автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Совершенствование технологии доизвлечения запасов угля в Печорском бассейне

На правах рукописи

Щ У Р К О Владимир Иванович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ДОИЗВЛЕЧЕНИЯ ЗАПАСОВ УГЛЯ В ПЕЧОРСКОМ БАССЕЙНЕ (на примере Воргашорского месторождения)

Специальность 05.15.02 - Подземная разработка месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1996

Работа выполнена на ОАО "Шахта Воргашорская".

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор ЛИТВИНЕНКО Владимир Стефанович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор БИЧ Яков Адамович кандидат технических наук, доцент АНТОНОВ Александр Александрович

Ведущее предприятие: АО "СПб-ГИПРОШАХТ"

Защита диссертации состоится 1-го июля 1996 г. в 13 час. 15 мин. на заседании диссертационного Совета Д.063.15.01 при Санкт-Петербургском государственном горном институте (техническом университете) им. Г.В.Плеханова по адресу: 199026, Санкт-Петербург, 21 линия, дом 2, в зале № 2 (портретная галерея).

С диссертацией можно познакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан 31-го мая 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета

V • 1» ■ ^^ > ■ ■ ■ V * V V V V А 1«

д.т.п., профессор " " """УСЛАВСКИЙ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. На современном этапе пере-

хода экономики страны, и угледобывающей отрасли в частности, к рыночным отношениям, обуславливающим существенное сокращение государственных инвестиций на строительство новых шахт, одной из наиболее важных задач для них становится задача рационального использования имеющихся основных фондов для улучшения технико-экономических показателей добычи угля.

Определяющим направлением решения этого вопроса является рациональное использование уже вскрытых и подготовленных запасов угля и соответственное снижение потерь полезного ископаемого на действующем предприятии. Это снижение адекватно увеличению срока службы шахт, что и обеспечивает снижение инвестиционных вложений государства в добычу угля. Проблемы доизвлечения угля по своей структуре относятся к техническим задачам совершенствования технологии его добычи как в локальном - для каждого предприятия в отдельности, так и региональном смысле, когда максимальный эффект может быть достигнут на месторождении в целом. Такому подходу полностью соответствует Воргашорское месторождение.

Имеющиеся на сегодня результаты работ по созданию рациональных технологий повышения степени извлечения угля из недр не полностью отвечают горно-геологическим условиям шахтного поля шахты Воргашорская и не обобщены методически для условий всего месторождения в целом.

Разработка комплексного технологического подхода к решению проблемы снижения потерь в недрах за счет доизвлечения угля в целиках, таким образом, актуальна как для условий отдельного предприятия, так и месторождения в целом. Направленность работы, в том числе, и на снижение государственных инвестций на строительство шахт, делает ее значимой в рамках "Федеральной программы социально-экономического развития угледобывающего региона", разработанной институтом микроэкономики Министерства экономики РФ.

Существенный вклад в совершенствование технологии подземной добыч угля и обеспечение ее безопасности по геомеханическому фактору внесли ученые и специалисты горного производства: К.А.Ардашев, А.Я. Бич, А.А.Борисов,

А.С.Бурчаков, Ж.С.Ержанов, В.Е.Зайденварг, В.П.Зубов, О.В.Ковалев, Ю.М.Либерман, А.М.Линьков, Ю.Н.Малышев, Н.М.Проскуряков, А.Г.Протосеня, К.Р.Руппенейт, Е.И.Шемякин, В.И.Шик, Ю.В.Шувалов, М.И.Щадов и другие исследователи. Работы этих ученых и специалистов использовались при выполнении исследований и написании диссертации.

Цель работы состоит в разработке модифицированных технологических схем доизвлечения запасов угля в целиках различного назначения при их сложной конфигурации, включающих разработку геомеханических моделей элементов массива горных пород, характерных для схем, и создание методик выбора их безопасных параметров.

Идея работы. При создании эффективной технологии доизвлечения запасов угля в целиках сложной конфигурации разрабатывается модульный подход обеспечения безопасных условий добычи угля для выявленного многообразия вариантов геомеханического состояни элементов массива.

