автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Совершенствование технологии отработки угольных пластов при развитии очистной выемки из подготовительных выработок

р V 5 0!\

На правах рукописи

ТХОРИКОВ Игорь Юрьевич

м

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ

ОТРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ ПРИ РАЗВИТИИ ОЧИСТНОЙ ВЫЕМКИ ИЗ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК

(на примере Воркутского месторождения)

Специальность 05.15.02. - Подземная разработка месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург

1997

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном горном институте им Г.В. Плеханова (техническом университете)

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор КОВАЛЁВ Олег Владимирович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор БИЧ Яков Адамович кандидат технических наук, доцент ДОЛГИЙ Иван Емельянович

Ведущее предприятие: АООТ "СПб-ГИПРОШАХТ"

Защита диссертации состоится 2Ж ^^в /Зчгл /Умки на заседании диссертационного Совета Д.063.15.01 при Санкт-Петербургском государственном горном институте им. Г.В. Плеханова (техническом университете) по адресу: 199026, Санкт-Петербург, 21 линия, дом 2.

С диссертацией молено ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан . . 199"^рда.

Учёный секретарь диссертационного Совета

д.т.н., профессор Э.И. БОГУСЛАВСКИЙ

--

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Угольная промышленность как один из важнейших поставщиков топлива занимала и будет занимать важное место в хозяйстве стран, располагающих запасами угля. Высокая конкуренция между поставщиками энергетического сырья и неизбежное усложнение условий эксплуатации угольных месторождений определяет постоянную необходимость совершенствования техники и технологии добычи и переработки угля.

Для Воркутского месторождения одной из наиболее важных является задача эффективного использования уже вскрытых и подготовленных запасов угля за счёт совершенствования технологии его добычи.

Имеющиеся на сегодня результаты по созданию рациональных технологий добычи угля нег полностью отвечают горно-геологическим условиям шахт Воркутского месторождения, что обусловливает необходимость дальнейшего изучения данной проблемы.

Одним из основных её аспектов, в частности, является вопрос о начальном этапе ведения очистных работ, которые в настоящее время развиваются в основном из специально проводимых монтажных выработок, что обусловливает не всегда обоснованные дополнительные затраты нз их проведение и приводит к потерям угля в целиках.

Созданные на данный момент технологии развития очистных работ из подготовительных выработок являются в основном экспериментальными и не имеют необходимого научного, в том числе геомеханического. обоснования. Методики по оценке целесообразности развития очистных работ из подготовительных (базисных) выработок отсутству ют. Особую сложность представляет собой решение геомеханических задач.

Существенный вклад в совершенствование технологии подземной добычи угля и, в частности, в обеспечение её безопасности по геомеханическому фактору внесли учёные и специалисты горного производства: К.А. Ардашев, Я.А. Бич, A.A. Борисов, A.C. Бурчаков, Ж.С. Ержанов, В.Е. Зайденварг. В.П. Зубов. О.В. Ковалёв, Ю.М. Либерман, А.М. Линьков, Н.М. Проскуряков, А.Г. Протосеня, K.P. Рупиенейт, Е.И. Шемякин, В.И. Шик. Ю.В. Шувалов и другие исследователи. Работы этих

учёных и специалистов использовались при выполнении исследований и написании диссертации.

Цель работы. Обоснование и расчёт параметров технологии очистной выемки угля непосредственно из подготовительных выработок в условиях отработки пластов Воркутского месторождения.

Идея работы. Технико-экономическая целесообразность развития очистной выемки угля ич подготовительных выработок, при обеспечении безопасности горных работ, должна определяться с учётом оценки геомеханических состояний массива по разработанной методике.

