автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Совершенствование технологии выемки глубокозалегающих многолетнемерзлых золотосодержащих песков на основе применения механизированных крепей

Дальневосточный государственный технический университет

РГ6 од

, На правах рукописи

НИЛУС Юрий Александрович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВЫЕМКИ ГЛУБОКОЗАЛЕГАЮЩИХ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩИХ ПЕСКОВ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ КРЕПЕЙ

Специальности: 05.26.01 — Охрана труда и пожарная безопасность 05.15.02 — Подземная разработка месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Владивосток 1993

Работа выполнена в Институте горного дела Севера Якутского научного центра Сибирского отделения АН РФ.

Научный руководитель

проф., докт. техн. наук А. Е. СЛЕПЦОВ

Официальные оппоненты: докт. техн. наук О. В. МИХЕЕВ, доц., канд. техн. наук В. П. ЛУШПЕЙ.

Ведущее предприятие — «Центрогипрошахт».

Защита диссертации состоится «

Г'

1993/г.

в час. на заседании специализированного совета К.054.01.03 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в Дальневосточном государственном техническом университете по адресу: 090600, г. Владивосток, ул. Пушкинская, 33, ауд. Г-134.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. ,---

Автореферат разослан « . 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета

канд. техн. наук А. Т. ОЛИШЕВСКИЙ

СБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Наиболее универсальной и характерной особенностью всех горнодобывающих предприятий, пополняющих валютный фонд страны, является незамедлительная реакция на любые изменения конъюнктуры мирового рынка. Присуща эта особенность и • золотодобывающим предприятиям.

Экономические сложности, возникшие в стране в 70-е годы, имели следствием вовлечение в отработку все большего количества россыпных месторождений и, в первую очередь, мелкозалегающих, а в настоящее время появилась четкая тенденция разработки и глубоко зале гаюпшх (до 100 и более метров).

Недостатки, присущие повсеместно распространенной камэрно-лавной системе для глубокозалегающих россыпей, приобретают такой Еес, что разработка их может стать экономически нецелесообразной. Это подтверждается не только факторами удорожания наре.чых работ и высокой опасности очистных работ, но и тем, что потери в межкамерных целиках становятся безвозвратными. Поэтому вопрос создания длиннолавной, устраняющей мажкамерные целики, безопасной технологии выемки глубокозалегающих многолетнемерзлых золотосодержащих песков,_в условиях отказа от затратной инвестиционной политики, приобретает особую актуальность.

Решение этой научно-технической проблемы возможно при условии постановки широкопланового, целенаправленного изучения проявлений горного давления, выбора наиболее надежных средств управления состоянием мерзлого горного массива.

На основе анализа и обобщения научных исследований ИГД ил. A.A. Скочинского разработаны технологические схемы очистных и подготовительных работ для угольных шахт области многолетней мерзлоты. Однако прямое перенесение разработанных рекомендаций в условия глубокозалегающлх россыпных месторождений, кровля которых предстазлена практически однородным слоем (плитой) галечников, сцементированных глиной, песком и льдом - цементом мощностью 30-60 м и не имеющего криогенных дефектов, без изучения основных процессов горного производства в специфических условиях многолетней мерзлоты практически невозможно.

Актуальность теш подтверждается также тем, что она выполнена в соответствии с планом НИР института, тема 3.15.1.6 "Совер-

шенствование способов и систем разработки глубокозалегавдих рос-сшхей Северо-Востока СССР", № гос. регистрации 75054636, этап "Совершенствование систем разработки многолетних россыпей подземным способом", 1975-1980 гг.

Целью работы является исследование и обоснование безопасной технологии длинно-лавной выемки глубокозалегающих многолетне-мерзлых золотосодержащих песков с полным обрушением кровли, управляемой механизированной крепью.

Основная идея работы заключается в технологической возможности применения механизированных крепей при разработке глубоко-залегающих многолетнемерзлых россыпей, где отсутствуют криогенные дефекты массива в виде подземных и повторножильных льдов, позволяющей переход на длинные лавы, отрабатывающие месторождение.

Задачи исследования - изучение особенностей характера обрушения пород кровли при длинно-лавной выемке глубокозалегающего многолетнемерзлого продуктивного пласта на моделях и выбор типа механизированной крепи для заданных условий:

- разработка методики и проведение натурных исследований работоспособности механизированной крепи при управлении кровлей полным обрушением;

- исследование в натурных условиях особенности протекания основных технологических процессов и разработка рекомендаций по применению механизированных крепей при длиннолавной выемке глубо-козалегающих многолетнемерзлых россыпей;

- разработка варианта параметрического и типоразмерного ряда механизированных крепей высокоадаптивных к условиям глубоко-залегахшх многолетнемерзлых россыпей и конструктивных моделей.

Методы исследований. При решении поставленных задач использовались: инженерный анализ и обобщение исследований в области подземной разработки многолетнемерзлых россыпей и длинно-лавной выемки пластообразных залежей; модельные исследования характера обрушения пород кровли при длиннолавной отработке глубокозалегающих многолетнемерзлых россыпей; натурные исследования проявлений горного давления, работоспособности механизированной крепи и протекания технологических процессов при длиннолавной выемке глубокозалегавдих многолетнемерзлых песков; математическая обработка результатов натурных исследований, разработка методов расчета и экономический анализ эффективности внедрения результатов исследований.

