Содержание к диссертации
Стр.
ВВЕДЕНИЕ 5
I. ОСОБЕННОСТИ РАЗРАБОТКИ КРУОПАДАЮ-ЩИХ ПЛАСТОВ ПРОКОПЬЕВСКО-КИСЕЛЕВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ.
ГОРНОТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ И ТЕНДЕНЦИИ ИХ *
ИЗМЕНЕНИЯ
-
Глубина ведения горных работ 15
-
проявление горного давления 15
-
Газообильность пластов 17
-
Выбросоопасность пластов 18
-
Проветривание шахт 19
-
Многогоризонтность шахт 20
-
Потери угля при разработке месторождений 21
-
Технологические схемы разработки крутых и крутонаклонных пластов с применением агрегата ЩРПМ. 23
-
Анализ травматизма при работе с агрегатом ЩРПМ. 31
1.10. Выводы 32
2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИ
ЧЕСКОГО ПРОЦЕССА «ОЧИСТНЫЕ РАБОТЫ» ПРИ ОТРА
БОТКЕ КРУТОПАДАЮЩИХ ПЛАСТОВ МЕХАНИЗИРОВАН
НЫМ СПОСОБОМ С ПОМОЩЬЮ АГРЕГАТА ЩРПМ.
-
Общие положения ' 35
-
Математическое описание технологического процесса «очистные работы» 36
-
Выводы 43
-
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ ОЧАГА ЭНДОГЕННОГО ПОЖАРА В ВЫРАБОТАННОМ ПРОСТРАНСТВЕ ПРИ ОТРАБОТКЕ КРУТО-ПАДАЮЩИХ ПЛАСТОВ 44
-
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТЕЙ ФИЛЬТРАЦИИ ГАЗОВОЗДУШНЫХ СМЕСЕЙ И ИХ КОНЦЕНТРАЦИЙ В ОМЫВАЮЩЕМ ВЫРАБОТАННОЕ ПРОСТРАНСТВО ПОТОКЕ ВОЗДУХА 51
-
ОЦЕНКА ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЩИТОВОЙ СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ОЧИСТНОГО АГРЕГАТА ЩРПМ.
-
Техническая оценка системы разработки 59
-
Экономическая оценка целесообразности отработки мощных пластов угля с применением агрегата
4 ЩРПМ взамен щитовых крепей Чинакала со скре-
перованием и без скреперования угля вдоль очистно-
го забоя 62
3. Выводы и предложения 66
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 68
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 71
ПРИЛОЖЕНИЯ 75
Введение к работе
Актуальность работы. В Кузнецком угольном бассейне значительное место в развитии добычи угля отводится Прокопьевске- Киселевскому району, запасы которого составляют порядка 31 млрд.т. По своему геологическому составу это месторождение является весьма сложным. Характерной особенностью его является наличие большого количества рабочих сближенных пластов угля крутого падения мощностью от 0,8 до 23,3 м.
Угленосная свита подвергнута сильным тектоническим нарушениям, осложнена разрывами сплошности, изменениями мощности и углов падения пластов. Выкроенные прямоугольные ненарушенные участки пластов имеют ограниченные запасы, то есть отработка угля с применением средств комплексной механизации может производиться только выборочно. Эти средства прежде всего должны быть безопасными, простыми по своей конструкции'и обладать незначительной трудоемкостью по монтажу и демонтажу, иметь незначительную стоимость.
Следовательно, увеличение добычи угля в этих условиях связано, прежде всего, с концентрацией горного производства, экономии как живого, так и овеществленного труда. Вместе с тем дальнейшее развитие горного производства обусловливает возникновение целого ряда опасных горнотехнических и техно- логических факторов. Так, каждые Юлет глубина разработки увеличивается примерно на 100 м, а газообильность выработок - в 1,5 — 2,0 раза. С ростом объемов добычи угля открытым способом на горных отводах шахты нарушает- ся изоляция горных работ от дневной поверхности, возрастает аэродинамическая связь между шахтой и поверхностью и, как следствие, активизация ранее потушенных или возникновение новых подземных эндогенных пожаров. В этих условиях наиболее распространенной является щитовая система разработки, которая по сравнению с другими системами разработки является экономически выгодной: нагрузка на выемочное поле выше в 1,15-2,0 раза, производительность труда рабочего по участку - в 1-2 раза, затраты на добычу 1 т угля ниже в 1,2 раза при отработке пластов средней мощности и в 1,6 раза - мощных пластов. Вместе с тем, сложное строение угольного месторождения, большая доля ручного труда и многие другие причины определяют и положение с производственным травматизмом. Число погибших при добыче I млн тонн угля щитовой системой с обрушением и тенденция изменения их участия в производстве приведены в нижеследующей таблице №1, из которой видно, что за последние 14 лет увеличилась доля травматизма в общем объеме добычи угля при щитовой системе разработки от 10,3 до 13,2%.
Таблица 1
7 В основу совершенствования технологии щитовой выемки угля на шахте должны быть заложены направления по обеспечению механизированной выемки угля и его доставки вдоль очистного забоя, а также технические направления, которые могли бы устранить негативные последствия проявления повы-шенного горного давления, т.е. обеспечить разгрузку пластов от горного давления и устранить перепуск обрушенных пород с верхних горизонтов.
В связи с отмеченным особую актуальность приобретает разработка теоретических положений управления аэрогазодинамическими процессами в многофакторной вентиляционной системе высокогазообильных шахт, которая объ-О ' единяет в аэрогазодинамически связанную вентиляционную сеть действующие очистные и подготовительные забои с допустимым содержанием метана и выработанное пространство, являющееся коллектором газа и источником возникновения эндогенного пожара.
Целью работы является разработка безопасных параметров механизиро- ^К ванной выемки крутопадающих пластов Прокопьевске - Киселевского место- рождения.
Идея работы заклЕочается в обосновании новых подходов в направлении обеспечения механизированной выемки угля и его доставки вдоль очистного забоя и разработка на их основе безопасных аэрогазодинамических параметров 3- ведения горных работ на крутопадающих пластах.
8 Задачи исследований: провести анализ состояния безопасности ведения горных работ при щитовой системе отработки крутопадающих пластов Прокопьевско - Киселевского месторождения; провести технико-экономический анализ эффективности систем разработки и определить области безопасного их применения в условиях шахт Прокопьевско - Киселевского месторождения; развить экспериментально-аналитические модели аэрогазодинамических процессов в прилегающем к очистному забою выработанном простран-ЄІ N стве и на их основе разработать методы определения эффективных параметров по борьбе с эндогенными пожарами; разработать прогрессивные технологические решения по проветриванию очистных и подготовительных выработок, обеспечивающие эффектив-ное управление газовой обстановкой при щитовой системе отработки крутопа-(*f*. дающих пластов механизированными способами выемки угля. Методы исследований: анализ и обобщение производственных работ по безопасному веде нию подземных горных работ на угольных шахтах Прокопьевско - Киселевско го месторождения; w - аналитические исследования процессов газовой обстановки и оча- гов эндогенных пожаров в выработанном пространстве; экспериментально-статистическое обоснование аэрогазодинамических процессов в вентиляционной системе очистных и подготовительных выработок и выработанных пространств; методы математической статистики при отработке и анализе экспе-риментальных данных.
Научные положения, выносимые на защиту: эффективное использование технических средств очистного забоя с учетом соблюдения правил технической эксплуатации и важнейших принципов организации производства является основой обеспечения безопасности технологических процессов на шахте; последовательное нахождение поля давления, скоростей фильтрации, температуры и концентрации кислорода обусловило разработку способа определения места возникновения эндогенного пожара в выработанном пространстве выемочного столба при отработке крутопадающих пластов механизированным способом; разработана математическая модель, позволяющая определять последовательно на каждом временном слое на границах выработанного пространства в пределах выемочного столба скорости фильтрации каждого из химических компонентов смеси и их концентрации в омывагощем выработанное пространство потоке воздуха.
10 Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: представительным объемом длительных шахтных исследований аэрогазодинамического процесса с применением апробированных методов и приборов при внедрении технических и технологических решений (с 1985 г. по 2004 г.; 20 шахт Прокопьевско - Киселевского района Кузбасса); применением современного метода математического моделирования аэрогазодинамических процессов, происходящих в горном массиве и выработанном пространстве; удовлетворительной сходимостью результатов экспериментально-статистических исследований, (погрешность не более 15% при доверительной вероятности 0,95); положительным результатом практического применения разработанной системы механизированной выемки угля и обеспечения безопасности горных работ при щитовых системах разработки крутопадающих пластов. Научная новизна работы заключается в следующем: разработана математическая модель, рассматривающая технологический процесс как систему, состоящую из независимо действующих очистных забоев в пределах выемочного поля, а структурно- технологическая схема добычи угля принимается как процесс, состоящий из определённых технологических операций, подчиняющихся цикличной организации производства; разработана математическая модель для решения комплекса задач для описания процесса формирования очага эндогенного пожара путём опреде- ления степени распространения утечек воздуха в выработанном пространстве, баланса кислорода, теплопереноса в обрушенном массиве и теплообмена между скоплением горных пород и фильтрующимся воздухом; разработана математическая модель фильтрационных процессов для щитовой системы отработки крутопадающих пластов при механизированной выемке угля для определения в выработанном пространстве концентрации газовоздушных смесей в его искомом поле; установлено, что сокращение количества эндогенных пожаров в шахте может быть достигнуто при обеспечении нулевой депрессии выемочного *" поля, применении предварительного охлаждения горной массы азотом в выра- ботанном пространстве и учете увеличения скорости подвигания очистного забоя в единицу времени и снижения потерь угля в контуре выемочного столба; установлено, что при прочих равных условиях горных работ при-родные условия определяют лишь потенциальные возможности отрицательного проявления горнотехнических факторов, а характер и интенсивность их протекания обусловливаются применяемыми системами разработки; научно обоснована и экспериментально доказана целесообразность создания и внедрения способа эффективной и безопасной механизированной выемки угля на пластах мощностью более 6,5 м с углами наклона 35-90. Ф Личный вклад автора состоит: в проведении анализа и обобщения состояния безопасности горных работ при щитовой системе отработки крутопадающих пластов Прокопьевско-Киселевского района; в проведении технико-экономического анализа эффективности систем разработки крутопадаЕощих пластов и определения области применения их механизированной выемки; в разработке математической модели фильтрационных процессов в выработанном пространстве очистных забоев; в разработке математической модели процесса формирования очага эндогенного пожара в выработанном пространстве; - в разработке математической модели технологического процесса "очистных работ"; в разработке и освоении очистного агрегата ЩРПМ (щит раздельно передвигающийся механизированный); в создании и внедрении способа механизированной выемки угля крутопадающих пластов на базе агрегата ЩРПМ. Практическая ценность работы Полученные соискателем результаты позволяют: анализировать, обобщать состояние безопасности горных работ на крутопадающих пластах, оценить эффективность работы механизированной выемки угля; определять газовую обстановку и очаги эндогенных пожаров в выработанном пространстве очистных забоев; определять эффективность работы технологического процесса "очистные работы"; увеличить в 2 раза нагрузку на забой по сравнению с щитовой системой, увеличить безопасность ведения очистных работ, снизить трудоёмкость, уменьшить потери угля; за счет высокой скорости подвигания очистного забоя, сокращения времени отработки выемочного столба и потери угля снижать пожароопасность системы и влияние горного давления на очистное оборудование; за счет конструктивных особенностей крепи агрегата отрабатывать пласты с неустойчивыми кровлями со слабыми сползающими почвами; за счет механизированной транспортировки угля из очистного забоя в одну фланговую углеспускную печь сократить количество подготовительных выработок (углеспускных печей) и снизить трудоёмкость работ по их креплению и поддержанию; за счет простоты конструкции и надежности составляющих элементов забойного оборудования обеспечить безаварийную работу очистного забоя.
Реализация работы. Полученные результаты и выводы по диссертаци-онной работе использованы при разработке и совершенствовании следующих нормативных документов: «Методические указания по выбору механизированных комлексов для отработки угольных пластов, опасных по горным ударам» Минтопэнерго, КузНИУИ, «Методика расчета допустимых нагрузок на очистные забои по метану для предупреждения загазирования выработок участка» (Кузнецкое управление Госгортехнадзора СССР, 1980г., 1990 г.), «Временное руководство по проектированию и организации проветривания угольных шахт восточных бассейнов страны» (Минуглепром СССР, Госгортехнадзор СССР,
14 1989г.), «Временное положение по составлению паспорта прогноза технологичности угольных пластов Кузбасса» Минтопэнерго РФ, «Временные технологические схемы разработки угольных пластов Прокопьевско - Киселевского месторождения» Минтопэнерго РФ, КузНИУИ, «Руководство по прогнозу эндогенной пожароопасности выемочных полей шахт Прокопьевско - Киселевского района Кузбасса», ВО ВНИИГД, 1998г.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и получили одобрение на заседаниях Ученых советов НЦ ВостНИИ (г. Кемерово 1995, 2005), КузНИУИ (г. Прокопьевск 1993, 1994, 1996, 1998), НТС ПО «Про-копьевскуголь» (г. Прокопьевск 1994-1998г.г.), ПО «Киселе веку голь» (г. Кисе-левск 1995-1998г.г.), Управления Кузнецкого округа Госгортехнадзора РФ (г. Кемерово 1995-2000г.г.), IV Международной научно-практической конференции по перспективам развития горнодобывающей промышленности (Новокуз-нецк 1997,1999г.г.), Международных научно-практических конференциях «Безопасность жизнедеятельности предприятий в угольных регионах (Кемерово 1994, 1998,2000).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 9 печатных работ, в том числе 3 монографии, 6 статей.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов и заключения, изложенных на 101 странице машинописного текста, включая 4 рисунка, 4 таблицы, приложения, списка использованных источников из 30 наименований.
