автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Технология отработки нарушенных участков выемочных полей с оперативным упрочнением горного массива

Введение.

1 Состояние вопроса отработки нарушенных участков угольных пластов.

1.1 Особенности горно-геологических условий нарушенных участков выемочных полей.

1.2 Существующие технологии отработки нарушенных участков выемочных полей.

1.3 Методы упрочнения нарушенных участков углепородного массива при ведении очистных работ.

1.4 Технологии химического упрочнения углепородного массива.

1.5 Цель, задачи и методы исследования.

Выводы по главе.

2 Методика исследования.

2.1 Обоснование комплекса параметров, характеризующих эффективность перехода очистным забоем нарушенного участка.

2.2 Методика исследования технологии перехода очистными механизированными комплексами нарушенных участков с упрочнением горного массива.

Выводы по главе.

3 Исследования процессов в очистном забое при переходе нарушенных участков.

3.1 Характеристика объектов исследований.

3.2 Исследования показателей работы очистного забоя в зоне нарушений.

3.3 Способы технологического регулирования параметров оперативной обработки горного массива полиуретановыми смолами.

Выводы по главе.

Современное состояние угольной отрасли характеризуется с одной стороны сокращением объема добычи угля на базе существующего шахтного фонда, с другой - коренным техническим перевооружением основных производственных процессов на шахтах.

В первую очередь осуществляется техническое перевооружение очистных забоев путем внедрения отечественных и зарубежных механизированных комплексов, оборудования с производительностью 7000 и более тонн в сутки. В то же время даже в достаточно благоприятных горно-геологических условиях эксплуатационная производительность очистного забоя, например, в ОАО "УК Ленинскуголь" повысилась только с 1000 до 1400 т./сут.

Анализ данных по добыче угля показывает, что одной из главных причин потерь производительности очистных забоев и, следовательно, самой добычи, является нарушенность отрабатываемых выемочных полей. Так, при общей добыче угля в Кузбассе подземным способом в 1998 году добыто 42384 тыс. т., на нарушенных участках добыча составила 27312 тыс. т., при этом нагрузка на очистной забой на нарушенных участках в среднем снижается на 47 %.

Опыт отработки нарушенных участков угольных пластов без перемонтажа очистного механизированного комплекса показывает, что это возможно при определённом типе и параметрах нарушений при этом потери добычи составляет 28 % за счет усложнения процессов управления горным давлением, газовыделением, а также затрачиванием на эти процессы части времени рабочих смен по добыче угля. Упрочнение углепородного массива на нарушенных участках угольных пластов химически активными агентами также не обеспечивает их отработки без потерь добычи вследствие не совмещения во времени производственных процессов по добыче угля и профилактических работ по обработке массива. Повышение эффективности и безопасности отработки нарушенных участков угольных пластов при переходе их механизированными очистными комплексами может быть достигнуто путем повышения степени совмещения во времени основных производственных процессов по добыче угля и работ по управлению состоянием горного массива.

Для этого необходимо интегрировать работы по обработке углепородного массива на нарушенном участке в производственный цикл в очистном забое без существенного изменения последнего по сравнению с работой на ненарушенных участках. При этом работа выемочной машины, передвижка забойного конвейера и секций крепи и работы по химическому упрочнению массива должны быть разделены в пространстве очистного забоя по его длине для исключения сдерживающего влияния друг на друга.

В связи с изложенным, научная задача создания технологии отработки нарушенных участков выемочных полей с оперативным упрочнением массива горных пород, обеспечивающим снижение потерь добычи угля и повышение безопасности работ является актуальной для угольной отрасли.

Цель диссертации - установление взаимосвязей производственных процессов в комплексно механизированном очистном забоев с процессами упрочнения горного массива для разработки технологии отработки нарушенных участков выемочных полей, обеспечивающей снижение потерь добычи угля и безопасность горных работ.

Основная идея работы заключается в разделении в пространстве очистного забоя и совмещении во времени работ по добыче угля и управлению состоянием горного массива путём оперативного химического упрочнения нарушенного участка лавы.