Основные научные положения, защищаемые в работе:

- характер обрушения пород кровли в массиве, не имеющем криологических дефектов, и параметры обрушения кровли-шштн позволяют применять при разработке глубокозалегающих многолетне-мерзлых россыпей бесцеликовую выемку с применением механизированных крепей;

- оптимальные параметры анкерного крешиния, как средства подцеркания кровли выработок при перехода техногенных нарушений определяются по мэтодике, базирующейся на энергетическом подходе о учетом специфики условий многолетней мерзлоты и позволяют безаварийную работу при перехода техногенных нарушений:

- разработанный вариант параметрического и типоразмерного ряда механизированных крепей и конструктивные модели предопределяют создание нового высокоадаптивного к исследуемым условиям типа механизмов, как основы безопасной и аффективной выемки глубокозалегающих многолетнемерзлых россыпей.

Достоверность научных положений, выводов, рекомендаций обоснована:

- большим объемом исследований, выполненных в условиях натурного эксперимента;

- удовлетворительной сходимостью результатов лабораторных исследований с натурными замерами и наблюдениями; всего произведено около 1200 лабораторных и более 2000 натурных замеров;

- результатами реализации разработанных рекомендаций в условиях экспериментальной шахты с подтверждением экономического эффекта.

Научная новизна работы заключается в следующем: . - обоснована безопасная бесцеликовая технология разработки глубокозалегающих месторождений столбовой системой, выбран п обоснован тип механизированной крепя;

- выявлен характер взаимодействия механизированной крепи

с кровлей в различных режимах, выявлены характерные схемы и силовые параметры нагружения крепи, которые позволят установить работоспособность механизированной крепи для изученных условий;

- рассчитан типоразмврний и параметрический ряд механизированных крепей для условий россыпных шахт Севера;

- разработаны основные требования к конструктивному совершенствовании механизированных крепей для россыпей Севера;

- исследована работоспособность сталеполимерной анкерной

крепи в условиях перехода техногенных нарушений и разработан метод расчета параметров анкерного крепления и рациональная конструкция анкера для условий россыпных шахт области многолетней мерзлоты.

Новым в работе является то, что впервые в мировой практике разработки глубокозалегающих многолетнемерзлых россыпей, в промышленных условиях подтверидена принципиальная возможность очистной выемки с применением механизированной крепи и изучен характер взаимодействия крепи с вмещающими породами, что и легло в основу сформированных практических рекомендаций.

Основными практическими результатами исследований являются:

- обоснование параметров столбовой системы разработки глубокозалегающих россыпей с механизированной крепью_оградительно-поддерживающего типа;

- разработана технология перехода выработок4механизированной крепью с креплением их анкерами в специфических условиях многолетней мерзлоты;

- разработана методика выбора оптимальных параметров анкерного крепления;

- усовершенствована конструкция экрана, залипающего крепь при ведении взрывной отбойки;

- разработаны рациональные параметры паспортов буровзрывных работ для лав, оборудованных механизированной крепью при ведении очистных работ в специфических условиях многолетнемерзлых россыпей.

Личный вклад автора. Проведены теоретические, лабораторные в экспериментальные исследования работоспособности механизированных крепей оградительно-поддерживающего типа в специфических условиях глубокозалегающих россыпных месторождений зоны многолетней мерзлоты; разработана технология перехода ыахкрепями выработок с применением сталеполимерной анкерной крепи, исследована ее работоспособность и оценена эффективность; разработан метод расчета параметров анкерного крепления выработок, секущих выемочные столбы, сталеполимерной анкерной крепью; разработаны рекомендации по применению механизированных крепей на россыпных шахтах Севера.

Реализация работы. Основные результаты исследований автора внедрены на шахтах ГОК "Куларзолото" с фактическим экономическим аффект оы.

-

Апробация работы. Основное содержание работы, а также отдельные ее положения докладывались и были одобрены на республиканской научно-технической конференции "Повышение эффективности использования землеройной техники на горнодобывающих предприятиях Якутской АССР", п. Усть-Нера, ЯАССР, апрель 1977 г.; на республиканском научно-техническом совещании "Новые технологические схемы при добыче металлосодержащих песков открытом и подземным способом", п. Усть-Нера, ЯАССР, март 1978 г.; на XIX региональном совещании "Взаимодействие механизированных крепей с боковыми породами", г. Новосибирск, май 1978 г.; на республиканской'научно-практической конференции молодых ученых и специалистов, посвященной 60-летию Октября, г. Якутск, январь 1980 г.; на научной конференции Якутского университета, посвященной 110-летию со дня рождения В.И. Ленина, г. Якутск, апрель 1980 г.; на XXI региональном научно-координационном совещании по проблемам горного давления (П семинар "Взаимодействие механизированных крепей с боковыми породами"), г. Новосибирск, май 1980 г.; на конференции молодых ученых и специалистов Института физико-технических проблем Севера, 1977, 1978, 1979, 1980 гг., г. Якутск; на Ш Всесоюзном семинаре "Взаимодействие механизированных крепей с боковшли породами", г. Новосибирск, май 1982 г.; на 17 республиканской конфервнцйи молодых ученых и специалистов, г. Якутск, апрель

1982 г.; на УШ Всесоюзном семинаре по поддержанию и креплению горных выработок, г. Якутск, сентябрь 1982 г.; на ВДНХ СССР, Москва, 1983 г.' (Свидетельство участника № 30525, постановление

о награждении Бронзовой медалью !k 8914 от 12.12.1983 г.); на конференции, посвященной комплексному развитию производительных сил Магаданской области до 2005 г., Магадан, 1984 г.; на Всесоюзном семинаре по проблемам разработка! ресурсосберегающих технологий отработки месторождений полезных ископаемых Севера, Якутск,

1983 г.; на научном семинаре лаборатории автоматизированных комплексов и агрегатов ИГД им. A.A. Скочинского, Люберцы, 1988 г.

