автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Совершенствование технологии подземной разработки пологих и наклонных пластов

■я г; 4

российская академия наук сибирское отделение институт угля

На правах рукописи

. РЕМЕЗОВ АНАТОЛИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

уда 622.27

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОДЗЕМКОЙ'РАЗРАБОТКИ ПОЛОГИХ И НАКЛОННЫХ ПЛАСТОВ

( ка примере шахт Ленинского района Кузбасса )

Специальность 05.15.02 - Подземная разработка месторождений полезных ископаемых

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание учёной степени кандидата технических наук в форме научного доклада

Кемерово 1992

Работа выполнена на шахтах и.о. "Яенинскуголь"

Научный руководитель: кавдвдат технических наук,

доцент О.С.Курзанцев

Официальные оппонента: доктор технических наук,

профессор В.И.Цурашев

кандидат технических наук А.И.Каров

Ведущее предприятие: концерн "Северокугбассуголь"

Занята диссертации состоится йи^Ш^иЛ г

в часов на заседавши специализирогаиного Совета Д 003.5"?. 01 при Институте угля СО РАН (650010, г.Кемерово, ул.РукавивпыкоЕа, 21, актовый зал).

С диссертацией ыохно оонакоииться в библиотеке института.

Автореферат разослан "

Жл^ир, 1992 Г

Отэыви на автореферат просиы направлять по адресу: о500Ю, г.Кемерсво, ул.Рукгвг-Янйхова, 21, Институт угля СО РАН.

Учений секретарь специализированного согета, доктор технических наук,

пратессрр В.11.ШЯЕГьЛ;!Ш

ним; . sr^sTF-: | «••' t

" ' ' | общая характкрютка pabotu

Диссертация, представленная в форме научного доклада яв -ляется научным обобщением опубликованных, в основном, в 1986 -1991 г.г. работ автора по обоснованию и разработке рациональной технологии ведения очистных и подготовительных работ на пологих и наклонных пластах в условиях Ленинского района Кузбасса, а также отражает результаты внедрения научно-технических и проект-но-констр"кторских разработок на шахтах производственного объв -динения "Ленинскуголь".

Актуальность работы. Энергетической программой России пре -досматривается возможность увеличения обгема добычи угля в Куз -бассе как ценного вида топлива и химического сырья. Важная роль при этом отводится иахтам производственного объединения "Ленинск-уголь", на которых ежегодно добивается более 18 млн.т высоко -качественных углей.

Для обеспечения фронта очистных работ ежегодно проводится более 132 км горных выработок. Однако несмотря на значительный объем проходческих работ и широкое применение технологий с пов -торным использованием выемочных выработок, на шахтах объединения ощущается постоянный дефицит действующих очистных забоев, снижающих ежегодно потенциал добычи почти на I млн.т угля. На поддержание и ремонт выемочных выработок ежегодно затрачивается до 7 млн.руб. В создавшихся условиях одним из направлений, ведущих к повышению уровня концентрации производства, сокращению объемов проведения подготовительных выработок, повышению технико-экономических показателей шахт, является разработка и внедрение бесцели-ксвой и совмещённой технологии подготовки и отработки выемочных полей. Поэтому исследования в данном направлении имеют важное научное и практическое значение.

Исследования выполнялись в рамках программы "Уголь Кузбасса", являющейся составной частью региональной программы "Сибирь", вы -полняемой согласно совместному постановлению Президиума АН СССР и ГКНТ СССР ст 13.07.84 г № 385/95, а также в рамках целевой комп -лексной программы 0Ц 009 ГКНТ СССР на I98I-I990 годы по тематическим планам институтов КузНИУИ, ПНИУИ, ИГД им. А.А.Скочинского,

ну со ли ссср (;;. гр 0192127000, 01s24420c0, 0592218000,0592218000,

0592230000, 0-152020007 , 0-1920200С5). Названные тени выполнялись

автором в-качестве ответственного исполнителя и исполнителя.

Целью работы является повышзние эффективности горного производства на базе создания рациональной технологии ведения очистных и подготовительных работ на пологих и наклонных пластах.

Идея работы заключается в использовании закономерностей , геомеханических процессов при обоснований параметров технологии горных работ на пологих и наклонных пластах.

Задачи исследований:

- установить степень тектонической сложности для обоснования рациональных параметров схем "раскройки" шахтных полей Ленинского района;

- дать геомеханическое обоснование рациональных сечений выемоч -ных выработок и параметров крепи на основе исследования законо -мерностей формирования зон временного и остаточного опорного давления ;

- установить влияние фенолоформальдегидного скрепляющего состава на изменение физико-механических свойств угля и вмещающих пород для разработки методики и технологических схем упрочнения неус -тойчивых пород;

- разработать методику расчёта рациональной длины; лавы при двух-комбайновой выемке угля с формированием выемочного штрека вслед за лавой; ; ' .

-разработать рациональную технологию ведения очистных работ на пологих и наклонных пластах мощностью до 5 м.

Методы исследований:

- анализ и научное обобщение отечественного и зарубежного опыта отработки пологих и наклонных пластов;

- экономико-математическое моделирование двухкомбайновок выемки • угля;

- шахтные инструментальные наблюдения и методы математической статистики для установления закономерностей геоыеханических про -цессов и оценки тектонической структуры массива;

- технико-экономический анализ технологических схем упрочнения неустойчивого массива, технологии ведения очистных и подготови -телышх работ.

