Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние и перспективы разработки Прокопьевско- Киселевского месторождения Кузбасса 10
1.1. Специфика горно-геологических условий разработки Прокопьевско-Киселевского месторождения Кузбасса 10
1.2. Современное состояние и перспективы разработки Прокопьевско-Киселевского месторождения Кузбасса 19
1.3. Оценка приоритетных направлений совершенствования технологических схем отработки крутонаклонных и крутых пластов Прокопьевско-Киселевского месторождения 27
1.4. Современное состояние и перспективы совершенствования технологических схем с подэтажной гидроотбойкой 31
Выводы по главе 39
2. Исследование влияния горно-геологических факторов на напряженно - деформированное состояние в краевых частях пласта 41
2.1. Исследование влияния горно-геологических и горнотехнических факторов на напряженно-деформированное состояние массива горных пород в окрестностях очистных выработок 43
2.2. Исследование влияния горнотехнических факторов на ширину зоны интенсивного разрушения угля при системе разработки с подэтажной гидроотбойкой 58
2.3. Исследование влияния горно-геологических и горнотехнических факторов на степень разрушения угля в пределах зоны отжима 70
2.4 Выводы по главе 74
3. Исследования напряженно-деформированного состояния горного массива в окрестностях очистных камер при использовании системы разработки с подэтажной гидроотбойкой 75
3.1. Выбор метода проведения исследования 75
3.2. Обоснование горно-геомеханической модели и расчетных схем 79
3.3. Исследование напряженно-деформированного состояния массива горных пород 88
3.5. Выводы по главе 100
4. Рекомендуемые технологические схемы отработки мощных крутых пластов 101
4.1. Требования к технологическим схема гидравлической отработки мощных крутых пластов 101
4.2. Определение оптимальных параметров рекомендуемых технологических схем 103
4.3. Оценка области рационального использования рекомендуемых технологических схем 112
4.4. Технико-экономическая оценка рекомендуемых технологических схем 1 16
4.5. Выводы по главе 125
Заключение 127
Список использованной литературы 130
Приложение 136
- Современное состояние и перспективы разработки Прокопьевско-Киселевского месторождения Кузбасса
- Исследование влияния горнотехнических факторов на ширину зоны интенсивного разрушения угля при системе разработки с подэтажной гидроотбойкой
- Обоснование горно-геомеханической модели и расчетных схем
- Определение оптимальных параметров рекомендуемых технологических схем
Введение к работе
Актуальность работы. В условиях рыночных отношений при отсутствии внешних инвестиций и государственной поддержки жизнеспособность подавляющего большинства российских угольных шахт может быть обеспечена только за счет реализации их внутренних резервов для повышения производительности и снижения себестоимости добываемого угля. Наиболее сложно решить вопросы повышения конкурентоспособности2 шахт при отработке мощных крутых пластов.
В условиях отработки мощных крутых пластов Прокопьевско-Киселевского района Кузбасса к числу наиболее перспективных технологических схем, создающих объективные предпосылки для решения данной сложной задачи, относятся технологические схемы с использованием подэтажной гидроотбойки. На шахтах, использующих систему разработки с подэтажной гидроотбойкой- производительность труда в 1,6 раза выше; а себестоимость добычи угля в 1,4 раза ниже, чем на шахтах с другими системами разработки. В настоящее время доля добычи угля с использованием данной системы разработки составляет 25-30 % общей добычи шахт Прокопьевско-Киселевского месторождения.
Проблеме повышения эффективности системы разработки с подэтажной
гидроотбойкой посвящено большое число работ, выполненных ИГД им.
.Єкочинского, ВНИМИ, СГПТИ (ТУ), КузНИУИ, МГГУ и другими
организациями. В результате этих исследований решены многие
принципиальные вопросы, связанные с обоснованием рациональных параметров технологических схем. Однако, как показывает практический опыт, применяемые технологические схемы имеют ряд существенных недостатков, к числу которых относятся: большие объемы нарезных работ (удельная протяженность подготовительных выработок составляет 30-40 м на 1000 тонн добычи); значительные потери угля, достигающие 40 % балансовых запасов; повышенная опасность ведения горных работ, следствием чего являются
неоднократные групповые несчастные случаи со смертельным исходом. Большинство групповых несчастных случаев связаны с динамическими обрушениями угля и пород кровли в выработанном пространстве отрабатываемых подэтажей. При этом образуется воздушная волна, распространяющаяся со значительной скоростью по выработкам и приводящая к разрушению их крепи и травмированию горнорабочих.
