WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

НИКИШИН Даниил Юрьевич

ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНЫХ СПОСОБОВ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ОБРУШЕНИЙ ПОРОД КРОВЛИ В ЛАВАХ НАДРАБАТЫВАЕМЫХ СЛОЕВ

Специальность 25.00.22. - Геотехнология (подземная,

открытая и строительная)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2007

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования

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

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор

Зубов Владимир Павлович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Лодус Евгений Васильевич

кандидат технических наук

Согрин Борис Борисович

Ведущее предприятие - ОАО “СПб ГИПРОШАХТ”

Защита диссертации состоится 25 мая 2007 г.

В 15 ч 00 мин на заседании диссертационного совета
Д 212.224.06 в Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете) по адресу: 199106, Санкт-Петербург, 21-линия, д. 2, ауд. 1160.

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

Автореферат разослан 25 апреля 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

д.т.н., профессор Э. И. Богуславский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Безопасность труда на угольных шахтах и технико-экономические показатели подземной добычи угля в значительной степени зависят от того, насколько эффективно решаются вопросы управления кровлей в основном звене технологической схемы шахты – очистном забое. Как следует из практического опыта, наиболее сложными эти вопросы являются для лав надрабатываемых слоев при системах разработки пологих склонных к самовозгоранию пластов угля наклонными слоями с использованием современных механизированных комплексов.

В настоящее время основным способом предотвращения вывалов пород кровли в лавах надрабатываемых слоев является оставление межслоевых защитных угольных пачек угля, мощность которых достигает 1,5 м. Использование данного способа приводит к дополнительным эксплуатационным потерям угля, составляющим 5-20 % отрабатываемых запасов, и повышенной опасности самовозгорания угля в выработанном пространстве лав. С увеличением мощности защитных угольных пачек вероятность самовозгорания угля в выработанном пространстве возрастает.

Решению задачи определения рациональной мощности межслоевой защитной угольной пачки посвящено большое число научных работ, выполненных ВНИМИ, КузНИУИ, КузГТУ, ИГД им. А.А. Скочинского и другими организациями. Однако, как показывает практический опыт, фактические значения мощностей защитных пачек, как правило, существенно отличаются от определенных с использованием известных методик. При этом максимальные различия характерны для пластов, в кровле которых залегают прочные труднообрушающиеся породы.

Цель работы. Повышение безопасности очистных работ и снижение потерь полезного ископаемого в защитных межслоевых пачках угля при системах разработки мощных пологих угольных пластов наклонными слоями.

Идея работы. При определении мощности межслоевых защитных угольных пачек необходимо учитывать глубину зоны разрушенного угля в надрабатываемом слое, формирующейся при ведении очистной выемки в вышерасположенном слое, строение кровли пласта и стадии деформирования породных блоков основной кровли.

Основные задачи исследований:

1. Установление характера и степени влияния опорного давления на процесс деформирования надрабатываемого массива угля впереди забоя лавы вышерасположенного слоя.

2. Разработка геомеханической модели процесса разрушения надрабатываемого угольного массива.

3. Изучение влияния горно-геологических условий на величины нагрузок, действующих на межслоевую защитную угольную пачку, при слоевой системе разработке.

4. Обоснование методики определения рациональной мощности межслоевой защитной угольной пачки при слоевой системе разработки мощных пологих пластов длинными очистными забоями.

5. Определение областей рационального использования межслоевой защитной пачки угля в качестве способа предотвращения обрушений кровли в лавах надрабатываемых слоев.

Методы исследований. Для решения поставленных задач был использован комплексный метод исследований, включающий: анализ и обобщение опубликованных в горнотехнической литературе данных по проблеме отработки мощных пологих угольных пластов угля с использованием различных технологических схем и технологий добычи; шахтные исследования процессов деформирования и разрушения межслоевой защитной угольной пачки; аналитические исследования с использованием методов механики сплошной среды.

