Введение к работе
Актуальность работы. Реструктуризация угольной промышленности России привела к сокращению производственных мощностей угольных шахт за последние 10 лет в 1,7 раза, что связано с низкой рентабельностью и высокой промышленной опасностью применения традиционных технологий подземной угледобычи в сложных горно-геологических условиях, к которым необходимо отнести и разработку мощных крутых пластов.
Объясняется это усложнением горно-геологических условий (увеличением нарушенности углевмещающего массива, переменными углами залегания и мощностью пластов, наличием слабоустойчивых пород, высокой газообильностью и склонностью угля к газодинамическим явлениям и самовозгоранию), которое вызывают необходимость применения нетрадиционных мероприятий и способов управления горным давлением, связанных с оставлением технологических целиков и пачек угля, взаимовлиянием отработки сближенных пластов, закладкой выработанных пространств, технологией ведения очистных работ. Все эти проблемы в максимальной степени характерны для разработки мощных крутых угольных пластов, а также запасов угля в антиклинальных складках.
Одним из вариантов повышения технологичности и безопасности отработки крутых мощных угольных пластов является применение гидромеханизации на основе использования гидромониторных агрегатов. В связи с этим, исследования, направленные на обоснование параметров гидромеханизированной технологии разработки мощных крутых угольных пластов и обеспечивающие повышение эффективности подземной угледобычи в сложных горно-геологических и производственно-технических условиях, являются весьма актуальными.
Целью работы является установление новых и уточнение существующих закономерностей технологии ведения очистных работ для обоснования параметров гидромеханизированной выемки, обеспечивающей эффективную отработку запасов угля при разработке антиклинальных складок и мощных крутых пластов.
Идея работы заключается в применении гидромеханизированной выемки при блочно-подэтажной подготовке выемочных блоков со спиральными, диагональными и винтовыми спусками для обеспечения отработки антиклинальных складок и мощных крутых пластов в сложных горно-геологических и горнотехнических условиях.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
разработка мощных угольных пластов в условиях антиклинальных складок обеспечивается гидромониторной выемкой при блочно-подэтажной подготовке со спиральными и диагональными спусками;
разработка мощных крутых и наклонных угольных пластов основывается на гидромониторных агрегатах при блочно-подэтажной подготовке диагональными, винтовыми и смежными спусками;
производительность гидромониторной выемки угля зависит от начального давления воды и диаметра насадки, от расстояния до забоя, времени воздействия струи на массив, разрушения угольного массива и глубины врубовой щели, учитывая одноструйное, двухструйное и трехструйное разрушение в режиме врубообразования, а также тонкоструйное разрушение.
Научная новизна работы заключается в следующем:
разработаны варианты гидромониторной отработки антиклинальных складок крутых угольных пластов при блочно-подэтажной подготовке спиральными и диагональными спусками и варианты разработки крутых и наклонных угольных пластов гидромониторными агрегатами с блочно-подэтажной подготовкой диагональными, винтовыми и смежными спусками, отличающиеся отсутствием необходимости проведения наклонных и круто наклонных выработок, снижением трудоемкости монтажно-демонтажных работ при переходе из подэтажа в подэтаж, увеличением нагрузки на очистной забой и снижением потерь угля;
уточнены зависимости производительности гидромониторной выемки угля при отработке крутых угольных пластов от комплекса влияющих факторов, а именно: начального давления, воды и диаметра насадки; начального расстояния от насадки до забоя; времени воздействия струи на угольный массив; режима разрушения угольного массива; глубины врубовой щели;
усовершенствован метод расчета производительности гидромониторной выемки угля при отработке крутых угольных пластов, отличающийся режимами двух-, трех- и тонкоструйного разрушения угольного массива;
усовершенствована методика обоснования суточной нагрузки на очистной забой, оборудованный гидромониторным агрегатом, при отработке ограниченных запасов угля в антиклинальных складках и при разработке крутых мощных угольных пластов.
Методы исследований. Для решения поставленных задач в работе используется комплекс методов: анализ существующих гидромеханизированных технологий разработки крутых угольных пластов; обобщение экспериментально-аналитических методов расчета подсистемы разрушения массива гидроструйным способом; методы математической статистики и корреляционного анализа; аналитические методы оценки организационно-технологических показателей работы очистных забоев.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается достаточным объемом информации о горно-геологических и производственно-технических условиях освоения запасов участков шахтных полей Прокопьевско-Киселевского месторождения (8 шахт, 34 участка) и об эффективности использования базовых вариантов технологических схем отработки запасов мощных крутых угольных пластов (7 технологических схем); корректностью использования современных методов исследований при обосновании параметров технологии отработки мощных крутых угольных пластов на основе применения гидромониторных агрегатов.
Научная новизна работы заключается в разработке методов расчета прогрессивных пространственно-планировочных решений, обеспечивающих эффективную отработку запасов крутых мощных угольных пластов при минимальных потерях угля в недрах на основе применения гидромониторных агрегатов.
Научное значение работы в установлении зависимостей производительности гидромониторной выемки угля при отработке крутых угольных пластов от начального давления, воды и диаметра насадки, расстояния от насадки до забоя, времени воздействия струи на угольный массив, режима разрушения угольного массива, глубины врубовой щели, а также в усовершенствованиии метода расчета нагрузки на забой отработке угольных пластов в сложных горно-геологических условиях, отличающийся учетом режимов двух-, трех- и тонкоструйного разрушения угольного массива.
Практическое значение работы состоит в разработке технологических схем ведения очистных работ при отработке запасов угля из антиклинальных складок и мощных крутых угольных пластов гидромеханизированных способом с блочно-подэтажной подготовкой, а также в создании методических основ определения суточной нагрузки на очистной забой, оборудованный гидромониторным агрегатом с различными режимами гидроструйного разрушения.
Реализация работы. Варианты технологических схем отработки запасов мощных крутых угольных пластов на основе применения гидромониторных агрегатов использованы при составлении программ развития горных работ на шахтах ОАО «УК Прокопьевскуголь», результаты исследований включены в методическое обеспечение комплекса учебных дисциплин по направлению «Горное дело» кафедры «Подземная разработка пластовых месторождений».
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и получили одобрение на научных симпозиумах «Неделя горняка» (Москва, 2010-2012 гг.), научно-техническом совете НПО УК «Прокопьевскуголь» (Прокопьевск, 2012 г.), научных семинарах кафедры ПРПМ Московского государственного горного университета (Москва, 20011-2013 гг.) и кафедры ГиСПС Тульского государственного университета (2013 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, включая 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Объем работы. Диссертация изложена на 155 страницах, состоит из введения, 4 глав и заключения, содержит 55 рисунков, 23 таблицы, список литературы из 120 наименований.
Автор выражает благодарность за консультации при выполнении диссертации доктору технических наук, профессору Мельнику В.В., сотрудникам кафедры ПРПМ МГГУ, а также инженерно-техническим работникам НПО УК «Прокопьевскуголь» за ценные замечания и рекомендации.