Научные положения, защищаемые автором;

- интенсивность ведения очистных работ обусловлена степенью тектонической сложности для планируемых параметров схем "раскройки" шахтных полей Ленинского района;

- закономерности формирования зон временного и остаточного опорного давления позволяют обосновать рекомендации по выбору рациональных сечений выемочных выработок и возведению крепи с учётом геомеханических факторов;

- управление массивом путём упрочнения неустойчивых горных пород фенолоформальдегидным скрепляющим составом обеспечивает за счёт изменения физико-механических свойств угля и вмещающих пород при соответствующих параметрах нагнетания эффективное ведение очист -них и проходческих работ;

- обоснование рекомендаций по поддержанию выработок, проводимых совместно с очистным забоем, и выбор параметров забоя'при двух -комбайновой выемке угля с формированием выемочного штрека вслед за лавой'осуществляется с учётом горно-геологических и горнотех т-нических факторов;

- бесцеликовая технология отработки мощных (до 5 м) пологих.угольных пластов в один слой повышает эффективность разработки, снижает вероятность возникновения эндогенных пожаров.

Достоверность и обоснованность научных положений, рекомендаций и выводов подтверждается:

- представительны;^ объёмом шахтных исследований (22 очистных за -боя за период с 1983 г по 1991 г);

- совпадением в диапазоне проведённых исследований результатов моделирования двухкомбайновой выемки угля с практическими наблюдениями;

- положительными результатами опытно-промышленной проверки и внедрения разработок на шахтах объединения "Ленинскуголь", полу -ченным экономическим эффектом.

Научная новизна работы состоит:

- в обосновании рациональных параметров деления шахтного поля на части с учётом тектонической структуры массива;

- в установлении размеров зон временного и остаточного оперного давления при различных вариантах бесцеликоаой технологии;

- в .установлении рациональных параметров технологии упрочнения неустойчивого массива горных пород- с учётом горно-геологических

и горнотехнических факторов при ведении очистных и подготовительных работ;

- в построении экономико-математической модели двухкомбайновой выемки угля с формированием выемочного штрека вслед за лавой, позволяющей определить рациональную длину лавы, продолжительность выемочного цикла, тип крепи и время крепления;

- в разработке бесцеликовой технологии отработки мощных (до 5 м) пологих угольных пластов в один слой.

Практическое значение работы заключается в том, что полученные результаты позволяют:

- разработать рациональные технологические решения по "раскройке", подготовке и отработке пологих и наклонных пластов, обеспечиваю -щие повышение эффективности горного производства;

- предложить новые способы и средства формирования и охраны вые -мочных выработок; • •

- разработать методику определения рациональной длины лавы, отрабатываемой по совмещенной технологии в зависимости от трудоёмкости работ по проведению и поддержанию формируемой выработки;

- определить технические требования на разрао'отку технологии и средств формирования выработок, крепь усиления штрека и крепь сопряжения.

Реализация работы. Результаты работы используются в ряде нормативных и методических документов ('"Прогрессивные технологические схемы разработки, пологих пластов с повторным использованием выра -боток для шахт п.о. "Ленинскуголь"; "Технологические схемы разработки пологих и наклонных пластов Кузнецкого бассейна"; "Методи -ческие указания по выбору рациональных сечений выемочных выработок для комплексно-механизированных очистных 'забоев"; "Методика оценки тектонической структуры массива угля для рационального планирования горных работ"; "Рекомендации по повышению эффективности применения мехкомплексов на пластах со слабыми почвами, склонных к с. -жиму.угля и вывалообразованию кровли"; "Технологические схемы упрочнения неустойчивого горного массива нагнетанием фенолоформаль-дегидного скрепляющего состава на шахтах Кузбасса''; "Методическое руководство по применения технологии упрочнения неустойчивого гор -

ного массива нагнетанием фенолоформальдегидного скрепляющего состава"). Разработана программа расчёта для реализации на ПЭВМ оптимальной длины лавы при двухкомбайновой выемке угля с форми -рованием вентиляционного штрека вслед за лавой.

Экономический эффект от использования результатов исследований составил 360,9 тыс.руб.

Апробация работы. Основные научные положения и практические выводы диссертации докладывались на:

Всесоюзном научно-техническом совещании по проблемам улуч -шения состояния горних выработок (Донецк, 1989); научно-технической конференции посвященной 40-летию со дня создания института КузПИ (Кемерово, 1990); научно-технической конференции, по изучения горного давления (Новосибирск, 1991); научных семинарах ЙГД им! А.А.Скочинского'(Люберцы, 1986-1989); научно-технических со вещаниях производственных объединений "Ленинскуголь" и "Кузбасс -уголь" (ленинск-Кузнецкий, Новокузнецк, 1985-1991).

Публикации. Автором опубликовано 48 научных трудов. Основное содержание диссертации изложено в 47 печатных работах, включая 2 авторских свидетельства СССР и II положительных решений на изобретения .

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

Большая роль в совершенствовании технологии подземной раз -работки угольных месторождений принадлежит коллективам ведущих научно-исследовательских и проектных институтов: ИГД им. А.А.Скочинского, ВНИМИ, КузНИУИ, ИУ СО РАН, МГИ, ВостНИИ, КузПИ, ТПИ, КарПТИ и др. Значительный вклад в развитие'технологии отработки пологих и наклонных пластов внесли крупные учёные К.А.Ардашев, Н.П.Бажин, А.С.Бурчаков,. Б.В.Власенко, В.Н.Вылегжанин, Г.И.Грицко, П.В.Егоров, С.Н.Калинин, О.В.Михеев, В.Й.Мурашев, Е.И.Рогов, Б.А.Теодорович, М.И.Устинов, И.Л.Черняк, . В.Ы.Шик, Г.Г.Штумпф и др.

.1. Исследование и обоснование рациональных

технологических решений по подготовке пологих пластов [2, 3, 5, 8, 12, 14, 19, 23, 25, 28, 31, 32, 34, 35-37, 39, 42-44]

Тектонические напряжения, как фактор, приводящий к образо -ваншо шшкативных и дизъюнктивных форм, прямо влияют на условия разработки месторождений, сдерживая темпы работы механизирован -ных комплексов. Существующие методы прогноза тектонической нару -шенности не а полной мере отвечают требованиям проектирования, планирования и ведения горных работ. Повышение надёжности прогноза имеет важное значение для выбора и реализации эффективных технических решений по эксплуатации угольных месторождений.

