Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса, цель, задачи и методы исследований . 9
1.1. Анализ производственного опыта, тенденций и направлений совершенствования технологий очистных работ на шахтах Восточного Донбасса 9
1.2. Оценка степени изученности вопроса исследований 22
1.3. Цель, задачи и методы исследований 35
2. Исследование эксплуатационных характеристик комплексно-ме ханизированной технологии очистных работ на тонких пластах 41
2.1. Общие положения оценки эксплуатационной надежности функционирования комплексно-механизированных очистных забоев 41
2.2. Исследование влияния комплекса факторов на уровень эксплуатационной надежности 49
3. Теоретические исследования комплексно-механизированной тех нологии очистных работ на тонких пластах 67
3.1. Разработка расчетной схемы нагружения линейных секций механизированных щитовых крепей для тонких пластов 67
3.2. Теоретические аспекты обоснования конструктивной податливости механизированных крепей щитового типа 77
3.3. Теоретическое обоснование режимов силового взаимодействия механизированных крепей с боковыми породами 89
4. Рекомендации по практической реализации и технико-экономи ческая оценка результатов исследований 95
4.1. Разработка рекомендаций по совершенствованию механизированных крепей для эффективной отработки запасов тонких угольных пластов 95
4.2. Разработка предложений по повышению эффективности функционирования очистных механизированных комбайновых комплексов при отработке запасов выемочных столбов по восстанию пластов 100
4.3. Оценка целесообразности комплексно-механизированной отработки запасов тонких пластов без присечки боковых пород 106
4.4. Разработка рекомендаций по повышению технического уровня и эффективности очистных работ на тонких угольных пластах 112
4.5. Оценка эффективности технологических схем очистных работ на тонких пологих пластах 116
Выводы 120
- Оценка степени изученности вопроса исследований
- Исследование влияния комплекса факторов на уровень эксплуатационной надежности
- Теоретические аспекты обоснования конструктивной податливости механизированных крепей щитового типа
- Оценка целесообразности комплексно-механизированной отработки запасов тонких пластов без присечки боковых пород
Введение к работе
Одним из положительных результатов реформирования угольной отрасли российской части Донбасса является резкое сокращение числа очистных забоев, связанных, прежде всего, с ликвидацией особо убыточных и нерентабельных шахт. Более того, при сокращении числа угледобывающих предприятий с 47 (1990 г.) до 20 (2000 г.) и среднедействующего количества лав со 165,1 до 34,5 (соответственно на 57 и 79 %) нагрузка на лаву по остающимся в эксплуатации шахтам возросла в среднем по региону на 58 %.
В то же время анализ показывает, что основной прирост добычи имеет место на шахтах, разрабатывающих пласты средней мощности ("Алмазная", им. 50 лет Октября ОАО "Гуковуголь", "Садкинская" ООО "Компания "Ростовуголь" и др.). Что касается шахт, разрабатывающих тонкие пласты, то специфика горно-геологических условий залегания последних и ограниченное призабойное пространство очистных забоев не позволили получить сколько-нибудь заметных приростов в добыче из очистных забоев.
Это обстоятельство и предопределило тенденции и направления повышения технического уровня очистных работ на тонких пластах, что всегда было сопряжено со значительными трудностями из-за отсутствия работоспособных аналогов технических решений в отечественной и мировой практике.
Анализ же опыта технического перевооружения в области комплексной механизации угледобычи на тонких пластах свидетельствует о том, что ни на одном этапе не удалось достичь заметного роста показателей эффективности работы очистных забоев. Во многом это связано с тем, что конструктивная, силовая и кинематическая системы применяемых ме-
ханизированных крепей не учитывают в должной мере специфику проявлений геомеханических процессов в осложненных условий отработки запасов тонких пластов, что затрудняет формирование прогрессивных тех-» нологических схем очистных работ и не обеспечивает возможности выхода на высокий уровень использования ресурсного потенциала комплексов оборудования.