Задачи исследований:

1) систематизация и классификация характерных горно-геологических условий отработки угольных пластов Воркутского месторождения:

2) обоснование использования метода граничных элементов (МГЭ) и разработка методики определения параметров несимметричного поля напряжений в комплексе "подготовительная выработка-лава" (ПВЛ):

3) исследование напряжённо-деформированного состояния (НДС) элементов комплекса "ПВЛ";

4) разработка методики выбора способа управления состоянием массива (УСМ) и расчёт его параметров;

5) разработка рекомендаций по применению рациональных способов УСМ для различных технологий отработки угольных пластов.

Методы исследований. Выполнялись анализ и обобщение предшествующих работ и изучатись геологические и горно-технические условия разработки Воркутского месторождения и месторождений аналогов Печорского бассейна; использовались лабораторные численные эксперименты на базе МГЭ с применением ЭВМ. современные методы математической обработки результатов экспериментов и их анализ в сопоставлении с выводами других авторов.

Защищаемые научные положении.

1. Для оценки целесообразности развития очистной выемки угля из подготовительных выработок горно-геологические условия месторождения необходимо классифицировать по структурно-механическим свойствам пластов и вмещающих пород и для каждой группы рекомендовать основные технологические схемы.

2. Эффективные технологии развития начального этапа очистной выемки выбираются на основе оценки устойчивых состояний основной кровли (ОК) как функции от развивающегося выработанного простран-

ства (ВП) и расчёта параметров различных способов охраны базисных выработок, обеспечивающих требуемое их состояние.

3. Область применения технологических схем развития очистных работ из базисных выработок и их параметры определяются по разработанным инженерным зависимостям аппроксимированным на базе результатов исследований с применением МГЭ.

Научная новизна заключается в предложении новых методических решений по оценке целесообразности развития очистных работ из базисных выработок, изучении нестационарного поля напряжений неоднородного массива горных пород (МГП) в окрестности комплекса "ПВЛ", и обосновании инженерного метода расчёта безопасных параметров данной технологии.

Практическая значимость работы.

1. Разработаны предложения по применению рациональных технологических схем подготовки и отработки выемочных участков в классифицированных горно-геологических условиях месторождения с развитием очистных работ непосредственно из подготовительных выработок.

2. Предложены формулы для инженерного расчёта устойчивых состояний элементов МГП, позволяющие принимать производственные решения по выбору рациональных, обеспечивающих безопасность работ, параметров технологических схем на выемочном участке.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обосновывается представительным объёмом проанализированной и обобщённой исходной информации, корректностью выполненных численных экспериментальных исследований на основе МГЭ, качественным соответствием результатов решения горно-геомеханических задач, полученных рахтичными современными методами лабораторных численных экспериментов и аналитических решений.

Реализация результатов работы. Полученные инженерные зависимости и разработанные рекомендации приняты к использованию институтом АООТ "СПб-Гипрошахг".

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на научных конференциях студентов и молодых учёных Санкт-Петербургского государственного горного института им. Г.В. Плеханова (технического университета) "Полезные ископаемые России и их освоение" (1996, 1997 гг.), семинарах кафедры РПМ СШТИ(ТУ). техническом совещании в "ПечорНИИПроекте".

Личный вклад автора работы. Обобщение опыта применения технологии развития очистных работ из базисных выработок, на основе которого осуществлена постановка задач, выбор и разработка методов исследований, теоретическое обобщение и разработка рекомендаций по основным позициям регионального применения технологии развития очистных работ из подготовительных выработок в условиях Воркутского месторождения.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов и заключения, изложенных на 220 страницах машинописного текста, 7 приложений и библиографии из 72 наименований: содержит 35 рисунков, 18 таблиц.