Исследования, проведённые автором в этом направлении, позволили предложить методику изучения тектонической структуры массива на основе восстановления полей тектонических напряжений и дефор -маций угольных пластов, которая.позволяет разделить шахтное поле на региональные и локальные тектонические блоки, рационально "раскроить" шахтное поле и выбрать надёжные способы поддержания горных выработок. Проведенные на шахтах Ленинского района исследования позволили выявить четыре основных схемы расположения линии очистного забоя к осям тектонических напряжений: благоприятного, относительно благоприятного, относительно неблагоприятного и не -благоприятного, в зависимости от которых следует осуществлять планирование горных работ ("раскройка" шахтных- полей и интенсив -ность отработки).

Данная методика [12] апробирована на шахтных полях п.о. П|1е -нинскуголь", а рекомендации по рациональной "раскройке" и интен -сивности ведения очистных работ использованы на 9 шахтопластах Ленинского района.

Анализ работы шахт Кузбасса показал, что рост добычи угля из комплексно-механизированных очистных забоев в основном сдерживается из-за отставания ввода их в эксплуатацию. При этом значительный объем отставания (54,3 % общих потерь времени) происходит из-за несвоевременного проведения выемочных выработок и неудовлетвори -тельного их состояния. На шахтах объединения "Ленинскуголь" в период 1901-1590 г.г. ежегодно не хватало от 3 до 5 очистных забоев, что привело к значительному снижению добычи угля, несмотря на

увеличение численности рабочих, занятых на подготовительных работах с 4509 до 5579 человек (на 27,3 %).

•Для изменения ситуации необходимо дальнейшее совершенство -вание схем подготовки и отработки выемочных полей, способов и средств охраны выработок, обеспечивающих сокращение объемов про -ведения и безремонтное поддержание сохраняемых выработок.

Наибольшее распространение на шахтах района получили бесцели-ковая подготовка с повторным использованием выемочных выработок; отработка выемочных столбов спаренными лаваш; комбинированная система разработки с формированием подготовительной выработки ком -байном в процессе очистной выемки. Для обоснования рациональных сечений и выбора средств охраны выемочных выработок были проведены исследования по изучению геомеханических процессов при различных схемах подготовки выемочных столбов. :

. На шахте "Октябрьская" с целью сокращения объемов проведения выработки при отработке лавы 884 сохранялся вентиляционный штрек.

Сохраняемый вентиляционный штрек был закреплён на всём про -тяжении металлической арочной трёхзвенной крепью А9-17 с шагом установки 0,8-1,0 м. Элементы крепи соединены между собой замками с плоской планкой из спецпрофиля. Кровли и борта выработки перетянуты металлической сеткой. Поддержание штрека осуществлялось' еле -дующим образом. С опережением лазы на 10-15 м крепь усиливалась стойками ГКУ. На сопряжении штрека с лавой устанавливались всплошную деревянные стойки. Позади лавы вместо стоек ГКУ устанавливали деревянные.

Исследования проводились на участках, закреплённых основной (арочная крепь А9-17), промежуточной (крепь усиления) и органной крепью для чего оборудовались стационарные замерные станции. Первый рост нагрузок (рис.1) наиболее интенсивно начинал проявляться в 8-12 м и заканчивался в 14-22 м позади лавы, что связано с об -рушением непосредственной кровли. В дальнейшем происходила стаби -лизация давления, а на отдельных рамах даже его некоторое с ниже -ние. К моменту стабилизации, величина давления на крепь составила: на основную штрековую крепь - 79 кН/м^, на промежуточную (крепь усиления) - 60 кН/м*% на органную крепь - 292 ¡сН/м2. Протяжён -'-ность участка стабилизации давления составила 6-9 м.

Вторичный рост давления, связанный с обрушением основной кровли, зафиксирован при отходе лавы на 22-31 м от замерных стан -ций. В связи с этим на расстоянии 48 и от лавы давление на оскоь -

л//

Рис Л. Изменение нагрузки ( ) на крепь в зависимости от расстояния до очистного забоя ( Ь ):

1 - нагрузка на осноЕную крепь;

2 - нагрузка на промежуточную крепь;

3 - нагрузка на органную крепь

нув штрековую крепь достигало - 163 кН/м*% на промежуточную -.115 к Н/м2, на органную - 416 кН/м2. Среднее уменьшение высоты выработки составило 565 мм (минимальное 315 мм, максимальное I140.мм). Проведенные исследования показали, что применяемые средства охраны и поддержания сохраняемой выработки не обеспечивают необходимого сопротивления действующему горному давлению на всех этапах нагружения. Кроме того, данная технология имеет и ряд недостатков в части усложнения условий проветривания. Для повышения уровня безопасности при проветривании подготовительных выработок при бесцеликовой подготовке пластов разработаны новые технические решения, защгацённые авторским свидетельством [39, 43]

Исследование проявлений горного давления в подготовительных выработках при отработке спаренных лав проводились на шахтах "Октябрьская", "Чертинская", им.7 Ноября. Отработка лав произво -дились с-опережением верхней лавы до 160 м. Влияние горного дав -ления оценивалось по нагрузкам на секции крепи в лавах, на крепи сопряжения, а также по величине смещений пород в штреках.

Результаты исследований показали, что нагрузки на крепь со -пряжения существенно не отличаются от нагрузок на концевые секции лавной крепи, а секции применяемой мехкрепи работают в режиме нарастающего сопротивления. Установлено, что при передвижке крепей сопряжения происходили значительные (до 20-30 мм) опускания пород кровли, В середине штрека высота уменьшалась на 0,8 м, причём основные смещения контура выработки наблюдались за лавой. Характер изменения скорости и величины смещения при отработке спаренных лав 536-538 на шахте "Чертинская" приведён на рис.2.