К числу основных параметров системы разработки с подэтажной гидроотбойкой, в значительной степени влияющих как на технико-экономические показатели работы шахты, так и на безопасность горных работ, относится высота подэтажа.
Цель работы: Повышение технико-экономических показателей отработки мощных угольных пластов с углами падения более 35 при использовании системы разработки с подэтажной гидроотбойкой.
Идея работы: Высоту подэтажей при использовании системы разработки с подэтажной гидроотбойкой необходимо определять с учетом рабочей длины струи гидромонитора, стадии отработки выемочного блока, закономерностей формирования зоны разрушения краевых частей угольного массива горным давлением и предельных обнажений угольных пачек, расположенных в кровле очистных камер.
Основные задачи работы:
Оценка состояния и перспектив использования известных технологических схем на базе системы разработки с подэтажной гидроотбойкой.
Исследование влияния горно-геологических и горнотехнических факторов на параметры зоны опорного давления, формирующейся у краевых частей угольного массива.
Исследование напряженно-деформированного состояния массива горных пород в окрестностях очистных камер, для типовых горнотехнических ситуаций.
Определение предельной мощности угольной пачки оставляемой в кровле заходки, при снижении которой исключаются опасные зависания угля и пород в выработанном пространстве.
Разработка методики определения рациональной высоты подэтажа, обеспечивающей максимальное снижение издержек производства при обеспечении безопасных условий труда горнорабочих.
Защищаемые научные положения:
При использовании системы разработки с подэтажной гидроотбойкой основной причиной опасных динамических обрушений угля и пород кровли в выработанном пространстве отрабатываемых подэтажей является оставление в кровле заходок пачек угля, способных зависать в выработанном пространстве на значительных пролетах. Формирование указанных потолочин возможно в случаях, когда фактическая высота подэтажа превышает рабочую длину струи гидромонитора.
При выемке мощного крутого пласта с использованием системы разработки с подэтажной гидроотбойкой максимально допустимую высоту подэтажей следует принимать меньше суммы следующих трех параметров: рабочей длины струи гидромонитора, ширины зоны естественного разрушения краевой части угольного массива горным давлением и предельной мощности угольной пачки, при снижении которой не происходит ее опасного зависания в выработанном пространстве.
Наиболее существенное влияние на величину предельных значений мощности угольной пачки, оставляемой в кровле, заходки, оказывают: мощность пласта, расстояние от верхней границы отрабатываемого подэтажа до межэтажного целика, угол падения пласта. Предельные значения мощности защитной пачки, при снижении которой происходит ее разрушение, определенные при различных сочетаниях указанных факторов, могут отличаться в 2,5-3,5 раза.
Достоверность научных положений и рекомендаций. Достоверность защищаемых положений обеспечивается соответствием прогнозируемых качественных и количественных характеристик исследуемых процессов результатам, полученным при проведении шахтных наблюдений; использованием современных апробированных методов исследований; значительным количеством данных, полученных при проведении шахтных исследований.
Научная новизна.
Установлены зависимости величин и характера распределения напряжений в угольной потолочине, оставляемой в кровле заходки при подэтажной системе разработки, от основных геологических и горнотехнических факторов.
Разработана методика определения рациональной высоты подэтажей при использовании системы разработки с подэтажной гидроотбойкой, учитывающая параметры зон естественного разрушения краевой части угольного массива горным давлением и предельную мощность угольной пачки, при снижении которой не создаются ее опасные зависания в выработанном пространстве.
Методы исследований. Для решения поставленных задач был использован комплексный метод, включающий: анализ и обобщение опубликованных в горнотехнической литературе данных по проблемам отработки мощных крутых пластов с использованием гидравлического способа добычи; шахтные исследования процессов деформирования и разрушения краевых частей угольного массива и пород на контуре очистных и подготовительных выработок; аналитические исследования напряженно деформированного состояния горного массива для типовых горнотехнических ситуаций; экспертную оценку основных выводов и рекомендаций с привлечением инженерно-технического персонала шахты "Тырганская".