Таким образом, на основании вышеизложенного можно утверждать об актуальности научных исследований, направленных на обоснование технических и технологических решений по повышению эксплуатационной производительности очистных забоев, оборудованных комплексами на базе щитовых механизированных крепей.
Целью диссертации является установление закономерностей силового взаимодействия линейных секций механизированных щитовых крепей с боковыми породами и изменения надежности их эксплуатации для обоснования рациональных параметров интенсивной технологии очистных работ, обеспечивающих эффективную отработку запасов тонких антрацитовых пластов.
Основная идея работы заключается в системном подходе к обеспечению адаптивности функциональных элементов очистного механизированного комплекса при осложнении горно-геологических условий отработки запасов тонких антрацитовых пластов посредством реализации адресно-ориентированных изменений силовых режимов взаимодействия линейных секций крепи с боковыми породами и параметров технологии выполнения рабочих процессов в лаве.
Основные научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна:
1. Адаптация механизированных крепей высокого технического уровня к осложнениям условий отработки тонких пологих антрацитовых
пластов, обеспечивается за счет обоснованного изменения ширины поддерживаемого рабочего пространства, шага установки секций крепи, пространственной ориентации опорных элементов и шарнирного четырех-звенника.
Силовые параметры механизированной крепи для тонких пологих антрацитовых пластов должны определяться по условию эффективного поддержания толщи пород непосредственной кровли в режиме начального распора, а в режиме рабочего сопротивления при запасе конструктивной податливости гидравлических стоек, превышающем величину прогиба не-разрушаемой кровли.
Снижение величины опускания непосредственной кровли по линии ее обрушения в выработанном пространстве (за посадочным рядом стоек) может быть обеспечено при переходе на однорядные секции механизированных крепей щитового типа, позволяющие уменьшить пролет поддерживаемого рабочего пространства лавы.
При отработке запасов тонких антрацитовых пластов технологическая схема очистных работ с зачисткой почвы лавы имеет более высокий ранг предпочтения по сравнению со схемой, ориентированной на чел-ноковую работу комбайна по критерию минимума затрат времени на выполнение концевых операций.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:
достаточным объемом геолого-маркшейдерской и статистической информации о работе комплексно-механизированных очистных забоев шахт Восточного Донбасса (184 очистных забоев 12 шахт);
проведением экспериментальных исследований эксплуатационной надежностью комплексно-механизированных очистных забоев по апробированным методикам с использованием современного инструментария;
удовлетворительной сходимостью результатов теоретических исследований механизма силового взаимодействия секций механизированной крепи щитового типа с данными практики отработки запасов тонких пологих пластов;
положительным опытом внедрения рекомендаций автора по совершенствованию технологической схемы выемки угля на шахтах "Октябрьская" (лава № 131) и "Западная" (лава № 210) ООО "Компания "Ростовуголь".
Значение работы. Научное значение работы состоит в установлении закономерностей силового взаимодействия механизированных крепей щитового типа с боковыми породами и надежности их эксплуатации, которые могут быть использованы при обосновании крепей параметров технологий и режимов ведения очистных работ на тонких пологих угольных пластах.
Практическое значение работы заключается в разработке рекомендаций: по конструктивному совершенствованию механизированных крепей для отработки запасов тонких пологих антрацитовых пластов; по повышению эффективности применения технологических схем очистных работ на тонких пластах с использованием механизированных комбайновых комплексов; по экономическому стимулированию отработки запасов тонких пластов без присечки боковых пород.
Реализация работы. Предложенная система мультипликации начального распора секций механизированной крепи принята ШахтНИУИ при создании нового механизированного стругового комплекса МКС2.
Технологическая схема выемки угля комбайном с зачисткой почвы в разных направлениях в зависимости от состояния концевого участка лавы внедрена при разработке паспортов выемочных участков шахт "Октябрьская" (лава № 131) и "Западная" (лава № 210).
По предложенной автором методике для всех очистных забоев шахт ООО "Компания "Ростовуголь" установлены минимальные значения вынимаемой мощности пластов, обеспечившие снижение зольности угля и повышение уровня эффективности функционирования горных предприятий.