Основные научные положения, разработанные соискателем, и их новизна:

1. Минимизация потерь производительности очистного забоя при переходе очистным механизированным комплексом нарушенного участка выемочного поля достигается путем совмещения во времени работ по упрочнению горного массива с остальными производственными процессами в лаве.

2. Совмещение в пространстве очистного забоя работ по упрочнению массива и добыче угля обеспечивается применением оперативной химической обработки нарушенного участка с учетом временных и пространственных взаимосвязей процессов в лаве.

3. Оперативная химическая обработка нарушенных участков очистного забоя достигается путем выбора рациональных параметров лавы, с учетом взаимосвязей этих параметров с параметрами нарушения и характеристиками технологии упрочнения массива.

4. Минимизация общих потерь добычи угля при отработке нарушенного участка достигается при рациональном сочетании потерь производительности очистного забоя, обусловленных параметрами нарушения и времени отработки участка путем изменения угла встречи лавы с линией нарушения.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

- достаточным объемом экспериментальных исследований влияния параметров нарушения на эффективность горных работ с учетом взаимосвязей процессов в очистном забое (6 участков);

-положительными результатами апробации технологии на шахте.

Научное значение работы.

Научное значение работы заключается в установлении взаимосвязей производственных процессов в очистном забое при переходе нарушенного участка с упрочнением горного массива, которые используются для разработки технологических решений, обеспечивающих максимальное совмещение во времени работ по упрочнению массива и добыче угля.

Практическое значение работы заключается в разработке технологии отработки нарушенных участков выемочных полей с оперативным химическим упрочнением массива, обеспечивающей снижение потерь добычи угля и безопасность горных работ.

Реализация работы.

Технология отработки нарушенного участка с оперативным химическим упрочнением массива использована при составлении паспорта на отработку лавы № 936 ш. 7 Ноября "УК Ленинскуголь", а также рекомендована НТС "УК Ленинскуголь" для использования в аналогичных условиях на шахтах Кузбасса.

Апробация работы.

Основные результаты работы докладывались на научных симпозиумах, посвященных "Неделе горняка" в 1998-1999 гг., (Москва); научных семинарах кафедры "Подземная разработка пластовых месторождений" МГГУ (Москва, 1998-1999 гг.)

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 5 научных работ.

Объем и структура работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 116 страницах машинописного текста, содержит 9 таблиц, 20 рисунков, список литературы из 85 наименований.

Выводы по главе.

1. Разработана технологическая схема отработки нарушенных участков выемочных полей с оперативным упрочнением углепородного массива, обеспечивающая полное совмещение во время работ по обработке массива и добычи угля. Установлены параметры технологии для условий Центрального района Кузбасса.

2. Разработаны конкретные решения по отработке нарушенного участка выемочного поля ш. им. 7-Ноября УК "Ленинскуголь" лавы №936. Предлагаемая технология позволит увеличить нагрузку на лаву на 652 т/сут., снизить общие потери добычи при отработке нарушенного участка на 68460тон., что обеспечит экономический эффект в размере 9557688 руб.

Заключение

Диссертация является научной квалификационной работой, в которой содержится решение актуальной для угольной отрасли, задачи создания технологии отработки нарушенных участков выемочных полей, с оперативным упрочнением массива, обеспечивающей снижение потерь добычи угля и повышение безопасности горных работ.

Основные научные результаты, выводы и рекомендации сводятся к следующему

1. Доказано, что, снижение или устранение потерь добычи угля при переходе очистным механизированным комплексом нарушенного участка выемочного поля может быть достигнуто за счет оперативного упрочнения горного массива, выполняемого в ремонтную смену или во время плановых технологических перерывов в лаве химическими агентами, с регулируемыми параметрами взаимодействия с углепородным массивом.

2. Установлены взаимосвязи между производственными процессами в очистном забое, являющиеся основой для разработки способа перехода нарушенного участка с упрочнением горного массива с минимальными потерями добычи угля с оперативным упрочнением горного массива.

3. Разработана методика расчета и обоснованы рациональные параметры очистного забоя для обеспечения эффективного перехода нарушенного участка выемочного поля.