Практическая значимость работы.
Разработаны рекомендации по определению рациональной высоты подэтажа при использовании систем разработки с подэтажной гидроотбойкой для условий отработки пластов: Мощный, Двойной и IV Внутренний, Горелый.
Разработана рациональная технологическая схема выемки угля гидромонитором в пределах заходки, реализация которой позволяет уменьшить эксплуатационные потери угля на 10-15 %.
Разработан патентоспособный способ отработки подэтажей,
позволяющий исключить опасные динамические обрушения угольных пачек и пород кровли в выработанном пространстве отрабатываемого подэтажа.
Установлены предельно допустимые значения мощности угольной пачки оставляемой в кровле заходки с учетом стадии отработки этажа.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на ежегодных научных конференциях молодых ученых СПГГИ(ТУ) «Полезные ископаемые России и их освоение (Санкт-Петербург, 2001, 2002, 2003, 2004 гг.), "Восьмой Санкт-Петербургской ассамблее молодых ученых и специалистов" (2003 г.), научных семинарах кафедры «Разработки месторождений'подземным способом» СПГГИ(ТУ), технических советах ОАО шахта "Тырганская".
Личный вклад автора. Сформулированы задачи исследований, разработана: методиками проведены шахтные и аналитические исследования; выполнена интерпретация полученных результатов, сформулированы основные научные положения.
Публикации. Основные: результаты исследований опубликованы в 6 печатных работах.
Структура и объем работы; Диссертационная работа общим объемом 160 страниц состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 80 источников, включает 78 рисунков и 10 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 ОАО «Прокопьевскуголь» за помощь в сборе исходной информации и проведении шахтных исследований, сотрудникам кафедры РМПС за полезные замечания и помощь при выполнении работы.
Современное состояние и перспективы разработки Прокопьевско-Киселевского месторождения Кузбасса
По имеющимся прогнозным оценкам развития Кузнецкого бассейна (1982 год) общий уровень добычи углей в Прокопьевско-Киселевском месторождении мог быть увеличен до 35-36 млн. тонн в год, а коксующихся углей - до 16 млн. тонн, при условии реконструкции и углубки существующих шахт и карьеров [71, 72]. Однако, анализ динамики объемов добычи, за последние 20 лет (рис. 1.4) показывает постепенное уменьшение интенсивности эксплуатации месторождения. Данная тенденция связана, прежде всего, с закрытием ряда нерентабельных шахт в период с 1992 по 1996 годы, и уменьшение их количества в конечном итоге в 2 раза. В настоящее время отработка прокопьевской части месторождения ведется 6 шахтами. Суммарная фактическая производственная мощность объединения ОАО "УК Прокопьевскуголь" составляет 4,5-5,5 млн тонн в год (рис.1.5). Значительная нарушенность, крутое падение и сближенное залегание пластов в районе - затрудняют применение эффективных способов разработки, вынуждают применять несовершенные технологические решения (небольшие выемочные поля, короткие забои, последовательную выемку пластов в свите и т.д.), что приводит к значительным потерям угля и осложняет дальнейшую отработку пластов. Кроме того, пласты характеризуются высокой газоносностью, повышенной склонностью углей к самовозгоранию, возникновением горных ударов, внезапных выбросов угля и газа при переходе горных работ на нижние горизонты, прорывами глины и пульпы в действующие горные выработки [15, 50-53, 62, 63, 73, 74]. Перечисленные горно-геологические и горнотехнические особенности отработки месторождения стали причиной того, что за время его эксплуатации ни одна из шахт, ведущих отработку крутонаклонных и крутых пластов не освоила проектную производственную мощность.
В табл. 1.4. представлена краткая характеристика предприятий ООО "УК Прокопьевскуголь" ведущих отработку Прокопьевского-Киселевского месторождения.
К настоящему времени, неизученных и неосвоенных площадей, пригодных для заложения новых крупных шахт или разрезов с коксующимися углями, в районе практически не осталось. Дальнейшее развитие работ возможно только за счет увеличения глубины разработки. В ближайшее время глубина горных работ составляет 200-450 м.
