнецкуголь»//Уголь.— 1991. — № 4. — С. 40—43.

52. Никишичев Б. Г., Горбунов П. В., Бем В. В. Заработная плата как сдерживающий фактор развития технического прогресса//Научно-техни-ческого прогресса//Научно-технические достижения и передовой опыт в угольной промышленности: Информ. сб. Вып. 6/ЦНИЭИуголь, 1991.— С. 1—3.

53. Попкоз М. П., Никишичев Бг Г. Эффективные методы изоляции-выработанных пространств при разработке пожароопасных угольных пла-стов//Безо.пасность труда в промышленности.— 1991. — № 5. — С. 6—7.

54. Заявка 4681616/23—03 (055804). Попков М. П., Никишичев Б. Г. и др. Способ разработки пологих и наклонных пластов полезных ископаемых (положительное решение).

55. Заявка 4753774/23—03 (131912). Попков М П., Михеев О. В., Никишичев Б. Г. и др. Способ отработки спаренных лав механизированными комплексами (положительное решение).

56. Заявка 4825740/03/021747. Каретников В. Н„ Клейменов В. Б., 'Никишичев Б. Г. и др. Бочкообразная инвентарная металлическая крепь БИК-1 (положительное решение).

57. Никишичев Б. Г. Способ снижения пожароопасное™ выемочных полей на пологих пластах: Экспресс-информ. ЦНИЭИуголь. ЦБНТИ Мин-углепрома СССР, 1991, с. 10.

58. Никишиев Б. Г. и др. Совершенствование очистных механизированных комплексов на шахтах Кузбасса: Обзорная информация, выпуск 9,—М.: ЦНИЭИуголь, 1992.

Подписано в печать 31.09.92 г. Формат С0Х90/16 Объем 1 печ. л.+ 4 вкл. Тираж 100 экз. Заказ „V» 1219,

Типография Московского горного института. Ленинский проспект, д. 6