Введение к работе
Актуальность темы
Россия во все времена была и остается одной из ведущих угольных держав мира, как по величине запасов, так и по объемам добычи угля. Мировое потребление угля за последние 10 лет выросло почти на 50 процентов. Правительство РФ утвердило разработанную Минэнерго России долгосрочную Программу развития угольной отрасли на период до 2030 года. Согласно программе, к 2030 году добыча угля вырастет до 430 млн т и будет осуществляться на 82 разрезах и 64 шахтах, а уровень производительности труда (добыча угля на одного занятого) в 5 раз превысит показатель 2010 года. Базовыми являются три целевых критерия: энергетическая, экономическая и экологическая эффективность.
Анализ состояния шахтного фонда показал, что с внедрением высокопроизводительной техники выявилось несоответствие схем вскрытия, подготовки и отработки угольных пластов шахт параметрам современного горношахтного оборудования, особенно для пологих пластов средней мощности.
Существующие схемы вскрытия и подготовки шахтного поля с большой протяженностью подготовительных и вскрывающих выработок рассчитаны на достижение годовой производительности шахты путем достаточного количества одновременно действующих очистных забоев. При проектировании новых шахт необходимо применять более совершенные технологические решения по вскрытию, подготовке и отработке запасов угля путем снижения протяжённости выработок за счет размещения транспортного горизонта на поверхности. Решение этой задачи является актуальным и возможным для пологих угольных пластов средней мощности с глубиной залегания до 600 м.
Объект исследования - пологие угольные пласты средней мощности неглубокого залегания.
Предмет исследования - технология вскрытия и подготовки шахтных полей к выемке.
Цель работы - обоснование параметров технологии разработки пологих угольных пластов неглубокого залегания автономными столбами по восстанию.
Основная идея работы состоит в разработке угольных пластов столбами по восстанию на всю глубину шахтного поля и размещении основного транспортного горизонта на поверхности, позволяющей увеличить экономическую эффективность горного производства и безопасность горных работ.
Задачи исследования:
-
Анализ технологии вскрытия, подготовки и очистной выемки при разработке угольных месторождений.
-
Разработка вариантов технологических схем отработки пластов пологого залегания на всю глубину шахтного поля для различных условий.
-
Создание экономико-математической модели по обоснованию параметров технологии разработки пологих угольных пластов средней мощности
столбами по восстанию. Оптимизация параметров выемочного участка по минимуму затрат.
-
Определение эффективности предлагаемых вариантов технологии в различных горно-геологических условиях.
-
Сравнительный технико-экономический анализ применения традиционных способов разработки угольных пластов и предлагаемого способа.
Методы исследований. Для решения поставленных задач в работе использован комплекс методов решения задач в горном деле, включающий:
методы численного моделирования и компьютерного экспериментирования над математическими моделями;
методы экономико-математического моделирования технологических процессов;
оптимизацию параметров технологии отработки пологих угольных пластов столбами по восстанию по минимуму затрат.
Научные положения, защищаемые в диссертации:
размещение транспортного горизонта на поверхности при разработке автономными столбами обеспечивает экономическую эффективность и безопасность разработки пологих угольных пластов средней мощности;
экономико-математическая модель по обоснованию параметров технологии разработки столбами по восстанию построена с учетом глубины заложения выработок, устойчивости вмещающих пород, технологических параметров проходки, условий поддержания, транспорта полезного ископаемого и очистной выемки;
- использование автономных столбов экономически целесообразно при
мощности наносов до 45-70 м; с применением дренажного горизонта до 75-
100 м.
Научная новизна результатов исследований:
доказана возможность более эффективной отработки угольных месторождений столбами по восстанию на всю глубину шахтного поля по сравнению с традиционными способами;
разработана экономико-математическая модель определения основных технологических параметров выемочного столба при разработке пологих угольных пластов столбами по восстанию на всю глубину шахтного поля;
для разработанных технологических схем отработки пологих угольных пластов средней мощности определены оптимальные параметры: длина выемочного столба, очистного забоя и размер шахтного поля по простиранию в зависимости от горно-геологических условий;
- обоснована область эффективного применения автономных столбов
для разработки пологих угольных пластов средней мощности в различных
горно-геологических условиях.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:
- сопоставимостью результатов, полученных компьютерным экспериментированием над математическими моделями и аналитическим путем;
-представительным объемом данных, полученных компьютерным экспериментированием, на основе которых найдены оптимизированные значения параметров технологии;
-соответствием результатов моделирования показателям работы угольных шахт России.
Практическая значимость работы состоит в разработке технологических схем и рекомендаций для отработки пологих угольных пластов средней мощности столбами по восстанию.
Личный вклад автора состоит в постановке задач исследований и их решении, разработке экономико-математических моделей и компьютерных экспериментов над ними, анализе полученных результатов компьютерного экспериментирования и выявлении зависимостей, формулировании научных положений.
Апробация результатов работы. Основные положения диссертации и её отдельные результаты докладывались на научных конференциях УГГУ в 2008-2012 гг., доклад в ОАО «Уралгипрошахт».
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, 2 статьи в ведущих рецензируемых научных изданиях.
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, двух приложений, библиографического списка, включающего 109 наименований. Текст диссертации изложен на 168 страницах и содержит 11 таблиц, 71 рисунок.
Автор выражает благодарность научному руководителю, коллективу кафедры горного дела и Л.А. Важенину за неоценимую помощь в подготовке диссертации.