Апробация работы. Основные научные и практические результаты исследований докладывались и получили одобрение на заседаниях Президиума Южно-Российского отделения Академии горных наук (Шахты, 2003), заседаниях технического совета ООО "Компания "Ростовуголь" (Шахты, 2002-2003), научно-технических конференциях Шахтинского института Южно-Российского технического университета (Новочеркасского политехнического института) (Шахты, 2002-2003), научном семинаре кафедры "Подземная разработка пластовых месторождений" Московского государственного горного университета (Москва, 2004).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 6 научных работ.
Автор диссертации выражает глубокую благодарность за ценные методические рекомендации при выполнении исследований проф., д.т.н. Матвееву В.А., проф., д.т.н. Посыльному И.Д., проф., к.т.н. Мелькову А.Д. и доц., к.т.н. Феоктистову В.М., а также к.т.н. Шляферу Л.Ю., горн. инж. Леонову А.А. и Кузнецову А.И. - за большую помощь при проведении экспериментов в производственных условиях и внедрении их результатов на шахтах Восточного Донбасса.
Оценка степени изученности вопроса исследований
Как было отмечено выше, угольные пласты месторождений Восточного Донбасса имеют мощность до 1,2 м и их запасы составляют около 80 % общих запасов. В основном это пласты высококалорийных антрацитов преимущественно пологого (10-15) падения (более 90 %) Шахтинско-Несветаевской синклинали. Пласты имеют преимущественно простое строение (70-80 %), но встречаются пласты и сложного строения с одним или несколькими прослойками глинистого или углисто-глинистого сланца. Ф- В кровлях пластов залегают аргиллиты, иногда алевролиты, песчаники, реже - известняки. Почвы пластов представлены аргиллитами и алевролитами, чаще всего, прочными. Эффективная отработка запасов угля на тонких пластах является необходимым условием успешного решения целого ряда проблем, которые продиктованы жесткими требованиями конкуренции рынка топлива, а следовательно, обеспечения работы шахт с высокими нагрузками на очистной забой и низкой себестоимостью угледобычи, отсутствием финансовой господдержки, при обеспечении в, конечном итоге, рентабельной и прибыльной работы шахт. Это становится возможным только за счет существенного повышения, прежде всего, эффективности очистных работ как основного производственного комплекса угледобычи. Ф Повышение эффективности ведения очистных работ во все времена было связано с развитием комплексной механизации угледобычи, позволяющей повысить нагрузки на забой, увеличить производительность труда, снизить себестоимость добываемого угля, а также обеспечить безопасные и благоприятные санитарно-гигиенические условия труда шахтеров. Период развития комплексной механизации очистных работ насчитывает более 50 лет, на протяжении которых проводились крупномасштабные научные исследования и создавались на их основе комплекты оборудования. Исследования проявлений горного давления и режимов взаимодействия механизированных крепей с боковыми породами, а также работы по обоснованию их параметров и кинематических схем для тонких пластов не выделялись в отдельную область, учитывающую специфику отработки запасов таких месторождений. К тому же анализ средств комплексной механизации позволяет сделать вывод, о том,-что они мало отличаются по силовым и кинематическим характеристикам для различных вынимаемых мощностей пластов. Различие, чаще всего, определяется типоразмером механизированной крепи для данного типа комплекса. Таких типоразмеров может быть от двух до четырех, например, два имеют крепь МК97, М88 (87), МТ, три - КД90, Ml38, четыре - ОКП70.