Публикации. По тематике исследований автором опубликовано в печати 20 работ, в 12 из них изложено основное содержание диссертации.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и рекомендаций и приложения. Содержание изложено на 191 стр. машинописного текста, 51 рис. и 21 табл. Работа включает список использованной литературы из 162

наименований на 16 стр.. а также 18 стр. приложения.

ОСНСВНСЕ СОДЕРЖАНИЕ

В первой главе выполнен анализ современного состояния подземной разработки многолетнемерзлых россыпей Севера.

Разработка многолетнемерзлых россыпей - это, по существу, самостоятельная отрасль горного дела. Особенности эксплуатации предопределяются многолетнемерзлым состоянием рыхлых отложений, слагающих россыпи, и крайне суровым климатом в районе их распространения.

Несмотря на более чем сорокалетний опыт подземной разработки многолетнемерзлых россыпей, до сих пор нет единой точки зрения на целый-ряд вопросов, отсутствует единый подход к решению многих инженерных задач, не всегда с достаточной объективностью оценивается влияние местных условий. Совершенно недостаточна изученность физико-механических свойств многолетнемерзлых пород.

Анализ состояния изученности вопроса совершенствования очистной добычи на россыпных шахтах показал, что первые исследования выполнены под руководством Ф.А. Заперецкого. В работах этого периода {Заперецкий Ф.А., Радзиевский A.A., Жигалов П.Н., Киореско В.В. и др.) выявлен характер и особенности деформирования мерзлой кровли в очистных выработках.

. Исследования ВНИИ-I (Потапенко В.В., Гуредкий В.М., Потемкин C.B. и др.) позволили установить общую картину и закономерности проявления горного давления в лавах россыпных шахт для приисков Северо-Востока. Институтом мерзлотоведения СО АН СССР (Зильберборд A.Ö. ) и институтом Иргирвдавт МЩ СССР (Костомити-нов К.П., Николаенко Б.Д. и др.) проведены исследования по изучению проявлений горного давления при подземной разработке глубоко-залегающих россыпей Аллах-Сня, что позволило определить предельное обнажение кровли ç зависимости от параметров россыпи и предложить рациональные способы управления кровлей. Лубий К.И. выявил особенности проявления горного давления на шахтах, имеющих большую выемочную мощность продуктивного пласта, и показал целесообразность применения камерно-лавной системы разработки. В работах Петренко П.Д. и Левченко А.П. на примере неглубоких шахт Заполярья установлена связь проявлений горного давления в лавах с температурой вмещающих пород.

Проявления горного давления при разработке многолетнемерз-лых россыпей Севера в разные годи исследовали В.П. Бакакин, C.B. Потемкин, В.В. Потапенко, К,И. Лубий, H.H. Александров, A.A. Рох-новскпй, И.К. Кузнецов, Р.П. Каплунов, С.М. Шорохов, А.И. Скуратов, В.А. Шерстов, В.Г. Летков, В.К. Елшин, А.Е. Слепцов и рад других исследователей. Однако нужно отметить, что выявленные закономерности не имеют обобщающей формы и не дают оснований для прогнозирования горного давления на вновь открываемых шахтах. Публикуемые сведения носят разрозненный, а часто и противоречивый характер.

Значительная часть исследований последнего десятилетия направлена на совершенствование применяемых систем и способов разработки, а также отдельных технологических процессов. Так, работы Лубий К.И., Сенук Д.П., Ушакова Г.С., Басова И.Т., Емельянова В.И., Сальманова Р.Н., Магнвва Ф.О. и др. посвящены совершенствованию параметров камерно-лавной системы; Водянникоза B.C., Кудлая Е.Д., Данзанова В.Б., Бродягина В.А. и др. - применен!'- самоходного оборудования; Мамаева Ю.А., Попова Н.И., Суркова Г.И. и др. - применению самоходных буровых кареток; Кудлая Е.Д., Руткевича В.В. и др. - испытаниям скребковых конвейеров; Крыщенко Н.Д., Братина П.А. и др. - проблемам совершенствования технологии пер-фораторного_бурения и.повышения износостбйкости бурового инструмента; Попова Н.И., Суркова Г.И. и др. - совершенствовании параметров буровзрывных работ; Богданова ЕЛ!., Лазуткина А.Г., Ушакова Л.С., Слепцова А.Е., Лабутина В.К. - созданию очистной машины; Мамаева ¡O.A., Руткевича В.В. и др. - применению капроновой дели в качестве заградительного экрана.

Однако эти исследования направлены на совершенствование существующей технологии ведения горных работ или нацелены на далекую перспективу и не могут обеспечить сегодня достаточный рост эффективности добычи глубокозалегающих подземных песков в части ликвидации потерь полезного ископаемого в недрах, снижения объема нарезных работ, что особенно важно для условий глубокозалегающих россыпей.

