Введение к работе
Актуальность работы. Планирование горных работ в свитах угольных пластов, склонных к горным ударам, является важной задачей при отработки угольных месторождений Кузнецкого бассейна. От правильного выбора порядка отработки зависит как размер потерь угля в оставленных целиках, так и безопасность и эффективность отработки. Нерациональный выбор порядка отработки ведет к образованию интенсивных зон повышенного горного давления (зон ПГД), большим потерям угля, а также затратам на проведение противоударных мероприятий.
Геомеханическим обоснованием порядка разработки свит сближенных угольных пластов и вопросами взаимного влияния горных выработок занимались многие исследователи. Существенный вклад в решение этой проблемы внесли С.Г. Авершин, А.А. Борисов, В.Д. Слесарев, В.T. Давидянц, И.В. Баклашов, Т. Ф. Горбачев, В.П. Зубов, П.В. Егоров, М.А. Ильяшов, Б.А. Картозия, С.Т. Кузнецов, В.П. Кузнецов, Т.И. Лазаревич, И.М. Петухов, В.В. Мельник, О.И. Мельников, А.Д. Рубан, В.И. Черняев и др. Значительных успехов в оценке взаимовлияния горных работ в свите пластов и развитии методов его учета при планировании схем подготовки и разработки выемочных полей добились зарубежные исследователи О. Якоби, Г. Эверлинг, X. Хервик, Г. Браунер, Г. Кинг, Б. Витакер, А. Бетчлор и др.
На основании проведенных исследований составлены перспективные геомеханические схемы регионального управления выбросо- и удароопасным состоянием массива при разработке свит угольных пластов, которыми в настоящее время регламентируется очередность отработки пластов в свитах. Однако в действующих нормативно-методических документах основополагающим технологическим принципом является бесцеликовая разработка угольных пластов, залегающих в свите. Оптимальный порядок их отработки устанавливается, исходя из оценки применения региональных мер управления горным давлениям по максимальным параметрам защитной разгрузки. Опыт применения бесцеликовой технологии показал хорошую эффективность такого подхода при разработке маломощных пластов и пластов средней мощности. Объемы добычи на таких пластах обеспечивались одновременной разработкой нескольких пластов в свите.
На шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс» при разработке угольных пластов мощностью 3-5 м экономически целесообразным является интенсивная разновременная отработка пластов по технологическим схемам с оставлением междулавных целиков. Однако, оставленные в выработанном пространстве угольные целики в силу своего продавливающего влияния формируют на смежных пластах свиты зоны ПГД, в которых осложнено ведение горных работ.
Для технологических схем подготовки и интенсивной отработки угольных пластов с оставлением целиков выбор порядка выемки пластов в свите на основе региональных мер управления горным давлением недостаточно изучен.
Планирование горных работ на угольных пластах свиты должно исходить из условий формирования под и над целиками опасных зон, их «продавливающего» действия и минимизации особо сложных условий ведения горных работ. Поэтому для обеспечения высоких скоростей проходки выемочных выработок и нагрузок на очистные забои актуальной является задача установления границ опасных зон и контроля их напряженного состояния при интенсивной разработке свит сближенных угольных пластов.
Цель диссертационной работы. Выбор оптимального порядка интенсивной отработки свит сближенных угольных пластов, склонных к горным ударам с оставлением междулавных целиков на основе разработки способов прогноза горного давления и установления границ опасных зон ПГД.
Основные задачи исследований.
1. Экспериментально исследовать параметры зон ПГД в условиях разработки свит угольных пластов на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс» и разработать методику экспресс - методов проведения измерений.
2. Определить критерии установления границ опасных зон на угольных пластах с помощью разработанных экспресс-методов.
3. Исследовать закономерности формирования опасных условий в подготовительных и очистных выработках на участках зон ПГД.
4. По результатам исследований разработать профилактические меро-
приятия и рекомендации по выбору безопасного и рационального порядка интенсивной разработки свит угольных пластов.
Идея диссертационной работы. Устранение или уменьшение опасного влияния зон ПГД, формируемых междулавными целиками, достигается с помощью выбора порядка отработки пластов в свите и мест расположения целиков, прогноза, управления и контроля НДС углепородной толщи.
Методика исследований. Использован комплексный метод исследований, состоящий из экспериментальных наблюдений в шахтных условиях за изменениями горного давления, лабораторных исследований геомеханических процессов на физических моделях из эквивалентных материалов и аналитических расчетов напряженного состояния с применением программных средств.
Научная новизна.
Установлены закономерности изменения границ зон ПГД и величины горного давления от времени формирования междулавных целиков на смежных пластах свиты.
Установлены зависимости и критерии изменения удельного электрического сопротивления углей, характеризующие напряженно-деформированное состояние пластов, склонных к горным ударам в зоне влияния целиков.
Защищаемые научные положения.
Размеры и интенсивность зон ПГД на сближенных пластах, вызванных продавливающим действием целиков, существенно зависят от очередности их формирования и соотношения расположения на различных пластах.
Для получения оперативной информации о напряженном состоянии пластов в зонах ПГД следует измерять удельное сопротивление углей с помощью электромагнитного профилирования, при этом участки, где амплитуда сигнала уменьшилась относительно базового значения более чем на 40%, необходимо рассматривать как опасные зоны по горному давлению.
При выборе очередности интенсивной разработки в свите угольных пластов, склонных к горным ударам, и контроле безопасного ведения горных работ должно учитываться пространственное распределение повышенных величин горного давления, формируемое междулавными целиками.
Практическая значимость работы. Результаты исследований используются при составлении планов ведения горных работ (в т.ч. порядка отработки пластов на шахте «Котинская»), контроле НДС при ведении очистных работ, выборе параметров профилактических противоударных мероприятий. Кроме того, выводы и практические рекомендации 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 большим объемом экспериментальных данных (более 10 км обследованных горных выработок), полученных в натурных и лабораторных условиях, удовлетворительной сходимостью результатов аналитических, лабораторных и шахтных исследований и согласованностью с данными других исследователей.
Реализация работы. Результаты исследований внедрены на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс» при разработке паспортов выемочных участков, прогнозно-профилактических мероприятий и планировании порядка отработки пластов, склонных к горным ударам.
Апробация диссертации. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на международных конференциях «Современные проблемы геомеханики, горного производства и недропользования», Санкт-Петербург, 2009; «Инновационные направления в проектировании горнодобывающих предприятий», Санкт-Петербург, 2010, «Неделе горняка», Москва, 2009; рабочих совещаниях и технических советах ОАО «СУЭК-Кузбасс».
Личный вклад автора.
Сформулированы цель, идея и задачи исследований.
Сформулированы основные защищаемые положения и выводы.
Разработана методика наблюдений и проведены исследования оценки горного давления в выработках при разработке свит сближенных угольных пластов на ряде шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс».
Выбраны программные средства и параметры физических моделей для решения задач по оперативной оценке напряженно-деформированного состояния массива горных пород при моделировании интенсивной разработки свит сближенных угольных пластов для условий шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс».
Проведена камеральная обработка, интерпретация и анализ полученных результатов.
Разработаны практические рекомендации.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликованы 3 статьи в изданиях, входящих в Перечень ВАК Минобрнауки России.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 141 странице машинописного текста, cодержит 4 главы, введение, заключение, список используемой литературы из 90 наименований, 69 рисунков, 13 таблиц, 1 приложение.