В первом разделе диссертационной работы проводится анализ состояния проблемы совершенствования технологии отработки угольных пластов. Анализируются горно-геологические условия отработки основных месторождений Печорского бассейна, технология работ на перспективных шахтах Воркутского месторождения, рассматривается опыт (в том числе и мировой) развития очистного пространства лав из базисных выработок, и в заключение прои зводится прогнозная оценка результатов применения данной технологии. Во втором разделе на базе анализа различных источников информации по технологии отработки шахтопластов, включая анатиз планов горных работ перспективных шахт ОАО "Воркутауголь", выделены рациональные схемы "формирования" комплекса "ПВЛ" и сформулированы цель и задачи исследований. В третьем разделе изложен материат по геомеханическому обоснованию безопасных параметров выделенных технологических схем, базирующийся на обобщении структурно-механических характеристик угленосного массива месторождения и включающий: разработку горно-геомеханической (ГТМ) и расчётных моделей неоднородного слоистого массива, выбор метода расчёта параметров его НДС, основные результаты численных экспериментов, их сопоставление с аналитическими решениями и теоретическое обобщение проведённых исследований. В четвёртом разделе приведены разработанные рекомендации по применению рациональных технологических схем развития очистного пространства, а также выбор}' способов У СМ в данных схемах и расчёту их параметров. В пятом раздел е выполнено обобщение результатов исследований и дана их экономическая прогнозная оценка для условий Воркутского месторождения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Основные речультаты исследований отражены в следующих защищаемых научных положениях.

1. Для оценки целесообразности развития очистной выемки угля из подготовительных выработок горно-геологичгские условия месторождения необходимо классифицировать по структурно-механическим свойствам пластов и вмещающих пород и для каждой группы рекомендовать основные технологические схемы.

Развитие очистных работ из базисных выработок, как отмечено выше, актуально для различных угольных месторождений и бассейнов.

Достаточно широко данная технология стала применяться в начале 80-ых годов в различных угледобывающих регионах Германии. Постановка данной проблемы была обусловлена ростом себестоимости у гля из-за ухудшения условий отработки месторождений и, в частности, роста рабочих глу бин ша.хт.

В традиционных технологиях для уменьшения воздействия очистных работ на базисную выработку между ней и монтажной камерон оставляется нелик угля, размеры которого определяются с использованием соответствующих методов расчёта. С увеличением глубины работ эффективность данного способа охраны выработок неуклонно снижается. хотя размеры таких целиков растут в прогрессирующей зависимости. При этом оставляемые целики значительно затрудняют отработку сближенных горизонтов. Анализ состояния вопроса показал, что эта проблема в большинстве случаев трудно разрешима на базе традиционной технологии развития лав. Альтернативным решением является развитие очистных работ из подготовительных (базисных) выработок. Проведённые на шахтах Германии научные исследования показали перспективность внедрения данной технологии. Однако широкому использованию данного способа развития лав препятствует сложность решения геомеханических задач по УСМ с учётом широкого спектра геологического строения массива и механических свойств пород.

Анализ технологии извлечения угля на перспективных шахтах ОАО 'Воркутауголь" показал, что данная проблема актуальна и для Ворклтского месторождения. Характерной особенностью ведения работ в условиях месторождения является то. что для обеспечения прямоточного проветривания выемочных участков отработку практически всех

выемочных столбов ведут между' двумя базисными выработками. Охрана данных выработок осуществляется целиками угля, которые затру дняют отработку сближенных пластов. Так, например, оставление целика угля шириной ~30м на пласте "Четвертом"' обусловливает необходимость вынужденных потерь (для обеспечения безопасных по динамическим явлениям условий работ) на основном продуктивном пласте "Тройном" ~20 тыс. т. Поскольку7 в большинстве случаев данные целики имеют неправильную форму (от трапециевидной до треугольной), то потери в них значительно возрастают. Особенно ощутима данная проблема при отработке тектонически нарушенных участков месторождения, когда длина выемочного столба в среднем не превышает 700м.

В настоящее время существуют четыре основные технологические схемы формирования комплекса "подготовительная выработка-лава":

1. Развитие лавы из независимой монтажной выработки (традиционная схема развития очистных работ).

Основным недостатком таких схем является наличие потерь в целиках, ширина которых на больших глубинах составляет до 50м и более.

