автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Совершенствование проветривания выемочного участкапри отработке мощных крутых пластов комбинированной системой с гибким перекрытием

На правах рукописи.

1 1\т 199?

ГОРЮНОВ Александр Михайлович

ивершенствование проветривания выемочного участка

при отработке мощных крутых пластов комбинированной системой с гибким перекрытием

Специальности: 05.15.02 — «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых».

05.15.11 — «Физические процессы горного производства».

АВТОРЕФЕРАТ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Киселевск—1997

Рабсна выполнена в АО УК «Кнеелевекуголь»:

Научный руководитель — д. т. н., профессор, действительный

член академии горных наук Лебедев Анатолий Васильевич

Научный консультант — д. т. н. Кулаков Геннадий Иванович

Официальные оппоненты — д. т. н., профессор Мурашев Вячеслав Иванович — к.т.н. Дьяков Борис Владимирович

Ведущее предприятие — АО УК «Прокопьевскуголь»

Защита состоится .» ^ £■£>/<'-л____ 1 ду, [-

в Л& часов на заседании диссертационного совета Д 003 17.01 ь Институте горного дела СО РАН (630091. г. Новосибирск. Красный проспект, 54).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института горного дела СО РАН.

Автореферат разослан « ^ ^ ^____ 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, д.т.н., профессор

А.И.®едулов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертация является научным обобщенном выполненных автором исследований в области совершенствования комбинированной системы разработки применительно к отработке мощных кру-гопадаюишх и крутонаклонных пластов Киселевского месторождения Кузбасса.

Актуальность работы. Комбинированная система разработки (КГП) — ведущая система в Кузбассе по отработке мощных лластов с углами падения 35—60°. Однако, в последние годы наметилась тенденция сокращения объемов использования этой системы в вид) ряда свойственных ей недостатков: высокая трудоемкость работ в монтажном слое; сложные схемы проветривания выемочных участков, характеризующиеся утечками воздуха до )0%; ненадежность решения вопросов эндогенной пожароопаснос-ш при использовании системы КГП и др.

Рассматриваемая в работе проблема совершенствования про->стрнвання выемочного' участка при системе КГП является одной 13 актуальных проблем обеспечения эффективности систем с гиб-<нм перекрытием при отработке мощных пластов.

Исследования выполнялись п рамках прогроммы «Уголь Кузбасса», являющейся одной из подпрограмм региональной ирог-)аммы «Сибирь», и велись по тематическим планам ИГД СО РАН (jY) гос. per. 01860072596) п по тематическим планам ВостНИИ (работа № 1692126).

Цель работы заключается в совершенствовании проветривания орных работ выемочного участка при отработке мощных крутых 1 крутонаклонных пластов системой КГП.

Задачи исследований:

— изучить эволюцию схем проветривания выемочного участка ipn отработке мощных пластов системой с гибким перекрытием;

— разработать и внедрить раздельные схемы проветривания шемочтого участка при отработке мощных пластов системой <ГП;

— разработать концепцию смешанного проветривания очист-юго забоя под гибким перекрытием на период взрывных работ;

— исследовать проветривание выработок мелкой нарезки при системе КГП, их аэродинамические параметры п разработать рекомендации по совершенствованию проветривания участковых выработок;

— исследовать влияние горного давления на аэродинамические параметры участковых выработок.

Идея работы состоит в использовании раздельных схем проветривания горных работ по верхнему и нижнему слою и приме-пенни смешанной схемы проветривания очистного забоя под гибким перекрытием на период взрывных работ на основе подачи в очистной забой дополнительного количества воздуха с помощью ВМГГ.

Методы исследований. В работе нспользозан комплексный метод исследований, включающий научное обобщение литературных данных п результатов производственного опыта, методы математической статистики, экспериментальной механики горных пород п аэрогазодинамики, натурные эксперименты в производственных условиях.

