Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ существующих и перспективных технологи ческих схем угольных шахт 12
1.1. Анализ технологических схем действующих угольных шахт 12
1.1.1. Анализ технологических схем отечественных угольных шахт 12
1.1.2. Анализ технологических схем зарубежных угольных шахт 26
1.2. Анализ направлений развития прогрессивных технологических схем угольных шахт 29
1.3. Обоснование актуальности создания технологических схем малых угольных шахт 31
1.3.1. Анализ эффективности технологических схем малых угледобывающих предприятий 31
1.3.2. Анализ методического обеспечения по обоснованию параметров малых угледобывающих предприятий 37
1.3.3. Обоснование актуальности создания технологических схем малых угольных шахт 39
2. Разработка методики обоснования параметров малых угольных шахт и малозатратных технологий отра ботки запасов угольных пластов 42
2.1. Классификация угольных месторождений и участков, благоприятных для отработки малыми шахтами, характеристика объекта исследований 42
2.2. Разработка методики обоснования основных параметров малой угольной шахты 47
2.3. Разработка методики обоснования параметров вскрытия, под готовки и отработки локальных участков угольных месторож дений 62
3. Разработка вариантов технологических схем малых угольных шахт для отработки локальных участков угольных месторождений 71
3.1. Классификация шахтных полей малых угольных шахт на период начала их строительства 71
3.2. Разработка технологической схемы малой шахты, отрабатывающей запасы угля в пределах горного отвода действующей или ликвидированной шахты 75
3.3. Разработка технологической схемы малой шахты, отрабатывающей запасы угля на границе с действующим угледобывающим предприятием 87
3.4. Разработка технологических схем малых шахт, отрабатывающих обособленные участки угольных месторождений 99
3.5. Совершенствование систем разработки локальных участков угольных месторождений 108
4. Обоснование параметров систем разработки локаль ных участков угольных месторождений в пределах горного отвода малых шахт 115
4.1. Обоснование технологических параметров систем разработки локальных участков угольных месторождений 115
4.2. Разработка алгоритма расчета геомеханических параметров систем разработки угольных пластов короткими столбами 120
4.2.1. Постановка задачи и выбор метода ее решения 120
4.2.2. Разработка алгоритма расчета геомеханических парамет ров систем разработки угольных пластов короткими столбами 129
4.3. Обоснование геомеханических параметров систем разработки угольных пластов короткими столбами 142
4.3.1. Программа исследований геомеханических процессов при отработке угольных пластов короткими столбами 142
4.3.2. Исследование геомеханических процессов при отработке угольного пласта короткими забоями 145
4.3.2.1. Особенности проявления горного давления при отработке угольных пластов длинными и короткими забоями 151
4.3.2.2. Исследование влияния глубины разработки на распределение напряжений и деформаций в окрестности короткого забоя 158
4.3.2.3. Исследование влияния угла падения пласта на геометрические параметры камер и угольных целиков 159
4.3.2.4. Исследование влияния ширины угольных целиков и камер на их устойчивость 160
4.4. Методика расчета параметров систем разработки угольных пластов малых угольных шахт 163
4.5. Реализация результатов исследований в условиях малых шахт и обоснование технологических требований для создания новой горной техники эффективной отработки угольных месторождений малыми угледобывающими предприятиями 166
Выводы и рекомендации 173
Заключение 176
Литература 179
- Анализ направлений развития прогрессивных технологических схем угольных шахт
- Разработка методики обоснования основных параметров малой угольной шахты
- Разработка технологической схемы малой шахты, отрабатывающей запасы угля в пределах горного отвода действующей или ликвидированной шахты
- Разработка алгоритма расчета геомеханических параметров систем разработки угольных пластов короткими столбами
Введение к работе
Актуальность работы. Реструктуризация угольной промышленности России привела к сокращению производственных мощностей угольных шахт за последние 10 лет в 1,7 раза. Это связано с отставанием темпов ввода новых мощностей от намеченных программой реструктуризации из-за необеспеченности финансовыми ресурсами. Надежды на привлечение отечественных и иностранных инвестиций в новое строительство инфраструктуры крупных угледобывающих предприятий при освоении новых угольных месторождений не оправдались из-за длительного периода (до 20 лет) окупаемости затрат.