Задачи исследований. В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе предусмотрено решение следующих задач:

1. Разработка методики формирования характерных признаков дифференциации запасов в целиках различного назначения на основе анализа и обобщения геологических и горно-технических условий разработки Воргашорского месторождения, создание классификации доизвлекаемых запасов.

2. Изучение технологических особенностей процесса доизвлечения угля в целиках и формирование принципов выбора схем ведения очистных работ при его выемке.

3. Исследование геомеханического состояния массива горных пород и обоснование безопасных параметров применяемых технологических схем по данному фактору.

4. Разработка базовых "схем-модулей" геомеханического обоснования и технологии выемки оставляемых в целиках запасов в условиях Воргашорского месторождения; разработка блок-схемы решения комплексной технолого-геомеханической задачи совершенствования способов доизвлечения угля в Печорском бассейне.

Методы исследований. Использовалась методика анализа и обобщения предшествующих работ, в том числе изучения и обобщения геологических и горно-технических условий разработки Воргашорского месторождения и месторождений

аналогов Печорского бассейна; методы лабораторного численного эксперимента с применением ЭВМ; методы физического лабораторного экспериментирования; методы натурного исследования механических состояний массива горных пород; современные методы математической обработки результатов экспериментов и их сопоставительный анализ с выводами других исследований.

Научная новизна выполненной работы заключается в предложении новых методических решений по выбору схем до-извлечения угля из целиков сложной конфигурации в плане, в обосновании инженерного метода расчета безопасных параметров основных элементов массива с учетом технологических характеристик ведения очистных работ и создании "блок-схемы" мобильного решения технологической задачи доизвлечения углей в конкретно 'классифицированной геолого-горнотехнической ситуации.

Практическая значимость работы.

1. Предложен комплексный технолого-геомеханическийий метод совершенствования и обеспечения безопасности добычи угля за счет доизвлечения запасов, оставляемых при обычных технологиях в недрах.

2. Предложены формулы для инженерных расчетов устойчивых состояний элементов массива, позволяющих принимать проектные и производственные решения по выбору рациональных параметров технологических схем выемки целиков с учетом оптимизации полноты доизвлечения угля на выемочных участках.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций. Обосновывается представительным объемом проанализированной и обобщенной исходной информации, корректностью выполненных численных исследований, качественным соответствием результатов решения геомеханических и технологических задач, полученных различными современными методами лабораторных математических и физических экспериментов, достаточным совпадением их с натуральными и выполненной при участии автора апробации технологий доизвлечения в условиях шахты Воргашорская.

Реализация результатов работы. Результаты исследований приняты к использованию институтом АО "СПб-Гипро-шахт" при проработке материалов по развитию угледобычи на Воргашорском месторождении, использованы при разработке

технологий доизвлечения пласта Мощного на шахте Воргашорская.

Прогнозный годовой экономический эффект от внедрения результатов работы по одному шахтопласту Воргашорского месторождения составляет не менее 9 млрд.руб. (в ценах 1995г.).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на технических совещаниях по перспективам развития Печорского бассейна в институте АО "СПб-Гипрошахт" и научных семинарах Санкт-Петербургского государственного горного института (технического университета) в 19931995 гг.

Исходные материалы и личный вклад соискателя. Основой диссертационной работы являются результаты выполненных исследований, проводимых на шахте Воргашорская, на которой автором осуществлена постановка задач, разработка и выбор методов исследований, организация сбора первичных данных и промышленной апробации рекомендованных технологий, теоретическое обобщение по основным позициям регионального применения комплексного метода совершенствования технологии доизвлечения угля в целиках в условиях Печорского бассейна.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 2 научные работы.

Структура и объем, работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов и заключения, изложенных на 143 страницах машинописного текста, трех приложений и библиографии из 75 наименований; содержит 33 рисунка, 3 таблицы.

