Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Возрастающая потребноть народного хозяйства в топливе и минеральных ресурсах присела к току, что к настоя щему времени разведанные и легкодоступние их запасы в большей каре ухе исчерпаны и приходится вовлекать в разработку участки месторождений на глубоких горизонтах со сложными горно-геологическиии условия-пи. Особое место занимают иесторовдеїшя, разрабатывающие тонкие крутне уголыше пласти и рудные тела. Ииешю здесь отмечается самый низ-кии в горнодобывающей проиишленности уровень механизации очистных и подготовительно-нарезных робот и тенденция снижения темпов роста техніко - экономических показателей их разработки.
Специфика процессов выемки угля на пластах крутого падения, как и ив рудных месторождениях, сопряжена с громадными невозвратимыми трудовыми потерями, затрачиваемыми на выполнение большого объема вспо могателькых ручных работ, практически неподдающихся механизации при существующей технологии, а.также значительный потреблением остродефицитных крепеюшх лесоматериалов.' Только із Центральном районе Донбасса насчитывается более 60 лав с потолкоустушшиц забоями, которые крепятся исключительно деревянными стояками,а выемка угля осуществляется отбойными молотками. В молотковых лавах на очистных работах занято более одной трети всех трудящихся шахт, из. ішх 40-50* составляют доставщики лесоматериалов й 50-60 - забойщика.
Аналогичная ситуация наблюдается при разработке тонкокилышх (нощюстьи до 1,6 н) крутопадаюцах нестороадекиа руд цветных, редких-и благородных иеталлов, где сконцентрировано более половины горнодобывающих предприятие и свыше 40% подземных горнорабочих.
Применяемые в нзетояцео время в золотодобывающей отрасли различные варианты систем разработки с иагазшшрованиен руды, с закладкой и с распорной крепью-основаны на излкошпуровоа технологии выемки рудных тел горизонтальными слоями по восстанию. Практика свидетельствует, что существующая технология выемки топких хшд исключает возмошюсть комплексной ішхвннзацва трудоемких процессов на очистных работах, приводит к значительному разубоишанию и невозвратимым потерям руды в недра* (до 208). ролее того, такая технология предусматривает необходимость цроходка восстающих через каадые 30-50 и, 8 такие постоянной подготовка для каждого liopqro слоя искусственных рабочих площадок, кваас&ркиых со стсрояи очасткого пространства. В обцеа трудоемкости очистной вь'емкя доля твквх непроизводительных н потенциально опасных
работ достигает 70%. С понияенией глубины разработки возникает необходимость поддержания кровли рудного массива.
Создавшаяся в отрасли'ситуация требует поиска принципиально но зых технологических схем выеики рудішх тел, основанных на прииенешга высокоэффективной горной техники.
Ранее выполняемые здесь исследования по создания более соверкэн-ных машин и механизмов (високочастотний перфоратори, /пневігозоряднякй, вибролпкя) осуществлялась применительно к основний технологическим операцияи и поэтому решали узкие вопроси механизации процесса очистной выемки тонких кру.топ'адащих жил. фундаментальных работ по синтезу отдельных машин и механизмов в единую функциональную систему (исходный уровень, комплексной механизации) для условий разработки рудних тел малой мощности до настоящего времени непроводилось.
... В то зхэ врзия для разработки рудных тел средней мощности создан очистной монорельсовий комплекс КОВ-25, обесп&чивакщій' изхашзацшо наиболее трудоемких процессов добычи руда. Однако область эффективного его при'ценеїшл распространяется на рудкіе тела цощностьп более 2,0 и, залегающие в устойчивых боковых породах.
Общей ксіщепцней в части создания нових технологий добычи угля и руда на пластовых месторождениях, является переход к системам разработки с'.'олбаиз по простиранию, с прйменеилёц очистных кошдексов на б.ізе механизированных крепей. Однако іздльнци местороздеїзїяи присуща специфические особенности разработки, йскдрчавкаа возйсгность применения серийно выпускаемых для угольки пластов очистных кошлексов.
Поэтому, чтобы обеспечить переход к.перспективной технологии
выемки'игл-лаваш по простиранию, надо создать и принципиально новуо
в функциональней отношении иехакизировакнугэ крепь-.' . . ',
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: разработать физико-технические основи мзлоопераца-онноя технологии выемки тоїп'лх крутых міл лавана по простиранию, базирующейся по закономерностях взаимодействия моханнзировашшх крепей о-боковыми.породвми в условиях взрывной отбойки руды.
ИДЕЯ РАБОТЫ заключается в том, что комплексная механизация и активное управление процессам очистных работ из тонкохялышх крутопадающих месторождениях обеспечивается изменением направленая выемки рудных тел и прішенеішеи мехаїшзироваїснмх кропен многофункционального назначения с внутренней амортизационной способностью.
I.Эффективность разработки тонхойильны'х крутопадающях месторождений существенно повышается применением очистных кошлексов на базе механизированных крепей, перемещающихся по простиранию и обеспечиваю-
ких: управлявши процесе очистной вы'емкн руда за счет рационального согласоваішл конструктивах и силовых параметров геомехвкической сие-. темы "взрываемый забой - механизированная крепь - боковые порода"; безопасное иризабойное пространство (шириной от 6,0 до 7,5 и), путей опережающего поддержания, нарушенных взривои, боковых пород; ликвидацию непроизводателышх операций, характерних для традациоішой технологии добычи руды горизонтальными слоями по восстанию.
