автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.04, диссертация на тему:Устойчивость подготовительных выработок угольных шахт в условиях активного проявления горного давления

На правах рукописи ДОЛГИЙ Иван Емельянович

УСТОЙЧИВОСТЬ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК УГОЛЬНЫХ ШАХТ В УСЛОВИЯХ АКТИВНОГО ПРОЯВЛЕНИЯ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ

Специальности: 05.15.04 - Строительство шахт и

подземных сооружений

05.15.02- Подземная разработка месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург 1998

Л, V/

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

Научный консультант:

доктор технических наук, академик РАЕН,

профессор А.Г.Протосеня

Официальные оппоненты:

доктор технических наук профессор КА.Ардашев, доктор технических наук профессор В.Н.Каретников доктор технических наук профессор С.Я.Жихарев

Ведущее предприятие: Акционерное общество "СПб ГИПРОШАХТ"

Защита диссертации состоится /3) 1998 г.

в /¿> ч Хо мин на заседании диссертационного Совета Д.063.15.03 при Санкт-Петербургском государственном горном институте (техническом университете) имени Г.В.Плеханова по адресу: 199026 Санкт-Петербург, 21-я линия, дом 2, зал заседаний № 2 (портретная галерея).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института.

Автореферат разослан ^Ьо^/Р^^/э-А^ 1998 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ диссертационного Совета доцент

В.И.ОЧКУРОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Перед угольной промышленностью поставлена важная народно-хозяйственная задача - повышение эффективности подземной добычи угля, роста производительности труда при безопасном ведении горных работ и обеспечении рационального использования недр.

Решение этой задачи в условиях рыночных отношений возможно при выявлении скрытых возможностей, обеспечивающих рост эффективности работы шахт и создающих надежную базу выполнения жестких требований реструктуризации и обеспечения учета социально-экономических аспектов отрасли. В настоящее время средняя глубина ведения горных работ на угольных шахтах России составляет 700 м, а в отдельных бассейнах бо-пее I ООО м.

Опыт отработки сближенных пластов в свитах ряда бассейнов показывает, что добыча угля сопровождается крайне низкой устойчивостью подготовительных выработок и особенно выработок, сохраняемых для повторного использования. Их эксплуатация сопровождается интенсификацией процессов конвергенции пород, а также повышением газовыделения.

Так только по трем шахтам ОАО "Воркутауголь" с 1986 по 1995 г.г. ежегодные потери угля от простоев очистных забоев по причине загази-эования подготовительных выработок составили более 80 тыс. т. Ремонт тодготовительных выработок и подрывка пород почвы осложняются выходам метана, а иногда и его возгоранием.

Актуальность проблемы эффективного поддержания подготовительных выработок подтверждается "Федеральной целевой программой социально-экономического развития угледобывающих регионов" и 'Методическими рекомендациями по разработке и реализации региональ-шх программ в Российской Федерации", разработанных институтом мак-юэкономики Министерства экономики РФ; регламентирующим документом "Порядок разработки и реализации федеральных целевых программ швигия РФ и государственных целевых программ", утвержденном мини-:терством экономики РФ.

Совершенствованию способов повышения устойчивости подгото-штельных выработок посвящены работы: Ардашева К.А., Булычева Й.С., >оброва В.А., Борисова A.A., Бича Я.А., Братченко Б.Ф., Бурчакова À.C., ¡ажина Н.П., Глушко В.Т., Зубова В.П., Зайденварга В.Е., Каретникова Î.H., Картозии Б.А., Ковалева О.В., Кошелева К.В., Кузнецова C.B., Ли-¡ермана Ю.М., Малышева Ю.Н., Мельникова О.И., Огородникова Ю.Н.,

л

J

Протосени А.Г., Райского В.В., Руппенейта К.В., Слесарева В.Д., Тимофе-ваО.В., Черникова А.К., Черняка И .А., Шика В.М., Штумпфа Г.Г., Лкоби О. и др.

Большое количество публикаций и научных работ по этой тематике, ряд нормативных документов и федеральных программ РФ также свидетельствуют об актуальности рассматриваемых в диссертационной работе вопросов, связанных с разработкой способов и средств эффективного поддержания и охраны подготовительных выработок.

Цель работы. Научное обоснование эффективных способов повышения устойчивости подготовительных выработок при отработке смежных лав пологозалегающих пластовых месторождений.

Основная идея работы заключается в управлении напряженно-деформированным состоянием массива, вмещающего подготовительные выработки, снижении интенсивности процесса дилатансии за счет применения шарнирно-амортизирующих и анкерных крепей и создания ориентированных плоскостей скольжения в кровле и почве выработок, с целью обеспечения их эксплуатационного состояния и возможности повторного использования при отработке смежных лав.

Задачи исследований:

- обобщить опыт эксплуатации подготовительных выработок и обосновать возможность эффективного их поддержания при отработке смежных лав;

- выявить основные особенности формирования напряженно-деформированного состояния (НДС) породных массивов вокруг подготовительных выработок;

-разработать методику прогноза смещений контура выработок при отработке смежных лав;

- разработать эффективные способы и средства обеспечения эксплуатационного состояния подготовительных выработок при отработке смежных лав, в зависимости от типа кровли пласта и склонности порол почвы к пучению.

Научная новизна работы состоит:

- в установлении размеров зон дилатансии и величины смещений кровли и почвы подготовительных выработок, закономерностей измененш напряженно-деформированного состояния вмещающего массива и разработке методики прогноза смещений контура выработок, отличающейся учетом коэффициента разрыхления пород в приконтурной зоне;

- в разработке геомеханической модели деформирования массиве вокруг подготовительных выработок, учитывающей наличие и развитие зог

предельного состояния и пластической дилатансии в зависимости от влияния первой и второй смежных лав;

- в обосновании способов и средств эффективного поддержания подготовительных выработок за счет разгрузки их кровли и почвы ориентированными плоскостями скольжения, применения анкерных и шарнирно-амортизирующих крепей.

Научные положения, выносимые на защиту:

- механизм деформирования пород вокруг подготовительных выработок зависит от их расположения относительно очистных забоев смежных лав и определяется размерами зон пластического разрушения пород приконтурной зоны выработок, глубиной заложения и физико-механическими свойствами вмещающих выработки пород;

- параметры требуемых средств для эффективного поддержания подготовительных выработок определяются степенью развития зон предельных состояний пород вокруг выработок и их дилатансией в процессе деформирования и разрушения;

- обеспечение эксплуатационного состояния подготовительных выработок при отработке смежных лав достигается путем комплекса мероприятий, включающего активные способы управления горным давлением за :чст создания ориентированных плоскостей скольжения в кровле и почве выработок и применения упрочняющих и поддерживающих крепей.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается применением современных методов анализа, обширным привлечением фактических материалов работы угольных шахт и экспериментальных данных, полученных с помощью замеров на 135 станциях, оборудованных глубинными и контурными реперами, удовлетворительной схо-1имостыо результатов теоретических исследований с результатами шахт-шх экспериментов, а также положительным опытом использования разра-зоток на шахтах Печорского и Карагандинского угольных бассейнов.

Методика исследований включает в себя изучение горно-еологических и горно-технологических условий эксплуатации подготовительных выработок, натурные исследования смещений пород, применение летодов механики горных пород и математической статистики для обработки результатов экспериментов.

Практическая значимость работы состоит в разработке эффектив-1ых способов поддержания подготовительных выработок и их охраны, ос-юванных на использовании методов разгрузки массива от повышенного орного давления, укрепления почвы и кровли выработок за счет их анке-ювания, гидроразрыва пород кровли и почвы, применении конструкции 1еталлических крепей с шарнирно-амортизирующими узлами податливости,

анкерных крепей, а также в создании методики определения конвергенции контура выработок. Результаты работы включены в "Методические рекомендации по оценке конвергенции выработок" (ПечорНИИпроект, 1988 г.). Реализация работы в промышленности

Способы и средства поддержания подготовительных выработок с анкерованием почвы и кровли и гидроразрывом пород кровли и почвы прошли промышленные испытания на шахтах "Комсомольская" и "Северная" ОАО "Воркутауголь". Общая длина экспериментальных участков составила более 2 км. Рекомендации по поддержанию выработок переданы в ОАО "Воркутауголь" и институт "ПечорНИИпроект" для применения на шахтах бассейна. "Методические рекомендации по оценке конвергенции выработок" используются в "ПечорНИИпроекте".

Конструкции металлических крепей арочного и циркульного очертаний с шарнирно-амортизирующими узлами податливости и анкерной крепи прошли промышленные испытания на шахте "Комсомольская" ОАО "Воркутауголь". Общая длина экспериментальных участков составила около 500 м. Результаты экспериментов подтвердили целесообразность их применения при креплении подготовительных выработок. Техническая документация на изготовление крепей передана ОАО "Воркутауголь" для применения на шахтах бассейна.

Научные и практические результаты работы используются в учебном процессе при подготовке специалистов горного профиля в Санкт-Петербургском государственном горном институте (техническом университете).

