WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

ФЕОФАНОВ Григорий Леонартович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПОДГОТОВКИ ФРОНТА ОЧИСТНЫХ РАБОТ УГОЛЬНЫХ ШАХТ В СЛОЖНЫХ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

Специальность 25.00.22 – Геотехнология (подземная, открытая и строительная)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

г. Магнитогорск 2012 г.

Работа выполнена в ОАО «Научно-технический центр угольной промышленности по открытым горным разработкам – Научноисследовательский и проектно-конструкторский институт по добыче полезных ископаемых открытым способом» (ОАО «НТЦ-НИИОГР»).

Научный консультант: доктор технических наук Артемьев Владимир Борисович

Официальные оппоненты: Мельник Владимир Васильевич доктор технических наук, профессор ГОУ ВПО «Московский государственный горный университет», г. Москва зав. кафедрой «Подземная разработка пластовых месторождений» Голотвин Алексей Дмитриевич кандидат технических наук ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет», г. Екатеринбург доцент кафедры «Горное дело»

Ведущая организация: Институт горного дела Уральского отделения Российской академии наук (ИГД УрО РАН), г. Екатеринбург

Защита состоится 22 марта 2012 г. в «13-00» часов на заседании диссертационного совета Д 212.111.02 при ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» по адресу:

455000, Челябинская обл., г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38, малый актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова».

Автореферат разослан «21» февраля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук Корнилов С.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Освоение угольными шахтами России новых технологий и внедрение высокопроизводительного оборудования большой единичной мощности позволило перейти к ведению горных работ 1-2 лавами с производительностью очистного забоя 3-4 млн.т угля в год.

Однако такая организация производства затруднена на шахтах, отрабатывающих месторождения в сложных гидрогеологических условиях, присущих северовосточному и дальневосточному регионам страны. Эти условия характеризуются значительной неравномерностью водопритоков в горные выработки, обусловленной обводненностью массива, сезонностью атмосферных осадков и наличием вечной мерзлоты. Водоприток может изменяться в 2-2,5 раза в течение года и достигать 3000-3500 м3/ч.

Производственный опыт показывает, что интенсификация очистных работ предопределяет высокий уровень требований к таким процессам как подготовительные работы и водоотлив. Применение единичных технологических решений по поверхностному водоотведению, строительству гидросооружений, корректировке технологических параметров не приводит к ожидаемому результату – повышению эффективности и безопасности производства. В связи с этим актуальной становится разработка комплекса взаимосвязанных во времени и пространстве решений, позволяющего существенно сократить затраты на подготовку фронта очистных работ, что определило выбор темы и постановку цели диссертационной работы.

Целью работы является разработка комплекса организационнотехнологических решений по совершенствованию подготовки фронта очистных работ для повышения эффективности и безопасности функционирования угольных шахт в сложных гидрогеологических условиях.

Идея работы состоит в определении зависимостей скорости проведения горных выработок от водопритоков и сезонного характера их формирования в условиях вечной мерзлоты и их использовании при разработке решений по подготовке фронта очистных работ.

Объект исследования – процесс подготовки фронта очистных работ на угольных шахтах, отрабатывающих месторождения в сложных гидрогеологических условиях.

Предмет исследования – влияние гидрогеологических условий на скорость проведения горных выработок при подготовке фронта очистных работ на угольной шахте.

Основные задачи исследования:

– анализ и обобщение опыта подготовки фронта очистных работ на угольных шахтах в сложных гидрогеологических условиях;

– оценка влияния гидрогеологических условий на скорость подготовки фронта очистных работ при интенсификации отработки запасов;

– установление зависимости скорости проведения горных выработок от водопритока;

– разработка комплекса организационно-технологических решений, соответствующего гидрогеологическим условиям и обеспечивающего необходимую скорость, эффективность и безопасность подготовки фронта очистных работ на угольных шахтах;

– апробация в производственных условиях разработанного комплекса решений, направленного на совершенствование подготовительных работ.

Положения, выносимые на защиту:

1. Основными факторами, определяющими технологические решения по обеспечению необходимой скорости подготовки фронта очистных работ на угольных шахтах в сложных гидрогеологических условиях, являются структура и сезонность водопритоков, площадь, вовлеченная в отработку, а также наличие зоны вечной мерзлоты.

