Введение к работе
Актуальность работы. В основных угольных бассейнах России под водоемами,, водотоками и обводненными породами законсервировано до 102 балансовых запасов действующих шахт, причем в большинстве случаев эти запасы являются вскрытыми и подготовленными к выемке. Сокращение потерь угля в предохранительных целиках под водными объектами с учетом безопасности ведения горных.работ и их экономической целесообразности позволит значительно увеличить полноту использования недр и продлить сроки службы горнодобывающих предприятий.
Условия безопасной выемки угля под водными объектами регламентируются "Правилами охраны сооруаений и природных объектов от вредного влияния горных разработок на угольных месторождениях", однако они недостаточно учитывают комплекс горно- и гидрогеологических особенностей конкретного месторождения и не рассматривают возможность-применения технологических схем выемки, исключающих или значительно сокращающих высоту зоны развития водопроводящих трещин.-
Опыт подработки водных объектов на шахтах Дальнего Востока показывает, что при наличии в покрывающей толще прочных и мощных породных слоев (пород-мостов) выемка угля под водными объектами может производиться с применением системы разработки камера-лава выше горизонта безопасной глубины, регламентируемой "Правилами охраны...". Однако имеющиеся методы расчета геометрических параметров данной системы разработки недостаточно учитывают многофакторность условий деформирования подрабатываемой толщи или вследствие громоздкости математического аппарата не находят практического применения.
Безопасность работ при выемке угля под водными объектами определяется не только устойчивостью породы-моста и вышележащих слоев, выполняющих водозащитные функции, но и состоянием непосредственной кровли в действующих камерах-лавах. Исключить внезапные обрушения пород непосредственной кровли позволяют инструментальные наблюдения, однако многообразие горно-геологических условий определяет необходимость разработки для каждого месторождения частной методики исследо-
ваний, содержание которой определяется спецификой свойств углепородного массива и принятой системы разработки.
На безопасность подработки водных объектов весьма значительное влияние оказывает тектоническая нарушенное, в той или иной мере свойственная всем угольным месторождениям. Существующие многочисленные классификации тектонических нарушений не позволяют произвести прогнозную оценку опасности дизъюнктивов в отношении прорывов воды в выработки шахт, так как базируются на признаках, не имеющих существенного значения при ведении горных работ под водными объектами.
С учетом вышеизложенного целью диссертационной работы является создание научно обоснованного подхода к определению условий безопасной выемки угля под водными объектами на месторождениях, представленных прочными вмещающими породами. Сформулированная цель работы определила постановку и решение следующих основных задач:
анализ опыта разработки месторождений под водными объектами;
анализ существующих методов расчета параметров камерных систем разработки;
разработка расчетного метода определения геометрических параметров выемки угля под водными объектами, достаточно полно отражающего характер деформирования горного массива и доступного для использования в производственных условиях;
установление зависимостей величин напряжений, возникающих в углепородном массиве при использовании системы разработки камера-лава, от комплекса влияющих факторов;
разработка м'етодики прогноза устойчивости непосредственной кровли в камерах-лавах Северо-Партизанского месторождения;
разработка классификации тектонических нарушений, отражающей специфику условий выемки угля под водными объектами.
Для решения перечисленных задач применялись следующие методы исследований: анализ научо-технической и нормативной литературы; научное обобщение опыта разработки угольных пластов под водными объектами: методы математического моделирования на ЭВМ; методы теории упругости; метод промышленных экспериментов.
На защиту выносятся следующие положения, имеющие научную новизну:
методика аналитического исследования напряженного состояния горного массива для определения устойчивых пролетов пород покрывающей толщи и размеров междукаыерных целиков при разработке угольных месторождений под водными объектами на малых глубинах;
экспериментально-аналитический метод прогноза устойчивости непосредственной кровли в очистных выработках типа камер-лав;
классификация тектонических нарушений и их влияние на условия подработки водных объектов.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, изложенных в диссертации, подтверждаются:
значительным объемом шахтных инструментальных исследований характера деформирования углевмещанщего массива (произведено свыше 4000 замеров);
обоснованностью принятых в теоретических исследованиях допущений, не оказывающих существенного влияния на результаты расчета напряжений в горном массиве;
удовлетворительной сходимостью расчетных и экспериментально определенных параметров деформированного состояния кровли очистных выработок;
промышленным внедрением предлагаемых технических решений.
Практическая ценность работы:
предложены методы определения геометрических параметров системы разработки угольных пластов, позволяющие значительно снизить безопасную глубину выемки полезного ископаемого под водными объектами на месторождениях с преобладанием прочных вмещающих пород;
разработаны практические рекомендации на выемку свыше 1,5 млн. т угля из предохранительных целиков под водотоками Северо-Партизанского месторождения.
Реализация результатов работы. Результаты исследований реализованы при выполнении программ научно-исследовательских работ по трем темам на шахте "Авангард" ПО "Приморскуголь". Внедрение результатов исследований позволило извлечь из предохранительного целика под поймой р. Белая свыше 50 тыс. т
угля. Проведение инструментальных наблюдений за состоянием непосредственной, кровли в очистных выработках способствовало сокращению объема подготовительных работ и дополнительному извлечению свыше 4 тыс. т угля за счет увеличения ширины камер-лав и уменьшения количества междукамерных целиков в выемочных столбах шахты "Авангард".
Теоретические положения диссертационной работы используются на горном факультете Дальневосточного Государственного технического университета в программе курса "Управление состоянием массива горных пород", в курсовом и дипломном проектировании, а также в институте "ДальвостНИИпроект".
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава Дальневосточного Государственного технического университета ( г.Владивосток, 1992 г.); на заседаниях ученого совета горного факультета Дальневосточного Государственного технического университета; на технических совещаниях шахты "Авангард" ПО "Приморскуголь".
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликованы 4 работы.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 145 страницах, содержит 24 рисунка, 6 таблиц, список использованной литературы из 84 наименований и приложения.