Личный вклад автора диссертационной работы: - постановка задач, разработка методики исследований, организация и руководство исследованиями; участие в проведении и обобщение результатов шахтных исследований и уточнение на их базе механизма конвергенции подготовительных выработок угольных шахт; разработка методики прогноза смещений пород, вмещающих подготовительные выработки; разработка способов и средств поддержания подготовительных выработок угольных шахт, экспериментальная проверка их эффективности.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Основные положения работы докладывались и получили положительную оценку на научно-технической конференции "Современные методы разведки и разработки месторождений полезных ископаемых в условиях Крайнего Севера" (г. Сыктывкар, 1989 г.); на Н-м республиканском научно-техническом семинаре "Разработка полезных скопаемых и горно-шахтное

строительство в условиях Крайнего Севера" (г. Воркута, 1988 г.); на Международном симпозиуме по проблемам прикладной геологии, горной науки и производства (С.-Петербург, 1993 г.); на 1У-м республиканском семинаре "Передовые технологии разведки и добычи полезных ископаемых, особенности строительства и экологии на Крайнем Севере" (г. Сыктывкар, 1990 г.); на Х1-й Российской конференции по механике горных пород (г. С.Петербург, 1997 г.); на У-м международном горно-геологическом Форуме (С.-Петербург, 1997 г.); на ежегодных научно-технических конференциях С.-Петербургского горного института (1974-84 гг.), а также на технических совещаниях ПО "Воркутауголь" (1986-90 гг.).

ПУБЛИКАЦИИ

Основные положения диссертации опубликованы в 37 печатных

работах.

В диссертации изложены результаты научных исследований, выполненных автором в Санкт-Петербургском государственном горном институте в 1965-1972 гг. по Карагандинскому угольному бассейну и в 19841996 гг. по Печорскому угольному бассейну при выполнении научно-исследовательской работы в соответствии с утвержденной Минвузом РСФСР целевой комплексной программой "Человек и окружающая среда. Проблема охраны природы. Охрана и использование земных недр" и по <оз/договорным темам: "Разработка и внедрение эффективных схем проведения и крепления протяженных горизонтальных горных выработок с це-1ыо повторного их использования в условиях шахт Воркутинского бассейна" (1987-90 гг.), "Геомеханическое обоснование устойчивости подготовительных выработок при разработке пологозалегающих угольных пластов" .1994-96 гг.).

Автор выражает глубокую признательность и благодарность профессорам Протосене А.Г., Зубову В.П., Ардашеву К.А., Огороднико-гу Ю.Н., доц. Очкурову В.И., работникам шахт ОАО "Воркутауголь" и института "ПечорНИИпроект", оказавшим научную и организационную помощь в проведении исследований и оформлении диссертационной работы.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ

Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, изложен-1ых на 2&Гстраницах машинописного текста, содержит 45 рисунков, 25 :аблиц, список литературы из 271 наименований и 5 приложений.

В первой главе выполнен анализ горно-геологических условий проведения, поддержания и проявлений горного давления в подготовительных выработок на угольных шахтах. Рассмотрены существующие способы поддержания и охраны выработок, сформулированы задачи исследований.

Во второй главе представлены методика и результаты исследований проявлений горного давления в подготовительных выработках.

Третья глава посвящена аналитическим исследованиям закономерностей формирования напряженно-деформированного состояния пород, вмещающих подготовительные выработки и разработке методик! оценки конвергенции выработок.

Четвертая глава посвящена разработке способов и средстЕ обеспечения устойчивости подготовительных выработок и обосновании: этих мероприятий.

В пятой главе проанализированы результаты шахтных испытаний способов и средств по обеспечению устойчивости подготовительны? выработок. Дана экономическая оценка эффективности применения разработанных рекомендаций.

В заключении обобщены результаты исследований в соответствии с поставленными задачами и приведены рекомендации по применению разработанных способов и средств по эффективному поддержание подготовительных выработок.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Основные результаты исследований отражены в следующих защищаемых положениях:

1. Механизм деформирования пород вокруг подготовительные выработок зависит от их расположения относительно очистных за боев смежных лав и определяется размерами зон пластического разрушения пород приконтурной зоны выработок, глубиной заложения и фи зико-механическими свойствами вмещающих пород.

Увеличение объемов применения бесцеликового способа охрань подготовительных выработок вызвало необходимость повышения объек гивности прогнозирования проявлений горного давления в подготовитель ных выработках,, разработки принципов выбора комплекса технических мероприятий, обеспечивающих эксплуатационное состояние выработки в те чение срока ее существования.

Процесс деформирования и разрушения пород исследовался в подготовительных выработках на 135 замерных станциях, оборудованных ~дубинными и контурными реперами. Инструментальные наблюдения были зыполнены с целью определения величины смещений кровли, почвы и боков выработок. Точность замеров составляла 1-2 мм, частота - 1-7 дней.

В результате наблюдений были получены данные о характере и ветчинах проявлений горного давления в выработках, охраняемых различиями способами, при различном положении относительно забоев лав для однотипных горно-геологических и горно-технических условий.

Исследования показали, что смещения пород в выработках по пла-:ту "Четвертому" достигают со стороны кровли - 600 мм; со стороны почвы до 1000 мм при глубинах разработки 800-1200 м. По пластам "Тройному" I "Мощному", соответственно, 450+500 мм и 800 мм; 550+600 мм и 500 ш. Основными причинами деформации крепи являются:

- недостаточная несущая способность средств усиления постоян-юй крепи в зонах активного смещения пород;

- несоответствие протяженности участков выработки с крепью хиления в зоне опорного давления;

- несовершенство применяемых конструкций крепей сопряжений ¡ыработки с очистным забоем и штрековой крепи;

- отсутствие разгрузки горного массива.

Для обеспечения устойчивости выработок, поддерживаемых в зоне опряжения и за первой лавой, особое значение имеет охранная крепь, [редназначенная для разгрузки краевой части массива, оконтуривания гра-шц обрушения и защиты выработки от обрушенных пород. Наблюдения за мещениями пород кровли и почвы проведены при различных способах ох-аны выработок: двухрядной органной крепью, чураковой стенкой в соче-ании с органным рядом, бутовой полосой шириной 4+5 м, кострами из руглого леса при глубине заложения выработок 600+1200 м.

Исследования показали, что вне зоны влияния опорного давления нтенсивность смещений возрастает равномерно и, практически, не зависит т применяемого способа охраны. Заметное влияние способа охраны на ин-енсивность деформирования вмещающих пород сказывается в 10+15 м переди забоя первой смежной лавы. Величина смещений на сопряжении с чистным забоем при охране одиночных выработок кострами и бутовыми олосами составляет 350-230 мм, а двухрядной органкой и чураковой стеной с однорядной органкой - 140 и 120 мм.

Сопоставление результатов исследований показало, что при охране ыработок целиками - в выработках развиваются незатухающие во времени иещения пород, приводящие к разрушению крепи выработок. При приме-

нении бутовых полос интенсивные смещения пород происходят на участках выработок вблизи очистных забоев. Затухание смещений пород про исходит в 80+120 м за лавой. При охране выработок органными рядами I кострами интенсивные смещения пород происходят на участках выработо! в 30+50 м перед лавой, снижаясь за забоем лав до незначительных величин Анализ выполненных визуальных и инструментальных наблюдений за кон вергенцией подготовительных выработок показал, что наиболее существен ными факторами, влияющими на ее величину, являются: глубина (Н), мощ ность пласта (ш), физико-механические свойства пород, способ охраны вы работки со стороны выработанного пространства и размеры поперечной сечения. Для рассматриваемых условий конвергенция, выраженная в доля: исходной высоты выработки (Ь), увеличивается на 6-8 % на каждые 100 N роста глубины разработки; возрастает на 4-5 % при увеличении мощносп пласта на 1 м и уменьшается на 5-6 % мощности пласта при применении ] качестве защитных сооружений органных рядов вместо костров и чурако вых стенок.

Максимальные скорости смещений пород при указанных способа; охраны зафиксированы на расстоянии 5+15 м за забоем лавы и составлял] соответственно 44 мм и 36 мм в сутки. Стабилизация скоростей наступал; на расстоянии 150+180 м за первой лавой при применении костров и буто вых полос и 100+200 м - при органных рядах и чураковых стенках.

Установлено, что в выработках основных рабочих пластов Воркут ского месторождения в активной зоне за первой лавой и в зоне опорной давления второй лавы реализуется 40+35 % общей конвергенции пород Поэтому, основным условием эффективного поддержания одинарных вы работок является ограничение смещений пород внутрь выработки

Это обеспечивается применением технологии ступенчатого усиле ния постоянной крепи в зонах, примыкающих к очистным забоям смежны: лав.

В результате анализа данных по охране и поддержанию подготови тельных выработок целесообразно для решения задач по охране и поддер жанию повторно используемых выработок выделить четыре зоны с различ ной величиной смещений - и0, иь и|,о, и2; в присечных - две зоны и, и и; в выработках, оформляемых в выработанном пространстве - одну и (рис. 1).

В результате выполненных исследований были оценены облает] рационального применения рассматриваемых способов охраны подготови тельных выработок.

Рис. 1. Характер развития смещений пород (Ц) в выработках различно расположенных от очистных забоев:

а) - при сохранении выработок для повторного использования;

б) - в присечных выработках;

с) - в выработках, проходимых в выработанном пространстве.

"Зона 1

Зона 4

Рис.2.

Зоны существования повторно используемых выработок: 1 - вентиляционный штрек; 2 - транспортный штрек; 3 - очистной забой; 4 выработанное пространство.