Анализ распределения балансовых запасов по горно-геологическим условиям залегания показал, что большая часть запасов (более 90 %) действующих и проектируемых горизонтов месторождения составляют пласты, залегающие под углом 45-90 , причем 55 % всех запасов - пласты мощностью более 6,5 м (рис. 1.6-1.7). Наиболее мощными пластами в районе являются: IV Внутренний (3,5 -11,1 м), Горелый (4,5 - 13,4 м), Мощный (5,4-19,8), на которые приходится 37 % всех запасов.
Кроме того, в различных крупных и мелких охранных целиках в настоящее время до глубины 300 м по району консервируется более 100 млн. т коксующихся углей. Частично целики могут быть отработаны с применением закладки выработанного пространства. Следует отметить, что имеется успешный опыт отработки ценнейших коксовых углей под долиной р. Абы, под местными подъездными железнодорожными путями и другими объектами.
Таким образом, в настоящее время сложилась такая ситуация, что вести разработку мощных крутонаклонных и крутых пластов Прокопьевско-Киселевского месторождения с использованием традиционных технологии - в ряде случаев экономически нецелесообразно. Вместе с тем, закрытие шахт ведет к значительным потерям запасов угля в недрах, потере имеющегося промышленного потенциала, а также дополнительным затратам на консервацию шахт и переквалификацию рабочих (более 17 тысяч человек).
Сложные горно-геологические условия - крутое залегание и значительная мощность пластов, нарушенность месторождения и высокая газоносность, -ограничили число применяемых систем разработки. В тоже время широкий диапазон мощностей (от 1,0 до 22,0 м) и углов падения более чем 15 отрабатываемых пластов предопределили многообразие вариантов технологических схем.
В настоящее время на шахтах Прокопьевско-Киселевского месторождения применяется 12 различных систем разработки. Наиболее распространены следующие системы разработки: щитовая, длинными столбами по простиранию (лавы), комбинированная с гибким перекрытием, подэтажной гидроотбойки.
Исследование влияния горнотехнических факторов на ширину зоны интенсивного разрушения угля при системе разработки с подэтажной гидроотбойкой
В практике горного давления принято выделять зоны остаточного и эксплуатационного опорного давления. Зона эксплуатационного опорного давления формируется вблизи очистного забоя по мере отработке выемочного участка. Зона остаточного опорного давления располагается в краевых частях отработанных выемочных участков на границе с выработанным пространством и оказывает влияние на смежные выемочные участки, т.е. на неподвижные границы очистной выработки (рис. 2.8)[33].
При ведении очистных работ, над пластом ликвидируется опора для вышележащих слоев пород, вследствие чего происходит перераспределение напряжений, существовавших в естественном состоянии. При этом в краевой части пласта формируется зона повышенных напряжений, величина и характер распределения которых зависит от многих горнотехнических факторов.
При отработке крутонаклонных и крутых пластов Прокопьевско-Киселевского месторождения, угли которых склонных к самовозгоранию, с использованием системы разработки с подэтажной гидроотбойкой зоны стационарного опорного давления формируются по мере отработки выемочного участка. Максимальные значения напряжений в данных зонах достигаются к моменту окончания очистных работ в пределах выемочного участка. Качественная картина распределения стационарного давления в краевых частях выемочного участка к моменту доработки представлена на рис. . Как видно из рисунка, параметры зон опорного давления I, II, III, IV имеют значительные отличия. Эти отличия обусловлены особенностью, проявляющейся при отработке пластов с углами падения более 45-60 — перепуску обрушенных пород.
Необходимо отметить, что результаты перепуска обрушившихся пород при отработке мощных крутых пластов зависят не только от свойств вмещающих пород, мощности пласта и угла падения, но определяются в значительной степени глубиной горных работ. Данное обстоятельство необходимо учитывать при расчете параметров зон опорного давления для условий отработки 1-3 этажей.
Отработка 1-го этажа. В связи с незначительной мощностью наносов (10-15 м), отработка мощных крутых пластов на глубине 20-100 м приводит к образованию и развитию провалов на земной поверхности. По мере отработки первого этажа высота зоны обрушения пород кровли максимальна лишь в верхней части этажа, и не превышает, как правило, мощности пласта. Это связано, прежде всего, с интенсивным перепуском пород слагающих наносы и обрушенных пород - по мере увеличения провала и подбучиванием зависающих пород.