2. Развитие очистных работ т подготовительной (базисной) выработки (см. рис.1). При применении данной технологии можно выделить четыре этапа работ: усиление крепи в базисной выработке (1), монтаж очистного комплекса (2), развитие работ в лаве (3) и заключительные работы (4). Очистной комплекс монтируется в подготовительной выработке (на всю длину или участками по 30:40м) и затем "заводится" под козырёк кровли пласта участками по ~30м. В зависимости от вида крепи выработки она может частично раскрепляется для обеспечения "выхода" из неё комплекса (снимаются ножки крепи и устанавливается крепь усиления различных видов - анкерная, рамная, комбинированная). Лавный конвейер обычно монтиру ется на всю длину, а его головки могут быть смонтированы на выемочных штреках.

При применении данной технологии: повышается безопасность работ за счёт исключения проведение тупиковой монтажной выработки и исключения оставления целика угля, что особенно важно для шахт ОАО "Воркутауголь", отрабатывающих удароопасные пласты; увеличивается извлечение угля; уменьшаются удельные затраты на подготовку выемочного столба; снижаются затраты на подготовку лавы к эксплуатации (за счёт исключения нарезных работ и снижения стоимости монтажа комплекса в достаточно габаритной выработке).

Нерешёнными проблемными вопросами в данной технологической схеме являются:

- обеспечите безопасности работ при "заводке" комплекса под козырёк кровли;

- выбор рационального способа охраны базисной выработки, в случае если предусмотрена её дальнейшая эксплуатация.

—|—

0000

4-

г!

11

I

ч

И-И

ж

» ш 1\Л

ш-ш

ж

ГУ -IV

ш

о

I

Рис.1 Принципиальная технологическая схема развития очистных работ из подготовительной выработки.

При необходимости сохранения базисной выработки в качестве охранных сооружений в определённых условиях успешно могут использоваться литые полосы. При этом затраты на возведение охранного сооружения сопоставимы с экономией только на монтаже комплекса.

Необходимо также отметить преимущества данного способа развития лав в условиях, когда угол встречи участковых и базисных выработок менее 80й, что является характерной особенностью раскройки

шахтных полей на Воркутском месторождении. В данных условиях применение традиционных способов развития очистных работ обусловливает необходимость проведения монтажных камер длиной до 300м. либо оставления целиков угля неправильной формы - трапециевидных или прямоугольных со стороной вдоль участкового штрека от единиц до 200м. Второй путь является более приемлемым так как затраты на подготовку и развитие лавы при её длине до 300м существенно возрастают. В случае же развития лав из базисной выработки комплекс наращивается по мере развития очистных работ от 30м до длины лавы. Работы по возведению охранного сооружения в таких условиях значительно "растягиваются" во времени и не будут "сдерживать" работу лавы.

При недостаточных размерах выработки, либо значительной её конвергенции целесообразно применение третей схемы развития лав.

3. Развитие лавы из монтажной камеры пройденной вприсеч-ку к базисной выработке (рис. 2).

Данная схема даёт возможность нормально эксплуатировать выработку и одновременной вести работы по подготовке лавы. Проходка такой выработки может осуществляться различными способами (например: буровзрывным способом, нарезными комплексами КН-78, КН-113 и т.д.).

Рис.2 Принципиальная технологическая схема развития очистных работ из выработки пройденной влрисечку.

Преимущества и проблемные вопросы при применении данной технологии полностью аналогичны выше описанным при развитии лавы из базисной выработки.

4. Формирование очистного забоя в процессе проходки базисной выработки.

Применение данного способа возможно при схемах подготовки, в которых базисная выработка проводится по мере развития фронта очи-

А-А

5 2

стных работ. Постановка (и решение) геомеханических задач по УСМ при применении данной технологии не являлись целью настоящей работы, так как применение данной технологии на шахтах ОАО "Воркутауголь" потребует значительных средств на изменение технологических схем подготовки шахтных полей, в то время как три первых способа могут применяться при существующих схемах.