Для пластов мощностью до 2-^2,5 м в условиях слоистой кровли и устойчивой слабопучащей почвы наиболее рациональным является способ с сохранением выработки за забоем первой лавы для повторного использования при отработке второй лавы, позволяющий в 2-4-2,5 раза сократить объем проведения выработок при подготовке полей к выемке; для тяжелых горно-геологических условий (лучащие почвы, труднообрушаемые кровли, мощность пласта более 2,5 м) рациональным является способ с погашением выработок за первой лавой и повторным проведением их вприсечку к выработанному пространству для смежной лавы.

2. Параметры требуемых средств для эффективного поддержания подготовительных выработок определяются степенью развития зон предельных состояний пород вокруг выработок и их дилатан-сией в процессе деформирования и разрушения.

Взаимодействуя с фронтом очистных работ, подготовительные выработки находятся в следующих зонах: 1 - вне зоны влияния очистных работ; 2 - в зоне опорного давления первой лавы; 3 - в зоне активных смещений после прохода первой лавы; 4 - в зоне стабилизации смещений; 5 - в зоне опорного давления второй лавы (рис. 2, табл. 1).

Данные по смещениям пород кровли и почвы, измеренные в различных зонах, приведены в таблице 1.

Для решения практических задач по эффективному поддержанию подготовительных выработок необходимо иметь простой и надежный в использовании инструмент, с помощью которого можно было бы оценить деформацию вмещающего массива в зависимости от конкретных геомеханических условий. На основе исследований физико-механических свойств пород, вмещающих подготовительные выработки, и выполненного анализа наблюдений за смещениями горных пород в Печорском и Карагандинском угольных бассейнах совместно с институтами "ПечорНИИпроект" и "КНИУИ", с использованием результатов моделирования ВНИМИ были построены номограммы для определения величины ожидаемых смещений подготовительных выработках (рис. 3). Так, для глубины 600 м и прочности пород 60 МПа ожидаемые смещения пород в выработке, сохраняемой для повторного использования, составляет: вне зоны влияния очистных работ -200 мм; от влияния первой лавы - 410 мм; за забоем первой лавы - 210 мм и от влияния второй лавы - 670 мм.

Наряду с разработкой методики определения смещений на основе статистической обработки результатов шахтных исследований в диссертации разработан аналитический метод определения смещений пород, вмещающих подготовительные выработки.

Таблица 1

Средние величины смещений пород в подготовительных выработках шахт ОАО "Воркутауголь"

Шахта Пласт- Величина смещений, мм

Зона 1 Зона 2 Зона 3 Зона 4 Зона 5 Всего

"Северная" Пяты й кровля 170 110 260 120 - 940

почва 50 40 120 180 135 525

Четвертый кровля 30 45 270 110 246 701

почва 52 155 428 125 322 1082

Тройной кровля 185 165 350 426 445 1570

почва 70 140 160 200 240 830

"Ворку-тннская" Четвертый кровля 25 53 250 120 270 728

почва 47 138 356 162 340 1050

Тройной кровля 170 175 320 370 410 1460

почва 80 140 140 180 250 790

"Комсомольская" Четвертый кровля 55 67 300 130 278 837

почва 68 178 428 169 360 1100

Тройной кровля 210 215 380 410 425 1650

почва 95 150 165 195 275 880

Мощный кровля 80 210 430 160 310 1200

почва 185 60 180 270 155 850

"Заполярная" Четвертый кровля 15 46 187 106 230 580

почва 35 98 343 182 285 943

Тройной кровля 160 160 310 330 380 1340

почва 70 130 123 170 232 725

Аналитическое исследование напряженно-деформированного состояния пород вокруг выработки вне зоны влияния первой лавы (зона 1, рис. 2) выполнено вариационным методом.

В качестве концентратора напряжений в слоистом горном массиве используется выработка арочного сечения (рис. 4). Рассматривается трехслойная среда, в которой средний слой - угольный пласт, а внешние слои -

1 80-100М.

Рис.3. Номограммы по определению смещений (Ц) в зависимости от прочности

пород (И), зон существования выработок, глубины заложения (Н) и коэффициента разрыхления (Кр). 1.2,3,4 - соответственно для пластов "Тройного", "Мощного". "Пятого" и "Четвертого"

аргиллито-алевролитовые породы с одинаковыми физико-механическими свойствами.

Величина горного давления при а < |у| < Ь принимается равной

ДЧ:

А q = уЪ . (1)

Решение выполняется при условии, что горизонтальные смещения меньше вертикальных и по контакту слоев проскальзывание отсутствует.

Горизонтальные и вертикальные смещения представляются в виде:

и(х,у) = О Г(х,у) = У,(х)у,(у)

Их нахождение сводится к решению уравнений:

2г1У/'(х,)~ К,У,(х,)+ + Ад = 0- (3) (хг)- К2УХ (х2 )-д2 + Ад = 0. (4)

+ V

- пгтг - 4-(Т.....

=

1 - V < 1 - V/ '

Е 1ГЧ , Е 2 Г М

4 (1 + V , ) 4 (1

..........+ V

Я 2 = Ч 1 + Ч \ ■ Общим решением уравнений (3) и (4) будут зависимости:

К1(*1)= + + (5)

гЛ*г)= + С4ер+ -р-. (6)

К 2

где: _ /к | ;

' " V 2 '' '> -

Постоянные Сь С2, С3, С4, определяются из граничных условий:

при XI = 0; V/ (х , ) = 0 ;С, = С2.

при Х2 -> СО ; У1 (со ) = 0 ; С4 = 0 .

при х , = х 2 = Ь ; у — а

=Ь)=Г,(х2 =6);

Г,'(х, = &) = = 6);

с "X, -

В соответствии с полученным решением, величина смещений кровли рассматриваемой выработки составит:

Г,(*,У)= Г,(х,)г,0>)= " (7)

где: в - модуль сдвига для пород кровли.

В диссертации обоснована геомеханическая модель деформирования массива вокруг подготовительных выработок, учитывающая наличие и развитие зон предельного состояния и пластической дилатансии в зависимости от влияния первой и второй смежных лав.

Анализ размеров и очертаний зон предельного состояния и коэффициентов разрыхления вокруг подготовительных выработок показывает, что они согласуются и являются геометрически подобными. Следо-

вательно, геомеханические процессы вокруг подготовительных выработок при разрушении и разрыхлении пород взаимосвязаны.

Для прогнозирования разрушения пород вокруг подготовительных выработок и нахождения размеров зон предельного состояния в работе выполнено обоснование геомеханической модели.

Известно, что вокруг подготовительной выработки формируется зона, горные породы в которой переходят в предельное состояние и пластически разрыхляются, то есть приобретают свойства дилатансии.

Экспериментальные данные (рис. 5, 6) показывают, что зоны предельного состояния и разрыхления зависят от расстояния до очистных работ, увеличиваясь с их приближением.

Зоны предельного состояния и разрыхления вокруг выработок зависят также от угловой координаты. Основываясь на приведенных натурных экспериментах и учитывая сформулированное выше условие подобия геомеханических процессов, сцепление пород вокруг выработок описывается с помощью зависимости:

Ke = k{i+8£ [а, • cosn(© + ß) + bn sinn(0 + ß)]j.

(8)

где: a„, bn - коэффициенты, К - средняя величина сцепления горных пород, © - угловая координата, ß - угол наклона наибольшей оси эллипса зоны предельного состояния вокруг подготовительной выработки.

Величина 5 характеризует степень изменения величины сцепления пород и ее можно определить с помощью зависимости:

_ (к - 1)- (к р'" - 1) (9)

к + к - 2

где: К тах > К mi° -соответственно наибольшее и наименьшее значение р р

коэффициентов разрыхления.

С физической точки зрения использование коэффициентов разрых-

Ктах т/~ min

р и JVp для определения сцепления К позволяет описывать

взаимосвязанные процессы разрыхления горных пород (дилатансии) и снижение их прочности, природа которых подробно изучена в работах А.Н. Ставрогина и А.Г. Протосени.

величина сцепления является постоянной.

7-Г Ль- (1,25 - 2 )Ко

и-II ^-(1,7-2,4

чо

<Ы- (2,0-2,7 )1{о

Рис.5. Очертания и размеры области предельных деформаций вокруг подготовительных выработок пласта "Четвертого":

Ло - приведенный радиус выработки, м; Я1. - размер зоны предельных деформаций, м

Рис.6. Изменение коэффициента рыхления (Кр) массива, вметающего подготовительные выработки на расстоянии 1,5 м от контура выработки:

_- для пластов «Тройного», «Мощного», «Пятого»;

-------- для «Четвертого» пласта

При решении практических задач с целью получения обозримых результатов можно в зависимости (8) ограничиться только первым приближением, то есть:

К0 = К[1 + 5 • соз2(0 + р)] , (10)

которое характеризует основную составляющую изменения сцепления около контура выработки.

Напряженное состояние вокруг подготовительных выработок моделируется с помощью плоских задач, сводящих к распределению напряжений в плоскостях с граничными условиями на контуре и на бесконечности.

Уравнение зоны предельного состояния вокруг выработки будет иметь вид:

= г5(0)[1 + 5г3(,) -соз2(© + р)] # (11)

где: ), г^1^ ■ постоянные, определяемые из решения упруго-

пластической задачи.

Анализ экспериментальных данных по определению смещений горных пород показывает, что вокруг подготовительной выработки образуется зона разрыхленных пород с коэффициентом разрыхления Кр, который является переменным с наибольшим значением у контура выработки (рис. 7).