Работы по созданию механизированных крепей были начаты в 30-х годах прошлого столетия [1,6]. Первым был создан оградительный щит -галерея И.А. Журавлева - для выемки мощных пластов по падению с машинно-взрывной выемкой и ручной погрузкой угля. Идея создания очистного механизированного комплекса на базе передвижной секционной крепи с податливыми стойками постоянного сопротивления, узкозахватного комбайна и передвижного конвейера была выдвинута группой конструкторов Углемашпроекта во главе с А.Д. Гри-диным в 1938 г. Эта работа была прервана в начале Великой Отечественной войны [7]. Однако приоритетные решения и идеи, заложенные в этот комплекс, нашли свое продолжение в последующих работах не только в нашей стране, но и за рубежом. В послевоенный период в конце 40-х годов был создан целый ряд щитовых крепей типа Щ. В это же время коллективом работников машиностроительного завода "Гормаш" был разработан, изготовлен и испытан в Кузбассе струговый агрегат "Кузбасс-1" (АК1) и в дальнейшем модернизированный "Кузбасс-2" (АК2) [7]. Экспериментальные работы по созданию очистных агрегатов впервые в горной практике показали, что принципиально возможно использование в длинных очистных забоях гидрофицированных крепей на базе гидравлических систем с высоким давлением в силовых стойках даже без постоянного присутствия людей в рабочих зонах. В свое время были отработаны конструкции аппаратуры управления, арматуры коммуникаций и насосной станции с достаточным напором и расходом рабочей жидкости, обеспечивающих надежное управление секциями крепи по всей длине лавы.
В дальнейшем работы по созданию агрегатов были сосредоточены в Гипроуглемаше, коллектив которого разработал под руководством А.Л. Турича и Б.К. Мышляева агрегат А2 в струговом и комбайновом вариантах для пластов мощностью 0,85-1,35 м. Механизированная крепь агрегата была разделена на забойные и посадочные секции. Это было принципиально новое решение в создании механизированных крепей. Однако в процессе испытаний агрегатов А2С и А2К не удалось обеспечить надежную работу забойной крепи, особенно при наличии вывалов пород кровли, были и другие серьезные недостатки, связанные со средствами выемки и доставки угля, а также конструктивными решениями по агрегатированым связям крепи с базовым конвейером. Одновременно с разработками Гипроуглемаша в Подмосковном бассейне группа ученых и конструкторов в составе Л.А. Зиглина, П.Д. Романова и др. продолжала работы по совершенствованию щитовых крепей. Ими были созданы комплексы "Мосбасс" (КМ1, КМ2, КМЗ), не имеющие аналогов в мировой практике. Именно благодаря широкому внедрению этих комплексов, удалось эффективно отрабатывать запасы бурых углей, что на десятки лет обеспечило перспективу развития бассейна [34].
Однако отсутствие глубоких научных исследований в области создания механизированных крепей и комплексов очистного оборудования сдерживало развитие конструкторских работ в части научно обоснованного выбора параметров механизированных крепей. Практика создания механизированных крепей базировалась на данных шахтных испытаний и исследований в лавах с индивидуальной крепью, что и предопределило ориентацию на секции крепей состоящие из забойных и посадочных частей. К этому периоду относятся первые научные исследования Г.Н. Кузнецова, который сформулировал основные принципиальные положения о механизме работы крепи в двух режимах: заданной нагрузки и заданной деформации [35]. Заданную нагрузку, по Г.Н. Кузнецову, предлагалось определять по весу пород в зоне беспорядочного обрушения, которая должна соответствовать сопротивлению крепи. Заданную деформацию рекомендовалось определять по возможному опусканию основной кровли, что позволяло объективно обосновывать податливость крепи. Эти теоретические и гипотетические положения сыграли важную роль в понимании вопросов взаимодействия крепей с боковыми породами и оказали большое влияние на дальнейшее развитие работ в области создания новых конструкций крепей.
Но в то же время следует заметить, что силовые стойки механизированной крепи работают в режиме податливости при постоянном сопротивлении, а следовательно, заданная нагрузка, определяемая весом нижних обрушающихся слоев пород кровли, не связана с сопротивлением крепи. Податливость крепи, действительно зависит от величины прогиба нераз-рушаемой толщи пород основной кровли и скорости её опускания по ширине поддерживаемого пространства. Поэтому предполагаемая рядом авторов работ связь между сопротивлением крепи и её податливостью сомнительна. Прогиб основной кровли, совершенно очевидно, зависит от упруго-пластических свойств пород и вынимаемой мощности пласта, которая в конечном итоге определяет величину этого прогиба в пределах пролета породного обнажения.