2. Скорость проведения нисходящих горных выработок в сложных гидрогеологических условиях при увеличении водопритока снижается по логарифмической зависимости – от максимальной по техническим возможностям оборудования, до значения, при котором необходима разработка и реализация специальных организационно-технологических решений.

3. Обеспечение необходимой скорости, эффективности и безопасности подготовительных работ в сложных гидрогеологических условиях осуществляется комплексом решений, включающим меры по снижению водопритока на поверхности, применение технологических схем разработки пластов, учитывающих значительные водопритоки, планирование порядка проведения горных выработок с учетом пиковых водопритоков.

Научная новизна исследования заключается в следующем:

– выявлены и количественно оценены факторы, определяющие влияние гидрогеологических условий на скорость подготовки фронта очистных работ при интенсификации отработки запасов угольных шахт;

– установлена зависимость скорости проведения нисходящих горных подготовительных выработок от водопритока, имеющая логарифмический вид;

– разработан и обоснован комплекс организационно-технологических решений, обеспечивающий необходимую скорость проведения выработок в сложных гидрогеологических условиях и своевременную подготовку фронта очистных работ.

Методы исследований. В работе использован комплексный подход, включающий анализ параметров технологических процессов, календарное планирование подготовки фронта очистных работ, методы системного и структурно-функционального анализа, научного обобщения, математической статистики, экспертных оценок, экономико-математического моделирования.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются применением современных методов исследований, представительным объемом экспериментальных данных, удовлетворительной сходимостью теоретических положений и результатов с результатами практической реализации разработанного комплекса решений в условиях действующей шахты «Северная» ОАО «Ургалуголь».

Практическая значимость работы состоит в увеличении на 25-30% скорости проведения подготовительных горных выработок, сокращении на 5-10% времени оконтуривания лавы в условиях шахты «Северная» ОАО «Ургалуголь», за счет реализации разработанного комплекса организационно-технологических решений по совершенствованию подготовки фронта очистных работ.

Реализация работы. Результаты исследований использованы при разработке и внедрении рабочих проектов отработки месторождений и подготовки фронта очистных работ в ОАО «Ургалуголь», рекомендованы к применению во всех территориальных подразделениях ОАО «СУЭК».

Апробация работы. Результаты исследований и основные научные положения работы докладывались на симпозиуме «Неделя горняка» (Москва, 2011 г.), научных семинарах ОАО «НТЦ-НИИОГР» (Челябинск, 2007-2011 гг.), научно-технических советах предприятий и компаний ОАО «СУЭК», ОАО «Ургалуголь» и др.

Публикации. Основные положения диссертации отражены в работах, 4 из которых опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 110 наименований и содержит 125 страниц машинописного текста, 23 рисунка, 15 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, поставлены цель и задачи исследования, сформулированы научные положения, отмечены научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе на основе анализа состояния и перспектив развития угледобычи на месторождениях в сложных гидрогеологических условиях определено влияние данных условий на скорость подготовки фронта очистных работ при интенсификации отработки запасов. Приведено краткое описание месторождений и шахт, осуществляющих добычу угля при повышенных водопритоках. Проанализирована научно-методическая база по направлению исследования.

Во второй главе приведены результаты исследования влияния водопритоков на скорость проведения горных выработок при подготовке фронта очистных работ на угольной шахте. Обоснованы организационнотехнологические решения, обеспечивающие требуемую скорость проведения подготовительных работ в сложных гидрогеологических условиях посредством строительства поверхностного комплекса осушения, формирования технологических схем с водоотведением, уменьшения влияния структуры и сезонности водопритока и определения порядка проведения горных выработок. Разработанные решения систематизированы в виде комплекса.

В третьей главе представлен разработанный алгоритм подготовки фронта очистных работ, определены принципы формирования комплекса решений и приведены результаты его реализации при подготовке фронта очистных работ в сложных гидрогеологических условиях.

В четвертой главе представлены результаты апробации разработанного комплекса решений в ОАО «Ургалуголь» и оценена эффективность и безопасность работ в сложных гидрогеологических условиях при интенсификации отработки запасов.