Изменение коэффициента разрыхления около контура выработки в зависимости от глубины можно аппроксимировать зависимостью:

N £

© 17 = х —■

j = О Г J

где: ^ - коэффициенты, определяемые на основе экспериментальных данных,г - радиальная координата.

Предложенная зависимость величины разрыхления пород около выработки от координаты г содержит N+1 независимых параметров и позволяет с необходимой для практики точностью аппроксимировать экспериментальные данные.

Найдем перемещение массива пород вокруг подготовительной горной выработки кругового очертания.

В этом случае относительное остаточное изменение объема может быть записано:

ке

ч. ч

/ /

/ С

Ь,ы,

£ г

_ / У

И

Г

20

40

60

80

Рис. 7. Изменение коэффициента рыхления (Кр) в приконтурной зоне Подготовительных выработок:

а) - в зависимости от расстояния от контура выработки (Ц'

б) - в зависимости опт времени существования выработки (I)

О

N к

е +Б + 5 . 03)

г Ч> ' ¿—I ~

Г,

Зону предельного состояния вокруг подготовительной выработки найдем для условия прочности А.Н. Ставрогина.

_ о АС

тп=тп-е . 04)

где: ^ — ; а3, с, - главные напряжения; А, ^ п - параметры прочностных характеристик пород. Для условия (14) зона предельного состояния имеет вид:

Я, =Ко[Го + А.2г,(0)]. 05)

где: 0 - угловая координата; = + я);д2 = _ я);

Произведя математические операции, получим для условия (14):

и-ттнк:,к'^.-цл. об)

где: Кь К2 - коэффициенты концентрации напряжений в зонах опорного давления; - приведенный радиус выработки; II ь - приведенный размер зоны предельного состояния.

Тогда, при экспоненциальном условии пластичности перемещение контура определяется как:

и = ЗуНК.К.К2^. ко11ог п к„я0Г1 1 2 Е 2 ^ ; 1п - 2 I Я

при т

и = 3 уНК.КД^, _ ■1).к1я,|пК1

2 Е 2

при т =2

(17)

Перемещение контура выработки с учетом коэффициента разрыхления для условия предельного состояния Кулона может быть

и = 2

и =

2 Е(\

Р)

<2Я " 5111 Р

«Дй,2 - 0-

я;-

2 £(1

дя 151п р

- !)- ЛГ2Я0 1п Я, ,

лЛГ , соб р I

а + п Я"

, • р Ц т * 2

пК , соэ р 1

а + п Я"

• р Ц т * 2

3

Определим величину смещения при Н = 1000 м; у = 2,5 т/м3; р = 30°; Км = К, = 200 МПа; V = 0,5; Е = 5х104 МПа; Яо = 2 м по формуле (16), учитывающей нарушенность приконтурной зоны массива. Аппроксимация экспериментальных данных (рис. 5) зависимостью (12) показывает, что значения К0, Кт, ш для условий пластов "Тройного" и "Мощного" соответственно равны: К0 = 0; К„, = -0,014; т = 2,5 и К0 = 0; Кт = -0,016; т = 3,1.

Вблизи контура выработки относительное увеличение объема вследствие разрыхления пород составляет около 10 %. Средний радиус области предельного состояния = 2,9 К0.

Перемещения контура выработки, найденные соответственно для пластов "Тройного" и "Мощного", составят 315 мм и 165 мм, а без учета разрыхления - 25 мм и 11 мм.

При увеличении зоны предельного состояния в 2 раза значения перемещений возрастают в 1,6+1,8 раза.

Приведенные расчеты показывают, что расчетные значения перемещений согласуются с данными натурных наблюдений за смещениями пород, что является подтверждением объективности геомеханической модели взаимодействия подготовительных выработок с окружающим массивом.

3. Обеспечение эксплуатационного состояния подготовительных выработок при отработке смежных лав достигается путем реализации комплекса мероприятий, включающего активные способы управления горным давлением за счет создания ориентированных плоскостей скольжения и применения упрочняющих и поддерживающих крепей.

Эксплуатационное состояние подготовительных выработок может быть обеспечено за счет снижения НДС массива и обоснованного примене-

ния поддерживающих и упрочняющих крепей. В работе рассмотрены мероприятия по применению поддерживающих и анкерных крепей и активные способы воздействия на массив.

Анализ смещений, показывает, что наиболее сложным, при столбовых системах разработки, является период сохранения выработки на границе "массив - выработанное пространство", включающий зоны 3, 4 и 5. Около 90 % затрат на ремонтно-восстановительные работы по восстановлению проектного сечения выработки приходится на эти зоны. В них наблюдается 70-н75 % смещений пород кровли и почвы за весь срок существования выработки. Сохранение выработок в эксплуатационном состоянии в течете всего срока их службы возможно за счет мероприятии по снижению скоростей и абсолютной величины смещения пород.

При применении различных крепей необходимая величина податливости может быть определена (рис. 8) из условия:

где: АЬ - максимальная податливость крепи, т - мощность пласта, 1п - ширина подготовительной выработки.

Выполненный расчет для условий пласта "Тройного" показывает, что для шага обрушения основной кровли - 20-30 м требуемая податливость крепи составляет 700-800 мм.

Ввиду того, что такую крепь создать весьма трудно возникает необходимость разработки специальных мероприятий по уменьшению длин породных консолей и снижению ожидаемых смещений.

Одним ш таких решений является создание плоскости скольжения в кровле пласта в сторону выработанного пространства.

Поскольку отрыв консоли происходит по линии 0-0 (рис. 8) или близко к ней, постольку необходимо создать условие, чтобы ее отрыв происходил по плоскости за пределами горной выработки в сторону выработанного пространства. Этого можно достигнуть, в частности, устройством обрезной щели или устройством шпуров-скважин с последующим направленным гидроразрывом пород, то есть создать плоскость скольжения в массиве.

Шахтными исследованиями установлено, что величина зон предельных состояний для рассматриваемых выработок в зависимости от зон их расположения относительно очистных забоев находится в пределах (2-

(19)

Рис.8. Схема к определению необходимой податливости крепи (дЬ): m - мощность пласта, h„ - мощность непосредственной кровли, Lo« - шаг обрушаемой основной кровли; L„ - ширина подготовительной выработки.

1 - подготовительная выработка; 2 - очистной забой; 3 - механизированная крепь; 4 - выработанной пространство; 5 - органная крепь; 6-основная крепь; 7- плоскость скольжения

3,7) Ыо (Яо - приведенный радиус выработки), поэтому плоскость скольжения должна создаваться с учетом этих величин.

Создание плоскости скольжения создается за счет бурения шпуров в кровлю выработки под углами до 68-80° в сторону выработанного пространства с последующим образованием в призабойной зоне шпура ориентированной зародышевой щели и нагнетанием в шпур жидкости. Для образования плоскости скольжения параметры гидроразрыва пород кровли выработки для условий шахтных пластов ОАО "Воркутауголь" составляют: глубина бурения шпуров для зоны I - 3,2 м в почве и 4,8 м в кровле, для зоны II соответственно - 4,2 ми 5,8 м, для зоны III - 5 м и 6,5 м, для зоны IV-V- 5 м и 8 м, длина зародышевой щели - 4+4,5 мм; глубина герметизации -3,5+7 м; максимальное давление гидроразрыва - 22+40 МПа; время нагнетания 2,5+4 мин. Длина трещин гидроразрыва для указанных параметров составит: 7+10 м. На рис. 9 представлена схема расположения скважин для направленного гидроразрыва пород кровли подготовительной выработки.

Поскольку на работу крепи и в целом на устойчивость подготовительной выработки большое значение оказывает деформация пород почвы, в работе рассмотрена методика по определеншо деформации почвы выработки (рис. 10).

Из схемы видно, что почва выработки будет нагружена: вертикальным (Яв,) и боковым (цБ) горным давлением.

Для того, чтобы почва выработки вела себя устойчиво под действием вышеперечисленных сил, необходимо чтобы сумма сжимающих горизонтальных напряжений( Щ и сжимающих напряжений от изгиба /сти) пыла меньше предела прочности пород почвы на сжатие (11<-):

аг+ап - ^С' (2°)

С учетом разработок В НИМИ (Ардашев К.А.), имеем:

о - И уН- а - 2(и„-Цп)Ет (21)

С г - --УН' и - -7—П-

1-ц (2а)

Решая (20) с учетом (21) относительно (т), получим:

к ' - Г^Р7" 1 (22,

т = ------

(и 0 - и п )Е

1-1

Рис.9. Схема расположения скважин для направленного гидроразрыва пластов кровли (НГР)

°Н | 1

*—ц

А

_2а_

У

пгйшшГ

9

у

-2а_

Рис. 10. Схема расположения выработки (а), схема нагрузки на почву выработки (б) и расчетная схема (в) к определению деформации пород почвы подготовительных выработок: ц - вертикальная нагрузка, н/м3; т - мощность пучащего слоя, м ; Ь - шаг крепи, м; 2а- пролет выработки, м

где: ц - коэффициент Пуассона; у - плотность пород; Н - глубина заложения выработки; а - полупролет выработки; Е - модуль упругости пород почвы; 1);1 - подъем пород почвы.

Следовательно, почва выработки (ш) будет вести себя устойчиво, если будет выполняться условие (21).