Отработка 2 этажа. Изменение условий при отработке 2-го этажа связано, в первую очередь, с ухудшением условий перепуска обрушенных пород отработанного подэтажа вследствие их ележиваемости (интервал между отработкой 1-го и 2-го этажа может составлять 10-30 лет). В связи с этим высота зоны обрушения может достигать 3-х кратной мощности пласта.
Отработка 3 этажа. Особенность перепуска, как правило, -отсутствием перепуска пород ранее отработанного этажа и развитием собственной зоны обрушения, которая достигает поверхности при ведении горных работ на глубине 200-300 м. В результате на; земной поверхности; образуется провал, размеры которого увеличиваются по мере перепуска пород.
Отработки 4 и; последующих этажей Характерной особенность отработки мощных крутых пластов на глубинах 300 ми более является значительное увеличение высоты зоны обрушения вследствие отсутствия перепуска обрушенных пород ранее отработанных подэтажей. При этом, как правило, наблюдается сдвижение горных пород большими блоками через каждые 70-80 м подвигания забоя по простиранию и 30-35 м - по падению пласта [4, 5 Г, 52, 63].
Количественные значения параметров зон стационарного опорного давления определяются множеством факторов, к числу которых относятся: мощность пласта, глубина ведения горных работ, размеры отработанного выемочного участка и др. и могут быть определены в соответствии с методиками, приведенными выше.
Необходимо отметить, что в связи с оставлением непрорезаемых угольных целиков при отработке пластов, склонных к самовозгоранию, влияние стационарного опорного давления от ранее отработанных участков будет определяться шириной оставляемых целиков. При ширине целиков, превышающей размер зоны стационарного опорного давления, данные зоны не будут оказывать существенного влияния на отработку выемочного участка, но должны быть учтены при определении устойчивой ширины указанных целиков.
Обоснование горно-геомеханической модели и расчетных схем
Анализ исходной горно-геологической информации, определяющей пространственное положение пластов и вмещающих пород, их деформационными и.прочностными характеристиками позволил разработать 2 горно-геомеханические модели (рис.3.1-3.2), адекватно отражающие свойства изучаемого массива горных пород [38].
Отличительными признаками моделей, является наличие выработанного пространства ранее отработанных подэтажей заполненного обрушенными породами.
Поскольку выработанное пространство (и наличие: в нем обрушенных пород) может оказать существенное влияние на напряженно-деформированное состояние горного массива, то необходимо выявить степень влияния данного фактора в рамках поставленной задачи по разработке методики геомеханического обоснования требований к параметрам систем разработки, обеспечивающим необходимый уровень технологической эффективности и безопасности горных работ.
Выполненные оценки полноты заполнения выработанного пространства обрушенными породами, коэффициента разрыхления обрушенных пород, мехсвойств пород в массиве, позволили количественно идентифицировать размах деформационных свойств обрушенных пород с диапазоном:
Обеспечение необходимого анализа НДС МГП для конкретных горнотехнических ситуаций требует получения информации о первоначальном (до начала горных работ) НДС массива горных пород.