В первом разделе диссертационной работы проводится, анализ состояния проблемы совершенствования технологий добычи угля за счет доизвлечния оставляемых в недрах запасов угля. Отмечено, что для Воргашорского месторождения характерно геологическое строение, предопределяющее при существующих технологиях отработки оставление значительных запасов угля в целиках различного назначения. Показано, что на вскрытых и подготовленных горизонтах шахты Воргашорская за период эксплуатации предприятия накоплено более 11 млн. тонн угля, требующего доизвлечения. Во

втором разделе предложены принципиальные технологические решения по выемке дополнительно извлекаемых из целиков запасов угля, дано обобщение параметров доизвлече-ния угля по геомеханическим и горно-технологическим факторам, приведены варианты схем добычи угля в целиках пласта Мощного' В третьем разделе содержится материал по геомеханическому обоснованию безопасных параметров типовых схем отработки целиков, базирующемуся на результатах численных экспериментов на ЭВМ и результатах физического лабораторного моделирования. Приведены данные натурных наблюдений. В четвертом разделе разработана методика выбора рациональных технологических схем доизвле-чения запасов. В пятом разделе выполнено обобщение результатов исследований и дана их экономическая оценка, представлена разработанная "блок-схема" выбора рациональных технологий доизвлечения угля для условий Воргашорского месторождения.

Содержание работы

Основные результаты исследований отражены в следующих защищаемых положениях:

1. Разработка рациональных технологических схем доизвлечения углей в конкретных горно-геологических условиях возможна на основе классификации запасов по объемам добычи и геометрическим параметрам участков доизвлечения, что является базой модульной технологе-геомеханической системы обоснования эффективной и безопасной добычи угля из целиков сложной конфигурации.

Анализ опыта повышения степени извлечения полезного ископаемого из недр показал, что вопрос' этот широко исследовался применительно к различным угольным месторождениям и бассейнам. Занимающиеся этими исследованиями специалисты высказывали различные мнения, поскольку конкретика геологических условий доизвлечения запасов требует дифференцированного подхода к решению проблемы.

Для условий Печорского и других угольных бассейнов вопросы доизвлечения угля на действующих горизонтах шахт решались,начиная с шестидесятых годов, что привело к появлению новых вариантов разработки. В Печорском бассейне это реализовалось при применении искусственных сооружений, в частности, в виде многорядной органной крепи, в Донецком -с использованием бутовых и литых полос и др. Используется также проведение выработок смежных выемочных столбов в присечку к выработанному пространству. Практика применения способов и выполненные технико-экономические их оценки показали, что стоимость таких горных работ весьма значительна.

Дополнительное извлечение угля из целиков экономически оправдано в определенных горно-геологических ситуациях, когда обеспечивается условие превышения рыночных цен на уголь над издержками производства, а также в случае увеличения срока службы шахт за счет роста полноты извлечения полезного ископаемого и соответствующего снижения затрат на капитальное строительство предприятий. Отмеченным горно-геологическим условиям соответствуют шахтопласты Ворга-шорского месторождения. Это касается и действующей шахты и перспективных участков месторождения (4-го, 5-го и др.), а также сходных участков других месторождений бассейна. Специфика геологического строения шахтного поля шахты Ворга-шорская, характерная и для других участков месторождения, приведена на рис. 1.

Выполненный анализ геологической и технологической ситуаций отработки участков Воргашорского месторождения показал, что существует объективный спектр причин, вызывающих обоснованное количество потерь полезного ископаемого в целиках различной конфигурации, предопределенных сочетанием горно-геологических и экономических условий угледобычи. Показано также, что невозможно осуществить доизвле-чение запасов в рассмотренных условиях только с применением традиционных технологий, применяемых на шахте, включая схемы доизвлечения, разрабатываемые для случайно выделенных участков, не систематизированные в целом по месторождению. Альтернативным подходом к решению задач систематического снижения потерь угля, причинно определенных геологическими и технологическими факторами, является создание типовых технологических схем выемки угля (схем-модулей) с геомеханически обоснованными безопасными парамет-

Рис.1. Раскройка шахтного поля шахты

"Воргашорская" с учетом дизъюнктивной нарушенности пласта

рами соответствующих им элементов масива. Базой создания таких схем является разработанная для условий месторождения классификация целесообразных для доизвлечения запасов. Такие запасы классифицированы по геометрическим параметрам целиков и возможным объемам добычи (см. таблицу).