Одним из путей расширения шахтного фонда является строительство малых шахт при минимальных удельных капитальных затратах и окупаемости их в течение 3-5 лет. По опыту зарубежных стран (США, ЮАР, КНР) эффективность работы небольших угледобывающих предприятий достигается за счет применения малозатратных технологий угледобычи, адаптированных к условиям шахтных полей с ограниченными запасами, неправильной геометрической формой, переменной гипсометрией угольных пластов и др.
Расширение шахтного фонда за счет строительства малых шахт сдерживается отсутствием научно обоснованных технологических и технических решений по вскрытию, подготовке и отработке запасов угольных пластов в пределах шахтных полей. Известные в угольной промышленности зарубежных стран технологические решения для отработки запасов угля на малых шахтах не могут быть механически применены на шахтах России, где отсутствуют отечественные машины и оборудование, обеспечивающие эффективную реализацию зарубежных технологий.
В связи с изложенным, актуальной научно-практической задачей является обоснование технологических решений и требований для создания
новой горной техники и оборудования эффективной разработки угольных месторождений по малозатратным технологиям в структуре малых шахт.
Диссертация выполнена в соответствии с планами научно-исследовательских работ Сибирского государственного индустриального университета в 1996-2002гт., в том числе по региональной программе Кемеровского научно-образовательного комплекса (тема №27-6, гос.рег. №01970004330), Федеральной целевой программе «Интеграция» (контракт №564, гос.рег. №01990000622), гранту №78 Министерства образования РФ.
Целью работы является научное обоснование технологических решений и требований к горной технике для эффективной разработки локальных участков угольных месторождений по малозатратным технологиям в структуре малых шахт, обеспечивающих частичное воспроизводство производственных мощностей угледобывающих предприятий России.
Идея работы заключается в дифференцированном использовании адаптированных к горно-геологическим и горнотехническим условиям малых шахт малозатратных технологий угледобычи, разработанных на основе синтеза элементов традиционных и нетрадиционных технологий.
Основные задачи исследований:
разработать методику обоснования структуры и параметров малых угледобывающих предприятий для отработки участков угольных месторождений по малозатратным технологиям;
разработать варианты технологических схем малых угольных шахт для отработки участков угольных месторождений по малозатратным технологиям;
установить зависимости геомеханических параметров камерно-столбовой системы разработки локальных участков угольных месторождений от основных горно-геологических и горнотехнических факторов;
обосновать технологические и геомеханические параметры систем разработки локальных участков угольных месторождений длинными столбами по простиранию по малозатратным технологиям;
обосновать технологические решения и требования для создания новой горной техники эффективной разработки угольных месторождений по малозатратным технологиям.
Методы исследований. В работе использован комплекс методов исследований, включающий:
анализ показателей работы угледобывающих предприятий Кузбасса для разработки методики синтеза оптимальной структуры малой шахты;
системный анализ опыта работы угледобывающих предприятий для разработки технологических схем малых шахт;
математическое моделирование и шахтные исследования для установления зависимости смещений пород кровли от основных горногеологических и горнотехнических факторов и обоснования параметров камерно-столбовых систем разработки;
научное обобщение производственного опыта и результатов исследований для обоснования выводов и рекомендаций работы.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
критериями формирования оптимальной структуры и обоснования параметров малого угледобывающего предприятия, адаптивного к рыночным условиям, являются: минимизация численности трудящихся, стоимости одного рабочего места, удельной стоимости технических средств при максимальной производственной мощности предприятия;
технологические схемы малых угольных шахт по сравнению с технологическими схемами традиционных шахт отличаются следующими признаками и элементами: максимальное использование инфраструктуры действующих и ликвидированных шахт и разрезов; отработка геометрически неправильных участков угольных месторождений в предохранитель-
ных целиках, в зонах геологических нарушений; применение камерно-столбовой системы разработки;
смещения пород кровли на сопряжении камеры и очистной заходки возрастают при увеличении ширины камеры, угла падения пласта, мощности пласта, шага обрушения пород основной кровли, глубины разработки и уменьшаются при увеличении предела прочности угля на сжатие, ширины угольного целика и шага обрушения пород непосредственной кровли;