Основные результаты исследований отражены в следующих защищаемых положениях:

1. Основными факторами, определяющими технологические решения по обеспечению необходимой скорости подготовки фронта очистных работ на угольных шахтах в сложных гидрогеологических условиях, являются структура и сезонность водопритоков, площадь, вовлеченная в отработку, а также наличие зоны вечной мерзлоты.

Вопросы технологии и повышения эффективности подземной угледобычи рассмотрены многими известными учеными и специалистами, такими как: К.А. Ардашев, Н.П. Бажин, А.А. Борисов, Ф.П. Бублик, А.С. Бурчаков, Ф.Н. Воскобоев, В.Е. Зайденварг, В.П. Зубов, М.А. Иофис, О.И. Казанин, О.В. Ковалев, Г.И. Козовой, Г.И. Коршунов, Ю.Н. Кузнецов, В.В. Мельник, 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 др. Вместе с тем вопросы совершенствования параметров подготовки фронта очистных работ в сложных гидрогеологических условиях, особенно на шахтах с высокой степенью обводненности, отрабатывающих месторождения Анадырского, Беринговского, Южно-Якутского, Раздольненского, Буреинского угольных бассейнов, требуют дополнительных исследований.

Согласно методическим руководствам, месторождения по степени сложности гидрогеологических условий разделяются на три типа: с простыми, сложными и очень сложными условиями.

Сложные и очень сложные гидрогеологические условия на шахтах характеризуются наличием: поверхностных водотоков или водоемов, с которыми распространенные на месторождении водоносные горизонты имеют непосредственную связь; водопроницаемых покровных отложений, оврагов, а также крупных тектонических нарушений, связанных с поверхностными водоемами и водотоками; напорных вод в подмерзлотной талой зоне. Считается, что приток воды в шахту может достигать 300-500 м3/ч.

Анализ работы угольных шахт в сложных гидрогеологических условиях выявил, что:

– водопритоки в сложных условиях существенно превышают значения, установленные по принятым классификациям, и фактически достигают 3600 м3/ч.

– на величину водопритока, при интенсивной отработке запасов существенное влияние оказывает площадь отработанного пространства, что подтверждается результатами корреляционного анализа. Так, увеличение в раза вовлекаемой в отработку площади шахты «Северная» ОАО «Ургалуголь» вызвало возрастание среднегодового водопритока в 2,8 раза - со 1м /ч в 2005 г. до 533 м /ч в 2009 г. (рис. 1а). На аналогичных предприятиях наблюдается похожая динамика (рис. 1б,в,г).

– важным фактором, который необходимо учитывать при интенсивной отработке запасов в сложных гидрогеологических условиях, является структура водопритока - наличие поверхностных и подземных вод. Структуру водопритока, помимо разделения по источникам, целесообразно разделять на условно-постоянную и условно-переменную части.

Учет вышеперечисленных факторов позволяет дифференцировать решения по водоотведению на долговременные и оперативные и, соответственно, обоснованно устанавливать необходимые параметры системы водоотлива.

а) Шахта «Северная» ОАО «Ургалуголь», 2000-2010 гг. б) Шахта «Котинская» ОАО «СУЭК-Кузбасс», 2004-2010 гг.

Qв, м3/ч Qв,м3/ч 7766Qв = 4,47e0,01S R = 0,55Qв = 0,94S- 34,R = 0,443322110 200 400 600 800 1000 120 100 200 300 400 500 6S, тыс.м2/год S, тыс.м2/год в) Шахта «Денисовская» OOO УК «Нерюнгриуголь», 2004-2009 гг. г) ШУ «Восточное» ОАО «СУЭК», 2000-2009 гг.

Qв, м3/ч Qв, м3/ч 700 161Qв = 0,06S2 - 1,16S + 325,500 R = 0,1Qв= 0,24S + 75,R = 0,43210 10 20 30 40 50 60 70 0 50 100 150 2S, тыс.м2/год S, тыс.м2/год Qв – среднегодовой водоприток в шахту S – площадь, вовлекаемая в отработку Рисунок 1 – Влияние отработанной площади на среднегодовой водоприток Важным фактором, который необходимо учитывать при интенсивной отработке запасов в сложных гидрогеологических условиях, является структура водопритока – наличие поверхностных и подземных вод. Структуру водопритока, помимо разделения по источникам, целесообразно разделять на условно-постоянную и условно-переменную части. Такое деление позволяет дифференцировать решения по водоотведению на долговременные и оперативные и, соответственно, обоснованно устанавливать необходимые параметры системы водоотлива.