Наименование объектов Классификационные группы Характеристики групп

объем доизвле-лечения тыс. тонн качственные и количественные геометрические характеристики классификационных групп

форма участка* протяженность, м ширина, м

Крупные 1., > 100-150 правильная,либо квазиправильная > 300 -40-60

Средние 2 < 100 правильная, либо квазиправильная > 50 ¡г 40-60

Средние 3 <100.. квазиправильная > 100 ^ 50

Малые 4 < 50 квазиправильная < 100 < 50

Малые 5 < 50 квазиправильная > 50 5 40-бЬ

правильная форма - длинные или короткие целики между "параллельными" выработками;

квазиправилькая форма - изолированные или сопрягающиеся друг с другом треугольные, трапецеивидные и т.п. фигуры, иногда с криволинейно выполненными сторонами. >15 м - для зон нарушений; >(40-г60) м - для некондиционных участков.

*

2. Выбор параметров основных несущих элементов массива осуществляется методами горной геомеханики с учетом в расчетных инженерных зависимостях технологических показателей очистной выемки.

Анализ геологических и горно-технических факторов доизвлечения угля и обобщение его результатов применительно к Воргашорскому месторождению позволили сформулировать принципы выбора рациональных технологических схем выемки, включающие:

- не эффективно применение традиционных схем подготовки и технологических схем выемки практически для всех запасов угля, оставляемых в зонах со сложными

горно-геологическими условиями, а также для почти сорока процентов запасов в охранных целиках выработок общешахтного назначения;

- для доизвлечения запасов традиционные схемы с применением технологий длинных очистных забоев могут применяться при выемке крупных охранных целиков правильной (квазиправильной) формы при их ширине не менее 40-г60 м;

- эффективное доизвлечение запасов средних и малых целиков правильной и квазиправильной форм может осуществляться с применением гибких нетрадиционных технологий с использованием вариантов камерных систем разработки.

Составной частью решения задач по выделенным принципиальным направлениям является выбор геомеханически обоснованных безопасных параметров модернизированных либо разработанных технологий.

Для классификационных групп объектов доизвлечения разработаны предложения по выбору технологических схем добычи и методы расчета безопасных параметров характерных для них элементов массива горных пород.

Для объектов первой группы рекомендуется применение технологической схемы, предусматривающей использование традиционных схем подготовки участка и оборудования длинных очистных забоев. Новым, в методическом плане, является выбор параметра охранной полосы угля (ширины технологического целика в Тц) на границе доизвлекаемого целика с выработанным пространством. Для участка доизвлечения по исходным аргументам рассчитывается величина деформаций в породах основной кровли (£хм,) по формуле:

где: Н - глубина работ (м); Ьок - мощность основной кровли

Зависимость отвечает условиям месторождения и справедлива при: 5<ЬОК<20 (м) и 300<Н<700 (м). При выполнении условия:

*«*. < К] „ (2)

несущим элементом при оценке устойчивости подготовительной выработки является основная кровля. В этом случае целик

— + 1в(а)-Н -10 п^

(1)

параметр (градусы).

принимается по технологическим соображениям (например, вТц м). При невыполнении условия (2) ширина целика рассчитывается по аппраксимационной зависимости:

бтц = 0,5 + 0,1 • Лок , (3)

справедливой в тех же диапазонах изменения аргументов (Лок и Н).

Принятые параметры целика удовлетворяют неравенству:

Рп/1,2>Рф (4)

где: Рп - предельная нагрузка на целик; Рф - фактическая нагрузка, что является необходимым условием безопасного состояния целика по горным ударам.

Для объектов второй и третьей групп рекомендуются к применению технологические схемы, основанные на элементах камерной и камерно-столбовой систем разработки.

