Введение к работе
Актуальность работы. Одним из факторов, снижающих эффективность внедрения прогрессивных технологий подземной угледобычи, является высокая аварийность забоев с дорогостоящим высокопроизводительным оборудованием из-за загазирований горных выработок. Угольные пласты Томь-Усинского района Кузбасса имеют высокую метаноносность, в частности, на поле шахты «Распадская» на глубине около 400 м метаноносность пластов составляет 25-28 м3/т. Хотя горные работы не достигли еще этих отметок, абсолютная газообильность отдельных шахт района уже превышает 100 м3/мин, а количество загазирований шахт гораздо больше, чем в других районах Кузбасса.
Основная часть выемочных участков с высокой газообилыюстыо сосредоточена на пологих и наклонных пластах, где работают высокопроизводительные механизированные комплексы. Нагрузка на очистной забой в настоящее время часто достигает 5000-7000 т/сут., а в перспективе вырастет до 10000-12000 т/сут. В таких условиях увеличивается вероятность и количество опасных скоплений газа и загазирования горных выработок. Одним из факторов появления зон повышенного газовыделения является недостаточная изученность и учет влияния геомеханических и технологических процессов на газопроницаемость и метановыделение углепородной толщи при интенсивной отработке пластов. Существующие методики и нормативные документы разработаны, в основном, на базе теоретических исследований и экспериментов, проведенных на выемочных участках с нагрузкой на очистной забой до 1000 т/сут. Дяя обеспечения безопасной и стабильной работы очистных забоев с нагрузкой 5000-7000 т/сут. необходимо совершенствование существующей системы управления метановы-делением на основе новых методов и способов прогноза и профилактики загазирования горных выработок.
І РОС НАЦИОНАЛЬНА* 1
1 библиотек* 1
Комплексные исследования взаимодействия геомеханических, газодинамических и технологических процессов при отработке вьшхмочных участков с нагрузкой более 100 тыс. т/мес. проводились в ограниченном объеме и не обобщены в виде методик и нормативных актов.
Поэтому обоснование пространственно-планировочных и технологических параметров выемочных участков с учетом периодической активизации и взаимодействия геомеханических, газодинамических и технологических процессов при интенсивной отработке угольных пластов, совершенствование и разработка на этой базе способов управления газовыделением на выемочных участках шахт Томь-Усинского района является актуальной научной задачей. Решению этой задачи посвящена настоящая диссертационная работа.
Целью диссертации является установление влияния комплекса горно-технических факторов на интенсивность газовыделения в действующие выработки выемочных участков для обоснования прогрессивных пространственно-планировочных и технологических решений, обеспечивающих эффективную и безопасную отработку запасов высокогазоносных угольных пластов пологого падения.
Основная идея работы состоит в реализации системного подхода к управлению режимами газовыделения при ведении очистных работ на базе адресно ориентированного изменения топологических характеристик и геометрических параметров технологических схем выемочных участков шахт.
Научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна:
эффективность управления газовыделением на выемочном участке, в первую очередь, достигается за счет обоснованного изменения параметров технологических схем выемочных участков (длины очистного забоя и ее соотношения с шириной межлавного целика, скорости подвигания и нагрузки на лаву);
процесс метановыделения в горные выработки имеет периодический характер, положение максимумов которого отстает по времени от процесса обрушения пород основной кровли, а интенсивность метановыделения на выемочном участке максимальна при первичном обрушении пород с постепенным снижением при последующих обрушениях кровли в виде реализаций волновых случайных функций;
изменение пространственной ориентировки очистного забоя по отношению к выемочным штрекам путем разнесения концевых частей лавы на величину шага обрушения пород основной кровли приводит к структурной перестройке газового баланса выемочного участка и снижению объемов максимальных газовыделений из выработанных пространств, связанных с периодическими обрушениями пород основной кровли;
стабилизация газовой обстановки в зонах повышенного газосодержания достигается системным регулированием пространственно-планировочных и технологических параметров выемочных участков путем изменения технологии выемки угля, применения комплекса мер по эффективному газоотсосу из выработанных пространств.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и результатов подтверждаются:
использованием апробированных экспериментально-аналитических методов моделирования, результатами представительных наблюдений в производственных условиях;
длительными ежесуточными измерениями параметров газовыделения на выемочных участках шахт Томь-Усинского района и использованием методов статистического и корреляционного анализа при обработке данных измерений;
удовлетворительной сходимостью результатов теоретических исследований и аналитических расчетов с данными натурных измерений на полях шахт «Распадская» и им. В.И.Ленина;
соответствием основных закономерностей взаимодействия геомеханических, газодинамических и технологических процессов физическим законам сохранения энергии и качественным представлениям теории и практики управления горными работами при выемке весьма газоносных угольных пластов при высоких скоростях под-вигания очистных забоев;
положительными результатами внедрения решений, рекомендаций и выводов, полученных в диссертационной работе на полях шахт «Распадская» (выемочные участки 4-10-21; 4-10-23; 5-6-8, 5а-7-22 ; 4-7-19), шахты им. В.И.Ленина (выемочные участки 0-5-1-3, 0-5-1-5 и 0-5-1-7).
Значение работы. Научное значение работы заключается в установлении влияния комплекса горнотехнических факторов на интенсивность газовыделения в действующие выработки выемочных участков для обоснования прогрессивных пространственно-планировочных и технологических решений, обеспечивающих эффективную и безопасную отработку запасов высокогазоносных угольных пластов пологого падения.
Практическое значение работы заключается в том; что полученные результаты позволяют:
установить эффективность схем проветривания выемочных участков с высокими нагрузками на очистной забой в зависимости от изменения' параметров лавы и объемов подаваемого, на участок воздуха;
оценить влияние и вероятные последствия изменения пространственно-планировочных и технологических решений и оперативного управления режимом ведения очистных работ на газовый баланс выемочного участка;
повысить технико-экономические показатели и безопасность горных работ за счет предупреждения и снижения вероятности возникновения чрезвычайных ситуаций по газовому фактору.
Реализация работы. Результаты работы в виде рекомендаций, заключений и учебного материала использованы на шахтах Томь-Усинского района Кузбасса и в учебном процессе в Московском государственном горном университете.
Апробация работы. Основные научные положения и практические результаты докладывались на Международной конференции «Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых» (Новокузнецк, 1997 г.), Международных научно-практических конференциях «Неделя Горняка» (Москва, 2001-2003 гг.), технических советах ОАО «Южкузбассуголь», ЗАО шахта «Распадская» и им. В.И.Ленина (2001-2003 гг.), объединенном семинаре кафедры «Подземная разработка пластовых месторождений» и «Аэрологии и охраны труда» МГТУ (2003 г.).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 6 печатных работ.
Объем работы. Диссертация изложена на 176 стр. машинописного текста с 29 рисунками, 49 таблицами и состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка использованных источников из 109 наименований.