Рассматривая различные аспекты совершенствования систем и способов подземной разработки многолотномерзлых россыпей, Андреев B.C., Скуба В.Н., Слепцов А.З., Лубий K.ü. пришш к выводу, что резкое повышение эффективности и производительности труда, а также сокращение объема потерь и нарезных работ возможно при

трех ода на столбовую систему разработки с обрушением кровли на механизированную крепь. Затем этот вопрос был обоснован экономически расчетом (Лубий К.И., Дрошунин Ы.Ф.) и моделированием на моделях из эквивалентных материалов (Лубий К.И., Слепцов А.Е. и др.).

В работе Тимофеева Б.А. Сделан вывод, что для разработки россыпных месторождений в переходных температурных и сущенцовых зовах необходимо применение механизированной крепи, и расчетным образом показано, что применение столбовой системы с отработкой обратным ходом дает повышение производительности труда в 2-3 раза.

В работах А.Е. Слепцова, В.К. Елпшаа показана принципиальная возможность применения механизированных крепей при разработке мелкозадегаощих россыпных месторождений, кровля которых рао-члонена криогенными дефектами в виде повторножильных льдов.

ИГД им. А.А. Скочияского (Ельчанинов Е.А., Шор А.И. и др.) произведен анализ выемочных угольных пластов в условиях многолетней мерзлоты, научных и проектных разработок, а также горно-геологических и горнотехнических условий эксплуатации угольных месторождений Северо-Восточных районов СССР. Разработаны технологические схемы ведения подготовительных и очистных работ, методики выбора средств крепления и механизации выемки углей с учетом геокриологии, применения систем и средств регулирования теплового режима в условиях многолетней мерзлоты.

Однако специальных исследований по установлению работоспособности механизированных крепей в условиях глубокозалегающих россыпей не проводилось.

Во второй главе диссертации приведены результаты исследований взаимодействия механизированной крепи и характера обрушения на моделях из эквивалентных материалов.

В качестве материала-эквивалента принята пе счан о-па ра $ин о-вая смесь. Определяющим критерием подобия выбрало соотношение пределов прочности на- скатив вмещающих горных пород и материала-аквивадента.

Вторым критерием подобия, вытекающим из особенностей механизма разрушения мерзлой кровли, является соответствие в модели и в натуре пределов прочности на разрыв по ледяным прослойкам между слоями кровли.

Результаты моделирования показали следующее.

1. Первичное обрушение мерзлой кровли происходит в два этапа. Первоначально, при пролете 35-40 и, обрушается непосредственная. кровля. При этом, у задней стенки монтажной камеры остаются породные консоли, равные соответственно 7-8 и 3-4 м. Высота обрушения достигает 6-7 м. Обрушение основной кровли происходит при пролете 69-70 м на высоту до 12-13 м. Нагрузки на секцию кропи при развитии очистных работ, вследствие высокой устойчиво-сти'кровли и малых смещений, незначительны и составляют 120170 кН. При обрушении непосредственной кровли нагрузки на кропи секции составляют 340-390 кН. При посадке основной кровли развиваются критические нагрузки, достигающие-2100-2450 кН. Предварительные замеры нагрузок на крепь позволяют судить о том, что они не превышают нзоущуа способность серийно выпускаемых механизированных кропзЙ, за исключением периодов первичных посадок основной кровли,

2. Кровля-плита обрушается крупными блоками, при-:м при обрушении образуется чзтырехшарнирная арка. Нагрузки на крепь возникают от поворота консоли, которая зависает над прнзабойным пространством.

Шаг периодических посадок составляет 15-17 м. Нагрузки на крепь при периодических посадках проклл находятся в пределах допустимых.

3. Самопроизвольное обрушение основной крозли при разработке глубокозалегающих россыпей вызывает резкий рост нагрузок на крепь, достигающих 2,5 допустимых.

4. Характер взаимодействия боковых пород с крепью позволил сделать вывод о целесообразности проведения промышленных экспериментов по изучению работоспособности механизированных крепей оградительно-поддерживающего типа в условиях россыпных шахт.

В третьей главе обобщены результаты исследований проявлений горного давления и работоспособности механизированной крепи в условиях россыпных шахт. В основу методики исследования проявлений горного давления при применении механизированной крепи в россыпных шахтах области многолетней мерзлоты взяты методики ИГД им. A.A. Скочинского, ВШЫ11 и других ведущих институтов страны с дополнениями и изменениями, обусловленными специфическими условиями ведения горных работ в данных условиях. При этом использован опыт изучения работоспособности механизированных комплексов в условиях Норильского бассейна (Скуба В.Н., Демидов В.В.,

Гительыазер Д.Г. и др., а также в условиях Якутии к Магаданской области (Скуба В.К., Слепцов А.З., Киржнер й.Ы., Зикулов ПЛ., Елшия В.Н. и др.).

Усовершенствованная нами методика комплексных натурных исследований предусматривала установку следующих измерительных устройств и оборудования (рис. I):

- ^отоупругих датчиков (¿УД) для исследования дшшш изменения напряженно-деформированного состояния массива и опорного давления;

- контурных реперов для исследования конвергенции вызцавдих

пород;

- реостатных стоек для исследования динамики смещения кровли в выработанном пространстве;

- сталаполимернои анкерной крепи для исследования влияния опорного давления на устойчивость выработок при подходе к ним фронта очистных работ.