Научные положения, защищаемые автором:

— эффективное проветривание выемочного участка и очистного забоя под гибким перекрытием достигается за счет использования раздельных схем проветривания:

а) при проведении 4-х пли 5-ти восстающих выработок у ближней границы участка;

б) при проведении трех восстающих выработок у ближней границы и двух скважин у дальней границы участка;

— смешанная схема проветривания очистного забоя под гибким перекрытием па время производства взрывных работ в нем, основанная на подаче свежего воздуха за счет общешахтной депрессии п дополнительного количества свежего воздуха с помощью малогабаритных ВМП для разжижения продуктов взрыва, обеспечивает повышение эффективности использования системы КГП;

— колебания количества воздуха, проходимого по участковым горизонтальным выработкам и их депрессии на выемочных участках, отрабатываемых комбинированной системой с гибким'перекрытием описываются нормальным законом распределения, а колебания расхода воздуха на входе на участок в пределах основного штрека — логарифмическим законом распределения;

— проявления опорного давления в пределах выемочного участка при системе КГП сопровождаются изменением аэродинамических параметров подготовительных выработок и перераспределением воздушных потоков на участке.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

— достаточным объемом шахтных экспериментальных исследо-

зашш поступления свежего воздуха на выемочные участки и его шепределен'ия по выработкам и очистным и подготовительным 'забоям;

— экспериментальным определением аэродинамических параметров участковых выработок п вентиляционных сооружении;

— использованием аппарата математической статистики;

— использованием экспериментальных методов аэродинамики ii механики горных пород;

внедрением полученных результатов в практику угольных

пахт.

Научная новизна работы состоит в следующем:

— предложены (в соавторстве) и внедрены раздельные схемы фоветрпваипя выемочного участка;

— разработана (в соавторстве) концепция смешанной схемы фоветрпваипя очистного забоя под гибким перекрытием;

— обосновано использование малогабаритных ВД1П для попы-пения эффективности проветривания участковых подготовительных выработок;

— уточнена классификация способов регулирования воздушных ютоков в пределах выемочного участка применительно к системе чГП;

— получены экспериментальные данные о влиянии горного иавленпя на аэродинамические параметры участковых выработок.

Личный вклад автора состоит:

— анализе эволюции схем проветривания выемочного участка ¡рп отработке мощных крутых п крутонаклонпых пластов системой КГП; * .

— разработке раздельных схем проветривания выемочного частка при системе КГП;

— обосновании смешанной схемы проветривания очистного ;ибоя под гибким перекрытием;

— разработке предложении по использованию малогабаритных •■МП для проветривания выработок мелкой нарезки на мощных пастах;

— выполнении шахтных экспериментов по изучению расхода юздуха и депрессии подготовительных выработок на участках от-(абатываемых системой КГП и исследование влияния горного явления на аэродинамические параметры участковых выработок.

Практическая ценность работы заключается в разработке ме-юпрпятнй по совершенствованию проветривания выемочных уча-тков при системе КГП, включающих:

— использование раздельных схем проветривания для повышены эффективности работы очистного забоя под гибким перекры-ием;

— обоснование принципа смешанного проветривания очистного забоя под гибким перекрытием за счет общешахтной депрессии н использования ВМП на период взрывных работ в забое и разжижения отладочных газов;

— обоснование необходимости использования малогабаритных ВМП для проветривания выработок мелкой нарезки в пределах выемочных участков, отрабатываемых системами с гибким перекрытием.

Реализация работы. Результаты работы использованы в нормативном документе («Инструкция по безопасному применению комбинированной системы разработки с гибким перекрытием (КГП)». — Кемерово, Ротапринт ВостНИИ, — 1990г — 54 е.). Выволы и рекомендации работы приняты АО «Киселевскуголь» для использования на шахтах, ведущих отработку системой КГП, используются на шахте № 12 АО «Киселевскуголь».

Апробация работы. Основные научные положения, выводы и рекомендации докладывались и обсуждались на Международном симпозиуме по проблемам прикладной геологии, горной науки и производства (г. Санк-Петербург, Санк-Петербургскии горный институт, 1993 г.), на научных семинарах в ИГД СО РАН, АО «Киселевскуголь». I

Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 13 печатных работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, приложения, изложенных на 98 стр. машинописного текста, содержит 13 таблиц, 17 рисунков, список использованной литературы содержит 60 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Особенности комбинированной системы разработки. На Про-копьевско-Киселевском месторождении Кузбасса 86% запасов угля сосредоточены в пластах крутого п наклонного падения. Месторождение сложено серией крупных линейно вытянутых брахн-складок сближенных крутых пластов и осложнено значительным количеством мелких и крупных тектонических нарушений с амплитудой смещения от 0,3 до 100 м. Мощность пластов находится п диапазоне от 3,5—4,0 до 20 м, а в замках синклинальных и антиклинальных складок до 25—30 м. Большинство пластов имеет сложное строение и характеризуется колебанием мощности дс 30%.

Определяющий вклад в создание и развитие комбинированной системы разработки с гибким перекрытием внесли ученые КузНИУИ.

Плодотворно продолжают трудиться над совершенствованием

системы в целом и над отдельными ее проблемами: С. И. Запре-ев, В. И. Ильин, С. И. Калинин, М. И. Середенко, Л. П. 1омашев-скнн, Л. П. Широков и многие другие. Среди специалистов других институтов необходимо отметить: Л. II. Белавенцева, В. А. Бонец-кого, Г. И. Грицко, А. П. Громова, |П. В. Егошина, В. Г. Ипниева, М. В. Курленю , А. В. Лебедева, Б. И. Мурашова, А. А. Мяснико-ва, Ю. А. Рыжкова, В. А. Теодоровича, В. Д. Я-'1евского и др. Интересные результаты применительно к отработке рудных месторождении системой с гибким перекрытием получены в Институте горного дела Севера В. Г. Гриневым.

Вопросам проветривания при системе К Г Г1 уделяли внимание С. И. Запреев, А. А. Мясников, С. П. Казаков, В. И. Колмаков, В. М. Макридин и др.

Несмотря на относительно высокие технико-экономические показатели системе КГП свойственны существенные недостатки, над которыми работают научные институты и производственники. Основной недостаток — высокая трудоемкость работ в монтажном слое, особенно на монтаже гибкого перекрытия. Другой важной проблемой является сложная схема проветривания выемочных участков, особенно очистного забоя под гибким перекрытием.

Основной задачей настоящей работы является совершенствование проветривания выемочного участка при отработке мощных крутопадающпх и крутонаклонных пластов системой КГП.

Выемочный участок при системе КГП представляет собой большое количество выработок, состоящих из очистного забоя под гибким перекрытием, лав монтажного слоя, штреков верхнего и нижнего слоев, углеспускных и ходовых печей, вентиляционных скважин, сбоек, ортов, образующих сложную вентиляционную сеть параллельных и последовательно-параллельных выработок. При большом количестве всевозможных пересечении выработок утечки воздуха, поступающего на участок, по данным КузНИУИ и ВостНИИ достигают 60% (по данным некоторых измерений автора утечки воздуха при системе КГП достигают в ряде случаев 70%), а б очистной забой под гибким перекрытием нередко поступает всего 50—100 м3/мин. воздуха из 500—700 м3/мин., подаваемых на участок.

2. Эволюция схем проветривания выемочных участков при системе КГП. На протяжении ряда лет после создания системы для проветривания выемочных участков применялась связная схема проветривания, при которой проветрпванпе горных работ в верхнем и нижнем слоях не обосабливалось.

При связных схемах проветривания участка возникают следующие трудности: поступление в очистные работы нижнего слоя отработанного воздуха из лав верхнего слоя и из подготовительных забоев верхнего и нижнего слоев; сложная сеть восстающих

?

выработок перед очистным забоем нижнего слоя и высокие утеч ки по ним накоротко; низкая надежность проветривания очистцы; работ в нижнем слое.

Все эти обстоятельства обусловили актуальную проблему по иска путей обеспечения независимого проветривания горных ра бот в нижнем и верхнем слоях.

Одной из первых схем независимого проветривания монтажпо го п нижнего слоев была схема, при которой на мощных пласга; проходятся два откаточных штрека, один у лежачего бока, второ! у висячего бока и всю дальнейшую подготовку участка ведут не зависимо по верхнему и нижнему слоям.

В начале 80-х годов па шахте Л"? 12 разработана (с участие! автора) схема обособленного проветривания монтажного елся п горных работ в нижнем слое (рис. 1). У ближней границе участка, согласно этой схемы, проводится пять восстающих выработок: ходовая печь 18, углеспускная печь 19, скат 3, углеспускная блоковая печь 4, вентиляционная печь 5. В частности, эта схема была реализована в проекте отработки выемочного участка не пласту Мощный зап. крыла антиклинали «До», север, с квершлага 9, гор. +100 м.

Недостаток этой схемы заключается в том, что исходящая при проходке конвейерных штреков 8 и 9 поступает в вентиляционную печь 5 и далее в очистной забои под гибким перекрытием.

Несколько позднее в типовом проекте обособленного проветривания очистных и подготовительных работ на пластах мощностью 5—б м, разработанном технической службой шахты № 12 (с участием автора), указанный недостаток схемы на рис. 1 устранен за счет продления вентиляционной печн 5 до вентиляционного штрека 2, оборудования вентиляционных кроссингов па пересечениях вентиляционной печи 5 с конвейерными штреками 6, 7 нижнего слоя, и установки вентиляционных перемычек на конвейерных штреках 8 и 9 между вентиляционной печыо 5 и углеспускнон печью 4. Для проведения промежуточных штреков верхнего слоя с предварительно рассеченных конвейерных штреков лежачего бока проходятся против углеспускнон печи 4 наклонные орты дс кровли пласта. С них у кровли пласта проходятся промежуточные штреки верхнего слоя, обеспечивающие подготовку монтажных лав.

Для пластов мощностью 6—12 м в описанную схему по предложению автора внесены изменения. У ближней границы участка одновременно с проводимыми у лежачего бока пласта ската, углеспускной и вентиляционной печей дополнительно проходится четвертая восстающая выработка — вентиляционная печь у кровли пласта и с нее рассекаются промежуточные штреки. Эта печь 8

Служит для отвода исходящей струп при проходке штреков верх-пего слоя.

Для проветривания очистного забоя под гибким перекрытием п схемах с 4-мя и 5-ю восстающими у ближней границы участка принят следующий порядок. Свежий воздух по скату п вентиляционной печи поступает на конвейерные штреки у почвы пласта и далее по печам в подэтажные штреки н в очистной забой. В обоих этих случаях очистной забой под гибким перекрытием проветривается обособленной свежен струси воздуха. Наиболее совершенной схемой раздельного проветривания является схема с вентиляционными печами у дальней границы. На шахте им. Вахру-шева АО «Киселевскуголь» для обособленного проветривания очистных работ в нижнем слое в конце 00-х годов практиковалось проведение дополнительного ската у дальней границы выемочного участка.

Позднее аналогичная схема была разработана с участием автора на шахте № 12, где у дальней границы предусматривалось бурение двух вентиляционных скважин (рис. '4) ■

Свежий воздух подается через вентиляционные скважины 15 у дальней границы и далее через углеспускныс 1(5 п ходовые 17 печи на подэтажные штреки 6 и в очистной забой. В настоящее время для увеличения количества воздуха и повышения надежности проветривания очистного забоя, по ранее пробуренным у дальней границе вентиляционным скважинам проводятся вентиляционные печи сечением 1,5 м2, которые при отработке нижних подэтажей служат углеспускнымн.

■■ Схема вентиляции со скважинами у дальней границы в вентиляционном отношении эффективна. В табл. 1 приведены данные по распределению воздуха при раздельной п связной схемах проветривания, полученные на шахте № 12 специалистами ВостНИИ с участием автора.

Таблцца 1

Количество воздуха, м3/,мпн.

Вентиляционные струи Раздельная схема Связная схема

от вентиля пионион печи от центрального ската от вентиляционной печи от центрального ската

Подаваемые па участок 552 375 449 550.

В районе очистных работ 229 142 210 161

В забое под гибким перекрытием 164 56 82 85

Поступление воздуха на участок через вентиляционные сква-

10

жины у дальней границы при раздельной схеме составляет 552 м3/мин. по сравнению с 449 м3/мнн. при подаче воздуха чере: вентиляционную печь у ближней границы при связной схеме. Об шее количество воздуха, поступающего в забой под перекрытием в случае раздельной схемы составило 220 м3/мин'. но сравнению с 168 м3/мнн. при связной схеме.