Обоснование целесообразности применения рассматриваемых схем развитая очистных работ потребовало постановки специальных геомеханических исследований, базирующихся на обобщении структурно-механических характеристик угленосного массива месторождения и включающих: выбор методов изучения НДС таких массивов; разработку ГГМ объектов исследований; построение расчётных схем для оценки НДС МГП: выбор технологичных п безопасных схем охраны базисных выработок и их рациональных параметров. Достаточным фактором рационального применения нетрадиционных схем развития очистных работ из базисных выработок являются позитивные результаты их экономической оценки.

В работе разработаны классификационные типы массивов, отражающие основные горно-геологические условия отработки пластов и деформационные характеристики вмещающих пород для условий Вор-кутского месторождения (см. табл. 1). Данные литологические типы являются характерными для большинства угольных месторождений.

Таблица 1

Классификационные типы массивов горных пород _Воркутского месторождения_

Классификационный тип МГП Литологические разности пород и модули их деформаций, МПа

Основная кровля Непосредств. кровля Пласт ■угля Непосредств. почва

I песчаник 4500-45000 - 1350 алевролит 2000-20000

II песчаник 450045000 алевролит 2000-20000 1350 песчаник 4500-45000

III песчаник 4500-45000 атевролиг 2000-20000 1350 аргиллит 1600-10000

IV алевролит 2000-20000 аргиллит 1600-10000 1350 алевролит 2000-20000

V песчаник 4500-45000 аргиллит 1600-10000 1350 аргиллит 1600-10000

Размах средних значений деформационных характеристик вмещающего массива для условий месторождения очень широк, поэтом)' они принимаются соответствующими верхнем}7 и нижнему пределам размаха значений по каждой из классификационных групп. Разработанная классификация положена в основу решения поставленных задач по разработке методики оценки устойчивых состояний вмещающих пласт элементов МГП и методики по расчёту параметров искусственных охранных сооружений.

2. Эффективные технологии развития начального этапа очистной выемки выбираются на основе оценки устойчивых состояний основной кровли (ОК) как функции от развивающегося выработанного пространства (ВП) и расчёта параметров различных способов охраны базисных выработок, обеспечивающих требуемое их состояние.

Основным несущим элементом ГГМ массива является основная кровля пласта, НДС которой и определит безопасность и эффективность работ при применении определённой схемы развития очистных работ.

В работе решены задачи: (1) обеспечение безопасных условий работ в комплексе "ПВЛ" при развитии лавы из базисной выработки; (2) выбор способа охраны базисной выработки при длительной её эксплуатации и расчёт параметров охранного сооружения.

Задачи решались при помощи численного эксперимента с применением ЭВМ. Численное моделирование осуществлялось методом граничных элементов (в частности разрывных смещений - "Д") в постановке плоского деформированного состояния. Решение выполнено для центрального сечения лавы, как наиболее представительного по всей длине базисной выработки, что подтверждено в работе и аналитическим решением в постановке объемного напряжённого состояния.

Первая задача решалась при пошаговом изменении пролёта выработанного пространства от 5 до 70м и мощности основной кровли от 1,5 до Юм.

При решении второй задачи кроме перечисленных выше параметров изменялась ширина охранного сооружения от 1 до 15м при различных модулях его деформации от 800МПа до 50000МПа, что соответствует возможным модулям деформации искусственных сооружений.

Анализ результатов моделирования "стандартных" (при традиционных схемах развития очистных работ из монтажных выработок) НДС в неоднородном массиве и НДС массива при развитии очистных работ непосредственно из подготовительных выработок показал, что критериальным параметром, наиболее полно характеризующим состояние МГП в комплексе "ПШГ\ являются горизонтальные деформации "с*"' основной кровли пласта в характерной точке массива "Ам" (см. рис. 3). Указанный критерий функционально зависит от структуры и свойств вмещающих пласт горных пород, мощности основной кровли, пролёта выработанного пространства, геометрических и деформационных характеристик охранного сооружения. Получены зависимости пролёта выработанного пространства в функции от деформаций ''с*" и мощности основной кровли (характерная зависимость приведена на рис. 4).

