Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал), 2014, № 10 (спецвып.)
Обоснование параметров подготовки выемочных участков при отработке свит пластов длинными забоями
Покупка
Тематика:
Горная промышленность. Металлургия
Издательство:
Горная книга
Год издания: 2014
Кол-во страниц: 12
Дополнительно
Вид издания:
Журнал
Артикул: 701124.0001.99
Доступ онлайн
405 ₽
В корзину
Представлены результаты исследований отработки сближенных
пластов длинными забоями на шахте им. Кирова ОАО «СУЭК-Кузбасс».
По результатам отработки четырех выемочных участков по пласту Поленовский с различным расположением выработок относительно зон повышенного горного давления (ПГД) от ленточных целиков на сближенном пласте Болдыревский сформулированы предложения по планированию горных работ на сближенных пластах. Выполнен анализ случаев
разрушения выемочных выработок в зонах влияния надработки при отработке свит угольных пластов. Приведена оценка экономического
ущерба, вызванного простоями высокопроизводительного очистного
оборудования длинных очистных забоев. Выполнен анализ действующих
нормативных документов, определяющих методы построения зон ПГД
при подработке или надработке сближенных пластов. Разработана расчетная схема для оценки влияния надработки и состояния выемочных
выработок при отработке свиты сближенных пластов и приведены результаты численных исследований напряженно-деформированного состояния массива методом конечных элементов.
Тематика:
ББК:
УДК:
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
О.И. Казанин А.А. Сидоренко А.Ю. Ермаков О.В. Ванякин ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПОДГОТОВКИ ВЫЕМОЧНЫХ УЧАСТКОВ ПРИ ОТРАБОТКЕ СВИТ ПЛАСТОВ ДЛИННЫМИ ЗАБОЯМИ
УДК К 14 622.831:622.272.62 К 14 Книга соответствует «Гигиеническим требованиям к изданиям книжным для взрослых» СанПиН 1.2.1253-03, утвержденным Главным государственным санитарным врачом России 30 марта 2003 г. (ОСТ 29.124—94). Санитарно-эпидемиологическое заключение Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека № 77.99.60.953.Д.014367.12.13 Казанин О.И., Сидоренко А.А., Ермаков А.Ю., Ванякин О.В. Обоснование параметров подготовки выемочных участков при отработке свит пластов длинными забоями: Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). Отдельная статья (специальный выпуск). — 2014. — № 10. — 12 с.— М.: издательство «Горная книга» ISSN 0236-1493 Представлены результаты исследований отработки сближенных пластов длинными забоями на шахте им. Кирова ОАО «СУЭК-Кузбасс». По результатам отработки четырех выемочных участков по пласту Поленовский с различным расположением выработок относительно зон повышенного горного давления (ПГД) от ленточных целиков на сближенном пласте Болдыревский сформулированы предложения по планированию горных работ на сближенных пластах. Выполнен анализ случаев разрушения выемочных выработок в зонах влияния надработки при отработке свит угольных пластов. Приведена оценка экономического ущерба, вызванного простоями высокопроизводительного очистного оборудования длинных очистных забоев. Выполнен анализ действующих нормативных документов, определяющих методы построения зон ПГД при подработке или надработке сближенных пластов. Разработана расчетная схема для оценки влияния надработки и состояния выемочных выработок при отработке свиты сближенных пластов и приведены результаты численных исследований напряженно-деформированного состояния массива методом конечных элементов. Ключевые слова: подземная угледобыча, свиты угольных пластов, длинные очистные забои, зоны ПГД, выемочные выработки, нагрузка на очистной забой. УДК 622.831:622.272.62 © О.И. Казанин, А.А. Сидоренко, А.Ю. Ермаков, О.В. Ванякин, 2014 © Издательство «Горная книга», 2014 ISSN 0236-1493 © Дизайн книги. Издательство «Горная книга», 2014
В настоящее время наиболее эффективной технологией подземной угледобычи, получившей широкое распространение как в России, так и за рубежом, является отработка пластов длинными очистными забоями, оборудованными высокопроизводительными механизированными комплексами. Однако, в ряде случаев при отработке сближенных пластов эффективность применения современного оборудования остается недопустимо низкой. Одной из основных причин низкой эффективности очистных работ является частый переход выемочных выработок в неудовлетворительное состояние вследствие их частичного или полного разрушения. Такое разрушение выработок приводит к остановке и, как правило, длительному простою очистного забоя и требует высокозатратного ремонта выработок или проведения новой дополнительной параллельной выработки. Величина ущерба от простоев очистного забоя зависит от уровня издержек на шахте и отпускной цены угля и может иметь значения в широких пределах: от сотен тысяч до десятков миллионов рублей. Так для шахт Кузбасса в 2013 году ущерб от простоев лавы оценивался в среднем величиной 70000—100000 долл/сут., а длительность простоев в ряде случаев превышала 90 дней. Следует отметить, что большинство шахт Кузбасса ведет отработку свит пластов в условиях их взаимного влияния, а сама подготовка таких пластов к выемке характеризуется разнообразием применяемых вариантов взаимного расположения выработок по пластам. Таким образом, задача выбора и обоснования схем подготовки свит угольных пластов к отработке, обеспечивающих наибольшую эффективность работы длинных очистных забоев, является актуальной для большинства российских шахт. Для выявления степени влияния различных горногеологических и горнотехнических факторов на эффективность отработки запасов сближенных пластов и исключения простоев очистного оборудования, вызванного частичным или полным разрушением выемочных выработок, был проведен анализ горногеологических и технологических условий ведения горных работ на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс». Для шахт компании характерны следующие горно-геологические условия: глубина ведения горных работ 235–385 м; мощность пластов 1,6–4,5 м; угол паде- ния пластов 2–90; мощность междупластья 32–72 м. Подготовка
выемочных столбов осуществляется парными выемочными выработками, закрепленными анкерной крепью. При проведении исследований были рассмотрены аварийные ситуации, связанные с разрушением выемочных выработок, возникшие на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс» в 2008–2013 гг. Результатом разрушения выработок являлись значительные прямые затраты на ремонт или, при невозможности ремонта, на проведение дополнительной параллельной выработки для подготовки нового выемочного столба, а также значительный ущерб от длительных простоев высокопроизводительного оборудования [5]. Анализ рассмотренных случаев показал, что наибольшие затраты, вызванные разрушением выработки, имели место при расположении выемочных выработок в зоне влияния надработанного или подработанного пласта, а именно в зоне повышенного горного давления — под или над целиками угля или краевыми частями массива. Так, например, в условиях шахты им.Кирова при отработке выемочного столба №2592 пласта «Поленовский» при расположении выемочных выработок в зоне ПГД от ленточных межстолбовых целиков, оставленных по ранее отработанному пласту «Болдыревский», происходило выраженное пучение почвы выработок, конвергенция боков выработок и развитие зон повышенного расслоения пород на высоту 3,5–4 м, превышающую длину анкеров, что в конечном итоге привело к разрушению выработок и потребовало проведения новой выработки с оставлением ленточного целика. Таким образом, незапланированные потери подготовленных запасов превысили 100 тыс. тонн, а дополнительные затраты на поддержание выработки и проведение новой выработки составили более 1 млн долл. Следует отметить, что в соответствии с Инструкцией [1], построение зон повышенного горного давления при отработке сближенных пластов осуществляется с использованием схемы, представленной на рис. 1. Основными параметрами зон повышенного горного давления являются: глубина распространения повышенных напряжений в сторону почвы d2 и ширина целика L или влияющей краевой части l. Следует отметить, что представленная схема (рис. 1) позволяет выявить расположение зон повышенных напряжений, но не дает возможности определить уровень напряжений в такой зоне.
Рис. 1. Схема построения зон ПГД в условиях шахты Кирова Таким образом, при нисходящем порядке отработки свиты сближенных пластов на надработанном пласте в зоне ведения горных работ выделятся зоны повышенного горного давления, относящиеся к категории опасные. Наибольшую опасность такие зоны представляют при отработке пластов, опасных по горным ударам. На рис. 2 представлено расположение выемочных выработок по пласту «Поленовский» и зоны ПГД, сформированные после отработки запасов вышезалегающего пласта «Болдыревский», границы которых определены в соответствии с Инструкцией [1]. Как видно из рис. 2, подготовительные выработки по выемочным столбам №2592 и №2593 располагаются в зонах ПГД, что и явилось основной причиной потери устойчивости выработок в период отработки запасов. Одновременно с шахтными наблюдениями было проведено численное исследование методом конечных элементов. Целью исследований было выявление зон ПГД и установление уровня напряжений в них после отработки пласта «Болдыревский»; оценка уровня деформаций выработок при их различном расположении относительно целиков и краевых частей надрабатывающего пласта. Расчетная схема исследований приведена на рис. 3. В соответствии со схемой выработка 2 располагается в зоне совместного
Рис. 2. Выемочные выработки по пласту «Поленовский» и зоны ПГД Рис. 3. Расчетная схема для исследования влияния как ПГД, так и опорного давления отрабатываемого столба, выработки 3 и 4 находятся в зоне ПГД; выработки 5 и 6 также находятся в зоне ПГД, выработка 7 — в непосредственной близости от зоны ПГД сформированной целиком, выработка 8 — вне зоны ПГД сформированной краевой частью пласта. На рис. 4 представлены области вертикальных напряжений. Как видно из рис. 4 можно выделить 5 зон повышенных напряжений по пласту Болдыревский, зоны А и E располагаются в краевых частях массива; B, C, D – в ленточных целиках между выработанными пространствами. Наибольшие концентрации напряжений при этом характерны для указанных ленточных целиков. Полученные результаты в целом соответствуют содержанию действующих нормативных документов, однако позволяют прогнозировать не только место расположения зоны ПГД, но и уровень повышенных напряжений в ее пределах в зависимости от мощности и физико-механических свойств пород междупластья.
Рис. 4. Области вертикальных напряжений Рис. 5. Области предельных деформаций вокруг выемочных выработок Исследованиями также установлены области предельных деформаций вокруг выемочных выработок, имеющих различное расположение относительно зон ПГД от краевых частей массива и целиков. На рис. 5, а – с представлены выработки, располагаемые в зоне ПГД, на рис. 5, d, e — за пределами указанных зон.
На рис. 6 приведены результаты исследования влияния зон ПГД на работу очистных забоев. Рассматривались техникоэкономические показатели отработки 4-х выемочных столбов по пласту «Поленовский» №2591-№2594 (рис. 2). Выемочные выработки по столбам №2591 и №2592 располагаются в зоне ПГД. Выемочные выработки столба №2593 располагаются (рис. 3): конвейерная — вне зоны ПГД, вентиляционная — в зоне ПГД; краевая часть лавы — в зоне ПГД. Выемочные выработки столба №2594: обе находятся вне зоны ПГД, часть очистного забоя — в зоне ПГД. Как видно из диаграммы (рис. 6) существенно различаются минимальные и средние месячные нагрузки на очистной забой по рассматриваемым столбам: минимальная нагрузка изменяется от 5,4 тыс. т до 67 тыс. т в месяц, а средняя нагрузка составляет от 40,9 тыс. т до 94,8 тыс. т в месяц. При этом наименьшие значения минимальной нагрузки характерны для столбов с расположением выемочных выработок в зонах ПГД. В таких случаях минимальная нагрузка составляет 11–13 % от средней месячной нагрузки на лаву, то есть наблюдается крайне нестабильная работа очистного забоя. При расположении одной из выработок за пределами указанной зоны минимальная нагрузка многократно возрастает (столб №2593) и составляет 37 % от средней. При расположении обеих выемочных выработок за пределами зон ПГД минимальная нагрузка составляет более 70 % от средней, что позволяет говорить о стабильности работы лавы. Максимальная нагрузка на очистной забой по рассматриваемым столбам (рис. 6) существенно не отличается и колеблется в пределах 99–128 тыс. т в месяц. Следует отметить, что негативного влияния зон ПГД при смещении выемочных выработок надработанного пласта относительно выработок надрабатывающего пласта и расположении, таким образом, зон ПГД в пределах отрабатываемой части выемочного столба не отмечено, средняя нагрузка на очистной забой в таких случаях (отработка столбов №2593 и №2594) соответствовала или даже на 15–30 % превосходила нагрузку на забои в условиях отсутствия влияния ПГД на очистной забой.