Ваанепиим моментом в работе механизированной крепи, определяющим ее работоспособность, а следовательно, и эффективность, является характер взаимодействия крепи с вмещающими породами. Нами изучались основные характеристики взаимодействия: нагрузки на крепь в различных режимах работы, величины смещения кровли и податливости креш, величины первоначального распора, усилия передвижки крепи. Для инструментального определения перечисленных, факторов специально оборудовались три группы измерительных секций, расположенных б начале, середине и конце лавы.

Проведенные исследования позволяли сделать следующие выводы.

1. При отработке пласта максимум опорного давления находится на расстоянии 0,5-2,5 и впереди очистного забоя, а зона развития опорного давления распространяется па расстояние 2025 м, причем при увеличении площади обнажения до 2500 if зона увеличивается до 35^1.0 ы. Максимальное дополнительное напряжение в пассиве, зарегистрированное СУД, достигает 2,5 МПа. Резкое приращение скорости опускания кровли как в выработанном пространстве, так и впереди очистного забоя, произошло при пролете' 35 м при дате первой посадки, равном 70 и. Максимальное смещение кровли а центре выработанного пространства перед обрушением составило 350-450 мм при скорости смещения кровли до 20 ц/сут.

2. При подходе к незакрепленной выработке фронта очистных

- И-

работ на расстояние до 10-12 м начинается расслоение кровли, которое заканчивается обрушением пачки мощностью до 0,5 м. Максимально допустимое смещение пород кровли выработки 80-100 мм, после чего, как правило, происходит обрушение заколов площадью до 20 м^, и выработка становится опасной для передвижения по ней. При подходе фронта очистных работ к выработке, закрепленной анкерами, обрушений л заколов не наблюдалось, и выработка сохраняет безопасное состояние после погашения целика и входа механизированной крепи в рассечку.

3. ¡Доследования развития деформаций мерзлого горного массива, проведенные впервые при управлении кровлей полным обрушением на механизированную крепь, показали, что величины абсолютных смещений в процессе очистных работ незначительны и зависят от параметров обнажения и от времени. Выявленные величины и скорости смещений кровли в центре выработанного пространства свидетельствуют о том, что мерзлые породы экспериментального столба деформировались в соответствии с моделью вязкопластичности.

4. Состояние призабойного пространства при применении механизированной крепи с буровзрывной отбойкой остается удовлетворительным, обрушение зависающих породных консолей происходит крупными блоками, ориентированными в сторону забоя и нагружающими в основной ограждающий элемент крепи. Величины нагрузок на крепь

и просадок гидростоек в режиме работы до первой посадки кровли находятся в пределах номинальных. Несущая способность механизированной крепи Т-13К для исследованных условий обеспечивает нормальное поддержание кровли.

5. В период шрьой посадки основной кровли нагрузки на крепь достигают критических величии и имеют место посадки гидростоек "насухо", что указывает на необходимость проведения специальных исследований и мероприятий по управлению кровлей в этом режиме работы.

В четвертой главе приведены результаты исследования работоспособности гидросистемы крепи Т-13К и защитного экрана в натурных условиях. Работа гидросистем механизированных крепей в условиях отрицательных температур характеризуется радом особенностей, обусловленных специфической пс .земной разработкой в области многолетней мерзлоты;

- низкой отрицательной температурой поступающего в шахту воздуха в зимний период (до минус 30-40°С);

- наличием вмещающих пород и продуктивного пласта с отрицательной температурой (минус 5-Ю°С);

- значительной разницей температур окружающего гидросистему воздуха и рабочей жидкости при включенной маслостанции, вследствие чего возможны потери первоначального распора.

Исследования работоспособности гидросистем крепей в условиях отрицательных температур, а также анализ исследований ИГД юл. A.A. Скочинского и ВНИМИ цают основание сформулировать следующие требования, предъявляемые к рабочим жидкостям гидравлических крепей:

- обеспечить эксплуатацию гидросистемы в диапазоне температур шахтной атмосферы (от минус 25°С и выше);

- иметь соответствующую вязкость и химическую стойкость на протяжении всего срока эксплуатации;

- обладать высоким модулем упругости, низким коэффициентом теплопроводности и'удельной теплоемкости.

При монтаже механизированной крепи T-I3K в опытной панели с учетом выполненного анализа маслостанцию отрегулировали на повышенное рабочее давление - 22,3 МПа (норма 20,3 МПа), а в качестве рабочей жидкости применяли тело MC-10, по своим свойствам близкое к "Индустриальному 20".

Для исследования теплового режима жидкости в гидросистему были включены специально изготовленные датчики измерения температуры (ДИТ) на основе терморезисторов MMT-I. Они устанавливались непосредственно в систему, замеры снимались при включенной маслостанции с помощью моста постоянного тока.

Высокая прочность мерзлых рыхлых отложений продуктивного пласта, характеризующихся наличием крупных валунов, исключает возможность отбойки песков рабочим органом угольного комбайна КМ-1КГ, входящего в комплекс ОКП. В связи с этим на первом этапе предусматривалась отбойка горной массы с применением буровзрыв; -них работ.

Для защиты гидросистемы механизированной крепи от действия взрыва необходимо применение предохранительного экрана, при этом конструкция экрана должна включать необходимость его демонтажа в течение всего периода отработки блока и обеспечивать его надежную эксплуатацию при изменении выемочной мощности пласта песков.