Граничные условия и геометрические параметры исследуемой области задавались в соответствии с методическими основами расчета параметров механических процессов в системе породный массив - очистная выработка [38]. Граничные условия отражены в горно-геомеханических моделях (рис.3.1-3.2)
В качестве граничных, приняты условия, отвечающие максимальному уровню гравитационных нагрузок на рассматриваемых глубинах отработки. Для глубины 300 м:
Для установления общих закономерностей изменения НДС МГП в исследуемой области были разработаны расчетные схемы (рис.3.4-3.6), соответствующие следующим горнотехническим ситуациям: 1) отработке первого подэтажа, граничащего по восстанию с угольным целиком (массива), до обрушения пород кровли (обрушенные породы в выработанном пространстве отсутствуют) (рис.3.3); 2) отработке подэтажей, верхней границей которых является выработанное пространство (заполненное обрушенными породами) (рис.3.4); 3) отработке подэтажей, граничащих по восстанию с выработанным пространством, заполненным обрушенными породами, при наличии межэтажного целика (угольного массива) (рис.3.5). Параметры указанных схем (рис.3.3-3.7) принимались в широком диапазоне в соответствии с горно-геологическими и горнотехническими условий: Н - глубина горных работ, м: Н = 300, 500, 700 м. m - мощность пласта, рассматривались варианты: m = 3, 6, 12, 15 м; а - угол падения пласта, рассматривались варианты: а = 30,60, 80 град; L - расстояние от разрабатываемого подэтажа до межэтажного целика (размеры выработанного пространства по падению), L.= 12, 25, 45 м. а - мощность угольной потолочины, а = 1, 3, 5, 7 м. Исследования проводились для всех вариантов сочетаний указанных факторов. От того, насколько правильно определены предельные значения мощности угольных пачек оставляемых в кровле заходок, зависит, как безопасность горных работ, так и издержки производства в пределах выемочного участка. При фактической мощности угольной пачки, превышающей ее предельные значения, возможны устойчивые зависания V, угольной потолочины и пород кровли в выработанном пространстве и их динамические обрушения, приводящие к снижению безопасности работ. При фактической мощности пачки меньше предельной уменьшается высота подэтажа, а следовательно возрастают затраты, связанные с проведением и поддержанием подэтажных штреков в пределах выемочного участка. С целью изучения влияния различных горнотехнических и горногеологических факторов на предельные значений мощности угольных пачек для разработанных горно-геомеханических моделей, расчетных схем и их вариантов были рассчитаны, с использованием метода конечных элементов, все компоненты тензора напряжений сг , деформаций -,у и вектора перемещений 8І . Для проведения необходимого теоретического обобщения была проведена компьютерная обработки числовых полей; пакетами: программ и получена графическая интерпретация всех параметров (Рис. 1-23, Приложение). В качестве примера, иллюстрирующего характер полученных при расчетах результатов, на рис.3.8 приведены поля напряжений в угольной пачке и вмещающих породах для горно-геологических условий пласта "Двойной", при этом мощность угольной пачки, оставляемой в кровле камеры, составляла 5 м, мощность пласта 6 м, угол падения - 60. Как следует из данного рисунка, в нижней части угольной пачки ABCD (рис. 3.8, б) образуется зона растягивающих напряжений стх, величина которых , превышает предел прочности угля. Указанная зона смещена к висячему боку пласта и имеет размеры: в горизонтальном направлении - 0,75 мощности пласта, в вертикальном направлении — 0,4 мощности угольной пачки. Выполненные аналитические исследования показали, что на напряженно-деформированное состояние угольной пачки и вмещающих пород наиболее существенное влияние оказывают: - величина отношения мощности пласта к мощности угольной пачки; - угол падения пласта; - расстояние от верхней границы отрабатываемого подэтажа до межэтажного целика. Последний из указанных факторов следует учитывать при отработке шахтного поля с оставлением между этажами целиков угля с размерами, исключающими их разрушение горным давлением, а так же при отработке первого этажа. Величина отношения мощности пласта к мощности угольной пачки. Для установления зависимости предельной мощности угольной потолочины от мощности разрабатываемого угольного пласта были выполнены расчеты параметров НДС МГП для расчетных схем приведенных на рис. . При выполнении исследований моделировались горнотехнические ситуации соответствующие отработке пластов мощностью m = 3, 6, 15 м, с углами падения 40, 60, 80. Мощность угольных потолочин принималась а = 1, 3, 5, 7 м. В ходе исследований был выполнен расчет всех компонент тензора напряжений о-у, деформаций єу и вектора перемещений 8k для всех возможных вариантов сочетаний параметров технологических схем. На рис. 1-7 (Приложение) представлены фрагменты результатов выполненных расчетов отражающие основные закономерности изменения НДС массива горных пород и угольной потолочины.
