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 |

Обоснование параметров околоштрековых целиков в технологических схемах интенсивной отработки выемочных участков на шахтах оао суэк-кузбасс

-- [ Страница 1 ] --
            1. На правах рукописи


ЮТЯЕВ Евгений Петрович

обоснование параметров околоштрековых целиков

в технологических схемах ИНТЕНСИВНОЙ ОТРАБОТКи

ВЫЕМОЧНЫХ УЧАСТКОВ

на шахтах оао «суэк-кузбасс»


Специальность 25.00.22 - Геотехнология (подземная, открытая и строительная)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук




САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2010

Работа выполнена в ОАО «СУЭК-Кузбасс» и в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете).

Научные руководители:

доктор технических наук, профессор

                  1. Шувалов Юрий Васильевич

доктор технических наук, профессор

Коршунов Геннадий Иванович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Воскобоев Фридрих Николаевич

кандидат технических наук

Согрин Борис Борисович

Ведущее предприятие - ООО «СПб-Гипрошахт»


Защита диссертации состоится 22 апреля 2010 г. в 13 ч 15 мин на заседании диссертационного совета
Д 212.224.06 при Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете) по адресу: 199106, Санкт-Петербург, 21-я линия, д. 2, ауд. 1160.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института (технического университета).

Автореферат разослан 19 марта 2010 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

диссертационного совета

доктор технических наук, профессор Э. И. Богуславский

      1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Одной из основных проблем угольной промышленности России является обеспечение конкурентоспособности угля на современном рынке энергоносителей. В настоящее время ведущие отечественные угледобывающие компании переходят на работу по схеме «шахта-лава» с использованием высокопроизводительных комплексов очистного оборудования с охраной участковых подготовительных выработок целиками и применением анкеров в качестве основной крепи. Доказана возможность в горно-геологических условиях шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс» работать с нагрузками более 4 млн т  угля в год, что позволяет выдерживать конкуренцию на рынке с угольными разрезами.

Производственный опыт показывает, что интенсификация очистных работ предопределяет серьезные требования к таким производственным комплексам, как подготовительные работы, поддержание и охрана горных выработок, управление газовыделением на выемочном участке. Все это определяет актуальность работы, направленной на поиск рациональных способов подготовки выемочных столбов и управления состоянием массива, позволяющим полностью использовать технические возможности современной техники. Бесцеликовые схемы подготовки выемочных участков угольных пластов в условиях Кузбасса для решения этой задачи малоэффективны, а для подачи необходимого количества воздуха, изолированного отвода метановоздушной смеси, размещения коммуникаций, обеспечивающих работу высокопроизводительных забоев, необходим переход на многоштрековую подготовку выемочных участков, в которой одним из главных вопросов является определение параметров межштрековых целиков.

Вопросами повышения эффективности технологии подземной угледобычи занимались многие известные ученые: К.А. Ардашев, Н.П. Бажин, Ф.П. Бублик, А.А. Борисов, А.С. Бурчаков, Ф.Н. Воскобоев, В.Е. Зайденварг, В.П. Зубов, М.А. Иофис, О.И. Казанин, О.В. Ковалев, Г.И. Коршунов, Ю.Н. Кузнецов, А.С. Малкин, И.М. Петухов, А.Г. Протосеня, Л.А. Пучков, В.В. Райский, М.А. Розенбаум, А.Д. Рубан, С.В. Сластунов, М.И. Устинов, В.Н. Фрянов, В.М. Шик и многие другие, но вопросы обоснования параметров целиков при использовании схем многоштрековой подготовки, в частности, для условий шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс», требуют дополнительных исследований.

Цель работы. Повышение эффективности и безопасности работы высокопроизводительных механизированных очистных забоев в системе «шахта-лава» на основе комплекса решений по подготовке выемочных участков, обоснованию параметров целиков, обеспечивающих устойчивое состояние выработок в условиях шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс».

Основные задачи исследований:

1. Определение рациональных способов подготовки выемочных участков при их интенсивной отработке в условиях шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс».

2. Разработка горно-геомеханических моделей и расчетных схем для исследования состояния массива при трехштрековой подготовке с рядами целиков различной ширины.

3. Исследования на физических моделях влияния параметров установки упрочняющих элементов на устойчивость целиков.

4. Оценка удароопасности и определение рациональных способов задания податливости целиков и их параметров в условиях шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс».

5. Определение безопасных условий одновременного проведения параллельных выработок, разделенных целиками различной ширины.

Идея работы. В целях обеспечения устойчивой и безопасной работы высокопроизводительных очистных забоев следует применять многоштрековые схемы подготовки выемочных участков с формированием межштрековых целиков, обеспечивающих проектное сечение выработок на весь период отработки столба.