Агг ^

Рис.3 Характерные точки в массиве горных пород.

Аппроксимащюнное уравнение результатов численного эксперимента (при т. в основном, превышающем 0.8) имеет вид:

! = (А-110К + В)-е{С-!,^+0у;:' (!)

где: Иск - мощность пород основной кровли, м: 1 - пролёт выработанного пространства, н; с* - деформации основной кровли пласта; А, В, С и О - безразмерные эмпирические коэффициенты полученные для условий Воркутского месторождения (см. табл. 2).

Приведённая зависимость справедлива в следующих значениях изменения аргументов: глубина работ Нй 1000м; мощность пласта Шок=1.0-ьЗм: Ьок =1.5+Юм; /=5-;70м.

Необходимым и достаточным признаком обеспечения безопасных условий работ является неравенство сх < 0 (т.е. наличие сжимающих деформаций у верхней границы основной кровли).

Условие безопасного ведения работ (для реальных МГГ1) запишется как: /те7 < (А-Ьок + В) (2)

Пределы использования зависимости (2) аналогичны (1). Параметр "/чред" сопоставляется с параметром "/техи" (технологически необходимый пролёт ВП).

Таблица 2.

Таблица коэффициентов_

Классификационные типы вмещающих массивов Коэффициенты уравнения (1)

А | В | СЮ"2 | ОЮ'г

Механические харакге рисгики массива сослыяствуют нижней границе размаха значений

1тип 1.9 4.9 0,52 7.2

II тип 1.3 11.4 0.41 11.6

Штин 10.2 -4.9 1.22 5.4

IV тип 2.4 4.5 0.2 9 2.7

V" тип 6,9 -1.9 1.00 5.5

Механические характе ристики массива соответствуют верхней границе размаха значений

I тип 1.7 4.4 4 80

II тип 3.2 2.7 13 88

III таи 12 -9 22 44

IV тип 1,9 8.9 3.2 44

V тип 8.9 -10 19 55

Задача длительного сохранения базисной выработки решалась пошаговым изменением выше указанных аргу ментов. К разработке рекомендаций приняты результаты решения при ширине охранного сооружения от 2 до 10м при изменении его деформационных характеристик от 0,5Ецд (слабонесущие бутополосы) до 5Елл (литые полосы с высокими прочностными характеристиками), что соответству ет возможности осуществления реальных технологических решений для условий месторождения. Анализ параметров НДС МГП показал, что сооружения шириной менее 1м (при любых модулях его деформации) практически не изменяет "картину" полей деформаций в основной кровле пласта.

Ширина охранной полосы должна быть достаточной для того, чтобы относительные деформации основной кровли пласта в точке "Ам'" были меньше, чем деформации над охранной полосой "Аоп"(см. рис. 3).

Ширина охранного сооружения для условий Eon ~ 0.5Епл при соответствии механических характеристик массива нижнему пределу размаха значений приведена в таблице 3. В этой же таблице приведена величина конвергенции в выработке со стороны охранного сооружения.

I

ю &

3 а

■ли §

а. С

^1йш«м^нонёобх6димь1н по технологическим требованиям пролег выработанного пространства

-150 -100

0 50 100 150 Деформации ОК (с*-с-100000)

300

Рис. 4 Зависимости пролёта выработанного пространства от деформаций пород ОК для I типа МГП при соответствии его деформационных характеристик нижнем у пределу размаха значений.

При применении охранного сооружения с высоким модулем деформация (литые полосы) его ширина может не превышать 2м.