Для шахт «Северная» и «Ургал», имеющих единый водоотлив, установлено, что условно-постоянный среднемесячный водоприток составляет 1500 м3/ч, максимальные значения равны 2500-3500 м3/ч (рис. 2). Следовательно, изменяемая часть структуры водоотлива по мощности сопоставима с постоянной частью, а затраты на нее должны быть существенно (в разы) ниже, так как действует она менее половины календарного фонда времени.

Qв, м3/ч 402035202030202520202015y = 0,13x4 - 14,53x3 + 216,95x2 - 796,13x + 2 367,20R = 0,102020520январь февраль март апрель май июнь июль август сентябрь октябрь ноябрь декабрь Месяц Qв - водоприток Рисунок 2 – Динамика водопритоков по месяцам года (шахты «Северная» и «Ургал» ОАО «Ургалуголь», 2000-2009гг.) Переменная часть водопритоков, как правило, связана с сезонностью. Реки и ручьи, находящиеся на площади отрабатываемого месторождения, являются источником формирования водопритоков в подземные горные выработки. Поток подземных вод на шахтных полях возникает в результате инфильтрации атмосферных осадков. В зависимости от размера площади, вовлекаемой в отработку, среднегодовая интенсивность инфильтрации достигает 210-3 м/сут. В период максимального оттаивания вечной мерзлоты интенсивность инфильтрации увеличивается. Наличие вечной мерзлоты смещает период максимальных водопритоков: существенное увеличение водопритока в горные выработки шахт происходит не в паводковый период, а спустя 2-3 месяца после его окончания (рис. 3).

Qв, м3/ч Количество осадков, мм/мес.

3000 227262612500 23121129,211927 19113,7 1181720171695,174,1500 176,39,1034,23,59,9 12,6,7,0 январь февраль март апрель май июнь июль август сентябрьоктябрь ноябрь декабрь Месяц - водоприток - осадки Рисунок 3 – Среднегодовое количество осадков и среднегодовой водоприток (шахты «Северная» и «Ургал» ОАО «Ургалуголь», 2000-2009 гг.) Зоны вечной мерзлоты первоначально оказывают положительное влияние, являясь дополнительной защитой для шахтного поля от прямого попадания поверхностных вод в горные выработки. Однако при отработке угольных пластов с полным обрушением, зона вечной мерзлоты оттаивает, разрушается и ее благоприятное влияние заканчивается. Возрастание водопроводимости ведет к увеличению объема поверхностных вод, попадающих в шахту.

Таким образом, структуру и сезонность водопритока, наличие зоны вечной мерзлоты, а также влияние размера отрабатываемой площади на величину водопритока необходимо учитывать при разработке техникотехнологических и организационных решений по подготовке фронта очистных работ на угольных шахтах в сложных гидрогеологических условиях.

2. Скорость проведения нисходящих горных выработок в сложных гидрогеологических условиях при увеличении водопритока снижается по логарифмической зависимости – от максимальной по техническим возможностям оборудования, до значения, при котором необходима разработка и реализация специальных организационнотехнологических решений.

Анализ работы шахт в сложных гидрогеологических условиях показал, что период максимальных водопритоков приводит к усложнению технологических условий и, как следствие, в общем случае – к уменьшению объема проведения горных выработок (рис. 4).

Среднемесячный водоприток, м3/ч Проходка, пог.м/мес.

500 10400 8727,653,2 664,1 647,642,628,610,1 589,604,589,587,566,300 6243,231 225,220,2196,181,200 4160,157 155,148,146,100 20 январь февраль март апрель май июнь июль август сентябрь октябрь ноябрь декабрь - водоприток - проходка Рисунок 4 – Динамика водопритоков и объема проходческих работ (шахта «Северная» ОАО «Ургалуголь», 2000-2009 гг.) Влияние водопритока на скорость проведения нисходящих горных выработок можно проиллюстрировать на примере прохождения вентиляционной печи лавы 26-2 шахты «Северная» ОАО «Ургалуголь» (табл.1).