Анализ существующих конструкций экрана, применяемых на

-а-

шахтах и рудниках страны, показал, что для защиты механизированной крепи наиболее целесообразно использование экрана 4артучного типа, изготавливаемого из транспортерной ленты, конструкции ИФТБС; последняя подвешивается к козырькам механизированной крепи с помощью цепей.

Для выбора рациональной конструкции предохранительного экрана на одной из шахт Кулара были проведены промышленные испытания предложенной конструкции.

Результаты проведенных исследований позволили выбрать оптимальную конструкцию предохранительного экрана, непосредственно предназначенного для защиты механизированной крепи, которая предусматривает два вида экрана (основной и вспомогательный) и ограничитель . Передвижка механизированной крепи производится Емзсте с экранами, начиная с центральной или фланговой секции. Данная конструкция предохранительного экрана была использована при испытании механизированной крепи T-I3K в производственных условиях. Для установления оптимальных параметров технологической схемы ведения очистных работ был проведен ряд экспериментальных взрывов. В процессе проведения экспериментальных взрывов в конструкцию экрана были внесены некоторые изменения. Так, дополнительный экран, сделанный из металлической сетки, ввиду низкой устойчивости разлету осколков был заменен на экран из перфорированной резины, изготовленной аналогично основному.

Оптимальным расстоянием от забоя лавы до экрана крепи, исходя из условий устойчивости кровли призабойного пространства и безопасности работающих, било принято 4,5-6 м. В этих условиях нужно было выбрать параметры БВР, которые обеспечили бы при максимальном выходе горной массы минимальное отрицательное воздействие взрыва на экран.

При проведении опытных взрывов велись наблюдения за параметрами развала взорванной массы. Наблюдения показали зависимость эффективности взрывания (выход негабарита, форма развала) и воздействия взрыва на экран (закидывание экрана на став, деформация элементов экрана и крепи) от угла наклона шпуров и порядка инициирования зарядов.

Проведенные исследования позволили выявить следующее:

- при разработанной kohl рукции экрана оптимальное расстояние до забоя должно быть не менее 4,5-6,0 м;

- воздействие УВВ на секции максимально в центре лавы;

- при безбуровом паспорте БВР направление отбоя горной массы зависит от направления инициирования взрывов;

- угол наклона шпуров регулирует развал горной массы по

лаве.

Проведенные исследования дали основание сформулировать следующие выводы:

1. В качестве рабочей жидкости целесообразно применять масло типа МС-10.

2. С целью исключения возможности потери первоначального распора гидростойками за счет теплового эффекта необходимо применение централизованного питания гидросистемы от стационарной маслостанции с повышенным на 10-15$ давлением.

3. Эксплуатация гидросистем механизированных крепей при температуре вмещающих пород -7°С, вентиляционной струи до -12°С и применении масла МС-10 в качестве рабочей жидкости не вызывает осложнений.

4. Для защиты механизированной крепи от действия взрыва наиболее целесообразно применение защитного экрана фартучного типа, изготовленного из транспортерной ленты и подвешенного к козырькам механизированной крепи с помощью цепей.

5. При применении безврубового паспорта БВР оптимальным расстоянием крепи от лавы является 4,5-6 м, причем предпочтительнее схема расположения крепи на дуге, когда центральные секции находятся на расстоянии 6,0 м от груди забоя, а боковые -4,5 м от штреков.

В пятой главе даны рекомендации и технико-экономическая эффективность и установлена рациональная область применения механизированных крепей при разработке многолетнемерзлых россыпей Севера. В ней также содержатся рекомендации по внедрению механизированных крепей в условиях глубокозаяегающих россыпных шахт Сехера. Они носят обобщающий характер и направлены главным образом на повышение эффективности применения механизированных крепей при разработке глубокозалегаюших россыпных месторождений Якутии и Магаданской области.

1. На россыпных месторождениях Северо-Востока СССР рекомендуется применять механизированные крепи с развитой оградительной частью (оградительно-поддерживающего типа).

2. Параметры столба (длина лавы, длина столба и т.д.) должны выбираться с учетом выявленных особенностей дефорыирова-

ния мерзлой кровли. Скорость продвигания лавы должна составлять не менее 30-45 м/мес.

3. Длина столба должна выбираться исходя из условий работы механизированной крепи в межремонтный период без перемонтажа

с учетом рекомендуемой скорости подвигания лавы. Длина лавы и оборудование очистного забоя выбираются исходя из условия выполнения полных циклов в сутки, что обеспечит реализацию рекомендуемого месячного продвигания лавы.

4. Монтаж механизированной крепи рекомендуется вести бескамерным способом. Высокая устойчивость выработок, пройденных в толще мерзлых пород, позволяет рекомендовать монтажную выработку пролетом до 10 м, что обеспечит удобство и высокую скорость монтажных работ, а также трансформацию монтажной выработки в очистную лаву без дополнительных горноподготовительных работ.

5. На первом этапе внедрения механизированных крепей, учитывая то обстоятельство, что горная промышленность не располагает комбайном, способным разрабатывать мерзлые породы продуктивного пласта, рекомендуется применение комплекса буровзрывных работ. При этом, для предохранения механизированной крепи от действия УВВ и осколков породы предлагается применять предохранительный экран конструкции ИГДС. Расстояние от крепи до забоя рекомендуется в пределах 4-6 м, причем крепь рекомендуется располагать по дуге на расстоянии по флангам 4 ы в центре 6 м- Для обеспечения минимального поражающего воздействия на крепь предлагается применение разработанного безврубового паспорта БВР,

6. Для обеспечения работоспособности гидросистемы механизированной крепи рекомендуется применение в качестве рабочей жидкости минеральных масел типа МС-10, обеспечивающих высокую работоспособность в данном интервале отрицательных температур.