Поддержание подготовительных выработок в настоящее время осуществляется, как правило, за счег применения податливой металлокрепи из СВП с железобетонной или деревяной затяжкой с узлами податливости, работающими за счет силы трения. Такая конструкция крепи не обеспечивает эксплуатационного состояния выработок, особенно в зонах повышенного горного давления (зоны 3,4,5; рис. 2).

Анализ схем и характеристик работы узлов соединений элементов крепи позволил заключить, что наиболее целесообразным является узел, работающий согласно схеме, представленной на рис. 11.

Такая конструкция позволяет более равномерно перераспределить изгибающий момент по контуру крепи, обеспечить её работу в пределах расчетной податливости, снизить затраты ручного труда и обеспечить механизацию возведения.

Обоснование длины (Ь) и жесткости амортизирующего элемента (г) определяются из условия:

2Ь = % ~ Шх • (23>

а2 К2

где: г - жесткость элемента, Н/см; 1г - рабочий ход элемента, см; а - половина центрального угла верхняка арки, рад; II - радиус арки, см; Е - модуль упругости материала крепи, МПа; - момент инерции СВП, см4.

Таюш образом, из (23) можно, задаваясь величиной податливости (Ь) определить жесткость амортизирующего элемента и его длину, или задаваясь (г) определить (Ь). В работе представлены конструкции арочных и циркульного очертания крепей с шарнирно-амортизирующими узлами податливости.

Одним из эффективных способов поддержания подготовительных выработок в эксплуатационном состоянии является анкерование их почвы и кровли.

По результатам шахтных экспериментов смещений пород, вмещающих подготовительные выработки, с применением анкерной крепи и без нее были построены зависимости опускания и расслоения пород кровли (ик) от расстояния до лавы (Ь) (рис. 12) и зависимости

Р,кн

_ - — — - - — ч /1 _

«в 0Ш А/ / [ 1

А 1 1

/ 1 1 1

/ ..... 1 1 1

Рис. 11. Характеристика работы узла податливости (а) н расчетная схема (б) для шарнирно-амортазирующсй крепи:

Ь - податливость, мм; Р - нагрузка, кН; I - зона работы крепи в податливом и П - в жестком режимах

и»,см.

40

35 30

25

20

15 10

4

Ф

-41 1

1

Г г* Л

1 * ) /л у

3 \ < * А У/ у-

К/ ' / ' / / ■

}

0 .. АЛ

-80 - 60-40 -20 0 20 40 60

-60 - 40 - 20 0 20 40 60 '&)

Рис. 12. Смещения кровли (11«) в зависимости от расстояния до лавы (£):

1 - смещение кровли; 2,3,4 - опускание породных слоев на расстоянии 1,5; 2,5; 4 м от кровли выработки; а)- в выработках с рамной крепью; в}- в выработках со смешанной крепью

относительной конвергенции почвы (U„) от начальной высоты выработки и расстояния до лавы (L) (рис. 13).

Анализ величин и характера смещений горных пород, вмещающих подготовительные выработки, при их креплении рамными и анкерными крепями позволил разработать методику расчета параметров анкерной крепи. На рис. 14 представлена схема к определению конвергенции заанкеро-ванной горной выработки.

При проведении выработок в кровле образуется зона разгрузки от вертикальных напряжений на высоту до 2а, а над ее боками - зона повышенных примерно в 2 раза вертикальных и горизонтальных напряжений. Работами Филатова H.A., Белякова В.Д., Трумбачева В.Ф., Ардашева К.А. и др. установлено, что до разрушения кровли величины вертикальных напряжений в зоне разгрузки (авР) и в зонах повышенных напряжений (авб) определяются как:

к.гн^а-ь.) <=Коу1/2 М ß 2b Л 2 ъ)

где: Ра - сопротивление анкерной крепи; 1гс - расстояние от контура выработки до рассматриваемого слоя пород (0<Ьс<2а); горизонтальные напряжения в зоне разгрузки над выработкой (стгр) равны повышенным горизонтальным напряжениям над ее боками (оггб) и их величина составит:

аГ-о:.!..^-!^.

Опускание кровли над средней частью выработки (иР) составит:

и = (КоУН-Р )(2Ь-ЬС) (26)

2Е

где: К0 - коэффициент концентрации напряжений; X - коэффициент бокового распора; Н - глубина заложения выработок; Е - модуль упругости пород При разрушении расслоившейся кровли разрушение слоев про-

130 ----1-----

120------------^j —

100 hw ШЧ—-----

90 _____

ва J Л Щ Ш._____

70 -______и-------

ео-------А--------—

50 __I г^^__

40----Ar^^Tf-----

30---

20 —г—

ю---^„^¿З--------

О ^T—i- гС-г^.Л_lililí

80604020020406060 100 120 140

Рис. 13. Пучение почвы (U„) в зависимости от расстояния до лавы (£): 1 - без упрочнения почвы, анкерами; 2,3,4 - с упрочнением почвьйЯкерами.

U цсм.

11 YpS т

г 1 / у

/ и / /

1 1

е. i

i ■ —

/ ч < / / /

/ -Ц i / V У -—Í л . —

/С / у

xt /О ^ Í •

80604020020406060 100 120 140

кровли и поднятие почвы; Ь - высота выработки; Ьа - длина анкера; дт - расслоение пород кровли; дп - деформация боков выработки

Рис. 15. Изменение конвергенции контура выработки:

1,2 - конвергенция почвы и кровли без НГР и с НГР кровли и почвы; 3,4 - пучение почвы с НГР почвы и кровли с анкерованием почвы и без него; 5.6 - смещение кровли с НГР и без него; 7 - пученне почвы без НГР боковых пород

исходит при условии:

а?+аи+аи-Ои>Яс. аъ

где: С>г - сжимающие горизонтальные напряжения; СТИ - вертикальные

напряжения над выработкой; О ^ - напряжения изгиба от собственного ве-_р

са; О и - напряжения изгиба от сопротивления крепи.

в _ 8ЦрЕт {28)

и" Ь2 '

где: иР - опускание кровли до расслоения, см (2Ь) и дополнительного опускания слоев за счет образования зазора между слоями (5).

у _ (КлН-Р3)(2Ь-Ьс)| 5(ЬР-ЬС) (29)

" 2Е т

Результаты расчетов С г по (25) и О" и по (28) с учетом иР по

в

(29) показывают, что при К0=1 и ш=0,8 м С7,, почти в 3,5 раза больше

На больших глубинах вокруг подготовительных выработок образуются зоны предельного состояния пород с размерами от 1,7 до 2,5 Ьи (Ьв -высота выработки) (рис. 5). Выдавливание пород в выработку в этих зонах происходит в условиях объемного сжатия, а ширина зоны разрушения даже на очень больших глубинах не превышает 1,3-2,5 м. Поэтому сопротивление анкерной крепи должно быть в пределах 75-90 кН/м2. Длина же анкеров должна соответствовать размерам этих зон в зависимости от расположения выработок относительно очистных забоев, а именно: для зон I, II - 2,1-2,5 м, для зон III-V - 3,5-4,2 м. Достаточная плотность установки анкеров - 0,80,9 анк/м2.

Экспериментальная проверка рекомендуемых способов обеспечения устойчивости подготовительных выработок выполнялась на шахтах ОАО "Воркутауголь" с целью отработки параметров направленного гидроразрыва (НГР) кровли и почвы пласта, разгрузки почвы и кровли способом бурения разгрузочных скважин и анкерованием кровли и почвы выработки при

ее поддержании крепью с шарнирно-амортизирующими узлами податливости.

Анализ результатов экспериментов (рис. 15) показал, что конвергенция контура подготовительной выработки без мероприятий по разгрузке достигает 900 мм на расстоянии 40 м за лавой; пучение почвы на этом же расстоянии достигает 600 мм. При направленном гидроразрыве кровли и почвы и анкерованием последней пучение снижается с 900 мм до 300 мм за один и тот же промежуток времени.

Экспериментальная проверка эффективности способов по повышению устойчивости подготовительных выработок позволила сделать следующую их оценку:

- способ повышения устойчивости за счет бурения разгрузочных скважин в почву выработки обеспечивает уменьшение пучения почвы за счет изменения НДС массива на 20^25 %.

- за счет анкерования почвы несущая способность последней увеличивается на 25 %, что предотвращает ее расслоение и позволяет уменьшить пучение на эту же величину.

- за счет анкерования кровли уменьшается нагрузка на штрековую крепь, повышается ее работоспособность, уменьшается общая конвергенция контура выработки на 30 %.

- применение направленного гидроразрыва кровли и почвы выработки позволяет уменьшить конвергенцию вмещающих пород в 1,8-.-2 раза.

- использование всех мероприятий по разгрузке массива в комплексе позволяет уменьшить общую конвергенцию контура выработки почти в 2 раза и тем самым сохранить ее для повторного использования с минимальными затратами на поддержание.

Экономический эффект от применения вышеперечисленных мероприятий только по пласту "Четвертому" в целом по объединению составит 1478 млн. руб. в ценах 1995 года или 3,4+4 руб. на 1 руб. затрат.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации, представляющей собой законченную научную работу, дано теоретическое обобщение и новое решение крупной народнохозяйственной проблемы - крепления и охраны подготовительных выработок при разработке полого залегающих пластовых месторождений.

Особенностью работы является то, что предлагаемые решения по выбору средств и способов эффективного поддержания подготовительных выработок базируются на установленных шахтными экспериментами и на-

37

блюдениямн закономерностях изменения напряженно-деформированного состояния (НДС) вмещающего их массива.