Научная новизна:

  • Установлены количественные зависимости глубины зоны разрушения угля, образующейся в верхней части надрабатываемого слоя под воздействием очистных работ в вышерасположенном слое от глубины залегания пласта, длины лавы и прочностных характеристик угля.
  • Обоснованы геомеханические модели процесса нагружения межслоевой защитной угольной пачки для типовых структур пород кровли пласта, учитывающие мощность пород непосредственной кровли и местоположение лавы надрабатываемого слоя относительно трещин в основной кровле, образовавшихся при отработке вышерасположенного слоя.

Основные защищаемые научные положения:

1. При слоевых системах разработки длинными очистными забоями мощность межслоевой защитной угольной пачки необходимо определять с учетом глубины распространения зоны разрушения угля в верхней части надрабатываемого слоя, связанной с ведением очистных работ в вышерасположенном слое.

2. Нагрузку на межслоевую защитную угольную пачку, а, следовательно, и минимально допустимую по фактору «горное давление», мощность защитной пачки необходимо определять с учетом расстояния между лавой надрабатываемого слоя и трещинами разлома в основной кровле пласта, образовавшимися при отработке вышерасположенного слоя.

3. При отработке мощных пологих пластов, в кровле которых залегают труднообрушаемые породы, межслоевая защитная угольная пачка не способна предотвратить, по условиям ее нагружения, обрушений пород непосредственной кровли в призабойное пространство лавы надрабатываемого слоя при подходе ее к трещинам разлома, возникшим в труднообрушаемых породах при отработке первого слоя, на расстояние менее мощности пород непосредственной кровли пласта.

Практическая значимость работы:

    • Разработана методика определения минимально допустимой мощности межслоевой защитной угольной пачки, учитывающая влияние на величину данного параметра очистных работ в слое и тип пород кровли разрабатываемого пласта.
    • Разработан способ предотвращения обрушений пород кровли в лавах ранее надработанных слоев, позволяющий минимизировать потери угля в межслоевых защитных угольных пачках.
    • Доказана нецелесообразность и опасность оставления межслоевых защитных угольных пачек при подходе лав ранее надработанного слоя к трещинам разлома в основной кровле, образовавшихся при отработке первого слоя, на расстояние менее мощности пород непосредственной кровли пласта.
    • Установлены значения минимально необходимой мощности защитной угольной пачки по фактору «горное давление» при отработке пласта III-го в условиях шахты «Распадская-Коксовая».

Достоверность и обоснованность научных положений и рекомендаций. Достоверность защищаемых положений, основных выводов и рекомендаций обеспечивается соответствием установленных качественных и количественных характеристик исследуемых процессов результатам, полученным при проведении исследований, включающих их экспертную оценку специалистами ОАО «Шахта им. В.И. Ленина», ЗАО «Распадская» и других научных организаций; использованием современных апробированных методов исследований; значительным количеством данных, полученных при проведении исследований.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались: на ежегодных научных конференциях молодых ученых СПГГИ (ТУ) «Полезные ископаемые России и их освоение» (Санкт-Петербург, 2005 г., 2006 г., 2007 г.); международной конференции молодых ученых «Проблемы освоения полезных ископаемых» (Санкт-Петербург, 2004 г.); научных семинарах кафедры «Разработка месторождений полезных ископаемых», СПГГИ (ТУ).

Личный вклад автора. Сформулированы задачи исследований, разработана методика и проведены шахтные и аналитические исследования, выполнена интерпретация полученных результатов, сформулированы основные научные положения и выводы.

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 9 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертационная работа общим объемом 153 страницы состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 101 источника, включает 73 рисунка и 11 таблиц.