Проведённые исследования показали, что вследствие интенсивного сдвижения пород кровли и почвы высотя. подготовительных вырабо -ток уменьшалась до величин, не удовлетворяющих требовшшям ГШ; крепи сопряжений при их передвижке не позволяют сохранить требуе -мое сечение выработки, а расстояние между линиями очистных забоев спаренных лав не должно превышать шести метров.

Для определения, влияния способов формирования выемочной выработки на проявления горного давления были проведены инструментальные наблюдения в лаве 593 шахты "Капитальная". КонвейерньТ 'атрок проводился с опережением очистного забоя на 80-100 м с присеччо" вмещающих пород, а зентиляционный штрек - одновременно с пыенксй угля в нише нг. уровне очистного забоя. Акфивные сближения в-щих пород в конвейерном штрэке начались в 5м впереди и na'furr.-- .-

си

с

-6

сС

1 'мм/у та— -"Л Л ч

X » \ / ч Ч

•ЗУ**—. ■ТА О го л/ «о м ¿л

1СО

1 е:

7Т=1 -4

'Рис-2- ^"Г^йТаТ^Дн ) ДСГаљ смещения (V ) пород кровли в,конвейерном штреке мь Н) и ЬЗВ ^ ) и величины скорости пучения почеы ( 6 ) и Ха)>

л^»™«™0^ дольного тссива; 2- в середине выработки; 3- со стороны шра-

б£К™ 4 " С° СТ°Р0НЫ ^ольного месива;'5 - со стороны Щ»-

лись в 30 м позади очистного забоя с максимальной скоростью сближений 27 мм/сут. Общие сближения составили 330 мм, а нагрузки на крепь штрека достигали 980 кН/м, при которых начала деформироваться органная крепь. В формируемом вентиляционном штреке смещения были отмечены в 15 метрах позади очистного забоя, а через 55 метров стабилизировались, достигнув 190 мм. Нагрузка на крепь при этом не превышала 600 кН/м.

Математическая обработка шахтных наблюдений за смещением ( и ) горных пород в зависимости от расстояния до очистного за -боя ( Ь ) позволила установить между ними связь в виде

(и = -0,046¿+Ш¿,+68.85, -25</(?,, I (конвейерные штреки)

/ Ы = 387.79 -3007.79/1- , I >10, Я^ам,

и = -0.0031 ¿+1.7С-37-59} Я'-О.чг . (вентиляционные штреки)

Другими словами, условия поддержания формируемых на линии очистного забоя и сохраняемых для повторного использования выемочных выработок более легкие по сравнению с поддержанием предварительно пройденных и сохраняемых. Более эффективной является схема с проведением выработок на полное сечение одновременно с лавой выемочным комбайном очистного забоя, успешно внедрённая на шахте "Кузнецкая" в лаве 437.

Проведенные исследования позволили установить, что для обо -снования рациональных параметров крепления в зонах опорного дав -ления необходима инструментальная оценка проявлений горного дав -ления в выработках, примыкающих к очистным забоям. Требуется принципиально новый подход к решению задачи обоснования рационального крепления выработок, в том числе в формируемых'очистным ком -байном, так как расчётные методы не учитывают силового режима взаимодействия конкретных штрековых крепей с боковыми породами. Необходимо увеличение уровня начального распора штрековой крепи примерно в 10 раз от существующего. Необходимо использование мо -бильной штрековой крепи, устанавливаемой .с высоким начальным распором в непосредственной близости от забоя. Для условий Кузбасса-определены рациональные силовые параметры крепи, 'устанавливаемо.4, в различные периоды эксплуатации сохраняемых выработок [25] .

•'Таблица

Рациональные силовые параметры крепи подготовительных выработок

Периоды эксплуатации выработок Сопротивление крепи, установленной в выработках, сохраняемых для повторного использования, при типах кровли, кН/м

неустойчивой средней устойчивости и устойчивой устойчивой, трудно -оорушаемой

Во время проведения 250-300 200-250 150-200

В зоне временного опорного давления ьпереди 400-500 350-400 250-300

В зоне временного опорного давления позади КМЗ 600-700 650-900 900-1300

В зоне постоянного опорного давления 400-500 : 350-400 300-400

В зоне временного опорного давления впереди КМЗ лри повторном ис -пользовании 500-000 , 1 500-С00 500-600 !

Примечание: нижний предел сопротивления крепи - для пластов мощностью до 1,5 м; верхний г для пластов мощ -ностью > 3,5 м.

В качестве крепи усиления может быть использована•крепь усиления КШУ, облф^айщая высокой несущей способностью и позволяющая механизировать процесс крепления в зонах ПГД.

Для охраны выработок в зонах ПГД могут применяться способы крепления пневмобалонной крепью, защищённые авторскими свидетель -ствгши [ 35, 37, 44, 45] .

Результаты определения скорости и величины смещений горных пород легли в основу "Методических рекомендаций по выбору рациональных сечений выемочных выработок для комплексно-механизированных очистных забоев".

С учетом преимущественного применения в условиях и.о. "Ле -нннскуголь" комбинирок -шной системы разработки с {[ормированкеп

подготовительной выработки комбайном составлены технические тре -бования на разработку агрегата формирования выработок А1В.

2. Совершенствование и обоснование параметров ■ технологии выемки угля пологих и наклонных пластов [I, 4, 6-1I, 14-25, 27, 31, 33, 38-43, 45-47]

В настоящее время до 40 % общей трудоёмкости работ в очистных забоях составляют работы на сопряжениях. Кроме этого, применение существующих крепей сопряжений снижает безопасность ведения работ. Для устранения указанных недостатков были проведены исследования по совершенствованию крепления сопряжений. Теоретические исследо -вания позволили установить, что при использовании крепи усиления штрека, её стойки необходимо устанавливать в зависимости от действующей схемы нагружения крепи сопряжения (рис.3) с тем, чтобы обеспечить равномерное нагружение крепёжной рамы штрека.