Таблица 1 – Показатели подготовительных работ при прохождении вентиляционной печи на шахте «Северная» Месяц Итого за 6 месяцев Объект 2009 г.

апрель май июнь июль август сентябрь Объем проходки при проведе115 90 70 - - 20 2нии вентиляционной печи, м Объем проходки при проведе25 10 30 70 87 30 2нии водосборников по печи, м Суммарный объем проходки, м 140 100 100 70 87 50 5Средний водоприток, м3/ч 5 10 25 25 30 50 24,Корреляционный анализ связи между скоростью проведения выработок и водопритоком, проведенный по результатам замеров в других подготовительных забоях, показал наличие логарифмической зависимости.

Скорость проведения нисходящих выработок сокращается с 500 до 120-1м/мес. при увеличении водопритока от 0 до 5-7 м3/ч. Установленная зависимость достаточно надежна и подтверждается результатами анализа по представительному ряду примеров, характерных для таких месторождений (рис. 5). Если в подготовительном забое водоприток не позволяет транспортировать горную массу по коммуникациям шахты, для дальнейшей работы разрабатываются и реализуются специальные мероприятия по уменьшению водопритока в забой.

Vпр., м/мес.

2до 500 м/месяц 2VПР. = -47,35ln(QВ) + 224,1R = 0,1- прогнозные значения 0 10 20 30 40 50 Vпр - скорость подготовительных работ Qв, м3/ч Qв - водоприток Рисунок 5 – Зависимость скорости проведения горных выработок от водопритока в забой Количественное описание выявленной связи позволяет на стадии планирования и проектирования разрабатывать технические, технологические и организационные решения для обеспечения необходимой скорости подготовки фронта очистных работ и отработки выемочных участков.

Таким образом, для своевременной подготовки фронта очистных работ и увеличения темпа проходческих работ необходимо учитывать особенности условий работы шахты, и, в первую очередь, негативное влияние увеличивающегося в отдельные периоды времени водопритока.

3. Обеспечение необходимой скорости, эффективности и безопасности подготовительных работ в сложных гидрогеологических условиях осуществляется комплексом решений, включающим меры по снижению водопритока на поверхности, применение технологических схем разработки пластов, учитывающих значительные водопритоки, планирование порядка проведения горных выработок с учетом пиковых водопритоков.

Для уменьшения влияния поверхностных вод на поле шахты, отрабатывающей запасы угля в сложных гидрогеологических условиях, необходимо оконтуривание поверхности шахтного поля путем строительства поверхностного комплекса осушения, а так же выполнение мероприятий по осушению и водоотведению. Такие мероприятия включают в себя:

– строительство гидросооружений, отвод ключей и других водных объектов с шахтной поверхности;

– отвод воды дренажными канавами с прилегающих площадей, водосбор с которых попадает на отрабатываемый участок за счет рельефа и перепада высот.

С учетом сложных гидрогеологических условий и возможностей современного оборудования, позволяющего интенсивно отрабатывать запасы, необходимо совершенствовать существующие технологические схемы. Обоснованные рекомендации по совершенствованию технологических схем, наиболее пригодных для сложных гидрогеологических условий, представлены в таблице 2. Достоинства и недостатки усовершенствованных технологических схем отражены в таблице 3.

Таблица 2 – Рекомендации по выбору и совершенствованию технологических схем разработки пластов на угольных шахтах в сложных гидрогеологических условиях Способ охраны Возможность Предлагаемое Угол Порядок Способ применения совершенстСпособ подготовки Подготовка Система падения отработки выем. управления основных выемочных существующих вование шахтного поля пласта разработки пласта, град. участков кровлей выработок выработок традиционных технологических схем схем Полевая и Нисходящий Целиками угля 1. Расположение Бремсберговыми пластовая для последовательный и расположением столбов в панели Искусственными односторонними панелей, выработок в с уклоном 1-7 от Восходящий сооружениями панелями пластовая для разгруженной центральных последовательный Приемлемы ярусов зоне стволов (уклонов, схемы отработки Нисходящий бремсбергов) к Уклонными Длинными столбов с восходяПластовая для через столб Целиками Погашением фланговым Панельный односторонними панелей и ярусов столбами по щим последоваВосходящий угля вслед за лавой До 35 панелями 2. Проведение простиранию тельным порядком через столб выемочных выраотработки выемочНисходящий Уклонными Целиками угля боток спаренныных участков Полевая для последовательный двусторонними или расположеми забоями с попанелей, Искусственными панелями с нием выработок в следующим по пластовая для Восходящий сооружениями фланговыми разгруженной гашением ярусов последовательный выработками зоне (рис. 6) Полевая для Схемы Длинными бремсбергового приемлемы.