технологические и геомеханические параметры камерно-столбовых систем разработки взаимозависимы: увеличение ширины камер и площади очистных заходок при прочих равных условиях требует увеличения количества или ширины угольных целиков при одновременном росте непроизводительных затрат на крепление пород кровли в зоне расположения оборудования и людей;
технологические требования для создания новой горной техники отработки локальных участков угольных месторождений классифицируются по условиям применения механического, самотечного гидравлического и гравитационного транспорта и включают создание дистанционно управляемого выемочного агрегата, средств поточного транспорта и управления кровлей.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:
представительным объемом показателей работы 107 угледобывающих предприятий Кузбасса в течение 1999-2002гг., использованных для обоснования критериев создания оптимальной структуры и параметров малых шахт;
положительным опытом применения разработанных технологических схем малых шахт ЗАО «Юбилейное» в пределах горных отводов действующих (шахты «Есаульская», «Новокузнецкая», «Абашевская») и лик-
видированной шахты «Нагорная» в Кузбассе с объемом годовой добычи 160-200тыс.т/год;
удовлетворительной сходимостью результатов моделирования геомеханических процессов с фактическими параметрами короткозабойных систем разработки: отклонение ширины камеры не превышает 12%, а ширины угольных целиков -17%.
Научная новизна результатов исследований заключается в следующем:
методика синтеза оптимальной структуры малой шахты с использованием критериев минимума численности трудящихся, стоимости одного рабочего места, удельной стоимости технических средств и максимальной производственной мощности и прибыли предприятия;
максимальное использование инфраструктуры действующих горных предприятий при разработке вариантов малозатратных технологических схем малых шахт;
в уравнение баланса веса подработанных пород кровли и несущей способности угольных целиков включена дополнительная функция, учитывающая снижение веса подработанных пород кровли за счет их зависания на краевых участках отрабатываемого пласта;
предельное отношение между шириной угольных целиков и камер выражается через максимальный коэффициент извлечения угля, увеличение которого при заданном комплексе горно-геологических условий недопустимо по условиям безопасности горных работ;
технологические требования к новой горной технике классифицированы по условиям применения механического, самотечного гидравлического и гравитационного транспорта горной массы.
Личный вклад автора выражается в:
систематизации и анализе передового опыта работы шахт и разрезов для разработки алгоритма обоснования структуры и параметров малых шахт;
разработке и реализации технологических схем малых шахт для отработки локальных участков угольных месторождений по малозатратным технологиям с использованием инфраструктуры действующих и ликвидированных шахт;
установлении по результатам моделирования геомеханических процессов зависимости смещений пород кровли на сопряжении камеры и очистной заходки от основных горно-геологических и технологических параметров;
обосновании технологических требований для создания трех комплектов горной техники для отработки локальных участков угольных месторождений.
Практическая ценность работы заключается в том, что:
методика обоснования структуры и параметров угледобывающих предприятий позволяет на этапе разработки бизнес-планов выделять участки угольных месторождений, благоприятные для рентабельной отработки по малозатратным технологиям малыми шахтами;
технологические схемы малых шахт обеспечивают повышение коэффициента извлечения запасов угля за счет рентабельной отработки нетехнологичных для длинных комплексно-механизированных забоев участков угольных пластов;
зависимость смещений пород кровли на сопряжении камеры и очистной заходки позволяет выбирать при разработке проектной документации оптимальные параметры камер и угольных целиков с ограничениями по предельным смещениям для обеспечения безопасных условий горных работ.
Реализация практических выводов и результатов работы. Полученные научные результаты, выводы и практические рекомендации использованы при:
обосновании рентабельности отработки участков шахтных полей шахт «Есаульская», «Нагорная» и «Абашевская» по малозатратным технологиям малыми шахтами ЗАО «Юбилейное» в Кузбассе;
отработке нетехнологичных для длинных комплексно-механизированных забоев участков шахтных полей действующих и ликвидированных четырех шахт Кузбасса с дополнительной добычей на этих шахтах более 500тыс.т угля;
разработке проектов строительства трех малых шахт ЗАО «Юбилейное» с общими промышленными запасами 2,6млн.т;
курсовом и дипломном проектировании студентами Сибирского государственного индустриального университета.