Исследование влияния комплекса факторов на уровень эксплуатационной надежности
Одним из базовых производственных объектов проведения исследований была выбрана шахта им. Октябрьской революции (далее ш. "Октябрьская"), где одним из первых начал эксплуатироваться модернизированный комплекс 1МКД90. Шахта "Октябрьская" разрабатывает пласт кв5 в восточном блоке шахтного поля. Проектом ее реконструкции предусматривалось вести подготовку запасов погоризонтным способом с отработкой запасов длинных столбов (до 2,0 км) лавами по восстанию. Первая лава № 131-6 готовилась для сдачи в эксплуатацию почти 8 лет. Уже в этот период выявились весьма серьёзные трудности по проходке достаточно протяженных бортовых ходков № 131 и 132 в части выемки горной массы, транспорта, доставки людей и материалов, проветривания и др. Пласт кв5 сложного строения, на новом участке представлен антрацитом выше средней крепости (f 2), мощностью 0,85-0,92 м, в нижней пачке пласта имеется слой углистого сланца мощностью 0,08 м.
Непосредственная кровля крепостью f = 4-6 сложена косослоистым рассланцованным песчаным сланцем с наличием угольных пропластков и ослабленной послойной связью мощностью до 13-17 м вплоть до верхней пачки кв5. Основную кровлю составляют крепкие (f = 9-11) устойчивые песчаники мощностью 3,5-8,0 м, водосодержащие. Пласт подстилает "ложная" почва мощностью до 0,1 м, непосредственная почва представлена устойчивым песчаным сланцем крепостью f = 5. Гипсометрия пласта волнистая, угол падения преимущественно 8-10 в нижней части выемочного столба, в верхней, на участке порядка 200-250 м, достигает 22-23. К востоку пласт выполаживается и в контурах последующих столбов № № 132, 133 и далее составляет не более 10. Ожидаемый водоприток в горной выработке составляет 10-15 м3/ч. При проведении бортовых ходков имели место частые их завалы из-за неустойчивой, сильно трещиноватой и слоистой кровли. Для отработки запасов выемочного столба № 131 был выбран самый современный механизированный комплекс 1МКД90 производства Каменского машзавода, который по технической характеристике, представленной заводом, вполне соответствовал горно-геологическим условиям лавы. Опасения вызывали предельные и на некоторых участках запредельные углы падения пласта (10 и более градусов), которые могли затруднить работу очистного комбайна 1К103М и базового конвейера СПЦ163. Лава была сдана в эксплуатацию 29.05.1997 года. Первичная посадка основной кровли, как и предполагалось, произошла через 40-50 м без особых динамических проявлений, так как последняя хорошо "подбучивалась" легкообрушаемой мощной толщей непосредственной кровли. По этой же причине не проявлялись в действующем очистном забое и вторичные осадки. По характеру обрушения и тяжести кровли механизированная крепь вполне должна была соответствовать условиям её эксплуатации. Однако уже после подвигания лавы на 68 м от разрезной печи был посажен "нажестко" целый ряд секций.
Секции крепи не обеспечивали надёжный распор, и по мере их разгрузки и передвижки удлинялся участок зажатых секций. Вывалы породы кровли у угольного забоя достигали 3-5 м. Добыча из лавы в среднем составляла не более 100-200 т/сут., при этом уголь был низкого качества из-за засорения его породой от присечки почвы или кровли (вынимаемая мощность пласта 1,1-1,2 м). Все разрабатываемые специалистами горнотехнические мероприятия не давали положительных результатов. На шахте сложилась крайне критическая ситуация, встал вопрос о невозможности дальнейшей эксплуатации комплекса 1МКД90 в условиях шахтопласта, а следовательно, и работы шахты в целом. Отсутствие на шахте резервной лавы усугубляло положение. С сентября 1997 года автором диссертации совместно со специалистами шахты и с участием представителей Каменского машзавода начались интенсивные исследования причин низкой работоспособности комплекса и осуществлен сравнительный анализ работы комплекса в условиях лавы № 131-6 и аналогичных комплексов на других шахтах. Для оценки работоспособности секций крепи на силовых стойках заднего ряда были установлены манометры, показания которых ежесменно снимались и заносились в участковый журнал в течение месяца. Таких замерных секций было четыре: по концам лавы и две в средней ее части. Одновременно фиксировалось и давление на насосной станции СНТ32, при этом слесарь-гидравлик следил за тем, чтобы это давление было порядка 20 МПа.