Методы исследований. В работе использован комплекс методов исследований, включающий анализ и обобщение результатов научно-технических разработок и передового производственного опыта, физическое моделирование методом эквивалентных материалов, математическое моделирование и экспериментальные исследования параметров целиков, выполненные по апробированным методикам.

Научная новизна:

  1. Установлены зависимости изменения несущей способности целиков от действующих нагрузок, а также от параметров их упрочнения или разупрочнения в условиях шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс».
  2. Установлены зависимости величины безопасного по фактору удароопасности опережения забоев проводимых выработок от ширины целиков и их податливости при трехштрековой подготовке выемочных участков.

Основные защищаемые положения:

1. С целью полного использования технических возможностей высокопроизводительного оборудования и обеспечения безопасности работ в условиях шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс» следует использовать многоштрековую подготовку выемочных участков с оставлением между выработками целиков заданной податливости.

2. Для снижения негативного влияния очистных работ на выемочные выработки следует применять сочетание межштрековых целиков различной степени податливости, соотношение размеров которых устанавливается на основе численной оценки устойчивости системы «целик-выработка-массив».

3. Необходимая податливость межштрековых угольных целиков и устойчивость системы «массив-выработка-целик» обеспечивается выбором геометрических параметров целиков и применением искусственных мер по их упрочнению или разупрочнению.

Практическая значимость работы:

Рекомендуемые параметры целиков при трехштрековой подготовке вошли в альбом «Технологические схемы подготовки и отработки выемочных участков на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс» и включены в проекты разработки пластов. Результаты исследований могут быть использованы в учебном процессе при проведении занятий по учебной дисциплине «Системы разработки пластовых месторождений полезных ископаемых» для специальности 130404 «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых».

Достоверность и обоснованность научных положений и рекомендаций подтверждается применением современных методов натурных и лабораторных исследований, представительным объемом экспериментальных данных, удовлетворительной сходимостью результатов теоретических исследований с результатами шахтных экспериментов автора и других исследователей.

Апробация работы:

Результаты работы докладывались и получили положительную оценку на Международной конференции «Современные проблемы геомеханики, горного производства и недропользования» (г. Санкт-Петербург, 2009 г.) Международном научном симпозиуме «Неделя горняка», (г. Москва, 2007-2010 гг.), на конференции «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения», (филиал Санкт-Петербургского государственного горного института имени Г.В. Плеханова (технического университета), г. Воркута, 2009 г.), научно-технических советах ОАО «СУЭК» (г. Москва, 2008-2010 гг.), ОАО «СУЭК-Кузбасс» (г. Ленинск-Кузнецкий, 2007-2010 гг.), научных семинарах кафедр разработки месторождений полезных ископаемых; безопасности производств и разрушения горных пород; Научного центра геомеханики и проблем горного производства Санкт-Петербургского государственного горного института имени Г.В. Плеханова (технического университета) (г. Санкт-Петербург, 2009-2010 гг.)

Личный вклад автора:

Постановка цели и задач, обоснование и выбор методики исследований, организация и руководство исследованиями; участие в проведении и обобщение результатов натурных и лабораторных исследований; формулировка основных научных положений и выводов.

Публикации.

Результаты исследований и основные положения диссертации опубликованы в 5 печатных работах, в числе которых 1 монография, 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК для публикации результатов диссертационных исследований, 2 публикации в сборниках трудов международных и всероссийских научных симпозиумов и конференций.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 170 страницах машинописного текста, состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 68 источников, включает 65 рисунков, 12 таблиц, 2 приложения.

Автор выражает благодарность научным руководителям д.т.н., проф. Ю.В. Шувалову, д.т.н., проф. Г.И. Коршунову за помощь в определении общей идеи работы, направлений исследований; профессорам О.И. Казанину, В.М. Шику, техническим работникам ОАО «СУЭК-Кузбасс» за помощь в сборе информации и проведении шахтных исследований; сотрудникам кафедры разработки месторождений полезных ископаемых за полезные замечания и ценные советы; сотрудникам лаборатории моделирования Научного центра геомеханики и проблем горного производства Санкт-Петербургского государственного горного института имени Г.В. Плеханова (технического университета).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе диссертации на основе анализа состояния и перспектив развития технологии подземной угледобычи в России и за рубежом определена ведущая роль многоштрековой подготовки выемочных участков в обеспечении полноты использования технических возможностей высокопроизводительного современного горного оборудования при обеспечении безопасности горных работ. Проанализированы методы расчета целиков при многоштрековой подготовке, состояние нормативной базы. Сформулированы цель, идея и задачи исследований.

Во второй главе приведены результаты натурных исследований взаимодействия целиков с окружающим массивом горных пород в различные периоды их работы на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс».

В третьей главе представлены результаты лабораторных и экспериментально-аналитических исследований деформаций и разрушений целиков при различных схемах подготовки выемочных участков, различной геометрии целиков, а также способов их упрочнения и разупрочнения.