3. Смешанная схема проветривания очистного забоя. В дальнейшем. рассматривая проблему проветривания очистного забо;-под гибким перекрытием, будем исходить из следующих положении:

а) утечки воздуха в пределах участка достигают 60% не могут быть существенно уменьшены;

б) количество воздуха, подаваемого в очистные забои за счет общешахтной депрессии должно соответствовать расчетному по выделению метана;

в) дополнительное количество воздуха, необходимое по фактору одновременно взрываемого ВВ и выделению газа метана в период взрывной отбойки, может обеспечиваться за счет использования вентиляторов местного проветривания. Такие вентиляторы должны быть малогабаритными, легко демонтируемыми и переносимыми. Они должны развивать напор не более 70—100 мм вод. ст. и иметь производительность до 50—70 м3/мин. Такие вентиляторы в настоящее время отсутствуют.

4. Участковые выработки мелкой нарезки и их проветривание при системе К.ГП. На шахтах Кузбасса при отработке мощных пластов проходится значительный объем выработок мелкой нарезки, в том числе коротких — сбойки, орты, печи, проходы, а также штреки различного назначения, ¿следствии отсутствия серийного производства малогабаритных ВМП производительностью до 70—100 м3/мин- проветривание забоев указанных выработок обычно осуществляется за счет ВМП типа СВМ-5, СВМ-6, производительность которых составляет 200—300 м3/мпн. при диаметре вентиляционных труб 500—600 мм. Монтаж и демонтаж таких ВАШ и ставов труб — высокотрудоемкие операции. Большой забор воздуха такими ВМП приводит к подаче в шахту излишних количеств воздуха и увеличенному расходу электроэнергии.

Приведем два примера, иллюстрирующие фактические объемы проведения выработок мелкой нарезки на шахтах Кузбасса.

Объем проведения выработок мелкой нарезки на шахте № 12 по 7 выемочным участкам за 1991 г. составил 9023 пог. м или 40,8 пог. м на 1000 т. добычи.

Второй пример. На шахте № 5-6 АО «Прокопьевскуголь» в 1985—88 г.г. отработан системой КГП выемочный участок по

пласту Мощному с квершлага № 6, гор. —40 м. Длина выемочно-Ц

го участка 326 м, мощность пласта до 16 м, глубина отработки 340 м. Согласно проекта общая протяженность участковых выработок мелкой нарезки, включая вентиляционный и основной штреки, составила 28067 йог. м, в том числе коротких выработок: сбоек — 0346 м; ортов — 228 м; подэтажных штреков — 1706 М; печен, включая проходимые по скважинам, 8478 м. Всего объем выработок составил 47 йог. м на 1000 т. добычи.

Из приведенных примеров видно, что при системе КГП требуется проводить значительные объемы нарезных выработок, особенно коротких. При общей добыче по системе КГП 5 млн. т. в год суммарный объем проведения нарезных выработок достигает 200 км в год.

Значительные объемы коротких выработок проводятся в Кузбассе и при других- системах разработки, в том числе при щитовой, слоевых.

Эффективным н надежным средством проветривания всех па-резных выработок, особенно коротких, могут быть специальные малогабаритные вентиляторы массой не более 100 кг, которые можно быстро переносить в пределах участка. Вентиляционные ставы труб диаметром 200—300 мм позволили бы резко снизить трудоемкость монтажа трубопроводов.

5. Аэродинамические параметры и способы регулирования воздуха на выемочном участке при системе КГП. В целях поиска путей повышения надежности проветривания очистных и подготовительных работ при комбинированной системе разработки проведены исследования расхода воздуха, проходящего по отдельным выработкам, депрессии и аэродинамического сопротивления выработок выемочного участка по пласту Мощному на шахте № 12. Для определения величины аэродинамического сопротивления использовалась известная формула: ^ _ ^/¿¡1^

где: к — аэродинамическое сопротивление выработки, к/1;

11 — депрессия участка выработки, кгсЛм'2;

3 — количество воздуха, проходящее по выработке, м3/сек.

Для проведения измерений выбирались свободные, прямолинейные, незагроможденные участки выработок. Скорость движения воздуха измерялась анемометром типа АСО-3. Сечение выработки измерялось стандартной рулеткой. Для измерения депрессии использовались микроманометр типа ММН с наклонной измерительной трубкой, трубка Пито и набор резиновых трубок. В процессе каждого измерения по приборам снималось 3—5 отсчетов и результаты осреднялись. Измерения проведены три раза (два раза в 1-ю и один раз во 2-ю смены в рабочие дни недели). В табл. 2 приведены результаты измерения аэродинамического со-

'противления, количества воздуха и депрессии участковых выработок.