4. Обоснованы химические рабочие агенты и разработаны способы технологического регулирования процессов взаимодействия агентов с углепородным массивом, обеспечивающие выполнение работ по упрочнению массива во время технологических перерывов и снижение потерь нагнетаемых смол.

5. Установлено, что путём изменения угла встречи лавы с линией нарушения достигается рациональное сочетание потерь

107 производительности очистного забоя и временем отработки нарушенных участков, что обеспечивает минимизацию общих потерь добычи на участке нарушения.

6. Разработана технология отработки нарушенного участка выемочного поля с оперативным химическим упрочнением горного массива, позволяющая снизить потери добычи с 20 до 12%

7. Осуществлена апробация разработанной технологии для условий поля шахты имени 7Ноября, лава №936 "УК Ленинскуголь". За счет снижения потери добычи угля на 68460 т, экономический эффект составил 9557688 руб.

1. Киржнер Ф.М. "Изучение условий и выбор параметров разработки нарушенных пластов на шахтах северо-востока СССР", диссертация на соискание степени кандидата технических наук, Якутск, 1976, с. 160.

2. Ю.Л. Худин; Д.Д. Глазов; C.B. Мамонтов "Комлексно-механизированная выемка нарушенных угольных пластов.", Москва, "Недра", 1985, с. 198.

3. Руководство по переходу геологических нарушений механизированными комплексами. Прокопьевск, 1982, с. 78.

4. Ф.М. Киржнер; В.Н. Скуба; Е.М. Козионов; П.Е. Левкович "Технология разработки нарушенных угольных пластов", Якутск, ЯФСОАН СССР, 1983.

5. П.П. Нефедов, H.A. Дрижд, С.С. Квон, Г.Г. Презент, М.А. Перзадаев. "технология разработки сложных и некондиционных пласов Карагандинского бассейна", Караганда, 1995, с. 320.

6. А.П. Килячков "Технология горного производства", Москва, "Недра", 1992, с. 415.

7. Отчет о работе "УК Ленинскуголь".

8. И.Л. Черняк, С.А. Ярунин "Управление состоянием массива горных пород", Москва, "Недра", 1995, с. 395.

9. В.В. Давыдов, Ю.И. Белоусов "Химические способы укрепления горных пород", Москва, "Недра", 1977, с. 228.

10. Н.Г. Трупак " Цементация трещиноватости пород в горном деле", Москва, 1956, с. 147.

11. Б.А. Ржаницын "Закрепление и уплотнение грунтов в промышленном строительстве", "Техника Украины", 1962, с. 311.

12. Е.В. Забигайло, Ю.Ф. Васючков "Физико-химические методы управления состоянием угольно-породного массива", Киев, "Наукова Думка", 1989, с. 46.

13. П.П. Гончарук, A.A. Гуль, Ю.Т. Клименко, Я.А. Крылов, М.З. Каганович, И. Т. Логачев, Д.П. Трофимов "Цементация пород при сооружении стволов шахт", Москва, "Недра", 1973, с. 128.

14. О.В. Тимофеев, М.М. Мордухович, "Временное руководство по применению штанговой крепи в подготовительных выработках на шахтах Кузбасса", Ленинград, 1977, с. 38.

15. С.А. Маршак, В.П. Самойлов "Строительство подземных сооружений с помощью проходческих щитов", Москва, "Недра", 1976, с. 210.

16. П.С. Кузлев "Процессы добычи полезных ископаемых", Москва, 1985, с. 18.

17. Давыдов В.В. "Химический способ укрепления горных пород", М., Недра, 1965, с. 8.

18. В.В. Васильев, В.И. Левченко и др. "Методическое руководство по упрочнению неустойчивых горных пород нагнетанием карбамидных составов", М., 1985, 25 с.

19. A.B. Решетов, Л.И. Коновалов, Н.П. Артемьев "Опыт упрочнения неустойчивого угольного забоя", "Уголь", 1990, №1, с. 47-48.