Определение оптимальных параметров рекомендуемых технологических схем
В предыдущих главах было показано, что одним из основных параметров технологических схем при использовании подэтажной гидроотбойки угля является высота подэтажа, которая определяет не только уровень затрат на подготовку выемочных участков, но и, при превышении некоторой предельной величины, - уровень безопасности ведения очистных работ. При высоте подэтажа более некоторого предельного значения возможно формирование в кровле заходок устойчивых угольных потолочин, неуправляемое обрушение которых на значительных пролетах способно привести к созданию аварийных ситуации, обусловленных возникновение воздушной волны со скоростным напором и поступлением из выработанного пространства больших масс воздуха и метана в очистные подготовительные выработки.
В соответствии с применяемыми в настоящее время отраслевыми методиками и инструкциями, рабочая высота подэтажа принимается равной либо меньшей величины рабочей длины струи гидромонитора, которая, на современном этапе развития гидравлической технологии и техники в России, не превышает, как правило, 10 м.
Выполнение данного условия обеспечивает относительную безопасность очистных работ. Однако, как показывает опыт отработки крутонаклонных и; крутых пластов Прокопьевско-Киселевского месторождения, высота подэтажей в различных горнотехнических ситуациях значительно превосходила расчетную длину струи гидромонитора.
Указанный факт, свидетельствует о необходимости совершенствования методических подходов к определению высоты подэтажа. Так на шахтах "Тырганская" и "Красногорская" имеется положительный опыт отработки пласта "Мощный" с фактической высотой подэтажа превышающей рабочую длину струи гидромонитора в 1,5 — 2 раза.
В данной работе сделана попытка научного обоснования методики определения высоты подэтажей для различных горнотехнических: ситуаций, возникающих при отработке крутонаклонных и крутых пластов Прокопьевско-Киселевского месторождения Кузбасса с учетом установленных закономерностей деформирования краевой зоны пласта и угольных потолочин, формирующихся в кровле заходок при гидроотбойке угля.
Как было указано ранее, безопасная высота подэтажа должна определяться из следующего неравенства (1.1):Выполнение указанного неравенства позволяет повысить безопасность горных работ за счет исключения возможности формирования устойчивых зависаний угольных потолочин в кровле заходки.
Выполненные исследования позволили установить зависимости параметров апр и Ьи (1.1) от основных горно-геологических и горнотехнических факторов для условий Прокопьевско-Киселевского месторождения и разработать инженерную методику определения высоты подэтажа, при отработке крутонаклонных и крутых пластов с использованием системы разработки с подэтажной гидроотбойкой.
В результате аналитических и шахтных исследований установлено, что эффективность выемки мощных крутых пластов в значительной степени определяется схемой расположения нарезных выработок и местом размещения в этих выработках гидромонитора. Различные схемы расположения выработок в пределах подэтажа предопределяют степень извлечения полезного ископаемого, затраты на подготовку выемочного участка и; скорость его отработки.
Установлено, что выбор схемы подготовки подэтажа должен осуществляться с учетом мощности и угла падения разрабатываемого пласта. В результате обобщения данных шахтных и аналитических исследований определены области рационального применения различных вариантов расположения подготовительных выработок в подэтаже.
Как следует из табл.4.1, при отработке пласта,"Мощный" (т = 8-18 м) максимальная эффективность ведения очистных работ, по фактору "полнота извлечения полезного ископаемого", достигается при отбойке угля в заходках из ортов и расположении двух подэтажных штреков у лежачего и висячего боков пласта (д, рис.4.1). Использование данной схемы позволяет, по сравнению со схемами в, г (рис.4.1) вести отработку пласта с максимальной высотой подэтажа и обеспечить минимальные эксплуатационные потери угля;
При мощности пласта 6-12 м и угле падения пласта 75-90 схемы в иг по фактору "высота подэтажа" являются практически равноценными.
Как отмечалось ранее, при проектировании технологических схем с подэтажной гидроотбойкой, в соответствии с действующими отраслевыми нормативными документами и методиками расчета параметров гидромониторной выемки [15] высоту подэтажа принимают равной рабочей длине струи гидромонитора.
Рабочая длина струи гидромонитора (1Р) определяется по формуле: где dH - диаметр выходного отверстия насадки, м; dH = [12+Q(288-8,8P)]-10"3, м dH принимается равным ближайшему значению в параметрическом ряду: 16, 18,20,22,25,28,30,32 мм: кф = 2,8 - коэффициент формы гидромонитора; - коэффициент, учитывающий структуру струи:
