авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |

Геомеханическое обоснование параметров охранных целиков при разработке удароопасных угольных пластов (на примере оао суэк-кузбасс)

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

КОКОЕВ Сослан Геннадиевич

геомеханическое обоснование параметров охранных целиков при разработке удароопасных угольных пластов (на примере Оао «суэк-кузбасс»)

Специальность 25.00.20 Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика

А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

САНКТПетербург

2011

Работа выполнена в государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном университете.

Научный руководитель

заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор

Лев Капитонович Горшков

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Олег Владимирович Ковалев,

кандидат технических наук

Александр Александрович Подосенов

Ведущее предприятие ОАО «Гипрошахт»

Защита диссертации состоится 30 сентября 2011 г. в 15 ч 30 мин на заседании диссертационного совета Д 212.224.06 при Санкт-Петербургском государственном горном университете по адресу: 199106, Санкт-Петербург, 21-я линия, дом 2, ауд. № 1160.

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

Автореферат разослан 29 августа 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

д-р техн. наук, профессор Э.И. Богуславский

Актуальность работы.

Проблема обеспечения безопасного состояния подготовительных выработок, охраняемых целиками, на угольных шахтах России, несмотря на многочисленные исследования в этой области, остается актуальной. От ее успешного решения во многом зависят объемы добычи угля, рентабельность и безопасность работы угольных предприятий, так как в сложных условиях отработки удароопасных пластов обеспечение безопасного состояния горных выработок и целиков является сложной технической задачей.

Вопросами безопасного состояния подготовительных выработок и целиков при разработке удароопасных угольных пластов занимались многие исследователи. Существенный вклад в решение этой проблемы внесли С.Г. Авершин, К.А. Ардашев, Н.П. Бажин, Я.А. Бич, Ф.П. Бублик, Ф.Н. Воскобоев, И.Е. Долгий, С.Я. Жихарев, В.П. Зубов, О.И. Ковалев, А.М. Линьков, О.И. Мельников, И.М. Петухов, В.С. Сидоров, В.Д. Слесарев, А.К. Черников и ряд других ученых. Значительных успехов добились исследователи ряда зарубежных стран (О. Якоби, Г. Эверлинг, Х. Хервик, Г. Браунер, А. Бетчлор и др.).

По действующим нормативно-методическим документам на пластах, склонных к горным ударам, опасная зона – это участок массива, в пределах которого при ведении очистных работ требуется дополнительные меры безопасности, требующие значительных затрат, что существенно снижает скорость подвигания лавы и объем добываемого угля.

В настоящее время на шахтах Кузбасса, разрабатывающих склонные к горным ударам пласты, широко используется система разработки длинными столбами по простиранию с охраной подготовительных выработок целиками. Высокая газоносность пластов требует дополнительного проветривания лавы, которое осуществляется с помощью передовых выработок, пересекающие отрабатываемый участок. В процессе перехода лавой передовой выработки формируется опасная зона с возможными динамическими проявлениями горного давления.

Профилактические мероприятия по предотвращению динамических проявлений горного давления должны определяться с учетом напряженно-деформированного состояния массива между лавой и передовой выработкой. Поэтому, для повышения безопасного состояния подготовительных выработок вблизи очистных работ актуальной является задача определения параметров охранных целиков, оптимальной глубины разгрузочных скважин и расстояния между ними, буримых со стороны передовой выработки.

Цель диссертационной работы. Определение оптимальных параметров охранных целиков для обеспечения безопасного состояния подготовительных горных выработок в сложных условиях разработки угольных пластов, склонных к горным ударам.

Идея работы: Безопасное состояние подготовительных выработок в сложных условиях разработки угольных пластов осуществляется за счет оптимальной ширины межлавного целика и рациональных параметров профилактических мероприятий, проводимых для разгрузки массива бурением глубоких скважин со стороны передовой выработки.

Основные задачи исследования:

    • изучение особенностей системы разработки на удароопасных угольных пластах Кузбасса;
    • проведение геофизических исследований проявлений горного давления на участках ведения горных работ;
    • создание геомеханической модели деформирования горного массива в зоне влияния очистных работ;
    • определение параметров охранных целиков для обеспечения безопасного состояния подготовительных выработок в сложных условиях разработки удароопасных угольных пластов.

Методы исследований.