При установке одного подхвата и при равномерно распределённой нагрузке рационально расположить его посредине верхняка (схема I).

Если при тех же условиях устанавливается два подхвата (схема 2), то они должны располагаться симметрично и таким образом, чтобы изгибающие моменты в верхняке были минимальные/. Это наблюдается в том случае, если М$ ~ /IIмах • Этому условию удовлетворяет рас -стояние Ь = 0,3<2.

При сохранении выработки с целью повторного использования (схема 3) оптимальное расположение подхвата наблюдается при 6 = 0,37 а и получается из условия, аналогичного для предвдущей схемы. Ниже приводятся данные по рациональному расположению подхватов для приведённых схем и усилия, возникающие в отдельных элемен-

крепи (в относительных единицах).

Схема б/а. л*

I 0,5 0,31 0,187 0,626

2 0,3 0,01 0,115 0,386

3 0,37 0,015 0,12 0,34

Использопанме предлагаемых схем установки усиливающей крепи позволяет зксилуатиропать ¡.се её элементы в условиях экпипаленткого

чц ГПТ ТТТГГГ-г-^

в * л © Т, . Л Я* сс-

Рис.3. Схема расположения подхватов рамной крепи

т

погружения, рационально использовать прочносные свойства материала крепи.

Другим направлением совершенствования крепления сопряжений является разработка безразгрузочной крепи сопряжения, защищённой авторским свидетельством [45] , и механизированной крепи сопряже -ния (КОС-2), на которую разработаны технические требо -

вания.

Рост средней нагрузки на очистной забой в объединении "Ле -нинскуголь" достигнут, й основном, за счет широкого внедрения дорогостоящих механизированных комплексов польского производства. Однако это привело к значительному росту трудозатрат на их монтаж-демонтаж. Особое значение это имеет при отработке участков с кли -новидной границей выемочных пластов. Для такта участков предложен способ разработки [ 41 ] , прошедший успешную проверку на шахте "Октябрьская" при' отработке лав 342 и 338.. Сущность разработанного способа заключается в формировании очистным комбайном камеры и временном креплении её оставляемыми в ней секциями мехкрепи. При этом по мере уменьшения ширины выемочного столба сокращают забой -

ный конвейер и тяговую цепь добычного комбайна. Секции ыехкрепи, оставляемые в сформированной выработке, выполняли одновременно функции средств охраны и её крепления на криволинейном участке. Результаты проведённых исследований позволили установить необходимую величину начального сопротивления крепи, которая для условий Ленинского района должна быть не менее 120 к Н/м2; а зависимость между начальным сопротивлением крепи ( Р ) скоростью ( V ) и величиной ( И ) смещения горных пород, имеет вид

V = 31.1 - 1.8 Р , U =87,7 - 3.7Р .

Разработка мощных пологих угольных пластов сопровождается потерями .угля по мощности у выемочных выработок и в межстолбовых целиках, возникновением эндогенных пожаров, что снижает эффектов -ность и безопасность работ. Для преодоления встречающихся трудностей предложен способ разработки мощных пологих пластов [ 38 ] . внедрённый на шахтах п.о. "Ленинскуголь". Сущность способа заключается в проведении в мощном (до 5 м) пологом угольном пласте конвей -ерного штрека высотой, равной мощности пласта. Ытрек располагают в целике угля. Вентиляционный штрек располагают у кровли пласта и проводят его на контакте с обрушенными 'породами кровли ранее отработанного выемочного столба. На границе выемочного столба сооружают монтажную камеру высотой, равной мощности пласта, в которой устанавливают комплекс типа KJJ-I42, 2УКИ-5 и..л "Пиома".

Выемку угольного пласта ведут в один слой мощностью до 5 м, при этом толщу угля в почве вентиляционного штрека вынимают комбайном.

Для снижения объёмов подготовительных работ и увеличения на -грузки на очистной забой на шахтах п. о. "Ленинскуголь" предложено использовать комбинированную систему разработки и дв.ухкомбайновую выемку угля в забое, при которой конт.ур вентиляционного штрека формирует верхний очистной комбайн. Использование данной системы на ' шахте "Кузнецкая" показало, что после выполнения всех работ в лаве, очистной забой простаивал в ожидании завершения всех работ на формируемом вентиляционном штреке. Простой очистного забоя можно свести к минимум/ за счет двух факторов: увеличения длины лавы и сократит времени нг? формирование штрека. Для расчёта оптимальной дли -ни очистного вабоч была рмработ глп программа для Ii3B,'.l, позволяющая

при заданном времени на крепление возводимого штрека достичь наиболее производительную работу обоих комбайнов.

Наряду с длиной лавы, как главным параметром, программа позволяет получить пользователю оптимальную длину нижней части лавы, продолжительность выемочного цикла, тип крепи и значение времени крепления, по которому была рассчитана длина лавы, время простоев комбайна, эксплуатационную производительность комбайна. Программа предусматривает определение зависимостей данных показателей в числовой или графической форме с учётом времени крепления штрека, позволяет построить планограмму работ в забое и график совмещения операций при рассчитанной длине лавы.

3. Исследование и разработка способа управления массивом путём упрочнения неустойчивых горных' . пород [13, 18, 26, 29, 30]

Применение механизированных комплексов на пластах со слабыми почвами характеризуется снижением производительности забоев, со -провождается высокой аварийное! ью, вызванной отжимом и обрушением угля в'призабойное пространство. Дтя предотвращения негативных явлений были разработаны "Рекомендации по повышению эффективности применения мехкомплексов на пластах со слабыми почвами, склонных к отжиму .угля и вывалсобразопанию кровли" [ш] . В данных рекомендациях рассматриваются не только вопросы выбора технологических схем, улучшения технологии работ в очистном забое, но и выбора типа механизирогапного комплекса, а также предложения по их дальнейшему совершенствованию.