Для условий когда ЕОп=0,5Епл и механические характеристики массива соответствуют верхнему пределу размаха значений над кромкой массива формируется зона растягивающих деформаций при ширине полосы до 15м. Размеры данной зоны и величина максимума "в/ в ней зависят от ширины охранного сооружения. В этом случае условие сохранения базисной выработки может быть записано в виде:

-Р . (3)

р > р

где !:ХРЛ1, - средневзвешенные по высоте основной кровли деформации над кромкой массива: ехр.и,=Е(!;1хр^мхЬ1)/2(11'); е^ - ... над охранным сооружением: е/А^Цс'^^хЬУЕСЬ1).

Таблица 3

Минимально необходимая ширина охранной полосы

Ширина охранной полосы, м Допустимая мощность основной кровли, не более, м Конвергенция выработки со стороны охранной полосы (К), м

1 1! III IV V 1 II III IV V

2м нет ног КС г 3 нет 0,34 0,34 0,34 0,36 0,41

Зм 3 4 3 5 2 0,29 0,26 0.29 0.31 0.34

4м 6 7 8 5 0,24 0,18 0.24 0.25 0.26

5м 10 10 10 10 10 0,18 0,11 0.18 0.18 0,18

С учётом отмеченного зависимость для расчёта минимально необходимой ширины охранного сооружения определится как:

5 - = Е • Ьж + Р (4)

тпш ик

где Ьок - мощность пород основной кровли, м; Е и Р - безразмерные коэффициенты (см. таблицу 4).

Зависимость справедлива при ЕОп~800МПа (для МГП значения деформационных характеристик которых соответствуют верхнему пределу размаха); Н< 1000м: тги=1,0ч-3м; ток =Т.5-ь10м.

Таблица 4

Коэффициенты уравнения 4 Классификационные типы вмещающих массивов

1 ТИП II ТИП III ТИП IV ТИП УТИП

Е 1.7 1.7 8,5 2.8 5.7

Р -1.9 -3.6 -32.5 -4.2 -18

При Еоп^Еач - достаточная ширина охранной полосы составляет от 2 до 5м, а при значениях Е0п=:5Епл (литые полосы) их требуемая ширина составляет от 1.5 до 2,5м. Указанные диапазоны изменения ширины полосы отвечают изменению диапазонов ОК от 1.5 до Юм.

3. Облаем» применения технологических схем развития очистных работ из базисных выработок и их параметры определяются

по разработанным инженерным зависимостям аппроксимированным на базе результатов исследовании с применением МГЭ.

Обобщение полученных решений и разработашшх рекомендации позволило составить блок схему (рис. 5) выбора рациональных технологий развития очистных работ и расчета их безопасных параметров.

Рис. 5 . Блок схема выбора способа развития очистных работ

При развитии лавы из базисной выработки вначале определяется требуемая ширина выработки по технологическим факторам Отихн)- Её величина зависит от размеров выработки, габаритов комплекса и т.д. Затем по формуле (2) определяется предельный безопасный пролёт Iпред■ Развитие лавы из базисной выработки осуществляется без проведения дополнительных мероприятий (усиление крепи, изменение свойств пород кровли и т.д.) в случае, если 1ПРВД больше технологически допустимого пролёта (который составляет ~15м). т.е. при соблюдении неравенства 1Шхи ¿7пред■

При развитии лавы из разрезной печи, пройденной вприсечку к базисной выработке, технологически необходимый пролёт составляет не более 10м. Такой пролёт по геомеханическому фактору является безопасным практически в любых условиях (для 1-У классификационных типов МГП) при мощности основной кровли более Зм.

Устойчивость непосредственной кровли (НК) при ''заводке'" комплекса под кровлю пласта обеспечивается за счёт анкерования, которое исключает вывалы пород из НК над комбайном.