Таблица 2

Наименование выработки

Депрессия, 1 пог. м Ь, кгс/м2

I промежуточный штрек 0,0024—0,0097 1,5—1,7 0,0054—0,0280

II промежуточный штрек 0,0018—0,0076 1,6—1,9 0,0052—0,0274 1 конвейерный штрек

(свободный участок) 0,0023—0.0072 1,5—1,7 0052 -0,0208 I конвейерный штрек

Оагроможденный уч-к) 0,0051—0,0093 1,5—1,7 0,0115—0,0269

Верхнее сопряжение лапы 1 со штреком 0,0083—0,ОМб 3,1—3,3 0,0806—0.0945

Нижнее сопряжение лапы I со штреком 0,0Й42—0,0036 2,6—2,9 0>,0284—0,0303

Верхнее сопряжение лапы 2 со штреком 0,0089—0,0093 1,6—1,9 0,0228—0,0324

Лапа I 0,0019—0,0023 3,1—3.3 0,0182—0,0252

Лапа 2 - 0,0051—0,0363 '1,6—1,9 0,0130—0,0.227

Оценка погрешности измерений выполнена путем сравнения экспериментальных результатов с данными теоретических расчетов.

Для оценки характера колебаний количества воздуха, проходимого по выработкам н изменений депрессии построены гистограммы изменении количества воздуха и соответствующих Депрессии в течение смены по отдельным выработкам, из которых следует, что законы распределения плотности рассматриваемых величин по ксем выработкам, за исключением основного штрека, был» близки к нормальному. Плотность распределения воздуха в

конвейерном штреке определяется формулой' ¿-.-^г

у __(Л. - 7. О /э /

-_< Г

*) о.(ь у^гж^ и

Плотность распределения депрессии в том же штреке определяется формулой: _ (х-О.¿?159)

1

0.007? У2Ж

£ £ . О.0О77*

Оба распределения являются нормальными.

Плотность распределения воздуха на основном штреке опреде-

лястся формулой н соответствует логарифмическому закону рас-

Для регулирования распределения воздуха в пределах участковых выработок использовались как положительный, так и отрицательный способы регулирования.

Выполненные исследования послужили основой при разработке .мероприятии по повышению эффективности проветривания выемочных участков, отрабатываемых комбинированной системой разработки. В частности приняты меры по расчистке конвейерных и промежуточных штреков, по обшивке ставов конвейеров, запроектированы шппи для размещения лесоматериалов п оборудования. Выполнены работы по уплотнению недействующих скважин и печен. Разработано уплотнение ляды на лесоспускиых скатах. Приняты дополнительные меры по уплотнению кроссингов. Улучшена система шлюзования вентиляционных дверей на штреках.

6. Влияние горного давления на вентиляционные параметры участковых выработок. Горное давление приводит к уменьшению поперечного сечения горные выработок и, соответственно, к увеличению их аэродинамического сопротивления. Для выявления таких взаимосвязей выполнен комплекс шахтных исследований на выемочном участке по пласту Мощному на шахте № 12. Вышележащие пласты Горелый и Прокопьевск!!» не отрабатывались вследствие появления окиси углерода и рассматриваемый блок по пласту Мощному располагался в зоне повышенного горного давления. Последнее начало проявляться уже при отработке монтажного слоя. В лавах непосредственная кровля представлена слабоустон-чивыми алевролитами, которые в условиях повышенного горного давления быстро раздавливались, что приводило к завалу лав. Переход на выемку пород непосредственной кровли лавами монтажного слоя позволил стабилизировать обстановку в лавах.

6.1. Исследование деформаций и напряжении в зоне повышенного горного давления.

Инструментальные измерения проявлений горного давления выполнены на 2-м промежуточном штреке, расположенном на стыке первой н второй монтажных лав. Наблюдения проводились в период работы лав но породам непосредственной кровли. Измерения деформаций осуществлялось мпкрометренной стойкой СМ-1, а напряжение с помощью фотоупругих датчиков по методике ИГД СО РАН. Замерные станции оборудовались в тупике промежуточного штрека в межучастковом целине (станция № 1) и впереди забое лав (станция № 2). Результаты измерений деформаций приведены в табл. 3.