Разработаны и испытаны активные способы и средства по поддержанию подготовительных выработок, в которых используются передовые технические решения, позволяющие активно управлять горным давлением и обеспечивать их эксплуатационное состояние за весь срок службы.

Широкое внедрение разработанных активных способов и средств обеспечения устойчивости подготовительных выработок позволит значительно уменьшить смещение вмещающих пород и тем самым обеспечить безопасное и эффективное их подержание.

Основные научные и практические выводы, полученные в результате завершенных исследований заключаются в следующем:

1. Основные деформации почвы и кровли подготовительных выработок происходят в зоне активных смещений пород и достигают 60-70 % конвергенции выработок. Применяемые в этой зоне крепи усиления и охранные (обрезные) крепи вместе с основными не обеспечивают эксплуатационное состояние выработок. Смещения почвы пластов "Мощного" и "Четвертого" в этой зоне в 1,5-2 раза больше смещений кровли.

2. Разработанная геомеханическая модель деформирования массива вокруг подготовительных выработок, учитывающая возникновение и развитие зон предельного состояния и пластической дилатансии в зависимости от влияния смежных лав, позволяет обосновать активные способы их эффективного поддержания на основе применения ориентированных плоскостей скольжения в кровле и почве выработок, исключающие динамическое их разрушение и значительно снижающее величину их конвергенции.

3. Определенные шахтными экспериментами величины смещений и характер проявлений горного давления в различных зонах существования подготовительных выработок позволяют обосновать способы и средства их эффективного и безопасного поддержания, включающие основные крепи, крепи усиления, охранные сооружения и способы изменения НДС массива с учетом физико-механических свойств вмещающю пород, склонности почвы к пучению, глубины заложения и степеш разрыхления пород.

4. Эффективное поддержание подготовительных выработок при отработке первой из смежных лав в условиях больших глубин обеспечиваете} снижением величины и скоростей смещений вмещающих пород, з; счет применения анкерной крепи, крепи с шарнирно

38

амортизирующими узлами податливости и скважтшой разгрузки массива.

Установлено, что создавать скважинную разгрузку, при борьбе с пучением почвы, необходимо вне зоны опорного давления в 60-80 м перед лавой с глубиной бурения, обеспечивающей перекрытие зоны разрыхления пород (2,5-3,2 м). Бурение в почве выработки наклонных (604-80°) в сторону лавы скважин, позволяет уменьшить пучение почвы в 1,5 раза, а конвергенцию выработок на 30%; бурение наклонных скважин в сторону выработанного пространства в кровлю выработки позволяет снизить нагрузку на основную и охранную крепи и снизить конвергенцию выработок на 204-25%; анкерование почвы выработок увеличивает несущую способность последней на 30%, предотвращает ее расслоение и позволяет уменьшить пучение на эту же величину; анкерование кровли выработки уменьшает нагрузку на штрековую крепь и снижает общую конвергенцию выработок на 304-40%. Глубина анкерования с учетом величины разрыхления приконтурного массива для шахтопластов Воркутского месторождения составляет для I, II зон-2,1-2,5 м, для зон III-V - 3,5-4,2 м при применении сталеполимерных и железобетонных анкеров.

5. Эксплуатационное состояние подготовительных выработок при отработке второй из смежных лав обеспечивается изменением поля напряжений во вмещающем массиве за счет уменьшения интенсивности разрыхления вмещающих пород путем создания в кровле и почве выработок направленных плоскостей скольжения, обеспечивающих минимальную длину породных консолей, снижающих величину смещений почвы и кровли в 2-2,5 раза и нагрузок на основную и охранную крепи в 4-4,5 раза.

Установлено, что для образования плоскостей скольжения в почве-кровле выработок глубина бурения составляет - 4+8 м; давление гидроразрыва - 22+40 МПа и время нагнетания - 2,54-4 мин.

Основные положения и научные результаты опубликованы в следующих работах:

1. Совершенствование арочной металлической крепи из спецпрофиля // Шахтное строительство, 1966, № 9, с. 22-25 (Соавтор Бокий В.Б.Х

2. Расчет и сравнительный анализ арочной крепи в зависимости эт числа шарниров в конструкции // Известия вузов. Горный журнал, 1967, №9, с. 12-15.

3. Исследование устойчивости подготовительных выработок на шахтах Чурубай-Нуринского района. // Проектирование и строительство угольных предприятий, 1967, № 7, с. 21-26 (Соавтор Бокий В.Б.).

4. Совершенствование сборной железобетонной шарнирно-податливой крепи II Шахтное строительство, 1968, № 3, с.7-10. (Соавторы: Фридлянд A.M., Бокий В.Б., Мельниченко В.П.)

5. Шахтное исследование и моделирование горно-технических условий поддержания и охраны горных выработок и методика выбора их места заложения в условиях шахт. "Шахтинскуголь" // Сб. Рефератов по законченным работам, JL, 1970, с. 12-17. (Соавтор Бокий В.Б.).

6. Расчет арок с точки зрения выбора их очертания и числа шарниров в конструкции // Материалы научно-технической конференции, Коми книжное издательство, Сыктывкар, 1971, с.35-40.

7. Выбор рациональных углов наклона железобетонных штанг // Современные вопросы шахтного строительства, материалы совещания, Л., 1971, с. 35-39 (Соавторы: Мирзаев Г.Г., Фоменко В.Н., Брежнев Г.П.)

8. Определение напряжений в призабойной зоне скважин II Труды УфНИИ, 1972, с.20-25. (Соавторы: Гержберг Ю.М., Жеребкин А.И.)

9. К вопросу определения механических и образивных свойств горных пород Тимано-Печорской провинции. // Труды ЛГИ, 1978, № 5, с. 35-38 (Соавторы: Кузнецов В.А., Краснобабцев Г.М.)

10. Экспериментальный метод определения отклоняющих сил при взаимодействии долота с наклонно залегающими анизотропными горными породами // Нефть и газ, 1978, № 6, с.11-13. (Соавторы: Гержберг Ю.М., Жеребкин А.И.)

11. Исследование зависимости твердости горных пород от величины всестороннего гидростатического сжатия // Межвузовский сборник, Уфа, 1979, с. 78-82 (Соавторы: Кузнецов В.А., Волкова И.И.)

12. A.C. № 878896, Устройство для бурения скважин / Б.И. № 41, 1981 (Соавторы: Акопов Э.А., Гержберг Ю.М.)

13. Использование данных о прочностных и образивных свойствах горных пород при выборе способа их разрушения // Физические процессы горного производства. Л., вып. 10, 1982, с. 15-17. (Соавтор Бокий В.Б.]

14. О прогнозировании механических свойств горных пород Л Технология бурения нефтяных и газовых скважин. Уфа, 1984, с. 20-24 (Соавторы: Кузнецов В.А., Фомин A.C.)

15. К вопросу определения физико-механических свойств горны> пород в условиях всестороннего сжатия // Технология бурения нефтяных i газовых скважин. Уфа, 1984, с. 12-14 (Соавтор Жеребкин А.И.)

16. Определение предела упругости горных пород // Устойчивость и крепление горных выработок. Л., 1986, с. 51-53.

17. Усовершенствованная технологическая схема проведения протяженных горизонтальных горных выработок // Шахтное строительство, 1986, № 11, с. 19-20 (Соавторы: Подолян В.К., Давыдовский В.В.)

18. Мягкие оболочки в шахтном строительстве // Материалы 8-ой Дальневосточной конференции по мягким оболочкам, Владивосток,

1989, с.35-38. (Соавторы: Терещенко В.П., Горенок А.К.).

19. Упруго-пластическое приближение метода В.В. Власова в задачах геомеханики // Управление горным давлением и прогноз безопасных условий освоения угольных месторождений, Л., ВНИМИ, 1989, с. 18-24. (Соавторы: Ильина Л.П., Терещенко В.П.).

20. Приложение метода В.В. Власова в полярных координатах в задачах горной геомеханики // Горный журнал Известия вузов, 1989, с. 1218. (Соавторы: Ильина Л.П., Терещенко В.П.)

21. Расчет величины пучения почвы подкрепленной горной выработки // Разработка полезных ископаемых и шахтное строительство в условиях Крайнего Севера, Материалы II республиканского научно-технического семинара, Воркута, ПечорНИИпроект, 1989, с. 10-16 (Соавторы: Шерстнев А.Н., Терещенко В.П.)

22. Упруго-пластическая задача о конвергенции почвы в подкрепленной выработке // Подземная разработка тонких и средней мощности угольных пластов. Тула, 1989, с. 114-118 (Соавтор Терещенко В.П.)

23. Поддержание пластовых горизонтальных горных выработок при бесцеликовой отработке пластов // Современные методы разведки и разработки месторождений полезных ископаемых в условиях Крайнего Севера. Труды III республиканского семинара. Сыктывкар, 1989, с. 109-113.

24. Вариационный метод определений деформаций горного массива вокруг неподкрепленной горизонтальной горной выработки // Устойчивость и крепление горных выработок. Межвузовский сборник научных трудов. Л., 1988, с. 61-64 (Соавторы: Терещенко В.П., Горенок А.К.),

25. Поддержание пластовых горизонтальных выработок при бесцеликовой отработке пластов // Механика горных пород, том 123, С.-Пб,

1990, с. 61-65.