7. Для обеспечения работоспособности махэгазировг'лгой кре пи с комплексом забойной техники (скреперчыб лебедкч по.-.'рузоч-но-доставочные машины, буровые каретки) рекоиьяд/ется монтировать энергопоезд (маслостанцию СВУ-5, пусковую аппаратуру, блок защиты) на третью - восьмую секции механизированной крепи,-, под защиту навешиваемого экрана.

.8. Для россыпных местор т,ений с резкоменяющейся мощностью продуктивного пласта нами рекомендуются варианты параметрического и типоразмерного ряда механизированных крепей с повышенной гидравлической раздвижностью (табл. ). Расчет ряда предлагается

вести по известным методикам с учетом специфики разработки россыпных месторождений, а именно:

- при выборе минимальной конструктивной высоты исходить из минимальной мощности продуктивных пластов с учетом глубины акти-ровки плотика россыпи;

- при определении коэффициента гидравлической раздвижности учитывать схему обрушения кровли в режиме посадки и необходимость наличия запаса гидравлической раздвижности для выхода крепи из-под повернувшейся консоли, лежащей задней частью в выработанном пространстве;

- при определении несущей способности секции механизированной крепи исходить из условия залегания многолетнемерзлых россыпей с учетом того, что исследованиями выявлено различие в проявлениях горного давления при различных длинах лавы. Так, при длине лавы большей удвоенной зоны распространения опорного давления проявления горного давления резко усиливаются, учащаются выралы

и коркение, уменьшается шаг посадки и растут скорости смещения кровли.

Таблица

Варианты типоразмерного ряда механизированных крепей для россыпных месторождений Севера

Варианты —————Ч Типо-раз- Основные параметры типоразмерного ряда

мерный рад // /я <7? М м м 7/ м 1 % : м

I р = 800 кН/сек 2,5 I П 1дЗЗ 1,60 1Азо 1,57 1*35 4.02 1*33 3,0 47.0 36.1 ¡2А38 ¡1,81 1 1 1

П Р = 1200 кН/сек 2,5 I "Г 1,33 1759 1,30 1756 3,34 4708 3,33 §798 51.1 36.2 | 2,33 ¡2783 1 1

Ш Р = 800 кН/сек /<;, = 1200 I 1,25 IX 1,22 1747 3,77 -4757 3,75 4750 53а9 43,8 • 2,50 ¡3,0" 1 1

п 17 Р = 1200 кН/сек ^ 3,0 I п 1а25 1.5 1А23 1,48 За76 4,51' ... 3*75 4,50 57х2 43,5 1 ¡2^50 |з,о" 1--------„

- и-

ЗАКЛЮЧЕ Н И Е

В диссертационной работе дано решение актуальной научно-технической проблемы, состоящей в разработке технологии выемки глубокозалегающих многолетнемерзлых золотосодержащих песков на основе применения механизированных крепей, что позволяет избавиться от значительного объема нарезных работ и безвозвратных потерь валютного металла в недрах, обеспечивает рост производительности и безопасности труда.

Основные научные и практические результаты выполненных исследований позволяют сделать следующие выводы:

1. Показано, что повышение эффективности разработки многолетнемерзлых россыпей подземным способом, снижение потерь металла в недрах возможно на основе длиннолавной выемки, основу которой составляет столбовая система с обрушением кровли на механизированную крепь.

2. Обосновано, что исходя из анализа физико-механических свойств пород, слагающих россыпные месторождения, и характера деформирования кровли необходимо применение крепей оградительно-поддерживающего типа.

3. Установлено, что первичное обрушение кровли при применении таких крепей происходит в два этапа. Первоначально, при пролете 35-40 м, обрушается непосредственная кровля. При этом

у задней станки монтажной камеры и над крепью остаются консоли, равные соответственно 7-8 и 3-4 м. Высота обрушения достигает 6-7 м. Обрушение основной кровли происходит при пролете 60-70 м на высоту 12-13 м. Нагрузки на крепь при развитии очистных работ вследствие высокой устойчивости кровли и малых смещений незначительны. При обрушении непосредственной кровли нагрузки на крепь составляют 0,3-0,5 номинальных. При посадке основной кровли развиваются критические нагрузки, превышающие номинальные.

4. Выявлено, что кровля-плита обрушается крупными блоками, размерами 2,0x2,5x3,0 м и более, причем при обрушении образуется четырехшарнирная арка. Нагрузки на крепь возникают от поворота консоли, которая зависает над призабойным пространством. Шаг периодических посадок составляет 15-17 м. Нагрузки на кропь при периодических посадках составляют 680-780 кН.

5. Подтверждено, что в качестве рабочей жидкости целесообразно применять минеральное масло типа ЫС-10, "Индустриальное-12"

- т -

"Индустриальное-20". Причем, с целью исключения потери гидростойками первоначального распора за счет теплового эффекта необходимо применение централизованного питания гидросистемы от стационарной маслостанции с повышением на 10-15$ давления. В этом случав эксплуатация гидросистемы механизированной крепи при температуре вмещающих пород -7°С, вентиляционной струи до -12°С не вызывает осложнений.