Обоснование задач исследований; теоретические исследования напряженно-деформированного состояния массива вокруг подготовительных выработок и целиков; лабораторные исследования прочностных и деформационных свойств образцов угля; математическое моделирование напряжённо-деформированного состояния массива вокруг подготовительных выработок в сложных условиях разработки угольных пластов; натурные исследования в шахтных условиях, в частности, геофизические исследования краевой части удароопасных пластов.

Научная новизна работы:

        • Определены величины и выявлены закономерности распределения напряжений в окрестности подготовительных выработок с учетом размеров зон неупругих деформаций и ширины межлавного целика.
        • Определены параметры напряженно-деформированного состояния в опасной зоне пласта в зависимости от ориентации передовой выработки относительно забоя лавы.

Защищаемые научные положения:

  1. Параметры напряженно-деформированного состояния целиков и массива в окрестности подготовительных выработок должны определяться, в основном, размерами зон обрушения горных пород при ведении очистных работ.
  2. Безопасные размеры межлавного целика определяются критериями его несущей способности и удароопасности с учетом напряжений, возникающих на участках сопряжений лавы с вентиляционным штреком.
  3. Ширина участка и расстояния между разгрузочными скважинами при обработке массива со стороны передовой выработки определяются величиной остаточного и временного опорного давления и её ориентацией относительно забоя лавы.

Практическая значимость работы: Рекомендации по данной работе вошли в «Методическое руководство по порядку и контролю безопасного ведения горных работ в опасных зонах при высоких скоростях проходки подготовительных выработок и ведения очистных работ на шахтах ОАО "СУЭК-Кузбасс".

Достоверность и обоснованность научных положений и рекомендаций подтверждается значительным объемом экспериментальных натурных наблюдений за состоянием краевой части пласта и деформациями породного контура выработок, исследованием прочностных и деформационных характеристик угля, моделированием напряженно-деформированного состояния массива.

Апробация диссертации. Содержание и основные положения диссертационной работы докладывались на международном форуме молодых ученых «Проблемы недропользования» (Санкт-Петербург, 2009); ежегодных конференциях молодых ученых и студентов СПГГУ «Полезные ископаемые России и их освоение» (Санкт-Петербург, 2009-2010 г.г.) и научно-техническом совете СПГГУ.

Личный вклад автора заключается: в постановке задач исследований, участии в проведении и анализе натурных исследований, обработке полученных данных на ЭВМ, создании конечно-элементных моделей для исследования особенностей напряженно-деформированного состояния массива, выполнении численных экспериментов и разработке практических рекомендаций.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, из них 3 работы в изданиях, входящих в Перечень ВАК Минобрнауки России.

Объем и структура работы. Диссертационная работа изло­жена на 138 страницах машинописного текста, содержит 4 главы, введение и заключение, список использованной литературы из 81 наименований, 86 рисунков и 9 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В главе 1 диссертационной работы приведены горно-геологические условия Талдинского каменноугольного месторождения, выполнен анализ методов расчета безопасных параметров целиков, сформулированы цель и задачи исследования.

В главе 2 приведены результаты натурных наблюдений за состоянием краевой части угольного пласта на основе геофизических исследований и по выходу буровой мелочи из прогнозных шпуров. Приведены результаты экспериментальных исследований прочностных и деформационных свойств угля.

В главе 3 выполнено математическое моделирование напряженно-деформированного состояния массива с учетом влияния очистных работ, сопоставлены данные геофизических исследований с результатами моделирования, выполнено обоснование и постановка пространственной задачи, учитывающей поэтапный переход лавой передовой выработки. Определены поля нормальных к напластованию напряжений в угольном пласте.

В главе 4 разработаны рекомендации по определению оптимальных параметров охранных целиков и профилактических мероприятий для обеспечения безопасного состояния сопряжения лавы с вентиляционным штреком.

Основные результаты исследований отражены в следующих защищаемых положениях:

1. Параметры напряженно-деформированного состояния целиков и массива в окрестности подготовительных выработок должны определяться, в основном, размерами зон обрушения горных пород при ведении очистных работ.

На шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс» и, в частности, на шахте «Талдинская Западная-1» подготовка выемочных участков производится спаренными выработками с широкими неизвлекаемыми целиками между ними и анкерным креплением оконтуривающих выемочный столб выработок. Для определения влияния целиков на устойчивость подготовительных выработок были проведены натурные исследования с целью определения напряженно-деформированного состояния краевой части пласта в зоне влияния очистных работ с использованием метода дипольного электромагнитного профилирования аппаратурой ИПЭШ-1. Деформирование в виде уплотнения или разрушения структуры угольного пласта под действием горного давления сопровождается снижением или возрастанием удельного электрического сопротивления угля, которое функционально связано с амплитудой поля искусственного источника (А, мкВ). Данный метод позволяет определить качественную характеристику НДС краевой части пласта. Для определения полной картины влияния очистного пространства на напряженно-деформированное состояние целиков и массива вокруг подготовительных выработок моделировался массив горных пород с учетом стадии отработки угля и обрушения пород кровли.

Модель представляет собой участок массива 500х500х300 м с подготовительными выработками и межлавными целиками между ними (рис. 1). Обрушение пород кровли моделировалось геометрически призмой обрушения с углом давления, принятым для Кузбасса 63. Призма обрушения является составной частью массива, но с другими деформационными свойствами. Модуль деформации массива принят равным 20000 МПа, а призмы обрушения – 700 МПа.

Рис. 1. Конечно-элементная модель массива пород с призмой обрушения

За критерий адекватности модели реальному состоянию участка принята сходимость данных геофизических исследований с результатами математического моделирования (рис. 2). Геофизическое профилирование конвейерного штрека 67-05 шахты «Талдинская Западная-1» качественно соответствуют результатам моделирования. Повышение напряжений в массиве соответствует понижению амплитуды наведенного электромагнитного поля, вызванное уплотнением массива и, следовательно, возрастанием удельного электрического сопротивления угля. Сопоставимость результатов позволяет считать математическую модель адекватной реальной геомеханической обстановке, а результаты моделирования считать достоверными.

Анализируя результаты математического моделирования, можно выявить места с наибольшей концентрацией напряжений, вызванной влиянием опорного давления от зависания кровли в местах отработки угля (рис. 3). Самой нагруженной областью является ленточный межлавный целик 1, оставляемый при отработке угля, за счет влияния отработанной и отрабатываемой лавы. Концентрация напряжений на данном участке достигает 2,5 3.

Рис. 2. Сопоставление данных геофизических исследований с результатами математического моделирования: а) конвейерный штрек 67-05; б) лава 67-04

Рис. 3. Участки с повышенной концентрацией напряжений

На участке сопряжения вентиляционного штрека с лавой (цифра 2 на рис. 3) концентрация напряжений достигает 2 2,5.

Участок 3, находясь в зоне повышенных напряжений, попадает в зону влияния лавы 2. Концентрация напряжений на этом участке достигает 1,5 2.

2. Безопасные размеры межлавного целика определяется критериями его несущей способности и удароопасности с учетом напряжений, возникающих на участках сопряжений лавы с вентиляционным штреком.

Сопряжение вентиляционного штрека с лавой находится в зоне наибольшего проявления горного давления, от безопасного состояния которого зависит производительность ведения горных работ.

Для выявления закономерности изменения напряженно-деформированного состояния массива в зоне сопряжения от ширины межлавного целика разработана математическая модель формирования поля напряжений в угольном пласте.

Вертикальные сжимающие напряжения нетронутого массива горных пород принимаются равными весу столба горных пород до земной поверхности (Н=300 м). Мощность пласта угля 4 м, длина лавы 200 м, скорость подвигания – 10 м/сутки, породы кровли при обнажении легко и среднеобрушаемые. Выработки имеют прямоугольную форму поперечного сечения шириной 5 м и высотой 4 м. Физико-механические свойства пород, слагающих массив, представлен в таблице 1.

Таблица 1

Физико-механические свойства пород

№ п/п Зона Модуль деформации, Е, МПа Плот-ность, , кг/м3 Коэффи-циент Пуассона, Сцепле-ние С, МПа Угол внутреннего трения,
1 Вмещающие породы (алевролит к/з) 10 000 2 400 0,3 - -
2 Непосредственная кровля (алевролит м/з) 6 000 2 000 0,3 - -
3 Пласт угля 1 000 1 340 0,24 2,5 38
4 Непосредственная почва (алевролит м/з) 6 000 2 000 0,3 - -
5 Зона обрушения 700 1 800 0,3 - -


Pages:   || 2 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.