Традиционные способы повышения устойчивости горного масслвч (анкерование, опережающая крепь, повышение плотности и носущей способности элементов постоянной крепи), влекут за собоГ. повышение расхода материалов, снижение темпов проходки и нагрузок на очист -нне забои.

Упрочнение массива химическим скрепляющим является более на -дёжным, экономичным и универсальным способом, что подтверждается отечественным и мировым опытом.

На пологих пластах упрочнение может применяться при переходе ■ очистными забоями геологических нарушений и подготовительных вира -боток, на сопряжениях лав с подготовительными выработками, перед

демонтажом мехкомплексов.

Параметры упрочнения определяются с учётом трещнноватости, слоистости угля, мощности и угла падения пласта, площади и объёма упрочняемой зоны. Длина инъекционных ппуров ( 6 ) принимается из условия сохранения неснижаемого опережения упрочнённой зоны ( £н ) после подвигания забоя за время между предьдущими и последующим нагнетанием скрепляющего состава ( I* ):

е = + ен)/сов<1,

где оЬ - угол наклона шпура к плоскости пласта.

Испытание способа упрочнения массива нагнетанием фенолофор-мальдегидного и карбаыидного скрепляющего были осуществлены первоначально на шахте "Новая" при переходе лавой 503 геологического нарушения, а затем ещё на 8 шахтопластах объединения. Результаты исследований были учтены при разработке "Технологических схем упрочнения неустойчивого горного массива нагнетанием феноло-формальдегид.чого скрепляющего состава на шахтах "и" .Методического руководства по применению технологии упрочнения неустойчивого горного массива '[29, 30| .

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации в форме научного доклада дано новое решение актуальной научной задачи по разработке рациональной технологии ведения очистных и подготовительных работ на ..ологих и наклонных пластах, внедрение которой обеспечивает прогресс в угольной про -мышленности, позволяет получить значительный экономический зф*ект и повысить безопасность горнего производства.

Основные научные результаты, выводы и практические рекомен -дацки, полученные при выполнении исследований и внедрении разра -боток, заключаются в следующем:

I. На основе восстановления полей тектонических напряжений и де -формаций разработана методика изучения тектонической структуры массива, позволяющая в зависимости от сложности строения- тектонической поверхности и углов встречи линии забоя с осями тектони -ческих напряжений выделять четыре типа горно-геологических уело -вий, определяющих рациональные параметры схем "раскройки" шахтных нолей и интенсивности ведения очистных работ.

2. Но данным эксперимента установлено, что скорость и величина смещения горных пород обратно пропорциональны начальному распору крепи и зависят от расстояния до очистного забоя в квадратичной форме. Полученные закономерности позволили разработать "Метода -ческие рекомендации по выбору рациональных сечений выемочных выработок для комплексно-механизированных очистных забоев" при различных схемах подготовки выемочных столбов.

3. Определены рациональные силовые параметры крепи, устанавливаемой в различные периоды эксплуатации сохраняемых выработок. Максимальное значение сопротивления крепи составляет 700, 900 и 1300 кН/м в зоне опорного давления позади КМЗ для неустойчивой, ' устойчивой и труднообр.ушаемой кровли соответственно. Для условий Ленинского района прможены новые конструкции крепи, используе -мне в зонах ПГД, разработан агрегат формирования выработок (А$В) и определена область применения крепи усиления (ИДУ), которая обеспечивает снижение смещения контура выработки в два раза.

4. Разработана методика и технологические схемы упрочнения неус -тойчивого массива горных пород нагнетанием скрепляющего состава с учётом горно-геологических и горнотехнических факторов при проведении очистных и подготовительных работ. Установлено, что рацио -нальная глубина шпуров составляет 3-бм, неснижаемое опережение ■ упрочнённой зоны - 0,5-1,5 м, расстояние между шпурами - два радиуса распространения состава в массиве с наложением зон от сосед -них шпуров (3-4 м), давление нагнетания - 7-10 Mia, при расходе скрепляющего состава 20 л на I м шпура. Ожидаемый эффект от применения технологии упрочнения составит 3,5 руб. на I т добываемого угля.

5. Разработанная и реализованная в виде программы для ЭВМ экономико-математическая модель дв.ухкомбайновой выемки угля с формирова -нием выемочного штрека комбайном позволяет определить рациэналь -ную длину лавы исходя из критерия минимизации времени простоек комбайнов. Простои комбайнов связаны с необходимостью возведения крепи выемочного штрека в каждом цикле снятия выемочной полосы. Результаты моделирования имеют совпадение в диапг-зопе проведенных исследований со статистическими данными.

6. Разработан способ разработки мощных (до 5 м) пологих пластов, заключающийся в том, что выемку .угольного пласта ведут в один слой, подготовку осуществляют проведением конвейерного штрека высотой, равной мощности пласта, а вентиляционный штрек располагают

у кровли пласта на контакте с обрушенными породами кровли. Ис -пользование разработанного способа позволяет снизить вероятность возникновения эндогенных пожаров, а экономический эффект соста -вит 600 тыс.руб. на один выемочный столб.

Внедрение научных рекомендаций, технических решений и результатов научно-исследовательских работ на шахтах Кузбасса позволило получить окономический эффект в сумме 360,9 тыс.руб.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Прогрессивные технологические схемы разработки пологих плас -тов с повторным использованием выемочных выработок для шахт п.о. "Ленинскуголь" // Середлнко М.И., Лебедев Б.К., Реке -зов A.B. и др. - Прокопьевск, : Куа'ПГУИ, 1986. - 76 с.

2. Арсенов Н.С., Калинин С.И., Ремезов A.B. и др. Методические рекомендации по выбору рациональных сечэниЯ выемочных оирабо -ток для комплексно-механизированных очистных забоев / :<1УЛ СССР, КуэШЬ'И. - Прокопьевск, 1907. - 37 с.