26. Совершенствование способов охраны горизонтальных пластовых подготовительных горных выработок в условиях ПО "Воркута->толь" // Устойчивость и крепление в сложных условиях Л., 1990, с. 69-71, Соавтор - Конокотов Н.С.).

27. Металлическая податливая крепь с шарнирно-демпфирующими узлами податливости // Строительство шахт, рудников и подзем-

ных сооружений, Свердловск, СГИ, 1990, с. 8-11 (Соавторы: Попов Ю.П., Тулин П.К., Шелехов И.Г.).

28. Пути сокращения затрат на поддержание повторно используемых горных выработок при бесцеликовой отработке пластов. // 1990, № 7, с. 48-50 (Соавторы: Горенок А.К., Скучков A.A.)

29. Охрана повторно используемых подготовительных пластовых горных выработок // Крепление и поддержание горных выработок, Межвузовский сборник, С.-Пб, 1992, с. 27-30 (Соавторы: Андрющенко К.Е., Горенок А.К., Гусельников Л.М.)

30. Совершенствование способов охраны горизонтальных горных пластовых подготовительных выработок // Передовые технологии разведки и добычи полезных ископаемых, особенности строительства и экологии в условиях Крайнего Севера, Сыктывкар, 1981, с. 245-251 (Соавтор -Горенок А.К).

31. Пути снижения конвергенции горных выработок при бесцеликовой технологии // Народное хозяйство республики Коми, Сыктывкар, 1992т. 1, № 2, с. 288-290 (Соавтор Горенок А.К.)

32. Охрана подготовительных выработок угольных шахт в зонах повышенного горного давления /У Международный симпозиум по проблемам прикладной геологии, горной науки и производства, С.-Пб, 1993, с. 8994.

33. Геомеханическое обоснование способов поддержания выработок околоствольных дворов и пучащих пород НШУ Яреганефть. // Третий международный симпозиум "Горное дело в Арктике". Тезисы докладов С.-Пб, 1994, с. 122 (Соавтор Протосеня А.Г.).

34. Автоматизированная система проектирования и управление технологическими процессами при отработке выемочных столбов угольны? шахт // Эффективная и безопасная добыча угля на базе современных достижений геомеханики. С.-Пб, ВНИМИ, 1996 (Соавторы Протосеня А.Г. Васильев A.B. и др.)

35. Геомеханическое обоснование параметров разгрузочных ще лей в околоствольных выработках Нефтешахт Яреги // XI Российская кон ференция по геомеханике горных пород. С.-Пб, ЛИСИ, 1997, с. 127-130.

36. Определение величины смещений контура подготовительны: выработок для условий ОАО "Воркутауголь" с учетом разрыхления горны: пород // V Международный горно-геологический форум. Тезисы докладов С.-Пб, 1997, с. 79-80 (Соавтор: Протосеня А.Г.)

37. Система "MINING" по моделированию подготовки и отра ботки пластов на угольной шахте. С.-Пб, 1997, 107 с. (Соавторы: Василье A.B., Протосеня А.Г., Селиванов С.П.).

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)

На правах рукописи

Долгий Иван Емельянович

УСТОЙЧИВОСТЬ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК

УГОЛЬНЫХ ШАХТ В УСЛОВИЯХ АКТИВНОГО ПРОЯВЛЕНИЯ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ

Специальности:

05.15.04 - "Строительство шахт и подземных сооружений" 05.15.02 - "Подземнаяразработка полезных ископаемых"

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

0$ й?

Санкт-Петербург - 1998

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ 4

Глава I СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЙ 6

1.1. Угольные месторождения и бассейны СНГ 6

1.2. Выбор объектов детальных исследований 8

1.3. Горно-геологические и горнотехнические условия проведения и поддержания горных выработок на угольных месторождениях Печорского бассейна 10

1.4. Анализ проявлений горного давления в выработках угольных месторождений Печорского бассейна 33

1.5. Гипотезы проявлений горного давления 42

1.6. Общая характеристика методов борьбы с проявлениями горного давления 46

1.7. Повышение устойчивости горных выработок и исследования механизма их деформации 48

1.8. Анализ способов и средств борьбы с деформациями подготовительных выработок 54

Глава II МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЯВЛЕНИЙ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ В ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТКАХ

73

2.1. Методика проведения исследований проявлений горного

давления 73

2.2. Инструментальные определения деформаций горных

пород и крепи 80

2.3. Результаты исследований проявления горного давления в

подготовительных выработках 80

Глава III АНАЛИТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ФОРМИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ВОКРУГ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК 100

3.1. Методика определения деформаций горного массива

вокруг неподкрепленной горизонтальной горной выработки 100

3..2. Методика определения деформации подкрепленной

горизонтальной горной выработки 108

3.3. Методика определения деформации контура

подготовительной выработки циркульного очертания 113

3.4. Деформирование и разрушение горных пород вокруг подготовительных выработок при отработке смежных лав

3.5. Методика определения деформации подготовительных выработок с учетом коэффициента разрыхления вмещающих пород

Глава 1У РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ И СРЕДСТВ ОБЕСПЕЧЕ-НИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК

140

4.1. Разработка крепи для крепления подготовительных горных выработок

4.2. Разработка способа разгрузки горного массива

4.3. Разработка способов эффективного поддержания пластовых подготовительных горных выработок

4.3.1. Обоснование конвергенции кровли подготовительной выработки

4.3.2. Обоснование конвергенции почвы подготовительной выработки

4.4. Обоснование параметров анкерной крепи для поддержания кровли и боков подготовительных выработок в условиях интенсивного горного давления

141 154

118 160 166

168

Глава У ШАХТНЫЕ ИСПЫТАНИЯ СПОСОБОВ И СРЕДСТВ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ УСТОЙЧИВОСТИ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК И ИХ ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА

174

5.1. Экспериментальная оценка способов и средств обеспечения устойчивости подготовительных выработок 174

5.2. Экономическая оценка способов и средств обеспечения устойчивости подготовительных выработок 184

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

ПРИЛОЖЕНИЯ

195 198 224

ВВЕДЕНИЕ

По прогнозу ИГД им. А.А. Скочинского, добыча угля к 2005 году составит около 9000 млн. т, нагрузка на очистной забой возрастет с 389 т/сутки до 650 т/сутки, то есть в 1,67 раза. Естественно, предъявляются новые требования и к скорости воспроизводства мощностей шахт. Скорость проведения выработок должна возрасти не менее чем в 1,7 раза. При этом производительность труда проходчиков должна возрасти в 2,3+2,5 раза, а уровень ручного труда не превышать 15+20 %. Если учесть, что к этому времени, в частности, в Печорском угольном бассейне глубина разработки превысит 1000 м; усложнятся горно-геологические условия проходки, большинство угольных пластов будет отрабатываться с применением бесцеликовой технологии, то становится очевидной актуальность и сложность решения вопросов, связанных с совершенствованием техники и технологии проходки и поддержания протяженных горных выработок с целью повторного их использования.

В настоящее время бесцеликовая технология отработки пологозале-гающих пластов находит все более широкое распространение. Переход на разработку глубоких горизонтов с применением этой технологии вызвал ухудшение состояния подготовительных выработок. Затраты на их охрану и поддержание часто превосходят затраты на проходку в 2+2,5 раза. Есть все основания полагать, что с дальнейшим увеличением глубины разработки, состояния выработок будут ухудшаться.

На возможность изменения поведения породного массива с ростом глубины разработки указывали многие исследователи [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, и др.].

В связи с этим необходимо усовершенствование или разработка таких способов и средств охраны, которые обеспечат надежное поддержание выработок в течении всего срока их службы.

Проблема поддержания подготовительных выработок при бесцелико-вой технологии состоит из комплекса вопросов, связанных с повышением устойчивости породных обнажений в выработке, снижением напряженного состояния массива, выбором конструкции крепи, разгрузки массива от горного давления и в выборе способов и средств охраны и поддержания.

Настоящая работа посвящена научному обоснованию способов и средств обеспечения устойчивости подготовительных выработок при разработке пологозалегающих пластовых месторождений.

Предлагаемые в работе решения позволяют значительно улучшить состояние подготовительных выработок глубоких горизонтов угольных шахт и снизить затраты на их охрану и поддержание. Рекомендации разрабатывались для условий глубоких горизонтов шахт Печорского бассейна, вместе с тем не исключается возможность их использования в аналогичных условиях других бассейнов страны.

Работа выполнялась в Печорском угольном бассейне в течении 19841996 г.г. Исследования проводились в С.-Петербургском горном институте, институте ПечорНИИпроект, а также были использованы материалы ранее выполненных автором исследований по Карагандинскому угольному бассейну.

Глава I

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Угольные месторождения и бассейны СНГ

Угольные месторождения являются типичными пластовыми месторождениями, где не только залежь полезного ископаемого, но и вся вмещающая толща имеет явно выраженное слоистое строение, причем слагающие ее слои, пласты и пропластки состоят из пород, имеющих весьма различные физико-механические свойства. По сравнению с месторождениями большинства других полезных ископаемых угольные месторождения обладают весьма значительными объемами, а мощности пластов полезного ископаемого составляют незначительную долю линейных размеров залежи. Таким же соотношением размеров характеризуются слои вмещающих пород.