В результате было установлено, что после распора секций с начальным давлением рабочей жидкости, созданным насосной станцией стойки секций не набирали номинальное рабочее сопротивление в течение всего цикла. Заметим, что длительность рабочего цикла по выемке одной полосы чаще всего превышала сутки. Для объяснения этого явления первоначально было принято предположение о неработоспособности стоечных гидравлических блоков (ГБС), и предохранительных клапанов. Работа по их замене проводилась совместно с заводом, устранялись и возникающие утечки рабочей жидкости в гидравлических магистралях и через уплотнения стоек. Однако это не сказалось на режимах нагружения силовых стоек. Более 90 % стоек развивали усилия меньше рабочего номинального сопротивления и были близки к начальному распору.
Теоретические аспекты обоснования конструктивной податливости механизированных крепей щитового типа
Как было отмечено выше, к началу реформирования (1992-1995 гг.) в течение 3-4 лет объединение "Ростовуголь" практически полностью перешло на эксплуатацию комплексов нового технического уровня типа МКД80 и МКД90, технические характеристики которых были более лучшими по сравнению с традиционными комплексами типа КМК97М и КМ88 (более высокие рабочие сопротивления и коэффициент перекрытия кровли, долговечность и надежность). Однако техническо-экономические показатели работы шахт, оснащенных новыми комплексами, резко ухудшались: уменьшился объем годовой добычи с 13,9 млн. т в 1992 г. до 2,9 млн. т в 2001 г., нагрузка на забой возросла за этот период с 435 т до 490 т/сутки при сокращении количества очистных забоев с 101,2 до 14,9. Естественно, такой рост нагрузки на забой совершенно неадекватен увеличению затрат на угледобычу за счет резкого подорожания горношахтного оборудования, электроэнергии и материалов. При этом заработная плата шахтеров не повышалась, оставаясь весьма низкой, что не способствовало поддержанию нормальной трудовой и производственной дисциплины в коллективах шахт. Необходимость обновления основных фондов при работе шахт отвлекала практически все средства от реализации продукции, увеличивалась постоянно задолженность по зарплате трудящимся. Анализ деятельности шахт ОАО "Ростовуголь" за прошедшие 10 лет позволил сделать вывод, что основной причиной, приведшей к банкротству компании, является неэффективность работы очистных забоев. В то же время при средних нагрузках на лаву более 1100 т/сутки ОАО "Гуков-уголь" работал бездотационно и прибыльно.
Из оставшихся после реструктуризации 12 шахт ОАО "Ростовуголь" (16 шахт были закрыты в течение 1995-1998 гг.) 5 отрабатывали запасы пластов малой мощности (1 м и менее) механизированными комплексами 1МКД80 (90) и КМС97М, 3 - пластов мощностью 1,2-1,4 м комплексами 2МКД90 и 2 - пластов мощностью 1,7-2,0 м комплексами ЗМКД90. Несмотря на прогрессивный уровень проектных характеристик мех-крепей, в очистных забоях, отрабатывающих запасы тонких пластов, постоянно наблюдались аварийные ситуации, связанные с жестким зажатием секций крепей и вывалами пород в призабойном пространстве. Механизированная крепь как основной функциональный элемент комплекса, обеспечивающий безопасное поддержание кровли по ширине призабойного пространства, в значительной мере определяет эффективность работы очистного забоя. Правильный выбор кинематических и силовых характеристик секций крепи позволяет решить задачи обеспечения устойчивого состояния кровли в призабойном пространстве лавы и её обрушения за ней при достаточно равномерном распределении сопротивления крепи по площади перекрытий.