Автор выражает благодарность научному руководителю д.т.н., проф. В.П. Зубову за помощь в определении общей идеи работы и интерпретации полученных данных, техническим работникам ЗАО «Распадская» и «Распадская-Коксовая» за помощь в сборе исходной информации и проведении шахтных исследований, сотрудникам кафедры РМПИ за полезные замечания и техническую помощь при выполнении работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Общей теоретической базой при выполнении данной работы явились труды ведущих ученых в области совершенствования технологических схем подземной разработки угольных месторождений: К.А. Ардашева, А.А. Борисова, А.В. Брайцева, Ю.Ф. Васючкова, Ф.Н. Воскобоева, Н.К. Гринько, Ю.В. Громова, Ф.П. Глушихина, В.П. Зубова, В.Ф. Крылова, О.В. Ковалева, Ю.А. Коровкина, Ю.Н. Кузнецова, С.Т. Кузнецова, А.Д. Мельниковой, А.И. Митейко, О.В. Михеева, Л.П. Томашевского, В.М. Шика, Ю.В. Шувалова, О. Якоби и др.

Первая глава диссертации посвящена анализу практического опыта отработки мощных пологих пластов угля с использованием слоевой системы разработки. Проанализирована специфика горно-геологических условий отработки угольных пластов в Томь-Усинском районе Кузбасса.

Вторая глава посвящена оценке целесообразности применения и областей использования известных способов предотвращения обрушений пород кровли в лавах надработанных слоев при ведении очистных работ в условиях труднообрушаемых кровель.

В третьей главе приведены результаты исследований влияния горно-геологических факторов на величины нагрузок, действующих на межслоевую защитную угольную пачку при системе разработки длинными столбами. Произведена оценка нагрузки, действующей на межслоевую защитную угольную пачку, и разработана методика определения ее мощности по фактору «горное давление».

В четвертой главе приведены результаты аналитических исследований влияния опорного давления, формирующегося впереди лавы верхнего слоя, на напряженно-деформируемое состояние надрабатываемого слоя.

В пятой главе приведены: рекомендуемый способ предотвращения обрушений пород кровли при слоевых системах разработки пологих пластов мощностью 7-12 м; результаты расчета минимальной мощности защитной пачки для условий шахты «Распадская-Коксовая»; и результаты экономической оценки эффективности данного способа.

Основные результаты исследований отражены при доказательстве следующих защищаемых научных положений:

1. При слоевых системах разработки длинными очистными забоями мощность межслоевой защитной угольной пачки необходимо определять с учетом глубины распространения зоны разрушения угля в верхней части надрабатываемого слоя, связанной с ведением очистных работ в вышерасположенном слое.

Опыт использования межслоевой защитной угольной пачки показывает, что величины ее мощностей, принимаемых на практике, как правило, больше величин, рассчитанных с использованием известных методик. В настоящее время в горнотехнической литературе отсутствует обоснование данному обстоятельству.

Межслоевая защитная угольная пачка служит кровлей для надрабатываемого слоя. Мощность защитной пачки обусловлена ее главной функцией – предотвращением вывалов пород кровли, обрушившихся при отработке вышерасположенного слоя. Необходимо заметить, что достоинствами данного способа предотвращения обрушений пород кровли, по сравнению с другими способами, являются минимальные затраты времени и труда на его реализацию. К недостаткам следует отнести большую величину потерь в защитной пачке и увеличение вероятности самовозгорания угля. Величина эксплутационных потерь при оставлении межслоевой защитной угольной пачки достигает 35 %.

В результате расчетов мощности межслоевой защитной угольной пачки для конкретных условий по методикам ВНИМИ, КузНИУИ и КузГТУ получены разные значения. Для горно-геологических условий пласта III-го Томь-Усинского района Кузбасса необходимая мощность защитной пачки угля, рассчитанная по этим методикам, находится в диапазоне 0,2-1,5 м. В связи с этим возникает необходимость совершенствования методики определения мощности межслоевой защитной угольной пачки.

Шахтными исследованиями установлено, что к моменту начала отработки нижнего слоя в верхней части надработанного слоя образуется зона разрушенного угля, который практически не имеет несущей способности. Совокупность результатов шахтных и аналитических исследований позволила выдвинуть следующую гипотезу: при определении мощности межслоевой защитной угольной пачки необходимо учитывать влияние лавы верхнего слоя на напряженно-деформированное состояние надрабатываемого слоя.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»