20. Трофимов Г.Н. "Выбор рациональных параметров технологических схем очистных работ в зонах выявленных прогнозом геологических нарушений", диссертация на соискание степени кандидата технических наук, М., 1980, с. 161.

21. Орищин А.Д. "Обоснование рациональных параметров перехода дизъюнктивных нарушений в условиях шахт Кузбасса", диссертация на соискание степени кандидата технических наук, М., 1986, с. 210.

22. Ю.Н. Кузнецов, H.H. Красюк, В.Г. Виткалов "Практикум по дисциплинам "Основы горного дела" и "Подземная разработка месторождений полезных ископаемых", М., 1993

23. Ардашев К.А. Методика прогноза горно-геологических условий участков пластов, разрабатываемых механизированнымикомплексами. "Технология добычи угля подземным способом", 1969, №10, с. 88-93.

24. Туров А.П., Фимин Г.К., Коломийцев И.Я. Переход геологических нарушений комплексами КМ-87Д. "Технология добычи угля подземным способом", 1970, №9-10, с. 13-15.

25. Дворецкий В.В. Экономическая эффективность механизированной выемки в сложных горно-геологических условиях. "Технология добычи угля подземным способом", 1973, №9, с. 18-19.

26. Липкович С.М., Мирошников С.И. Эксплуатационная надежность выемочного поля, отрабатываемого с помощью механизированного комплекса. "Уголь Украины", 1969, №2, с. 17-19.

27. Кауфман Л.Л. "Влияние тектонической нарушенности пласта на экономические показатели работы шахт". В сб. "Технология добычи угля и проведения подготовительных выработок",М., ДонУГИ, 1971, вып. 50, с. 39-45.

28. Ардашев К.А. Методика прогноза горно-геологических условий участков пластов, разрабатываемых механизированными комплексами. "Технология добычи угля подземным способом", М., 1969-1972, №7, с. 13-17.

29. Левкович П.Е., Спицын Ю.Г. Определение области и объемов применения комплексов с механизированными крепями в условиях нарушенных месторождений. "Уголь", 1973, №7, с. 24-30.

30. Технологические схемы и рекомендации по переходу комплексами ОМКТМ геологических нарушений угольных пластов. Якутск, 1972.

31. Скуба В.Н. Применение комплексов типа ОМКТМ в сложных горно-геологических условиях. М., ЦНИЭИуголь, 1972, с. 83.

32. Скуба B.H. Совершенствование разработки угольных месторождений области многолетней мерзлоты" — Якутск, Якутское кн. изд-во, 1974, с. 287.

33. Ройтер З.У. Прорыв воды на руднике "West Drifontein", Глюкауф, 1969, №21, с. 40-48

34. Трофимов Г.И. Влияние нарушенное™ угольных пластов на показатели работы очистных забоев (Сборник научных трудов). -МГИ, М, 1979, вып. XII, с. 38-40

35. Козиинов Е.М., Самец JI.B., Щеглов Е.С. Выбор способа перехода геологических нарушений механизированными комплексами. -М., научно-технический резерв. ЦНИЭИуголь, 1981, №1.

36. Глазов Д.Д. О маневрировании механизированных комплексов при переходе зон нарушений. Уголь, 1974, №4, с. 31-33

37. Глазов Д.Д., Орищин А.Д. Временное руководство по переходу разрывных и флексурных нарушений комплексами с гидрофицированными крепями. Кузбассуголь, Кемерово, 1976, с. 56.

38. Глазов Д.Д. Системный подход к применению механизированных комплексов. Кемерово, Кемеровское книжное издательство, 1980, с. 112.

39. Глазов Д.Д., Авраменко E.H. Опыт перехода нарушений комплексами КМ-87 на шахтах Кузбасса Уголь, 1975, № 4,с. 13-14.

40. Киржнер Ф.М. Особенности эксплуатации комплексов нового технического уровня на нарушенных пластах Добыча угля подземным способом. - 1982. № 5, с. 11-12.

41. Ревных Ю.А. Влияние геологических нарушений в очистных забоях на эффективность применения ритмичных средств механизации выемки угля. Уголь, 1970, №10, с. 40-42.