пределенпя:

н

Таблица 3

Периоды измерений

Станция 1

Станция 2

относительные деформ ации по измерительным направлениям, х 105 отн. ед._

1 £ г 1 с5

45 е

I £

в

I £* 45е

27.04—08.05 +219 —469 +446 +140 ч+'(352 ' —673

08.05—14.05 — 24 + 41 +469 + 1 + 26 +2 14.05—15.05 — П —20 '+.624 0 + 1 + 22

Результаты замеров по фотоупругим датчикам на станции № 1 (использовались датчики типа ФДО-2, и 2ФДО-2) приведены в' таблице 4.

Таблица 4

1 Показания высокомо-| дульного элемента Показания иизкомо-дулыюго элемента Е, МПа

Датчики <тиг" I п, полос «рад. /76 МП а полос МПа п, полос град. | отн. ед. отн. ед. полос |

ФДО-2 ФДО-2Е ФДО-2 Е -2ФДО-2-

3,4 64°

3.1 65°

4.2 65°

-4-5_63°-

0,8 0,8 0,8 -0,8-

2,72 — 2,48 4,0 3,36 5,3 —3,6__4,5-

65° 65° -63?-

0,2-10-3 0,2-10-3

0,8-10-3 1,06'Ю-3

3.103 3.103

Замеры деформаций в породах впереди забоев лав показали, что причиной разрушения пород непосредственной кровли, наряду с их относительно низкой прочностью, являлись растягивающие деформации. Силовой поток, растягивающий породы, ориентирован параллельно системе трещин и обусловлен эксплуатационным опорным давлением впереди забоев лав.

В межучастковом целике наибольшие квазнглавные напряжения п наибольшая квазиглавная деформация ориентированы примерно по направлению биссектрисы угла между вертикалью н положением нормали к боковым породам.

6.2. Исследование зависимости аэродинамического сопротивления выработки от изменения площади ее поперечного сечения. Шахтные исследования были выполнены на 2-м промежуточном штреке по пласту Мощному. Сечение штрека измерялось впереди лавы 1 в зоне ее опорного давления* на участке длиной 20—40 м. Здесь же выполнялись измерения количества воздуха, проходящего по выработке и ее депрессия. В табл. 5 приведены результаты

измерений.

в

г

Таблица 5

наименование выработки

Сечение выработки, м2, э

Количество no.uv.xa, мЗ/с," О

Депрессия кгс/м2 11

Аэродинамич. сопротивление,

Промежуточный 5,0 1,9 0,0274 0,00,76

штрек N° 2 4,8 1,9 0,0291 0,0081

4,1 1,8 0,0300 0,0093

; 3,5 1,7 0,0321 0,0115

Из таблицы видно, что рост горного давления (уменьшение площади поперечного сечения выработки) сопровождался небольшим снижением количества проходящего по выработке воздуха, ростом депрессии на исследуемом участке выработки п, соответственно, увеличением аэродинамического сопротивления.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Настоящая диссертационная работа является квалификационной работой, в которой изложены научно обоснованные технологические разработки по совершенствованию проветривания выемочных участков при отработке мощных пластов комбинированной системой с гибким перекрытием на основе создания и внедрения раздельных схем проветривания горных работ в монтажном и нижнем слоях, обеспечивающие решение важной прикладной задачи — повышение эффективности разработки угольных пластов Кузбасса комбинированной системой.

а) В области технологии подземных горных работ:

1. Разработаны и внедрены:

— обособленная схема проветривания выемочного участка при системе КГП с 4-мя восстающими выработками у ближней границы участка применительно к отработке пластов мощностью 5— 6 м;

— обособленная схема проветривания при системе КГП с 5-ю восстающими выработками у ближней границы участка при отработке пластов мощностью 6—12 м;

— схема раздельного проветривания работ в верхнем п нижнем слоях при системе КГП с двумя вентиляционными скважинами у дальней границы участка преимущественно для отработки пластов с повышенной газообильностыо.

2. Разработана концепция смешанной схемы проветривания очистного забоя под гибким перекрытием, основанная на подаче

10

свежего воздуха за счет общешахтной депрессии и дополнительного количества воздуха с помощью малогабаритного вентилятора местного проветривания.