6. Доказано, что для защиты механизированной крепи от действия УВВ наиболее целесообразно применение защитного экрана фартучного типа, изготовленного из транспортерной ленты и подвешенного к козырькам механизированной крепи о помощью цепей. При применении безврубового паспорта БВР оптимальным расстоянием крепи от лавы является 4,5-6,0 м, причем крепь следует располагать на дуге, когда центральные секции отстоят от груди забоя на расстоянии 6,0 м, а фланговые от штреков - на 4,5 м.

7. Установлено, что максимум опорного давления находится на расстоянии 0,5-2,5 м впереди очистного забоя, а зона развития опорного давления распространяется на расстояние 20-25 м, причем при увеличении площади зависающей кровли до 2500 м2 растет до 3540 м. Максимальное дополнительное напряжение в массиве, зарегистрированное фотоупругими датчиками, достигает 2,8 МПа. Резкое приращение скорости опускания кровли как в выработанном пространстве, так и впереди очистного забоя происходит при пролетах, равных половине шага обрушения (шаг первичной посадки равен 70 м). Максимальное смещение кровли в центре выработанного пространства перед обрушением составляет 350-450 мм при критической скорости смещения до 20 мм/сут. При подходе к незакрепленной выработке фронта очистных работ на расстояние 10-12 м начинается расслоение кровли, которое заканчивается обрушением пачки мощностью до 0,5 м. Максимально допустимое смещение кровли выработки - 80100 мм, после чего, как правило, происходит обрушение заколов площадью до 20 м2, и выработка становится опасной для передвижения по ней. Экспериментально доказано, что в условиях многолетней мерзлоты на россыпных месторождениях для сохранения устойчивости выработок при переходе их механизированной крепью, эффективно применение сталеполимерной анкерной крепи на основе смоли ЙФ-1Ф или анкеров разработанной нами конструкции.

8. Сформулированы рекомендации производственным и проектным организациям, которые носят обобщающий характер.

- /<?-

9. Получена фактическая экономическая эффективность.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Прогрессивные технологические схемы ведения очистных работ на россыпных шахтах Северо-Востока. Доклад на П респ. конференции МУсИ - Якутск, 1978 (Соавт. Слепцов А.Е.).

2. Распределение напряжений в кровле глубокозалегающих вечномерзлых россыпей. - Колыма, 1978, .'£ II, с. 5-8 (Соавторы: Лубий К.И., Сенук Д.П.).

3. Вопросы применения механизированных крепей на россыпных шахтах Северо-Востока. - Вопросы горного давления. Новосибирск,

1980, № 38. с. 81-84 (Соавторы: Слепцов А.Е., Лубий К.И., Елшия В.К., Марков B.C.).

4. Механическое состояние мерзлых пород при отработке глу-бокопогребенной россыпи столбовой системой с обрушением. -ФТПРПИ. Новосибирск, 1981, № 2, с. 132-136 (Соавторы: Сенук Д.П, Слепцов А.Е., Елшин В.К., Марков B.C.).

5. Характерные схемы обрушения кровли при подземной разработке вечномерзлых россыпей. Разработка месторождений полезных ископаемых Севера. - Якутск, 1980, с. 34-37 (Соавтор: Лубий К.И).

6. Совершенствование разработки многолетнемерзлых россыпей. В кн.: "Подземная разработка россыпных месторождений Якутии",

1981, с. 154-167 (Соавторы: Слепцов А.Е., Елшин В.К. Марков B.C., Свинобоева Н.П.).

7. Выбор параметров буровзрывных работ при внедрении механизированных крепей на россыпных шахтах зоны многолетней мерзлоты. - Бюллетень научно-технической информации Я5 СО АН СССР. Якутск, 1981, с. 31-35.

8. Особенности проявлений горного давления при разработке глубокозалегающих россыпей с применением оградительно-поддерживающих крепей. - Разработка месторождений полезных ископаемых^ Сборник трудов ШГШ ЯФ СО АН СССР J Якутск, 1980, с, 38-45. (Соавторы: Слепцов А.Е., Елшин В.К., Марков, B.C., Шерстов В„А„).

9. 0 результатах промышленных испытаний, механизированной крепи T-I3K на россыпных месторождениях Севера. Механизированные крепи нового технического уровня. - Вопросы горного давления. Новосибирск, 1981, JS 39, с. 85-90 (Соавторы: Слепцов А.Е., Елшин В.К., Марков B.C.).

10. A.C. Je 1006766. Заявка К 3373710. Приоритет от 25.12.1981 г. "Анкерная крепь" (Соавторы: Слепцов A.B., Розенба-ум М.А., Кругликов В.П., Громов Ю.В.).

11. A.c. К 1089272. Заявка К 3436160. Приоритет от 7.05.1982 г. "Секция шахтной механизированной крепи" (соавторы: Кпржнер Ф.М., Карнаухов В.А.).

12. К вопросу о конструктивном совершенствовании механизированных крепей для условий россыпных шахт Севера. - В кн.: Комплексное развитие производительных сил Магаданской области до 2000 г. Секция "Горное дело и цветная металлургия", Магадан, 1984, с. 93-100 (Соавторы: Слепцов А.Е., Викулов Г.1.А.).

мгм з-к- г- юо