Для второй группы объектов применимы варианты камерных систем разработки с регулярным оставлением камер и целиков и с периодическим расположением опорных и междукамерных целиков. Предложенные схемы являются технологической модификацией известных, но отличаются новой методикой обоснования параметров основных, характерных для схем, несущих элементов массива. Особенности разработанной методики состоят в том, что ширина барьерного целика - вбц -выбирается с учетом формирования нагрузок на основную кровлю при наличии "активного" выработанного пространства, примыкающего к целику, а также с учетом влияния на искомый параметр технологических показателей участка доизвле-каемых запасов - степени извлечения угля и параметров камерной системы: величин пролетов камер - а и ширины МКЦ - внка. Выполненные эксперименты и проведенные расчеты с использованием теории предельного равновесия позволили получить инженерные формулы для определения фактической (внешней) и предельной нагрузок на барьерные целики (Рф и Р„с ), а именно:

Рф = 3,3 • Ну ■ в6ц ■ (кы - 0,03), тонн {5)

рпе = 330 • в™ , тонн (6)

где: у - объемная (средняя) плотность пород, т/м®; КЦ1 - коэффициент извлечения угля в зоне отработки объекта . Условия применения (5) и (6) отвечают диапазону изменения аргументов для месторождения: 300<Н<700 м; 0,3<К„,<0,75; 5<вбц< 20 м при высоте МКЦ: 2< Ьа<3,5 м и коэффициенте вариаций У< 20%.

На основании (5) и (6) получено условие максимально допустимой полноты доизвлечения угля при данных технологических схемах:

К„

99-в,

0.15

«*

Ну

■ + о,оз

где: ^ш.тлх обеспечивается зону очистной выемки;

(7)

- допустимая степень извлечения, при которой "разгружающий" эффект барьерного целика на

планируемая степень из-

влечения угля на участке. . *

Графическое решение задачи определения= приведено на рис.2. Требуют решения наиболее определения вба

часто задачи

Н-ЗООм

Рис. 2.

При

15 го ь4ц,м

= / Фец\ Н)

Графики функций кштах "промежуточных" глубинах "Н" значения ~ки1тлг' находятся методом интерполяции. Стрелками обозначено направление определения искомого параметра {Ьигтах и Ьеи) для соответствующей глубины "Н". Один из параметров задается первоначально.

по планируемому Кш.пл — ^из.тах и последующего ния безопасных параметров технологических схем: вм

и а, а

также количества камер на участке - п. Для МКЦ определяется: Ли \

0.-0-*— м

при этом "п" должно удовлетворять условию:

А* +

где Ь01 . шаг обрушения основной кровли (м), принимаемый не более шага первичной посадки ОК в длинных очистных забоях пласта "Мощного".

Для управления породами кровли, как правило, возможно применять штанговое крепление (винтового типа) с параметрами: 05 '

1с~

( Ю )

\ri-y-h,;

где: 1С - шаг квадратной сетки установки штанг, м; р - несущая способность штанг, кН ( р «50-г80 кН); у - объемная плотность пород непосредственной кровли (НК), т/м3; Л, = Да,арабочая длина штанг, м; б, - прочность пород НК при растяжении, МПа; п1 - коэффициент запаса ( п' «3-^3,5).

Для условий месторождения при отсутствии в породах НК выраженной трещиноватости, ориентированной нормально к напластованию и значениях ар не менее 0,5 МПа расчетные параметры паспорта крепления камер составят; -для с «6 м: 1С~ 5 м при Л,« 1,8 м для а «3 м: /е«1,5 м при Л, « 1,5 м. Таким образом, для доизвлечения объектов второй группы при применении схемы с регулярно расположенными камерами и целиками методика определения параметров состоит в следующем: по заданному кШМк < для глубины ведения работ Н рассчитывается параметр евц; по технологическим соображениям задается а и рассчитывается вмкц; по параметрам а и вмкц уточняется допустимое количество камер п на данном участке; при неудовлетворении условия (9) для п последующие камеры отрабатываются за вновь оставляемым барьерным целиком шириной вбц ; забои очистных камер

останавливают на расстоянии бтц (ф-ла 3) от контура доизвлека-емых запасов. Аналогичная методика применима при диагональном расположении очистных камер относительно стартовой выработки. Методика применима к обоим технологическим схемам доизвлечения запасов второй группы объектов.