поля и пластовая столбами по Последовательный Целиками угля Ограничением Проведение Полное обдля выемочных падению или расположе- являются: выемочных вырарушение До 10 участков Погоризонтный нием выработок в Искусственными - полевая подго- боток восходящее Полевая для сооружениями разгруженной товка пласта; (рис. 7) Длинными Последовательный уклонного поля и зоне - максимальная пластовая для столбами по двусторонний, длина столбов выемочных восстанию односторонний столбов 2000 м 1. В целиках – При подготовке дополнительной блока строительство крепью в зоне водосборников осуопережающего ществлять на нижеСхемы горного давления. лежащих горизонтах Горизонтально неприемлемы Длинными Через 1-2 столба и Целиками 2. В присечке – с сетью дренажных - волнистое Панельный - без сети столбами последовательный угля дополнительной выработок, позвоводоперепускных залегание крепью при про- ляющих перепускать выработок ведении вырабо- воду с любой точки ток и в зоне опе- блока режающего гор- (рис. 8) ного давления Таблица 3 – Оценка применения технологических схем разработки пластов на угольных шахтах в сложных гидрогеологических условиях Угол Способ Качественная характеристика падения подготовки усовершенствованных схем пласта, град.

шахтного поля Достоинства:

- перепуск воды при подготовительных и очистных работах со всего столба к водосборникам без дополнительных промежуточных станций и дополнительных дренажных штреков;

- возможность планирования подготовительных работ по восстанию на длительный период До 35 Панельный времени (до 80% от общего объема выработок);

- эффективная работа горно-подготовительного и очистного оборудования;

- наиболее длинные выемочные столбы (до 4 км);

- минимальное количество породных выработок при подготовке пласта Достоинство – высокопроизводительная работа подготовительных и очистных забоев Недостатки:

До 10 Погоризонтный - полевая подготовка пласта;

- ограничение по углу до 10;

- длина столбов до 2000 м Достоинство – эффективная высокопроизводительная работа очистных забоев Горизонтально - волнистое Панельный Недостаток – увеличение объемов полевой залегание подготовки пласта в 2 раза по сравнению с существующими технологическими схемами Усовершенствованные технологические схемы разработки пластов на угольных шахтах в сложных гидрогеологических условиях представлены на рисунках 6, 7, 8.

Sin= (0,003*Кз)/tan Кз – коэффициент запаса;

– угол падения пласта, град.

Рисунок 6 – Принципиальная схема разработки пластов с углом падения до 35 Водосборник Рисунок 7 – Принципиальная схема разработки пластов Рисунок 8 – Принципиальная схема разработки пластов горизонтально-волнистого залегания с углом падения до 10 Для эффективной подготовки фронта очистных работ необходимо развивать горные работы по схеме проведения всех подготавливающих и вскрывающих выработок по восстанию пласта. При таком развитии проведение сложных нисходящих выработок будет составлять не более 15-20% от общего количества горных выработок.

Учитывая большую трудоемкость проходки нисходящих выработок в обводненных условиях, их проведение необходимо осуществлять в период минимальных водопритоков в течение года.

При пересечении наклонными выработками горно-геологических нарушений или зон повышенной трещиноватости, сопровождающихся увеличением водопритока с кровли и боков выработки, в работе предложено проведение ряда мероприятий, направленных на осушение забоя, снятие напора из забоя:

1. Отгоняется комбайн и проводится водосборник на длину 8-12 м.

2. Буровым станком в кровлю выработки бурятся скважины в сторону нарушения и устанавливаются кондуктора с задвижками.