Апробация работы. Основные научные положения и практические результаты диссертации докладывались на II и VII Международной конференции «Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых» (Новокузнецк, 1997 и 2002гт.), технических советах УК «Южкузбассуголь» (1996-2002гг.), технических советах шахт «Юбилейная», «Есаульская», «Новокузнецкая», ЗАО «Юбилейное» УК «Южкузбассуголь» (1996-2002п\), кафедре разработки месторождений полезных ископаемых СибГИУ (1996-2003гг.).
Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 7 печатных работ.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов и заключения, изложенных на 190 страницах машинописного текста, включает 11 таблиц, 46 рисунков и список литературы из 99 наименований.
Анализ направлений развития прогрессивных технологических схем угольных шахт
На основании анализа отечественного и зарубежного опыта отработки пологих угольных пластов можно выделить следующие перспективные технологические схемы: отработка пластов длинными комплексно-механизированными очистными забоями; отработка пластов камерно-столбовыми системами по традиционной технологии с конвейерным транспортом угля; отработка пластов камерно-столбовыми системами с применением гидромеханизации и конвейерным транспортом угля. Выбор технологической схемы угольной шахты производится исходя из конкретных горно-геологических условий залегания пластов, промышленных запасов угля, финансового состояния предприятия. При отработке пологих пластов перспективы развития технологических схем с длинными комплексно-механизированными забоями заключаются в следующем /77,79/: подготовка выемочных участков с благоприятными запасами угля не менее Імлн.т, обеспечивающими стабильную суточную нагрузку на очистной забой более 5тыс.т; подготовка выемочных участков двумя выработками с оставлением межучастковых неизвлекаемых целиков; транспорт угля ленточными конвейерами от забоев до поверхности; вспомогательный транспорт угля и вспомогательных материалов монорельсовыми или напочвенными дорогами. При отработке пластов камерно-столбовыми системами с традиционным конвейерным транспортом угля перспективы развития технологии на отечественных шахтах заключаются в следующем: внедрение проходческих комбайнов с навесным бурильным оборудованием для проведения нарезных выработок; внедрение самоходных механизированных крепей для поддержания камер и сопряжений при очистной выемке угля из заходок; внедрение самоходных анкеровальных установок для возведения сталеполимерной анкерной крепи и анкеров глубокого заложения; использование самоходных вагонов для транспорта угля от комбайна до ленточного конвейера; использование самоходного транспорта для доставки людей, материалов и оборудования в подготовительные и очистные забои. При отработке пластов камерно-столбовыми системами по нетрадиционной технологии перспективы развития заключаются: в использовании механогидравлических комбайнов для проведения нарезных выработок; в использовании для возведения сталеполимерной анкерной крепи в нарезных выработках навесного или переносного бурильного оборудования; в применении гидромониторов или механогидравлических комбайнов для выемки угля в заходках; в применении обезвоживателей угля с последующим его транспортированием ленточными конвейерами; в сооружении подземных отстойников для очистки технологической воды. Анализ проектов угледобывающих предприятий Кузнецкого угольного бассейна показал, что по технологическим схемам их можно класси фицировать по двум признакам: глубине разработки и углу падения пластов.
Глубина разработки характеризует возможность применения традиционных и нетрадиционных технологий угледобычи по геомеханическим условиям, в частности, по критерию удароопасности пластов. Согласно действующим нормативным документам /65/, применение камерной и камерно-столбовой систем разработки на пластах, склонных к горным ударам, запрещается. Учитывая, что на шахтах Кузнецкого бассейна почти все пласты с глубины 150м отнесены к угрожаемым по горным ударам, предлагается эту глубину принять в качестве критерия разделения технологических схем малых шахт на две группы.