42. Марков Г.И., Евдокимов Ф.И., Поварич И.П. Эффективность применения комплексов при отработке геологических нарушенных участков. Уголь Украины, 1972, №8, с. 11-12.

43. Мясников Ю.Г., Качармина Н.С., Горбачёв Е.П. Выбор оптимальной длины при отработке нарушенных угольных пластов механизированными комплексами, Уголь, 1973, №9, с.18-20.

44. Мясников Ю.Г., Горбачёв Е.П. Влияние нарушенности угольного пласта на технико-экономические показатели очистного забоя. -Технология добычи угля подземным способом, М., 1975, №2 с.10.

45. Способы перехода геологических нарушений комплексами ОМКТМ. (Скуба В.Н., ГЦербинен И.Н., Демидов В.В. и др). -Уголь, 1969, №4, с. 51-54.

46. Вождение механизированных комплексов в сложных горногеологических условиях. Глазов Д.Д., Верин B.C., Петруша М.В. и др. Кемерово, Кем. кн. изд., 1973, с. 122.

47. Опыт эксплуатации механизированных комплексов в сложных горно-геологических условиях. Волков Ю.А., Орищин А.Д., Ангелейков В.П. и др. Уголь, 1969, №11, с. 51-56

48. Горбачёв Е.П., Мясников Ю.Г. Опыт обхода геологического нарушения комплексом ОМКТМ. Технология добычи угля подземным способом, М., 1970, №11-12, с. 11-15.

49. Дворецкий Н.М. Опыт перехода комлексами геологических нарушений. Технология добычи угля подземным способом. М.,1970, №7-8, с. 18-19.

50. Тихомиров В.Г. Влияние геологических нарушений на показатели работы лав. Технология добычи угля подземным способом, М., 1972, №4, с. 41-42.

51. Науменко В.И., Кущенко А.П., Кукер H.H. Исследование влияния горнотехнических и горно-геологических факторов на сложность отработки лав в зоне нарушенности пласта. Технология добычи угля подземным способом, М., 1973, №9, с.8-9.

52. Вареха А.П. Изучение проявлений горного давления в зонах геологических нарушений. Технология добычи угля подземным способом, М., 1969, №9, с.8-9.

53. Забродин A.C., Любич Г.А., Дубак Ю.Н. Методические указания по прогнозу элементов разрывных смещений на основе анализа круговых диаграмм трещиноватости и геометризации сместите-ля. ВНИМИ, Л., 1970, с. 35.

54. Минин Ю.М., Устраих Л.С. Натурные испытания механических свойств пород вблизи геологических нарушений. Сборник научных трудов, - ВНИМИ, Л., 1972, №85.

55. Бесков М.И. Определение несущей способности и податливости крепи горных выработок при структурно-нарушенных горных породах. (Научное сооружение). ИГД им. A.A. Скочинского. М.,1971, №88.

56. Мишин Н.И. Опробование тектонически нарушенных участков угольных пластов. Технология добычи угля подземным способом, М., 1971, №12, с.39.

57. Григорьев В.Е., Никулин М.В., Дубак Ю.Н. Изменение ширины зоны интенсивного сдвижения боковых пород угольного пласта вблизи разрыва в зависимости от величины амплитуды смещения. Сборник научных трудов, - ВНИМИ, JL, 1972, №87, с.93-95.

58. Кругликов В.П., Гапанович JI.H. Исследование проявления горного давления при переходе комплексом КМ-81Э геологического нарушения. Технология добычи угля подземным способом, М, 1973, №5, с.14-16.

59. Егоров П.В., Догополова Т.И., Лудзиш B.C. О степени полноты выемки угля на шахтах Прокопьевско-Киселёвского района Кузбасса. Технология добычи угля подземным способом, М., 1973, №11, с.32-34.

60. Адилок К.Н. Совершенствование технологии подземной разработки пластовых месторождений. Под редакцией A.C. Бурчакова. М., Недра, 1979, с. 304.

61. Вареха А.П., Шохор М.М., Кизилов Н.П. Анализ влияния параметров геологических нарушений и горной среды на показатели очистной выемки. Сборник научных трудов, -ВНИМИ, Караганда, 1974, №49, с.3435.