В четвертой главе приведены рекомендации по использованию целиков заданной податливости в технологических схемах многоштрековой подготовки выемочных участков, способов задания податливости целиков и расчету их параметров.

Основные результаты исследований отражены в следующих защищаемых положениях:

1. С целью полного использования технических возможностей высокопроизводительного оборудования и обеспечения безопасности работ в условиях шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс» следует использовать многоштрековую подготовку выемочных участков с оставлением между выработками целиков заданной податливости.

Обеспечение конкурентоспособности шахт, добывающих энергетический уголь, возможно лишь при достижении каждым очистным забоем технико-экономических показателей мирового уровня. Наилучшие результаты работы очистных забоев как в Кузбассе (шахта «Котинская»), так и в Печорском бассейне (шахта «Воргашорская») достигнуты при подготовке выемочных участков спаренными выработками с широкими неизвлекаемыми целиками между ними и анкерным креплением оконтуривающих выемочный столб выработок при использовании очистного оборудования ведущих мировых производителей. В Кузбассе высокие показатели также были достигнуты при отработке средней мощности и мощных пластов, подготовленных спаренными выработками с широкими целиками между ними, которые впоследствии вынимались при проезде лавы.

Мировая практика показывает, что наивысшие показатели работы длинных очистных забоев достигаются при применении многоштрековых (две, три или четыре выработки с каждой стороны выемочного столба) схем подготовки выемочных участков. Рекорды производительности – 10,0 млн т/год; 1,6 млн т/мес; 57000 т/сут – были установлены в длинных очистных забоях шахт США в благоприятных горно-геологических условиях именно при использовании многоштрековых схем с оставлением неизвлекаемых ленточных целиков. Применение многоштрековых схем существенно расширяет возможности управления газовыделением на выемочных участках средствами вентиляции, дегазации и изолированного отвода метана, что позволяет снять ограничения нагрузки на забой по газовому фактору, более полно использовать возможности современной выемочной техники.

В таблице приведены основные параметры систем разработки пластов на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс» по итогам 2009 г. и планы на перспективу в сравнении с длинными забоями на шахтах США.

Характеристика систем разработки пластов на шахтах

ОАО «СУЭК-Кузбасс» и на шахтах США

Показатели Ед. изм. Диапазон изменения Лучший мировой опыт (США)
Факт 2009 г. Перспектива
Длина лавы м 176286 150350 270315 (до 540)
Длина столба м 10003720 10004500 26004800
(до 5400)
Подготовка выемочных участков спаренными выработками спаренными выработками, тремя выработками спаренными выработками – 8%; тремя выработками – 77% четырьмя выработками –15%
Средства механизации очистных работ
Комбайн 4LS; SL; KSW SL-500; 7LS 7LS(16); EL(6003000)
Конвейер А30(34); AFC; PF; КСЮ-201 А38(34); AFC; PF AFC; PF
Крепь Joy; DBT; Tagor; М138/4; М142 Joy; DBT; Tagor; М138/2; МКЮ Joy; DBT
Нагрузка на очистной забой т/сут 320023000 до 40000 57000
тыс.т в мес 100650 до 1000 1600
тыс.т в год 8004500 до 6000 700010000

Внедрение высокопроизводительных механизированных комплексов на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс» с нагрузками на очистной забой 20000 т/сут и более, высокими скоростями подвигания поставило ряд вопросов, связанных с управлением газовыделением на выемочных участках, горным давлением, устойчивостью целиков, пучением почвы выработок.

При достижении планируемых показателей (см. таблицу) нагрузки на забой метановыделение на выемочных участках может достигать 120 м3/мин. Для снятия ограничений нагрузок на забой по газовому фактору в таких условиях будут полностью задействованы средства вентиляции, дегазации и изолированного отвода метановоздушной смеси. Как показали расчеты, проведение двух выработок с каждой стороны выемочного столба недостаточно для эффективного управления газовыделением, а для снятия ограничений нагрузки на забой по газовому фактору необходим переход на подготовку тремя выработками. При этом особую актуальность приобретают вопросы обеспечения устойчивости разделенных целиками выемочных выработок.

Для определения влияния целиков на устойчивость выработок были проведены натурные исследования на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс» «Полысаевская», «им. С.М. Кирова», «Талдинская-Западная 1 и 2», а также «Котинская» при отработке пологих пластов мощностью от 1,6 до 4,6 м на глубинах до 400 м. Выемочные участки были подготовлены спаренными выработками с широкими целиками между ними.

Как показали исследования, оставление широких целиков более чем в 20% случаев не обеспечивает устойчивого состояния выработок (рис. 1), где имеют место пучение почвы и разрушение бортов. То есть ограниченная способность целиков деформироваться под действием опорного давления лавы в целом ряде случаев приводит к нарушению устойчивости выработок, чего нельзя допустить при работе высокопроизводительных забоев.

  1. б)


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.