3. Шахматов В.Я., Ремезов A.B., ,Михайлов В.Н., Курзанцеэ О.С. Проблемы обеспечения очистного фронта на шахтах п.о. "Ленинск-уголь" // Воссоздание очистного фронта на шахтах: Межэуз. сб. научн.тр. / Кузбасс.политехи.ин-т. - Кемерово, 1987. - С.

:93-95.

4. Лебедев Б.К., Егоров А.11., Литвинов Ю.А., Ремезов A.B. Отработка пластов по совмещённой технологии в условиях шахт Кузбасса // Совершенствование технологии отработки крутых .угольных пластов Кузбасса: Сб.научн.тр./ КузННУИ. - Прокопьевск, 1983. - С. 41-49.

5.'Ремезов A.B., Бобёр Е.А. Оценка состояния горноподготовительных работ на шахтах п.о. "Ленинскуголь" // Технология, механизация и организация строительства горных выработок: .¿ежвуз.сб.паучн. тр. / Кузбасс.политехи.ин-т. - Кемерово, 1988. С. 60-63.

6. Арсенов Н.С., Бахтин Ii.Н., Ремезов A.B. и др. Технологические схемы разработки пологих и наклонных пластов Кузнецкого бассейна / »i>'ll СССР, КузйИУИ. - Прокопьевск, 1989. - 76 с.

7. Ремезов A.B., Терентьев Б.Д., Ёрынько А.Ф. Технико-экономическая оценка технологических схем выемочных участков Кузбасса // Пути улучшения состояния горных работ: Тез.докл.Всесозн.науч-но-техн.совещания. - Донецк, 1988. - С. 3-5.

8. Середенко М.И,, Ремезов A.B. Рациональные схемы подготовки и отработки выемочных полей и очистных забоев // Совершенствование технологии отработки угольных пластов Кузбасса и Дальнего Востока: Сб.научн.тр. / КузНИУИ. - Прокопьевск, 1989. -

С. 40-46.

9. Лебедев Б.К., Литвинов Ü.A., Егоров А.П., Ремезов A.B. Анализ результатов промышленных испытаний технологии отработки поло -гих пластов спаренными лавами /1 Совершенствование технологии отработки угольных пластов Кузбасса и Дальнего Востока: С'б. научн.-тр. / КузНИУИ. - Прокопьевск, 1939, - С.47-55.

10.Ремезов A.B. Пути повышения нагрузки на очистной забой в объединении "Ленинскуголь" // Уголь, 1989. - К' II. - С, 26-27.

11.Белов В.П., Ремезов A.B., Клавдиенко М.Н. Анализ использования механизированных комплексов ПНР на шахтах объединения "Ленинск-уголь" // Совершенствование комплексной механизации отработки угольных пластов: Сб.научн.тр. / КузНИУИ. - Прокопьевск, 1989,-

С. 22-26.

12.Методика оценки тектонической структуры хгассива угля для рационального планирования горных работ / МУП СССР, ГТУ "Главкуз -бассуголь", КузНИ. - Кемерово, 1989. - 34 с.

13.Ремезов A.B., Коновалов Л.М., Артемьев Н.П. Опыт упрочнения неустойчивого угольного забоя П Уголь, 1990. - J? I - С. 47-48.

14.Ремезов A.B., Коновалов Л.М., Курзанцев О.С. Проявление опорного давления при формировании выработки очистным комбайном // Уголь, 1990. - № 7. - С. 28-30.

15.Ремезов A.B., Клавдиенко М.Н. Опыт использования механизированных комплексов производства ПНР в 'условиях шахт п.о. "Лениниск-уголь" // Уголь, 1990. - № 8. - С. 15-16. ,

16. Волков В. 11., Клыков А.е., Байкин В.В., Ремезор A.B. и со -вершенствовании крепи сопряжений очистных забоев с выемочными штреками // Совершенствование подземной разработки месторождений: Межвуз.сб.научн.тр. / Кузбасс.политехи.ин-т. - . Кемерово, 1990. - С. 44-47.

17. Ремезов A.B. Отработка очистных забоев на криволинейном участке без предварительного проведения демонтажной выработки // Подготовка горных инжёньров и развитие научных исследований: Тез.докл.научн.конф. --Кемерово, 1990. - С. 21-22.

18. Рекомендации по повышению эффективности применения мехкомп ~ лексов на пластах со слабыми почвами, склонными к отжиму угля и вывалообразованию кровли // Калинин С.И., Белов В.П., Ремезов A.B. и др. - Прокопьевск, КузНИУИ, 1990. - 33 с.

19. Потапенко В.А., Ремезоь A.B., Шапошников В.И. Применение крепи усиления штрека КШУ при поддержании сохраняемых выра -боток // Подземная разработка тонких и средней мощности угольных пластов: Сб.научн.тр. / 1ШИУИ. - Тула, 1990. - С. 4-7.

20. Ремезов A.B., Коновалов Л.М., Стариков A.C., Гарина Т.й. Со -вершенствование совмещённой технологии отработки лавы // Управление состоянием массива горных пород: Сб.научн.тр. / Ассоциация "Кузбассуглетехнология". - Кемерово, I9L0. - С. 66-70.

21. Ремезов A.B. Резервы повышения нагрузки на очистной забой, отрабатываемый по комбинированной технологии // Управление сос -тоянием массива горных пород: Сб.научн.тр./ Ассоциация "Куэ-бассуглетехнология". - Кемерово, 1990. - С. 75-79.

22. Ремезов A.B., Андропов С.11., Глазов Д.Д., Кутняков В.В. Установление параметров комбинированной системы разработки при моделировании двухкомбайновой выемки угля на персональной ЭВМ // Нетрадиционные способы добычи и использования угля: Научн.сообщения / ИГД им. А.А.Скочинского. - «1., 1990. - С. 105-109.