62. Ходжаев К.Ш., Прибыловский Ю.С., Мирный Н.И. и др. Методические рекомендации по учёту мелкоамплитудной нарушенности угольных пластов при проектировании, реконструкции действующих и строительство новых шахт. Минуглепром СССР. М., 1979, с. 32.

63. Туров А.П., Филин Г.К., Коломийцев H.H. Переход геологических нарушений механизированными комплексами КМ-87. -Технология добычи угля подземным способом, М., 1970, №9-10, с.13-15.

64. Зилин JI.А., Аксёнов В.В., Фёдоров И.Ф. Распределение расстояний между геологическими нарушениями и выбор способа комплексной механизации выемки мощных крутых пластов. Технология добычи угля подземным способом, М., 1979, №3, с.9-11.

65. Ильницкий С.П. Отработка нарушенных участков комплексами ОМКТМ. Безопасность труда в промышленности, 1970, №11, с. 40-41.

66. Станченко И.К., Чельцов И.И. О движении подземных вод в зоне геологических нарушений. Шахтное строительство, 1979, №12, с. 7-11.

67. КошомковВ.Г., Коротко В.И. Исследование физико-механических свойств пород вблизи разрывных нарушений. Добыча угля подземным способом, М., 1980, №1, с. 29-30.

68. Цишинский У. Вывалы при механизированной проходке горных выработок. Глюкауф, 1977, "7, с. 17-23.

69. Нёнкин А.Ф. Выявление и прогнозирование разрывных нарушений с помощью горных выработок на действующих шахтах Карагандинского бассейна. Уголь, 1974, №1, с. 60-61.

70. Покрасс В.Л., Загородный Ю.Д. Исследование фактора нарушенности шахтных полей при проектировании новых горизонтов на крутых пластах. М., ЦНИЭИуголь, 1974, с. 23.

71. Дмитриев В.Ф., Шипунов П.Р. Влияние нарушенности пологих пластов шахт Кузнецкого бассейна на производительность механизированных комплексов. Добыча угля подземным способом, М., 1980, №1, с. 14-15.

72. Ходжаев Р.Ш. Экономичекая оценка разработки нарушенных угольных пластов. М. , Недра, 1978, с. 157.

73. Вереда B.C. Современное тектоническое направление как одно из условий выбросоопасности угольных пластов. Уголь, 1978, №7, с. 17-19.

74. Демидов В.В. Экономическая эффективность механизированной выемки в сложных горно-геологических условиях. Технология добычи угля подземным способом, М., 1973, №9, с.18-19.

75. Козионов Е.М., Самец Л.В., Щеглов Е.С. Переход геологических нарушений механизированными комплексами. Уголь, 1977, №1,78. с. 25-29.

76. Литвиненко В.Л., Клико Р.В. Прогнозирование тектоники и повышение безопасности при эксплуатации угольных месторождений. Безопасность труда в промышленности, 1973, №8, с. 19-20.

77. Особенности внедрения очистных комплексов. (Глазов Д.Д, Орищин А.Д., Верен B.C., Яковлев Н.И. и др.). Кемерово: Кем.кн.изд., 1975, с. 57.

78. Косыгин Ю.А. Основы тектоники. М., Недра, 1974, с.215.

79. Прогрессивные технологические схемы разработки пластов на угольных шахтах. ч. I и II . ИГД им. А.А. Скочинского, М., 1979, с. 246.

80. Скуба В.Н Технологические схемы и рекомендации по переходу комплексами ОМКТ геологических нарушений угольных пластов. Якутск: ЯФ СО АН ССР, 1972, с. 74.

81. Технологические схемы перехода геологических нарушений лавами, оборудованными комплексами на пологих пластах Украинской ССР (П.Е. Левкович, Ю.Г. Спицын, Е.П. Мухин и др.).- ДонУГИ, Донецк, 1975, с. 69.

82. Временное руководство по управлению горным давлением в очистных забоях на пластах мощностью до 3,5 м. с углом падения до 35°