Введение к работе
Актуальность работы. На большинстве угольных шахт России реализуются традиционные пространственно-планировочные и технологические решения, не позволяющие достичь мирового уровня технико-экономических показателей функционирования предприятий и полноты извлечения запасов. Так, при существующих подземных геотехнологиях разработки месторождений Кузбасса уровень извлечения запасов углей составляет порядка 55- 60 %.
До сего времени не получают развития технологии отработки запасов угля в осложненных горно-геологических и производственно-технических условиях, позволяющие решить экономические и социальные проблемы не только в угольной отрасли, но и в ряде горнодобывающих регионов в целом.
Одной из основных причин недостаточной эффективности функциони-рования угольных шахт, осваивающих георесурсы угольных месторождений брахисинклинального типа, является приверженность традиционным простран-ственно-планировочным и технологическим решениям, заключающимся в выделении обособленных барьерными и охранными целиками горных отводов.
К примеру, для разработки угольных пластов Байдаевской брахисинклинальной складки все месторождение было разделено на 6 шахтных полей («Байдаевская», «Зыряновская», «Абашевская», «Нагорная», «Ново-кузнецкая», «Юбилейная») и поле разреза «Байдаевский».
Кроме того, несоответствие параметров шахтных полей и структурных особенностей угольных месторождений брахисинклинального типа требова-ниям современных подземных геотехнологий к размерам рабочих ступеней пане-лей, выемочных участков является существенным препятствием для внедрения прогрессивных пространственно-планировочных и технологических решений.
Одним из направлений выхода из сложившейся ситуации является переход к освоению георесурсов месторождения брахисинклинального типа одним высокопроизводительным угледобывающим предприятием, обеспечивающим отработку запасов, в том числе и в осложненных горно-геологических и производственно-технических условиях, и, как следствие, повышающим полноту извлечения георесурса.
Угольные месторождения брахисинклинального типа, как правило, представляют собой замкнутые синклинальные складки осадочных пород, имеющие в плане овальную форму, а вмещаемые угольные пласты с периферии складок наклонены к их центрам.
Основными отличительными особенностями угольных месторождений брахисинклинального типа от других форм (брахиантиклиналь, антиклиналь и др.) являются: изменение с глубиной залегания пластов качества угля, газоносности, водопритоков, объема запасов на рабочих горизонтах, интенсивности проявления горного давления и др; ограничение запасов угля контурами границ брахисинклинальных складок.
Ведущими проектными, проектно-конструкторскими, научно-иссле-довательскими организациями, а также вузами горного профиля были прове-дены широкомасштабные исследования по комплексному освоению угольных месторождений брахисинклинального типа.
Однако в настоящее время возникает острая потребность в новых методи-ческих подходах к проектированию и освоению георесурсного потенциала угольных месторождений брахисинклинального типа.
В связи с этим исследования по обоснованию пространственно-планиро-вочных и технологических решений при проектировании подземной разработки участков угольных месторождений брахисинклинального типа, обеспечива-ющих эффективное и безопасное освоение их георесурсного потенциала с минимальными потерями полезного ископаемого в недрах, являются достаточно актуальными.
Целью диссертации является обоснование параметров пространственно-планировочных и технологических решений при проектировании подземной отработки запасов угольных месторождений брахисинклинального типа для обеспечения безопасного и эффективного ведения горных работ с минималь-ными потерями полезного ископаемого в недрах.
Основная идея работы заключается в обеспечении безопасной и эффективной отработки запасов угольных пластов, залегающих в виде брахи-синклинальных складок, с минимальными потерями полезного ископаемого за счёт перехода на реализацию прогрессивных пространственно-планировочных и технологических решений на базе системно-упорядоченного синтеза подземной и физико-химической геотехнологий и рационального сочетания комплексно-механизированной, агрегатно-гидравлической, скважинной гидравлической и механо-гидравлической технологий очистных работ.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Прогрессивные пространственно-планировочные решения по отработке запасов угольных месторождений брахисинклинального типа должны бази-роваться на принципах рационального формирования вариантов, сочетающих независимую отработку запасов пологой и крутой частей брахисинклинали при разновременном вскрытии их наклонными осевыми и фланговыми стволами.
2. Рациональность технологических решений по отработке запасов месторождений брахисинклинального типа реализуется на основе сочетания длинных и коротких комплексно-механизированных очистных забоев, а также камерных и камерно-столбовых систем – для отработки запасов пологих частей складок и гидравлической, агрегатно-гидравлической и скважинно-гидравли-ческой для отработки запасов крутых частей складок.
3. Технологические решения, базирующиеся на принципе синтезирования различных способов и средств механизации очистных работ, являются рациональными лишь в рамках определенных пространственно-планировочных решений, отражающих динамику развития во времени и пространстве производственного потенциала предприятия при освоении угольных месторождений брахисинклинального типа.
4. Существенное повышение полноты извлечения запасов месторождения брахисинклинального типа может быть обеспечено за счёт функционирования крупномасштабного предприятия, уровень производственной мощности кото-рого формируется исходя из нагрузок на очистные забои пологой и крутой частей месторождения с выдачей угля по главному наклонному конвейерному стволу.
– разработаны методические принципы формирования рациональных вариантов проектных, пространственно-планировочных и технологических решений при подземной разработке угольных пластов, залегающих в виде брахисинклиналей, в направлении повышения безопасности, технологичности и полноты извлечения запасов.
– разработаны варианты принципиальных пространственно-планировоных решений по вскрытию, подготовке и отработке угольных пластов, залегающих в виде брахисинклиналей, с учетом специфики горно-геологических и произ-водственно-технических условий синтезирования различных геотехнологий.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций работы подтверждаются:
- корректным применением современных методов исследований, включающих системный анализ, экономико-математическое моделирование;
- достаточным объемом информации об особенностях геологических и горнотехнических условиях участков угольных пластов, залегающих в виде брахисинклиналей (14 шахт, 28 участков);
- детальным анализом имеющихся пространственно-планировочных и технологических решений при освоении угольных месторождений брахи-синклинального типа;
Научное значение работы заключается в обосновании проектных реше-ний по подземной разработке угольных пластов, залегающих в виде брахи-синклиналей, на основе рационального синтеза подземной и физико-химичес-кой геотехнологий с учетом влияния комплекса природных и горнотехнических факторов на технологичность и полноту освоения георесурсов.
Практическое значение работы состоит в повышении эффективности и безопасности подземной отработки запасов угольных пластов, залегающих в виде брахисинклиналей, при рациональном сочетании комплексно-механизи-рованной, агрегатно-гидравлической, скважинной гидравлической и механо-гидравлической технологий очистных работ.
Реализация выводов и рекомендаций. Варианты технологических решений вскрытия, подготовки и отработки угольных пластов, залегающих в виде брахисинклиналей, переданы ЗАО «Институт промышленного проектиро-вания угольных предприятий» для составления программ перспективного развития шахт ОАО ОУК «Южкузбассуголь».
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и получили одобрение на научном симпозиуме «Неделя горняка» (Москва, 2011-2012), научно-техническом совете ОАО ОУК «Южкузбассуголь» (Новокузнецк, 2012), научных семинарах кафедры ПРПМ Московского государственного горного университета (Москва, 2011-2013).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 7 научных статей, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, содержит 32 рисунка, 20 таблиц, список литературы из 82 наименований.
Автор выражает благодарность доктору технических наук, профессору Кузнецову Ю.Н. и доктору технических наук, профессору Агафонову В.В. за консультации при выполнении работы.