3. После окончания работ по бурению, вода со скважин отводится в специальную емкость, откуда насосом выкачивается в ближайший водосборник.

4. В забое проводимой выработки бурятся шпуры и устанавливаются инъекционные анкеры для подачи полимерной смолы.

5. Через инъекционные анкеры нагнетается полимерная смола, которая упрочняет массив, склеивает трещины, предотвращая капеж с кровли и боков выработки.

Технологическая схема проведения наклонной выработки в зоне горногеологического нарушения и повышенной обводненности (водоприток непосредственно в забое – более 10 м3/ч) представлена на рисунке 9. После выполнения указанных мероприятий работы по проходке выработки возобновляются.

Для практического использования разработанного комплекса решений по подготовке фронта очистных работ угольной шахты в сложных гидрогеологических условиях разработан алгоритм действий (рис. 10).

Рисунок 9 – Технологическая схема проведения наклонной выработки в зоне горно-геологических нарушений и повышенной обводненности проходческого забоя Анализ факторов, влияющих на водоприток в проходческий забой, шахту Анализ факторов, Расчет объема и определение изменяющих водоприток структуры водопритока Объем Объем ОтрабаСезонность Вечная поверхностных подземных тываемая водопритока мерзлота вод вод площадь Расчет максимально возможных водопритоков (Qв, max) в проходческие забои, шахту Определение скорости и объема проходческих работ, требуемых для своевременной подготовки фронта очистных работ Прогнозные Да водопритоки приемлемы для обеспечения своевременной подготовки фронта очистных работ? Нет Разработка решений по направлениям совершенствования Отведение воды Планирование горных работ Совершенствование на поверхности с учетом max и min технологических шахтного поля водопритоков схем Формирование комплекса организационных, технических и технологических решений Расчет возможного сокращения водопритока по периодам подготовки фронта очистных работ Разработанные решения обеспечивают своевременную Нет подготовку фронта очистных работ, эффективность и безопасность угледобычи? Да Реализация разработанного комплекса решений Обеспечение своевременной подготовки фронта очистных работ Обеспечение требуемой эффективности и безопасности угледобычи Рисунок 10 – Алгоритм подготовки фронта очистных работ на угольных шахтах в сложных гидрогеологических условиях Реализация разработанного комплекса решений по предложенному алгоритму позволяет повышать темп проведения подготовительных работ, интенсивность отработки и сокращать эксплуатационные затраты. Своевременная подготовка фронта очистных работ способствует повышению эффективности использования вложенных средств и работы предприятия в целом.

Оценка результатов реализации комплекса решений на шахте «Северная» ОАО «Ургалуголь» в 2010 г. показала, что внедрение предложенных мероприятий обеспечило получение экономического эффекта ресурсов в размере 175 млн. руб. в год (табл. 4).

Таблица 4 – Экономическая оценка рекомендуемого комплекса решений по подготовке фронта очистных работ в условиях шахты «Северная», 2010 г.

Реализованное Экономический Рекомендация мероприятие эффект, млн. руб.

Отведение двух ключей Строительство с поверхности шахтного поля поверхностного и строительство двух дамб комплекса осушения и водоотводных канав Учет сезонности Прохождение нисходящих вскрыводопритоков при вающих выработок в период ми- составлении календарных нимальных водопритоков планов работ Проведение выработок на поле Проектирование шахты «Северная» с уклоном выемочных столбов 1для перепуска воды по с уклоном от 1 до 7 технологическим штрекам ЗАКЛЮЧЕНИЕ Представленная диссертация является законченной научноквалификационной работой, в которой содержится решение актуальной задачи разработки научно-обоснованных технологических решений по совершенствованию подготовки фронта очистных работ, обеспечивающих повышение эффективности и безопасности функционирования угольных шахт в сложных гидрогеологических условиях, имеющей существенное значение для угольной промышленности России.

Основные научные и практические результаты выполненных исследований:

1. Обеспечение конкурентоспособности российских угольных шахт возможно при условии возрастания нагрузки на лаву до 3-4 млн.т угля в год, что требует проведения горных выработок в объеме 15-25 км, в то время как на шахтах со сложными гидрогеологическими условиями устойчиво достигается скорость 10-12 км/год. Решение задачи увеличения скорости проходки на шахтах дальневосточного и северовосточного регионов осложняется наличием вечной мерзлоты, значительным объемом поверхностного водопритока и его сезонной неравномерностью.