Специфика конструктивного исполнения комплексов для тонких пластов связана, прежде всего, с ограниченностью рабочего пространства, что сдерживает применение силовых стоек с большой гидравлической раз-движностью и податливостью, обеспечением прохода для людей и др. Созданный типоразмерный ряд крепей КД80(90), предназначен для охвата диапазона разрабатываемых пластов по мощности от 0,85 до 2,0 м. В то же время по техническим характеристикам крепи этого ряда мало отличаются друг от друга. Практически различаются они только по кинематике формирования оградительной части секций. Силовой режим работы секций механизированной крепи в контакте с углевмещающим массивом реализуются трехстадийно в течение рабочего цикла: распор с рабочим сопротивлением или близко к нему, с последующим податливым опусканием; полная разгрузка (или с остаточным подпором) для её передвижения; распор с начальным сопротивлением, соответствующем давлению, реализуемого насосной станцией. Таким образом, секции крепи характеризуются явно неодинаковым по длине лавы силовым режимом взаимодействия с боковыми породами.
По мере передвижки секций снижается сопротивление крепи вдоль очистного забоя, а также имеет место неравномерное распределение усилий подпора, что может вызвать концентрацию напряжений в нижних слоях пород кровли и образование систем нежелательной эксплуатационной трещиноватости. Кровля разделяется на блоки по поверхностям ослаблений. Порядок выбора механизированной крепи и расчета требуемых силовых параметров для конкретных условий эксплуатации комплексов изложен в целом ряде нормативных документов, которые базируются на результатах научных исследований и достижений мировой и отечественной практики по управлению горным давлением [3,4,7,16]. Сложилось мнение, что при всех способах управления кровлей основные значения имеют поведение пород непосредственной и основной кровли в призабойном и выработанном пространстве, их обрушаемость, устойчивость, а также тип кровли по нагрузочным свойствам [4,5]. При этом в [5] констатируется, что "основной целью управления горным давлением при ведении очистных работ является регулирование проявлений горного давления в рабочем пространстве очистного забоя и за его пределами...". С нашей точки зрения, это реализовать практически невозможно, особенно в части регулирования сдвижения толщи горных пород залегаю щих выше непосредственной кровли. Длительные наблюдения за проявлениями горного давления в очистных забоях, оборудованных механизированными комплексами, на шахтах Восточного Донбасса (около 200 лав) позволили установить, что, зачастую, сделанный выбор комплекса в соответствии с нормативными документами [4,5] (требуемое сопротивление и типоразмер) не всегда обеспечивает надежную его работу и даже бывает ошибочен. Так, механизированная крепь с достаточно большим рабочим сопротивлением в соответствующих условиях работает неэффективно, в то же время крепь с более низкими силовыми параметрами обеспечивает значительно лучшие результаты работы очистного забоя (ш. "Майская", ш. "Юбилейная", ш. "Самбековская" и др.).
Оценка целесообразности комплексно-механизированной отработки запасов тонких пластов без присечки боковых пород
При эксплуатации комплексно-механизированных очистных забоев с комбайновым способом выемки угля повсеместно имели место присечки боковых пород от 0,1 до 0,25 м. Особенно большие присечки наблюдались при работе в забоях мехкомплексов 1МКД80(90). Анализ опыта эксплуатации в 1992-2000 тг. механизированных комплексов в более 60 % общего количества забоев на тонких пластах (112 лав) показал, что технология угледобычи с присечками связана не только с обеспечением требуемой вынимаемой мощности пласта, которая больше геологической, но и с прямой заинтересованностью трудящихся в увеличении объемов угледобычи по горной массе. Масштабы ведения очистных работ по технологическим схемам с присечками боковых пород стали угрожающими, так как имело место резкое снижение качества добываемого угля, осложнялись транспортирование и переработка горной массы, уменьшался выход товарного угля, повышалась энергоемкость процесса добычи по всем производственным комплексам. Экономический ущерб составлял огромные суммы. При струговой выемке угля присечки пород не производились в силу невозможности их осуществления рабочим органом установки. Следует отметить, что присечки не всегда были оправданы и в ряде случаев могли быть исключены или сведены по объему к минимуму, так как геологическая мощность пласта изменяется в широких пределах по площади разрабатываемого пласта и часто приближается к нижнему пределу по вынимаемой мощности, рекомендуемой для эффективного приме нения комплекса определенного типа и типоразмера.