На территории стран СНГ известны как отдельные месторождения углей, так и крупные угленосные площади и угольные бассейны. На европейской части бывшего СССР хорошо изучены Донецкий, Печорский, Подмосковный, Львовско-Волынский, Днепровский и Кизеловский угольные бассейны: Ткварчельское, Ткибули-Шафское и Ахалцихское месторождения в Грузии, Бабаевское месторождение в Башкирии. В азиатской части бывшего СССР известны Кузнецкий, Канско-Ачинский, Карагандинский, Экибастузский,' Ленский, Тунгусский, Южно-Якутский и др. бассейны. На территории бывших среднеазиатских республик эксплуатируются месторождения: Ангренское и Шаргуньское в Узбекистане; Кызылкийское, Кок-Янгакское, Сулюктинское и Джегарланское - в Киргизии; Шурабское - в

Таджикистане. В Российской Федерации добыча угля в основном сосредоточена в бассейнах; Кузнецком, Печорском, Донецком (в его российской части) и Канско-Ачинском. За 1994 г. было добыто 261,1 млн. т. Все описываемые месторождения обладают весьма большими различиями в структурных условиях залегания угольных пластов. По мере повышения степени метаморфизма углей и, соответственно, степени литификации вмещающих пород прочностные свойства угленосной толщи возрастают. В таких условиях появляется возможность найти подходящие объекты для нарезки крупных шахтных полей и организации высокомеханизированной угледобычи. К такому типу относятся Кузнецкий, Печорский, Донецкий, Горловский и Партизанский бассейны, месторождения о. Сахалин и многие другие. Однако, нахождение этих бассейнов и месторождений в подвижных (геосинклинальных) областях земной коры зачастую вызывает сильную тектоническую нарушенность, препятствующую эффективным эксплуатационным работам.

Совершенно другими свойствами обладают угленосные толщи в платформенных областях, сложенных слабометаморфизированными породами. Обводненность этих пород повышена, условия отработки угольных пластов достаточно сложны. Примерами могут служить Подмосковный бассейн, буроугольные месторождения Приморья, Забайкалья и др.

Проявления горного давления в слоистых толщах должны изучаться на месторождениях с различной сложностью геологического строения, в том числе и с неблагоприятными горно-геологическими условиями. Так, например, в Челябинском бассейне интересны диапировые явления, в Горловском бассейне - сочетание сложной тектоники с высокой степенью литификации пород, в Партизанском бассейне - большое количество тектонических нарушений. Однако, главными объектами исследований

должны быть промышленно перспективные месторождения с достаточно ценными углями и благоприятными условиями разработки.

1.2. Выбор объектов детальных исследований

При всех различиях горнотехнических условий угольных месторождений у них есть и сходные черты. В основе этого сходства лежит единство поведения слоистой толщи, включающей в себя пласты полезного ископаемого. Это выражается как в характере проявлений горного давления, так и в характере деформаций горных выработок.

Для выбора объектов исследований необходимо учитывать глубину, достигнутую горными работами, практическую потребность в совершенствовании способов проходки и поддержания подготовительных горных выработок, перспективность продолжения и развития эксплуатационных работ. Всем этим требованиям отвечают разрабатываемые месторождения Печорского бассейна, в первую очередь - Воркутское, разрабатываемое шахтами производственного объединения "Воркутауголь". При достигнутых в бассейне глубинах на этих шахтах в подготовительных выработках фиксируются большие (от 0,5 до 2,0 м) смещения боковых пород. Увеличение глубин отрабатываемых пластов приведет к еще большим значениям этих смещений. Обеспечить удовлетворительное эксплуатационное состояние выемочных выработок, сохраняемых для повторного использования, на глубинах более 700 м с использованием выпускаемых промышленностью крепей и известных пассивных способов охраны невозможно без применения научно обоснованных и разработанных для бассейна активных способов перераспределения напряжений вокруг выработки [12]. Не решив эту проблему, объединение не сможет сконцентрировать горные работы на оставшихся шахтах.

Практический опыт эксплуатации повторно используемых подготовительных выработок в объединении "Воркутауголь" и в других угольных бассейнах показывает, что в настоящее время нет радикальных способов и средств, позволяющих обеспечить удовлетворительное эксплуатационное состояние выработок на глубинах более 700 м. Организационные способы имеют множество своих недостатков. Это связано с тем, что в настоящее время нет единой методологии и теории, объясняющей, за счет чего происходят такие большие смещения в выемочных подготовительных выработках при бесцеликовых технологиях отработки угольных пластов.

Из анализа проявлений горного давления становится ясным, что их характер во многом определяется неоднородностью слоистого массива. Для более подробного выбора следует привлечь классификацию динамических явлений.

В зависимости от причин возникновения динамических явлений и их природы все явления можно разбить на несколько групп и типов. Форма и расположение полостей явлений, их глубина, трещиноватость стенок, размеры кусков разрушенной породы, место и время происшедших явлений, наличие газа - все эти признаки могут помочь в более точном определении характера деформации контура выработки.

Общие черты проявлений горного давления наблюдаются не только в подготовительных выработках угольных месторождений, но и при очистных работах.

Состав и свойства вмещающих пород на всех месторождениях достаточно постоянен, поэтому в качестве типичных условий можно рассмотреть условия Воркутского месторождения. Это оправдано еще и потому, что здесь достигнута наибольшая в бассейне глубина ведения горных работ и, соответственно, особенности проявлений горного давления должны быть изучены наиболее подробно.

1.3. Горно-геологические и горнотехнические условия проведения и

поддержания горных выработок на угольных месторождениях Печорского бассейна

Печорский угольный бассейн расположен на Северо-востоке европейской части России (рис. 1.1). На востоке его границами являются Приполярный и Полярный Урал. На севере - побережье Карского и Баренцева морей. На западе граница условно проводится по меридиану 58°. Южная граница расположена в верховье р. Косью - правого притока р. Усы, впадающей в р. Печору.

Бассейн расположен в пределах республики Коми и Ненецкого национального округа Архангельской области. Большая часть бассейна находится за Полярным кругом. Повсеместно распространена многолетняя мерзлота, средняя мощность которой достигает 50-70 м. Общая площадь бассейна составляет 90 тыс. км .

Климат района характеризуется суровой продолжительной зимой и коротким летом. Среднегодовая температура воздуха составляет -7°; минимальная -53,2°; максимальная +36-40°С. Зимой преобладают западные и юго-западные ветры., летом северные и северо-восточные. Годовое количество осадков (в основном твердых) 500-700 мм, число дней с метелями - 115, с температурой воздуха -35°С и ниже 30-35 дней. Постоянный снег лежит 230 дней, снежный покров достигает 2-2,5 м.

Общие ресурсы углей Печорского бассейна до глубины 1500 м составляют 741 млрд. т, из которых 234 млрд. т отвечают кондициям по мощности пласта (0,7 м) и зольности (40 %). До глубины 600 м сосредоточено 36,5 % всех ресурсов. До глубины 900 м - 61,7 %. Около половины ресурсов находятся в пластах мощностью 1,2-3,5 м. Ресурсы коксующихся углей оцениваются в 41 млрд. т, из них 24,4 млрд. т -кондиционные. Разведанные балансовые запасы составляют 9 млрд. т, то есть разведанность ресурсов не достигает 5 %. О слабой степени разведанности

ЮМЕНСКаЯ робл.

Л]

западная граница Бассейна; административные границы; границы УР и ГПР

Месторождения, площади, участки

1. Еръягинское

2. Лиурьянинское

3. Табъское

4. Талотинское

5. Янгарейское

6. Хейягинское

7. Нямдинское

8. Силовское

9. Паембойское

10. Хальмерьюское

11. Верхнесырьягинское

12. Нижнесырьягинское

13. Воркутинское

14. Воргашорское

15. Юньягинское

16. Усинское

17. Сейдинское

18. Верхнероговское

19. Елецкое

20. Северная площадь Косью-Роговское впадины

21. Интинское

22. Кожимское

23. Кочмесский

24. Ошперский

25. Нечинское

26. Южная площадь Косью-Роговской впадины

27. Ватьярское

28. Тальбейское

29. Шарью-Заостренское

30. Среднеадзьвинское

31. Купппорское

32. Сынинское

Неразрабатываемые месторождения угля:

О - энергетического; Щ - коксующегося Щ. - энергетического и коксующегося

Разрабатываемые месторождения угля: ; г- энергетического; ШЩ. - коксующегося; ¡«ей! - энергетического и коксующегося; ЕуЩ - допермские отложения

Рис.1.1.

Обзорная карта Печорского угольного бассейна

ресурсов свидетельствует также тот факт, что доля его балансовых запасов в России составляет 3,2 %.

Доля Печорского бассейна в общей добыче угля по Российской Федерации составляет 7,5 %, в добыче угля подземным способом - 17,1 %, в добыче коксующихся углей - 20,9 %.

Промышленная добыча угля в Печорском бассейне началась в 1934 г. на Воркутском месторождении, а в 1942 г. и в Интинском районе. До 1955 г. все добываемые угли использовались только для энергетических нужд и только с конца 1995 г. воркутинские коксующиеся угли, являющиеся ценным технологическим сырьем для коксохимического производства, начали использоваться на Череповецком металлургическом комбинате (ЧМК), на Новолипецком металлургическом комбинате (НМК) и других заводах.

С начала эксплуатации в бассейне добыто около 800 млн. т угля. В Европейской части страны в настоящее время он обладает самым высоким промышленным потенциалом. Добычу угля в Печорском бассейне за последние годы характеризует табл. 1.1.

Таблица 1.1

Динамика добыч