Рассчитываемые параметры предложенных технологий являются исходными данными для проведения технико-экономического сравнения вариантов и принятия решения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В выполненной работе, представляющей собой законченное научное исследование, содержится новое решение задачи оценки возможности и эффективности развития очистных работ непосредственно из подготовительных выработок, имеющей существенное значение для разработки угольных пластов Воркутского месторождения. Внедрение результатов работы даёт возможность улучшить показатели работы шахт при минимизации дополнительных затрат и высокой безопасности ведения подземных горных работ, что отвечает насущным требованиям угольной отрасли в период её перехода к рыночным отношениям.

Разработана методика обоснования и инженерной реализации результатов исследований по оценке эффективного внедрения технологии развития лав из базисных выработок, базирующаяся на решении новых горно-геомеханических задач по управлению МГП и позволяющей: сократить потери угля оставляемого в околоштрековых целиках: исклю-

чить наречные работы; сократить затраты на монтаж комплекса, а также сократить объём подготовительных работ на ! т добываемого угля.

Выполненное обобщение говорит об актуальности решения проблемы для перспективных площадей Воркутского месторождения и для других месторождении с пластами пологого падения.

Результаты исследований рекомендуются к использованию в условиях шахт Воркутского месторождения и целесообразны для применения при выполнении проектных работ для перспективных предприятий Печорского бассейна.

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

1. Определена область рационального применения различных технологических схем развития очистных работ из подготовительных выработок в зависимости от классифицированных горно-геологических и горно-технических ситуаций.

2. Для классифицированных горно-геологических условий разработана методика обоснования безопасного и технологичного применения данных схем. базирующаяся на управлении состоянием пород основной кровли либо создании искусственных опор.

3. На базе методов горной геомеханики решены новые задачи и получены инженерные зависимости для определения безопасных параметров технологических схем и охранных сооружений для выделенных по горно-геологическому строению типов МГП, в том числе:

- при применении технологии развития очистных работ из подготовительных выработок решена задача об устойчивости пород ОК в зависимости от технологического (длины пролёта выработанного пространства) и горно-геологических (мощности основной кровли, структуры и механических свойств вмещающих массивов) параметров, получены формулы для расчётов значений деформаций в данных породах, дана прогнозная оценка возникновения значительных зависаний ОК, а следовательно и возможности развития динамических обрушений;

- дана методика оценки "защитного" эффекта со стороны основной кровли для подготовительных выработок и получены инженерные формулы для расчёта необходимых геометрических и механических параметров охранного сооружения.

4. Расчётный экономический эффект от внедрения результатов исследований составляет 4.000 руб/т. что позволит ОАО "Воркутауголь" получить дополнительную прибыль в размере ~ 1.5 млрд. руб. в год.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в следующих работах:

1. Исследования НДС элементов массива в зонах доизвлечения запасов угля в целиках / И.Ю. Тхориков научная конференция студентов и молодых учёных "Полезные ископаемые России и их освоение". СПбГГИ (ТУ), 1996. Тезисы доклада.

2. О целесообразности развития лав из базисных выработок в различных горно-геологических условиях / И.Ю. Тхориков научная конференция студентов и молодых учёных "Полезные ископаемые России и их освоение", СПбГГИ (ТУ). 1997. Тезисы доклада.

3. Анализ возможных направлений совершенствования схем подготовки и отработки пологих и наклонных пластов средней мощности / И.Ю. Тхориков, Сборник трудов СПбГГИ (ТУ), принято к печати 1997.

4. Аналитическое обследование состояния пород основной кровли на начальной стадии развития очистной выемки / О.В. Ковалёв. И.Ю. Тхориков, Сборник трудов СПбГГИ (ТУ), принято к печати 1997.

5. Анализ и выбор методики изучения НДС элементов массива в нетрадиционных горнотехнических условиях / О.В. Ковалёв, И.Ю. Тхориков, Сборник трудов "Охрана горных выработок", СПбГГИ (ТУ), принято к печати 1997.