3. Предложена концепция повышения технологических показателен системы КГП за счет использования для проветривания при проведении участковых выработок мелкой нарезки малогабаритных ВМП со ставами труб диаметром до 300 мм.

б) В области физических процессов горного производства установлено:

1. Аэродинамическое сопротивление участковых выработок при системе КГП изменяется в пределах 0,0018—0,0097 kj,i.

2. Колебания количества воздуха и депрессии участковых выработок при комбинированной системе с гибким перекрытием описываются нормальным законом распределения, а изменения расхода воздуха на входе на участок на основном штреке в ряде случаев подчиняются логарифмическому закону распределения.

3. Снижение поперечного сечения участковых штреков под влиянием горного давления на 30% приводит к повышению депрессии в их пределах на 15—20% и к увеличению аэродинамического сопротивления до 50%-

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Эволюция схем провёт^вашГя-выемочногсГучастка I opio" нов А. М., Клопов В. И., Кулаков Г. И., Макрпдпн В. М.) ФТПРПИ — № 4, — 1992, с. 85-89.

2. Проведение п проветривание выработок мелкой нарезки нрн отработке мощных пластов (Горюнов А. М., Клопов В. И., Наумов А. П. и др.) ФТПРПИ — № 5, 1992, — с. 85—92.

3. Измерение напряжений в выработках подготавливаемого горизонта (Горюнов А. М., Гужова С. В., Макрпдпн В. М., Наумов А. Н.) ФТПРПИ — № 6,"— 1992, с. 108—110.

4. Инструкция по безопасному применению комбинированной системы разработки с гибким перекрытием (КГП) — Кемерово: ВостНИИ, КузНИУИ. — 1992. — 54 с.

5. Горюнов А. М. Схема независимого проветривания очистных работ в нижнем слое при комбинированной системе разработки мошных угольных пластов. — Киселевск: Киселевский дом техники — 1992. — 3 с.

6. Проветривание коротких выработок при отработке мощных пластоз (Горюнов А. М., Клопов В. И., Кулаков Г. И. и Др.). Механизация отработки угольных пластов Кузбасса (сборник науч. тр. КузНИУИ). Прокопьевск: КузНИУИ — 1992. — с. 166—168.

7. Горюнов А. М. Использование фотоунругпх датчиков типа ФДО-2Е для измерения напряжений при отработке угольных пластов Кузбасса (Сборник науч. тр. КузНИУИ). — Прокопьевск, КузНИУИ — 1992. — 'с. 168—172.

8. Горюнов А. М. Опыт использования фотоунругпх датчиков nina ФДО—2Е для исследования состояния угольного пласта, отрабатываемого системой КГП — Киселевск; Киселевский дом техники — 1992. — 4 ¡с.

9. Совершенствование проветривания коротких пластовых ■ выработок (Горюнов А. М., Клопов В. И., Наумов А. Н. п др.) ФТПРПИ — № 5 — 1993. —i р. 79—83.

10. Совершенствование проветривания выемочного участка при отработке мощных крутых пластов системами с гибким перекрытием (Горюнов А. М, Наумов А. Н., Клопов В. И. и др.), (Безопасность горных работ. Новые технологии добычи полезных ископаемых (подземная разработка полезных ископаемых) Международный симпозиум по проблемам прикладной технологии, горной пауки и производство. Тезисы докладов. — Санк-Петербург: Саик-Петербургскнй горный институт. — 1993. — с. 66.

11. Отработка монтажной лавы по породам непосредственной кровли угольного пласта (Горюнов А. М., Волков В. Е., Клонов В. И. н др.). ФТПРПИ — № 3. — 1993. — с. 83—86.

12. Использование вентиляторов местного проветривания при отработке мощных крутых пластов системами с гибким перекрытием (Горюнов А. М., Наумов А. Н„ Клопов В. И. п др.). ФТПРПИ, — К" 5, — 1994. — с. 4.

13. Горюнов А. М. Аэродинамические параметры и способы регулирования воздуха на выемочном участке при комбинированной системе разработки. — Киселевск: — Киселевский дом техники. — 1994. — с. 4.

Типография г. Киселевска 1997 г. Заказ № 2493 тираж 100