2. Анализ работы шахт показал, что период максимальных водопритоков приводит к усложнению технологических условий и, как следствие, к уменьшению объема проведения горных выработок. Для обеспечения требуемой скорости проходки на таких шахтах помимо общепринятых мер необходима реализация комплекса технических, технологических и организационных решений, снижающих негативное влияние сложных гидрогеологических условий.

3. Исследование факторов, обусловливающих определяющее влияние гидрогеологических условий на скорость подготовительных работ, показало, что основными являются структура и сезонность водопритоков, площадь, вовлеченная в отработку, а также наличие зоны вечной мерзлоты.

4. Установлено, что на угольных шахтах со сложными гидрогеологическими условиями увеличение в 3-4 раза площади, вовлекаемой в отработку, приводит к возрастанию водопритока в горные выработки в 2,1-2,раза. Наличие вечной мерзлоты в сочетании со структурой и сезонностью водопритоков, характерными для таких месторождений, смещает максимальный водоприток на 2-3 месяца относительно паводкового периода.

5. Корреляционный анализ связи между скоростью проведения нисходящих выработок в сложных гидрогеологических условиях и водопритоком показал их логарифмическую зависимость. Скорость проведения нисходящих выработок снижается с 500 до 120-150 м/мес. при увеличении водопритока от 0 до 5-7 м3/ч непосредственно в забое.

6. Анализ опыта работы по подготовке фронта очистных работ в сложных гидрогеологических условиях на шахтах северовосточного и дальневосточного регионов станы показал, что для своевременной подготовки фронта очистных работ посредством увеличения темпа проходки должен быть реализован следующий комплекс мер:

– оконтуривание поверхности шахтного поля путем строительства поверхностного комплекса осушения и водоотведения;

– проведение уклонов и вскрывающих горных выработок в период минимальных водопритоков;

– применение усовершенствованных технологических схем разработки пластов для пропуска воды по технологическим штрекам.

7. Проведение нисходящих (вскрывающих) выработок в сложных гидрогеологических условиях следует производить в период минимальных водопритоков. Это позволяет повысить производительность труда проходчиков на 20-30%, сократить себестоимость погонного метра выработки на 10-15%, снизить риски отказов машин и механизмов, что обеспечит своевременную подготовку фронта очистных работ.

8. Реализация комплекса решений по совершенствованию подготовки фронта очистных работ на угольных шахтах в сложных гидрогеологических условиях позволяет увеличить на 25-30% скорость проведения подготовительных горных выработок, на 5-10% сократить время оконтуривания лавы и обеспечить требуемую эффективность и безопасность добычи угля. Это подтверждается апробацией и освоением разработанных комплексов решений в ОАО «Ургалуголь» и полученным экономическим эффектом 175 млн.руб. (в ценах 2010 г.).

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

в изданиях аннотированных ВАК РФ:

1. Феофанов Г.Л. Особенности подготовки очистного фронта в сложных гидрогеологических условиях // Уголь. – 2010. – №12. – С.24-27.

2. Феофанов Г.Л. Динамика увеличения водопритока в подземные горные выработки и его прогноз при отработке Ургальского месторождения / В.Б. Артемьев, А.А. Сальников и др. Инновационные подходы к повышению эффективности и безопасности производства // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2010. - №12. - С. 5-22.

3. Феофанов Г.Л. Технологические решения по подготовке очистного фронта на Ургальском месторождении / А.И. Добровольский, Г.Л. Феофанов, А.Л. Жуков // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. – 2011. – №3. – С. 46-48.

4. Феофанов Г.Л. Возможности повышения эффективности и безопасности производства в ОАО «Ургалуголь» / А.И. Добровольский, Г.Л.

Феофанов, В.В Лисовский и др. // Уголь. – 2011. – №7. – С.49-52.

в прочих изданиях:

5. Феофанов Г.Л. О подходах к формированию комплекса решений по подготовке фронта очистных работ на угольной шахте в сложных гидрогеологических условиях / Препринт НИИОГР. – 2009. – 16 с.




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

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.