Угол падения пластов является определяющим признаком при выборе оборудования подготовительных и очистных забоев. В этой связи можно выделить три типа шахт: с пологим залеганием пластов (0-18); с наклонным залеганием пластов (19-35); с крутонаклонным и крутым залеганием пластов (более 35). В соответствии с выделенными признаками технологические схемы малых шахт отличаются системами разработки, типами горношахтного оборудования, схемами проветривания, транспорта и др. Малые шахты, отрабатывающие угольные пласты на глубине до 150м, характеризуются меньшими ограничениями по газодинамическим явлениям. Верхней границей шахтного поля таких предприятий являются границы выходов пластов под наносы или открытые горные выработки угольных разрезов. Вскрытие шахтного поля осуществляется, как правило, наклонными стволами, пройденными по падению пластов или диагонально к линии простирания. Угол наклона вскрывающих выработок не превышает 1 б-18.
Разработка методики обоснования основных параметров малой угольной шахты
Единое мнение о понятии малого предприятия в тяжелых отраслях промышленности России в настоящее время пока отсутствует /33,47,94/. Соответственно, в угольной промышленности нет единого критерия отнесения шахт и разрезов к категории малых предприятий. Отдельные публикации, например /11/, посвящены общим концепциям формирования малых угледобывающих предприятий. С учетом этих концепций и личного производственного опыта автора настоящей работы при создании и развитии малых угольных шахт в структуре ЗАО «Юбилейное» в Кузбассе предлагается выделить следующие основные критерии отнесения шахт к категории малых предприятий: количество рабочих мест; производственная мощность предприятия; стоимость одного рабочего места; удельная стоимость технических средств и технологии. Минимальное количество рабочих мест на малых угольных шахтах определяется не только объемами работ, необходимых для обеспечения основных процессов, но и регламентируется условиями безопасного ведения горных работ и обслуживания машин и механизмов. Соответственно, необходимость минимизации рабочих мест требует разработки простых технологических схем малых шахт, характеризующихся эксплуатацией одного очистного и одного-двух подготовительных забоев, применением многофункциональных технических средств и минимумом обслуживаемых стационарных машин и механизмов. В зарубежной практике, например в Швеции /47/, к группе малых относятся предприятия, где занято менее 200 человек. В России предлагается принять в промышленности максимальную численность на малых предприятиях 300 человек/33/. Производственная мощность шахты не является жестким критерием отнесения предприятия к группе малых, средних или крупных угледобывающих предприятий. Например, на шахтах Австралии, США /26/ при численности до 154-286 человек объем добычи достигает 5000тыс.т/г. Для анализа связи производственной мощности и численности работников на шахтах России был построен по результатам статистической отчетности шахт Кузбасса в 2001г. график (рис.2.4) изменения фактической добычи на шахтах от среднесписочной численности работников. Как следует из графика рис.2.4 зависимость производственной мощности шахты от численности работников существует. По результатам статистической обработки методом наименьших квадратов получена следующая эмпирическая зависимостьгде D — производственная мощность шахты, тыс.т/г.;N - численность работников шахты, чел.
При рекомендуемой минимальной численности работников малой шахты Ы=300человек по формуле (2.1) производственная мощность должна быть более 116тыс.т/г., т.е. почти Ютыс.т/мес. Это соответствует фактической добыче малых шахт Кузбасса: «Углекоп» - 5,2тыс.т/мес. в 2002г., ЗАО «Юбилейное» - 12тыс.т/мес. и др.
Стоимость одного рабочего места и удельная стоимость технических средств и технологии определяют научно-технический уровень технологической схемы шахты. Высокая стоимость свидетельствует о наличии на шахте современных технических средств, обеспечивающих высокую производительность очистных и подготовительных забоев. Однако, инвестиции на приобретение этого оборудования могут окупиться за длительный срок (рис.2.5) при наличии в пределах шахтного поля запасов угля, благоприятных для работы высокопроизводительного оборудования.
На рис.2.5 приведены расчетные графики финансового профиля проекта строительства крупной шахты «Ульяновская» и малой шахты ЗАО «Юбилейное» в Кузбассе. Из графиков следует, что с увеличением стоимости строительства и приобретаемого оборудования увеличивается срок возврата инвестиций. При строительстве малых шахт с большими капитальными затратами длительный срок окупаемости может привести к преждевременной ликвидации шахты до начала очистных работ.
Следовательно, приобретение дорогостоящего высокопроизводительного оборудования для малых шахт с ограниченными запасами угля необходимо обосновывать расчетом по специальным методикам.