23. Ремезов A.B., Райе К.А., Аладышев К.П. и д^. Бесцеликояая технология выемки мощного (до 5 м) пологого угольного пласт*. // Информ.листок ИГД им. А.А.Скочинского. - М., 1990. - 2 с.

24. Ремезов A.B., Аладышев К.П., Петренко Р.П. и др. Бесцелико -вая технология выемки пологих угольных пластов с устойчивой кровлей // Информ.листок ИГД им. А.А.Скочинского. - М.,

1990. - 2 с.

25. Середенко М.И., Егоров А.П., Ремезов A.B., Лебедев Б.К. Рациональные способы и средства охраны выемочных выработок в очистных забоях // Технологические процессы и механизация отработки угольных пластов Кузбасса: Сб.научн.тр. / КузНИУИ. - Прокопьевск, 1990. - С. 157-164.

26. Вылегжанин В.Н., Ремезов A.B., Дубровский В.И. Применение анкерной крепи в неустойчивых выработках // Технологические процессы и механизация отработки угольных пластов Кузбасса: Сб.научн.тр. / КузНИУИ. - Прокопьевск, 1990. -C. I68-I7I.

27. Ремезов A.B., Зельцер Ю.Г., Бонин A.M. Исследования прояв'ле -ния горного давления при работе спаренных лав на шахте "Октябрьская" п.о. "Ленинскуголь" // Совершенствование технологии отработки угольных месторождений Кузбасса: Сб.научн.тр. / Ассоциация "Кузбассуглетехнология". - Кемерово, 1991. - С.

• 108-115.

28. Ремезов A.B., Потапенко В.А., Клавдиенко М.Н. Результаты ис -следований проявления горного давления на крепь выработки, сохраняемой для повторного использования // Совершенствование технологии отработки угольных месторождений Кузбасса: Сб. научн.тр. / Ассоциация "Кузбассуглетехнология". - Кемерово,

1991. - С. I08-115.

29. Болдин K.M., Боровиков П.А., Ремезов A.B. и др. Технологические схемы упрочнения неустойчивого горного массива нагнетани -ем фенолоформальдегидного скрепляющего состава на шахтах Куз -

. басса / МУП СССР, КузНИУИ. - Прокопьевск, 1991. - 36 с.

3Q. Болдин K.M., Калинин С.И., Ремезов A.B. и др. Методическое руководство по применению технологии упрочнения неустойчивого горного массива нагнетанием фонолоформальдегидного скрепляю -щего состава / МУП СССР, КузНИУИ. - Прокопьевск, 1991. - 36 с.

31. Зельцер Ю.Г., Шкаранов Г.С., Ремезов A.B. и др. Результаты испытаний крепи охраны сопряжений КОС-2 на шахте "Октябрьская" // Вопросы безопасности при разработке угольных месторовдений Кузбасса: Сб.научн.тр. У Ассоциация "Кузбасс -углетехнология". - Кемерово, 1991. - С. 22-27.

32. Ремезов A.B., Коновалов Л. 14., Стариков A.C., Моторенко Л.И. Опыт применения защитной выработки // Вопросы безопасности при разработке угольных месторождений Кузбасса: Сб.научн. тр. / Ассоциация "Кузбассуглетехнология". - Кемерово, IS9I. - С. 15-18.

33. Коновалов Л.М., Стариков A.C., Ремезов A.B. Обоснование технологических решений на поддержание формируемой очистным комбайном выработки // Уголь, 1991. - !? б. - С. 19-21.

34. Ремезов A.B. Опыт сохранения и формирования выработок с целью сокращения подготовительных работ в объединении "Ле -нинскуголь" // Уголь, 1991. - 9. - С. 20-23.

35. А. с, СССР № I573I77. Способ охраны горных выработок. Опубл. 23.06.90 г. Бюл. 23.

36. А. с. СССР Р I67I886. Крепь горных выработок. Опубл. 15.08.91. Бюл. .V' 30.

37. Заявка » 4680091 / 03 (04967). Способ бесцеликоЕоЛ охраны подготовительных выработок. Полож.реш. £ ,01.89.

38. Заявка К> 4653502 / 03 ( 028288). Способ разработки мощных пологих угольных пластов и устройство для его осуществления. Полож.реш. 28.12.89.

39. Заявка 'J 4707041 / 03 ( 084525). Способ проветривания подготовительных выработок при бесцеликовой подготовке угольных пластов. Полож.реш. 19.06.89,

40. Заявка 4730397 / 03 (107630). Способ сооружения демонтаж -. ной камеры. Полож.реш. 29.05.90.

41. Заявка 4794479 / 03 ( 022908). Способ разработки пластовых месторождений полеоннх ископаемых. Полож.реш. 17.08.90.

42. Заяп;сп 4794480 / 03 (022909). Способ монтажа механизирован-нк ко.чплсксоп. иояс/":.р-?и. 25.12.SO.

43. Заявка № 4715696 / 03 (056956). Способ проветривания тупиковых выработок. Почож.реш. 14.03.90.

44. Заявка № 4660091 / 03 (014967). Способ охраны подготовительных выработок. Полож.реш. 11.05.90.

45. Заявка № 4749520 / 03 (127733). Механизированная безразгру --зочная крепь сопряжения. Полож.реш. 14.01.91.

46. Заявка № 4925339 /03. Механизированная крепь сопряжения. Полож.реш. ^4.04.91.

47..Заявка $ 4937542 / 03. Концевая сзкиця меха!»«*"**-пкачноП кре -пи. Полож.реш. 20.05.91-

Подписано к печати 19.02.92. Заказ » Ю. Тира» 100 а.<а. Объем 1.п.л. Печать офОетная. Ротапринт ВостНИИ. 650002.КЕМЕРОВО, ул. ИНСТИТУТСКАЯ, 3.