Для третьей группы объектов применимы варианты с элементами камерно-столбовой системы разработки, предусматривающей выемку первичных камер и их последующее расширение обратным ходом. Выбор параметров элементов массива осуществляется по предыдущей методике. Так, параметр ввц со стороны "активного" (вновь образуемого) выработанного пространства выбирается как функция глубины Н и степени извлечения а технологический целик вдоль контура примыкания участка к ранее сформированному ("старому") выработанному пространству принимается согласно формулы (3) при не удовлетворении условия (2) или, как конструктивно-технологический элемент (,втц = 1-н 1,5 м) - в случае удовлетворения условия (2). Между отработанными (расширенными) камерами оставляются конструктивно-технологические целики при числе камер на участке (или между барьерными целиками), удовлетворяющем требованию (9), в котором принимается: вмкц~ «тц. а " пролет вторичной (расширенной) камеры. Первичные камеры крепятся штанговой крепью с паспортом согласно зависимости (10). В конкретных горно-геологических условиях возможна взаимозаменяемость применения технологических схем для второй и третьей классификационных групп объектов доизвлечения угля.

Для объектов четвертой группы применима предыдущая технологическая схема (с расширением первичных камер), имеющая особенности геомеханического обоснования выбора ее безопасных параметров. Специфика состоит в необходимости изоляции участка выемки от выработанного пространства, например, за счет разгружающего эффекта барьерного целика, располагаемого вдоль некоторой части контура участка доизвлечения. Методика геомеханических расчетов аналогична предыду-щей: для заданных Н и кшм < кшмвх по графикам (рис.2) определяется параметр в5а. С учетом реальной ориентации участка доизвлечения на шахтном поле, определяется протяженность барьерного целика вдоль контура участка (часть или весь контур). Выбирается число камер п по формуле (9),

но с учетом L0K —> min (например, при L0K «50 м). Как и ранее, имеется в виду, что вмкц « в1Ц при пролете а вторичной камеры. Паспорт анкерного крепления первичных камер выбирается согласно (10).

Для объектов пятой группы рекомендована технология бурошнековой выемки - для участков в зонах дизъюнктивных нарушений, либо технологические схемы с использованием как вариантов камерных систем разработки, так и технологии бурошнековой выемки - для участков на площадях некондиционных угольных пластов. Для некондиционных участков выбор геомеханически обоснованных параметров технологических схем методически аналогичен таковому для объектов второй группы.

Спецификой геомеханического обоснования выбора параметров характеризуются схемы доизвлечения запасов в окрестности дизъюнктивных нарушений. Ширина бортовых целиков в1 рассчитывается по формуле:

б1 >0,5 ( 1 + 0,03 »H ), м ( 11 )

которая обеспечивает выполнение требования (4). С учетом (11) допустимая к выемке ширина целика вдоль нарушения определяется как:

В > ( 1 + 0,03 • Н ) + а, м ( 12 )

где: а - пролет центральной выработки, заданной по технологическим соображениям ( а «З-нб м) при паспорте крепления, определяемом зависимостью (10).

Вдоль нарушения располагается защитный целик шириной 13>в'.

Возможность формирования в условиях Воргашорского месторождения динамических (ДЯ) и газодинамических (ГДЯ) явлений потребовала учета этих факторов при обосновании параметров технологических схем доизвлечения угля. Фактор ДЯ учтен при выборе параметров втц и в1 в силу удовлетворения требования (4). Однако методика выбора параметра вбц, а соответственно и параметров: kMJnax, вмкц, п и с - требует, в указанном аспекте, корректировки. Выбранные на основании рассмотренных методик и обеспечивающие безопасность работ вне зон влияния "ДЯ-фактора" параметры,корректируются следующим образом. Первоначальная выбираемая ширина барьерного целика вбя (рис.2) отвечала условию ^„„^^ на глубине Н.