Исследования различных методик расчета проектной и производственной мощности /29,44,55,56/ показали, что в современных рыночных условиях расчетные показатели применительно к малым угледобывающим предприятиям не обеспечивают результаты, адекватные реальным.
В нормативных документах одним из факторов, существенно влияющих на срок службы предприятия, является период амортизации основных фондов. Обязательным является требование нормативных документов /55,56/, чтобы период эксплуатации предприятия был не менее периода амортизации основных фондов. Однако, в рыночных условиях появилась возможность создания гибких технологических систем горнодобы вающих предприятий. Для этого используются легкие конструкции для строительства технологического комплекса на поверхности; оборудование, взятое в аренду по лизингу. После ликвидации предприятия возможна продажа основных фондов по остаточной стоимости. В этих условиях срок службы предприятия необходимо рассчитывать с учетом установленной проектной мощности предприятия и запасов угля в пластах шахтного поля. Для малых угледобывающих предприятий максимальный срок службы не превышает период амортизации основных фондов, так как работа малой шахты при использовании морально и физически устаревших основных фондов становится нерентабельной.
При проектировании мощности малой угольной шахты объем реализации угля должен обеспечивать покрытие капитальных затрат на освоение участка и материальных затрат на добычу угля в период основной работы с получением прибыли, т.е.
Разработка технологической схемы малой шахты, отрабатывающей запасы угля в пределах горного отвода действующей или ликвидированной шахты
Основным принципом конструирования технологической схемы малого угледобывающего предприятия в пределах горного отвода действующей базовой шахты является максимальное использование инфраструктуры базовой шахты. В этих условиях малое угледобывающее предприятие, как самостоятельное юридическое лицо, является структурным элементом технологической системы базовой шахты. Как правило, малое угледобывающее предприятие использует системы проветривания, водоотлива, энергообеспечения, транспорта, техники безопасности, административно-бытового обслуживания трудящихся базовой шахты. На рис.3.2 приведена условная схема шахтного поля базовой шахты, в пределах которого имеются участки угольных пластов, не отработанные этой шахтой по разным причинам. На основе анализа состояния горных работ и запасов угольных пластов на действующих и ликвидированных базовых шахтах Южного Кузбасса выделены следующие участки, отработка которых возможна малыми шахтами: участок пласта 26а мощностью 2,4-2,бм ликвидированной шахты «Нагорная» в целике под промплощадку шахты с углами падения 5-14, с запасами угля около 0,5млн.т; участок пласта 29а мощностью 3,7м в пределах выемочного столба 29-48 действующей шахты «Большевик» с переменными углами падения (6-45), с запасами угля около 1,9млн.т; участки пласта 30 мощностью 2,7-3,бм в пределах выемочных столбов 30-42 (углы падения пласта 8-27, запасы угля ПОтыс.т), 30-40 (углы падения пласта 3-15, запасы угля ЮОтыс.т), 30-39 (углы падения пласта 2-20, запасы угля 590тыс.т), 30-38 (углы падения пласта 38-43, запасы угля 50тыс.т) действующей шахты «Большевик»; недоработанные участки выемочных столбов в пределах горных отводов шахт «Кушеяковская», «Абашевская», «Новокузнецкая»; ликвидированные шахты «Бунгурская», «Шушталепская», им.Шевякова и др. Согласно результатам анализа форм, размеров участков и классификации запасов угля малых шахт можно выделить следующие типы локальных участков шахтного поля базовой шахты (рис.3.2): 1) Участки недоработанных выемочных столбов с погашенными подготовительными выработками. Причинами возникновения такой си туации могут быть: увеличение мощности породных прослойков (напри мер, при отработке весьма сближенных пластов 21 и 22 на шахте «Юби лейная» в Кузбассе), уменьшение мощности пласта, геологические нару шения разрывного типа, увеличение угла падения пласта и др. Локальные участки такого типа являются вскрытыми и оконтуренными ликвидиро ванными выработками, что соответствует классу Ki=1+2+3 (табл.3.1). 