Однако установленные плановые нормативы по зольности добываемого угля, исходя из средней геологической мощности и пластовой зольности, а также учет объема добычи по горной массе, стимулировали шахты во всех случаях придерживаться этих нормативов. Иногда при работе без присечки, когда мощность пласта увеличивалась, зольность горной массы искусственно доводилась до плановой путем добавления породы или совместного транспортирования горной массы из очистных и подготовительных забоев. Происходила шихтовка горной массы с доведением её зольности до требуемого планового значения с естественным увеличением общего объема добычи. Эти негативные проявления имели под собой вполне очевидные обоснования, а именно, планирование нагрузки на забой и нормирование труда в зависимости от добычи горной массы, а не товарного угля.
Товарный уголь, конечный продукт реализации, получали после переработки горной массы на обогатительных фабриках (ОФ). Мощности ОФ обеспечивали переработку всего объема угледобычи, однако ежегодный рост зольности угля (1-1,5 %) за счет расширения объемов комбайновой выемки привел к почти катастрофическому снижению выхода крупно-средних сортов угля, резкому увеличению объемов необогащенных шты-бов с зольностью до 45 % класса 0-6. Для сжигания высокозольных штабов на тепловых электростанциях (основной потребитель штабов) требовалось дополнительно подавать в топки мазут в соотношении 2:1. На угольных складах ОАО "Ростовуголь" в 2001 г. скопилось огромное количество нереализованных штыбов (свыше 1 млн. тонн). Несмотря на закрытие 16 шахт, оставшиеся в эксплуатации наиболее перспективные и стабильно работающие 12 шахт ОАО отличались убыточностью даже при больших государственных финансовых дотациях. К началу 2002 г. ОАО "Ростовуголь" имело кредиторскую задолженность в размере более 6 млрд. рублей и было вынуждено самоликвидироваться. Новая угольная компания ООО "Компания "Ростовуголь", в составе которой осталось всего 7 шахт, была передана инвестору - компании "Русский уголь". Однако при 100 % уровне комплексной механизации показатели работы компании практически не улучшились, и в основном это было связано с ограниченным рынком сбыта высокозольных штыбов, незначительным объемом выхода сортовых товарных углей, а также неудовлетворительным ростом таких важнейших показателей работы очистных забоев, как нагрузка и производительность труда.
С целью ликвидации присечек боковых пород, приводящих к ухуд-шению качества добываемого топлива и целому ряду других негативных явлений в виде повышения энергоемкости процесса выемки, снижения надежности выемочной техники, увеличения затрат на транспортирование и переработку дополнительных объемов горной массы и др., необходимо ориентироваться на новые методы планирования и нормирования труда, отказавшись от учета горной массы при их расчетах. Нормирование труда как показатель затрат труда на единицу продукции или выполнения определенного объема работ в течение смены при заданных организационно-технических условиях должно использоваться в практической деятельности для решения основных производственных и хозяйственных вопросов на угледобывающем предприятии. Если нормировать затраты труда не в приведении к объемам добытой горной массы, а площади, вынутой части угольного пласта, то сразу отпадает необходимость, а, главное, заинтересованность коллектива добычного участка и шахты в целом в увеличении объема добычи горной массы за счет присечек боковых пород или совместного транспортирования их с углем. Именно площадь выемки определяет интенсивность и рациональность труда рабочих, стимулирует их к более производительной f работе комбайна, увеличению темпов подвигания очистного забоя.