Учитывая ДЯ-фактор, в соответствии с нормативными требованиями принимается « по которому при найденной ранее ширине барьерного целика (в„ц), рассчитываются новые значения - вмкц (при заданных а) и уточняется новое количество камер п на участке доизвлечения. Реализация этой методики обеспечивает нормативно требуемое увеличение жесткости системы: "барьерный целик - целики междукамерные" и, соответственно, исключает в ней удароопасную ситуацию, т.к. элементы системы работают в допредельном режиме нагру-жения. Второе нормативное требование: локальная жесткость вмещающих пород с определенным запасом ограничивает запредельную жесткость целиков - удовлетворяется в силу реальных для месторождения соотношений механических характеристик пород НК и угольного пласта. Состояние элементов массива на участках доизвлечения угля по ГДЯ-факто-ру соответствует неопасному, поскольку имеет место активное подавление газового фактора в целиках за счет их длительной естественной дегазации.

3. Предлагаемая "блок-схема" решения задачи обеспечивает. мобильный выбор эффективных технологий доизвлечения угля и безопасных параметров соответствующих им элементов массива горных пород.

"Блок-схема" определяет алгоритм решения задач отработки оставляемых в недрах запасов полезного ископаемого в условиях Воргашорского месторождения.

Разработанный алгоритм обеспечивает сопряжение каждой из классификационных групп доизвлекаемых запасов с одним или несколькими технолого-геомеханическими "схемами-модулями". "Блок-схема" выбора рациональных технологий доизвлечения углей приведена на рис.3.

Геомеханическими параметрами, определяющими условия безопасного ведения горных работ по выбранным технологическим схемам доизвлечения углей, отраженным в соответствующих модулях блок-схемы, являются:

1. Для первого модуля: ширина барьерного целика в0а, определяемая по графикам рис.2; ширина технологического целика в7Ц, определяемая по формулам (3) или принятая по технологическим соображениям; ширина междукамерного цели-

Рис. 3. Блок схема выбора рациональных технологий доизвлечения запасов угля в условиях Воргашорского месторождения

ка вмна, принимаемая здесь как «„„ц««,,, при условии выполнения требования неравенства (9) и пересчете значений вН1<а с учетом кшла_ ^ 0,8-кшпах на опасных по ГУ глубинах (Я > 300 м); параметры паспорта штангового крепления кровли в первичных камерах 1С #, определяемые по формуле (10).

2. Для второго модуля: ширина барьерного целика в,ц, определяемая по графикам рис.2; ширина междукамерного целика аналогично п.1; количество очистных камер п на участке доизвлечения в изолированной барьерным целиком зоне, определяемое согласно зависимостям (8) и (9), а при Н > 300 м параметр п уточняется с учетом корректировки ширины в-кц согласно п.1; параметры паспорта штангового крепления в очистных камерах с использованием зависимости (10).

3. Для третьего модуля: значения критических деформаций пород основной кровли еж(А), определяемые формулой (1), сопоставляемые с допустимыми деформациями [ер] пород ОК при растяжении (в направлении напластования пород) в соответствии с неравенством (2); ширина технологического целика втц в функции от мощности основной кровли Лоя согласно зависимости (3).

4. Для четвертого модуля: ширина бортовых целиков в' согласно зависимости (11); ширина выемочного участка вдоль тектонического нарушения В согласно зависимости (12); ширина защитного целика вдоль нарушения 1.3 ; параметры паспорта штангового крепления в центральной выработке выемочного участка с использованием зависимости (10).

Методиками определения параметров элементов массива предусмотрено их безопасное состояние на глубинах, критических по возникновению ДЯ.

Отмеченное не исключает выполнения требований ПБ при ведении горных работ на опасных по ДЯ и ГДЯ пластах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В выполненной работе, представляющей собой законченное научное исследование, содержится новое решение актуальной научной задачи - совершенствования технологических показателен работы угольных шахт за счет увеличения полноты извлечения запасов при минимизации дополнительных за

затрат и высокой безопасности ведения подземных горных работ. В делом, решенный комплекс задач относится к классу проблем повышения эффективности подземной угледобычи в условиях выполнения требований технологической стабилизации работы шахт в период перехода отрасли к рыночной экономике.

Разработана общая методика инженерной реализации результатов исследований по снижению потерь угля, оставляемого при современных технологиях добычи и геологии месторождения в целиках различного назначения. Их выемка при современном уровне добычи шахты обеспечивает практически трехлетнее продление срока ее службы и, соответственно, сокращение государственных инвестиций на капитальное строительство нового предприятия.

Выполненное обобщение говорит об актуальности решения проблемы доизвлечения угля как для персктивных площадей Печорского бассейна, так и для пологих пластов Кузбасса.

Основные научные и практические результаты, вытекающие из выполненных исследований, заключаются в следующем:

1. Разработана методика выбора рациональных технологических схем доизвлечения запасов угля в целиках различного назначения для условий Воргашорского месторождения и месторождений аналогов, включающая: классификацию запасов по. объему добычи и геометрическим параметрам участков доизвлечения и систему "схем-модулей" по технологическому и геомеханическому обоснованию эффективной и безопасной добычи.

2. Разработана "блок-схема" решения задачи совершенствования технологии добычи угля из целиков.

3. Решены новые задачи по оценке геомеханического состояния массива горных пород и обоснованию безопасных параметров применяемых при доизвлечении технологий, в том числе:

- при применении технологии очистной выемки короткими лавами с механизированными комплексами решена задача об устойчивости пород ОК при выборе параметра (ширины) полосы угля на границе доизвлекаемых запасов с выработанным пространством, получена зависимость для инженерных расчетов критических значений деформаций в указанных породах; дана методика оценки "защитного" эффекта со стороны

основной кровли для подготовительной выработки; при отсутствии "защиты" со стороны ОК предложена формула для определения необходимой ширины целика, оставляемого вдоль выработанного пространства;

- при применении усовершенствованных технологий на базе вариантов камерных систем разработки решены задачи и установлены зависимости: для инженерных расчетов нагрузок (Рф) на барьерные целики в функции от глубины разработки, геометрии целиков и степени извлечения угля на участке выемки целика; для инженерных расчетов максимальной несущей способности таких целиков (Рп£) в функции от их геометрии и механических свойств угля; дано графическое решение задачи выбора ширины барьерного целика как функции аргументов Н и а также инженерное решение выбора параметров междукамерных целиков (вякц) и выбора раиональ-ного, в том числе и по степени извлечения, количества камер (га) на участке; получено решение для выбора параметров штангового крепления камер (выработок);

- при применении разработанной технологии доизвле-чения угля в зонах геологических нарушений решены задачи и получены зависимости: для инженерных расчетов параметров "бортовых" целиков (в1) в функции от глубины работ, параметра В - ширины полосы доизвлекаемых запасов вдоль геологического нарушения, а также для расчета ширины "защитного" целика со стороны нарушения

4. Решены задачи по оценке опасности возникновения динамических явлений на участках доизвлечения угля при выборе параметров несущих элементов массива в пределах участков.

Результаты исследований используются в условиях шахты Воргашорская и целесообразны для применения при выполнении проектных работ для предприятий Печорского [ бассейна. - >

Основные положения диссертационной работы опубликованы в следующих работах:

1. Задачи совершенствования показателей угледобычи в условиях Воргашорского месторождения. / Щурко В.И. 2-й международный симпозиум "Проблемы комплексного использования руд", СПбГГИ, 1996. Тезисы докладов.

2. Комплексный метод обоснования параметров технологии доизвлечения запасов угля в Печорском бассейне./ Щур-ко В.И., Ковалев О.В./ Там же. Тезисы докладов.

РИ11 СПГГИ 31.05.96.з.324.т.90 экз.

199026 Санкт-Петербург, 21-я линия, 2