2) Угольные целики, оставленные в пределах шахтного поля для охраны наклонных стволов. Наклонные стволы ликвидированы. Отсутствие доступа к запасам в угольных целиках приводит к потере их для базовой шахты. Однако, как показывает производственный опыт (например, шахта «Нагорная», пласт 26а в Кузбассе /76/), ликвидированные выработки после ремонта могут быть восстановлены для эксплуатации в условиях малых шахт. Угольные целики, оконтуренные ликвидированными вскрывающими выработками, можно отнести к локальным участкам пласта класса К2=1+2+3. 3) Угольные целики, оставленные в пределах шахтного поля базовой шахты для охраны наклонных стволов, которые не ликвидированы, но не используются базовой шахтой. Угольные целики такого типа относятся к классу Кз=1+1+1. 4) Участки пластов в зонах геологических нарушений. Для отработки запасов угля на этих участках требуется проведение дополнительных вскрывающих и подготовительных выработок. Для схемы на рис.3.2 участок в зоне геологических нарушений можно отнести к классу К»= 1+1+2. 5) Участки недоработанных выемочных столбов с действующими подготовительными выработками. Эти участки относятся к классу
Разработка алгоритма расчета геомеханических параметров систем разработки угольных пластов короткими столбами
Согласно приведенным в предыдущей главе настоящей работы вариантам систем разработки, адаптивных к условиям малых шахт, основ ными геомеханическими параметрами этих систем разработки (рис.4.2) являются: ширина выемочной выработки (камеры); ширина междукамерного выемочного столба; опережение очистных забоев в соседних выемочных камерах; ширина барьерных угольных целиков; ширина опорных угольных целиков; ширина междуярусных угольных целиков; расстояние между опорными целиками; высота яруса; параметры очистной заходки. При отработке угольных пластов короткими лавами геомеханическими параметрами систем разработки являются длина лавы и предельные деформации пород и крепи выемочных выработок. На участках наклонных пластов, где применяются нетрадиционные технологии угледобычи (см. рис.3.9), геомеханическими параметрами системы разработки, кроме ранее указанных, являются: устойчивые пролеты незакрепленных пород кровли в камерах; предельные напряжения на поверхности угольного забоя, необходимые для разрушения угля под влиянием энергии горного давления и режущего органа; минимальная ширина междукамерных угольных целиков и охранных целиков угля у подэтажных штреков. Как следует из приведенного перечня геомеханических параметров, методика прогноза этих параметров должна быть комплексной и учитывать совокупное влияние горно-геологических и горнотехнических факторов. Соответственно алгоритм должен базироваться на фундаментальных положениях механики горных пород и законах природы с учетом естест венного поля напряжений в углепородном массиве и техногенного воздействия на него.
Учитывая, что технологию отработки угольных пластов короткими забоями из-за ограничений по условиям возникновения газодинамических явлений рекомендуется применять на глубине до 160-ЗООм, можно принять исходное напряженное состояние углепородиого-массива в виде гипотезы Динника, т.е. где ав, о - соответственно вертикальные и горизонтальные напряжения в нетронутом горном массиве; у - плотность горных пород; Н - глубина залегания породного слоя или угольного пласта; А,- коэффициент бокового давления; v - коэффициент Пуассона. При управлении кровлей узкими полосами или столбчатыми угольными целиками их общая несущая способность должна, согласно (4.1), быть такой, чтобы выполнялось неравенство (рис.4.3) где асж - предел прочности угля на сжатие; I - количество угольных целиков в выработанном пространстве; S,„ — площадь і-го угольного целика в выработанном пространстве; J - количество участков выработанного пространства (блоков на рисунках 4.2,4.3); Sj - площадь j-го участка выработанного пространства; М - количество прямолинейных краевых участков по периметру выработанного пространства (рис.4.3); km - коэффициент концентрации вертикальных напряжений на т-ном краевом участке угольного пласта; Hj, Hj, Hm - средняя глубина разработки соответственно над і-тьш угольным целиком, j-том выработанном пространстве и m-ном краевом участке угольного пласта; % — коэффициент пригрузки зависающих пород кровли на краевые участки угольного пласта; lm - длина т-ного прямолинейного участка по периметру выработанного пространства; lom — ширина зоны опорного давления на т-ном краевом участке угольного пласта. В частном случае условие предельного устойчивого состояния угольных целиков при постоянной глубине разработки и равенстве правой и левой частей уравнения (4.4) можно записать в виде