0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 140000 №2591 №2592 №2593 №2594 production, tons a month minimum maximum average Рис. 6. Нагрузки на очистные забои Таким образом, одной из основных причин низких техникоэкономических показателей работы лав при отработке свит угольных пластов в условиях ОАО «СУЭК-Кузбасс» является частичное или полное разрушение выемочных выработок при их расположении в зонах ПГД. Последствиями разрушения выработки является необходимость проведения ремонтных работ, установки крепи усиления или проведения новой дополнительной выработки, что приводит к значительным прямым затратам, потерям подготовленных запасов в целике у дополнительной выработки и длительным простоям очистного оборудования. Затраты на проведение дополнительной выработки в условиях шахты им.Кирова превышают 1 млн долл., а потери запасов в целике у дополнительной выработки составляют при ширине целика 20–25 м порядка 100 тыс. т. В результате выполненных исследований установлено, что разрушение выемочной выработки, как правило, наступает в результате совместного влияния зоны ПГД от целиков (краевых частей) надрабатывающего пласта и зоны опорного давления, формируемой при отработке надработанного выемочного столба. Выявлено, что наибольшую опасность по уровню напряжений в зоне ПГД представляют неразрушаемые межлавные целики при мощности междупластья менее 0,5d2. При этом действие целика наиболее сильно проявляется на расстоянии не менее 200–300 м
от монтажной или демонтажной камеры. Выемочные выработки, располагаемые в зонах ПГД, сохраняют устойчивость до развития очистных работ. При этом рост смещения контура выемочных выработок, охраняемых ленточным целиком шириной 25 м, наблюдается в зоне опорного давления перед лавой после ее отхода на 300–400 м от монтажной камеры. Деформация выработки продолжается в течение 3–4 месяцев после прохода лавы. Натурными наблюдениями в условиях шахт ОАО «СУЭККузбасс» и выполненным численным моделированием установлено, что расположением выемочных выработок за пределами зон ПГД в рассмотренных условиях обеспечивается их сохранение в течение всего срока эксплуатации. Анализ работы лав показал, что наличие зон ПГД в пределах выемочных столбов при расположении выработок за пределами зон ПГД не оказывает существенного влияния на технико-экономические показатели работы лав. Применение современных механизированных крепей в очистных забоях, передвигаемых с активным подпором, позволяют обеспечить устойчивость кровли в очистных забоях даже при работе в зонах ПГД. Расположение выработок вне зон ПГД обеспечивает повышение средних и максимальных месячных нагрузок на очистные забои за счет исключения простоев оборудования. Таким образом, для обеспечения интенсивной отработки сближенных пластов длинными очистными забоями при мощности междупластья менее 0,5d2 рекомендуется располагать выемочные выработки вне зон ПГД, что при подготовке новых выемочных столбов может быть обеспечено увеличением длины лавы. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Инструкция по безопасному ведению горных работ на шахтах, разрабатывающих угольные пласты, склонные к горным ударам: РД 05– 328–99: утв. Постановлением Госгортехнадзора Рос. Федерации 29.11.99: ввод в действие с 01.10.2000. 2. Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на шахтах СССР. – Изд. 4-е, дополненное. — Л. 1986. — 222 с.
Доступ онлайн
405 ₽
В корзину