2. Длл обеспечения работоспособности подсистемы "взрываемый за
бой - механизированная крепь" при .мелкошпуровой отбойке крутопадающих
рудных телвертикальний забоен, ішкличио перемещающийся по простира
нию, относительную шероховатость (b /L > боков очистной выработки сле
дует регулировать в пределах b =0,2-0,4 и нв участке длиной L=I,5 и;
избыточное давление Др от скоростного напора ударной воздушной волны
не должно быть более 2,8-10 Па-с, а выход кусков породы крупностью
100 - 300 ш возможен в объеме 14...36.
Данные параметры БВР достигаются,без проведения специальных мероприятий путем направленного бурения шпуров, конструкцией и способом взрывания зарядов ВВ массой 0,75-1,25 кг, а снижение техногенного воздействия взрыва на крепь обеспечивается внутренней амортизационной способностью пневмооиловых модулей и основанным на данном эффекте способом гашения динамических нагрузок.
3. При отработке тонких крутопадающих хил лавами по простиранию
нагрузка на пневмогидравлическую крепь создается весом пород, находя
щихся в предельной напряхеїшон состоянии в призабойкоа зоне, границы
которой устанавливаются во критерию прочности Янга.
Начальный отпор Р и шаг установки крепи Ь , соответствующие этой нагрузке, обеспечивают эффективное управление процессами очистной, выемки рудных тел в боковых породах средней устойчивости. .
4. Процесс разрушения массива пород, нарушенного при мелкошпуро
вой выемке рудных тел лавами по простиранию, адекватно описывается
дифференциальным уравнением кинетической теории прочности С.Н.Хуркова
в модификации Г.Г.Латвийского.
Входящее в уравнение пороговое напрякеше В#для пород на контуре выработки устанавливается из предполокения, что они разрушаются от действия растягивающих напряжений по трещинам разрыва и огибающая кругов Мора является циклоидой. Этот же параметр для целиков, разрушающихся от действия скшающах напряжений по трещинам сдвига, определяется с учетом характеристик запредельного деформирования пород (модуля спада М и приращения главных деформаций S!" на ниспадающей ветви кривой "d -.ft " по отношению к предельным упругим деформациям). Та-
кал физическая иодель позволяет определить вреия начала рззрушешш породных обнакеннй и целиков.
5. Применение пневиогидравлнческой крепи поддерживающего типа в устойчивых породах, в качестве специальной, сопряжено с воэникзювеии--eu геоиеханнческих ситуаций, при которых кровли скальных пород на делятся на иелкие блоки, а зависают на значительных площадях в течение определенного периода времени. Позтоиу предотвращение иассовых обрушений в вырэботашое пространство достигается периодический возведе-ішеи искусствешшх целиков через оіфяделе)шнв расстояния, равные предельной длине пролеты, допустішого по фактору горного давления.
Для горно-геологических условий рудников Забайкалья допуспшая длина пролета Lnn= 120-250 и, а ширина U целика должна бить нз изнее 1,1 и при прочности его на сыатие R ч = 50 Ша 'ц не ценее 2,5 и при Нц= 30 Шв. При таких паронзтрвх вреия устойчивого стояния целика составляет 120 суток, о разрушение пород на контуре очистной выра-ботки начинается через 125 суток при скорости подеигашя забол V = 1,5 и в сутки и длине лави L = 50 и.
Обоснованные параметры технологических схеы выецка крутопадавщих рудных тел лаввми по простирают и. принципиально новые конструктивные решенші позволяют иеханнзировать процесс крепления призабойного пространства, исключить непроизводительные операции, традиционно выполняемые- при подготовке каждого нового слоя к очистной выеике, интенсифицировать оформление забоя под защитой регулируемых предохранительных полков, а также осуществлять раздельную выемку руды и активно управ-лять процессои ее выпуска, что з совокупности повышает производительность труда горнорабочего в 2,5-3 разв и дает основание классифицировать такую технологию, как ыалоопероцнонную.
ОБОСНОВАННОСТЬ И ДОСТОВЕРНОСТЬ НАУЧНЫХ ПОЛОЖЕНИИ, БЫЕОДОВ И РЕКОМЕНДАЦИЯ подтверждается: адекватностью результатов теоретических, лабораторных и шахтных экспериментальных исследований, погрешность которых не превышала І2-І5Я при уровне достоверности 0,9; аргументированностью предпосылок о механизме взаимодействия элементов uexa-низированной крепи с боковыми породами ц взорванной горной иассой, витекащих к:з основ механики сплошных сред ц теории взрывз; эффективность»'рекомендованных способа и устройства управления разрушающе: энергией взрыва! принятые отраслью технических} заданием на рапработ ку опитного образца плевыогидравлической крепи и исходгадяї требоваїш ями на проектирование ноной технологии выемки хил с ее применением.
ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ. Научное значение работы состоит в следующей: на основе научного обобщения опыта эксплуатации тонкохилькш
крутопадавщих месторождении доказано,что переход на принципиально новую систему разработки тонких жил столбами по простиранию позволит кардинально решать проблему механизации очистных работ путем'создании многофункциональной механизированной крепи, исключающей выполнение непроизводительных операций при подземной' добиче руди ti дающей возможность применить -иалооперащюнкую. технологию выемки рудных тел;
установлена закономерности: воздействия на механизированную крепь ударных нагрузок взрнва, что позволило создать сейсмовзривоус-тойчивую конструкцию пнепмогидравлической крепи с внутренней амортизационной способностью, разработать способ управлення ударными воз- душными волнами (у.в.в.) и научно-технические, принципи гашения энергии удара выброшенных-взрывом кусков горной массы.
на основе изучения совместного деформирования подсистемы "пнев-цобаллошіал крепь-породный массив" установлена аналитическая зависимость максимального размера области разрушенных пород от глубины разработки, угла падения.-рудного тела и отпора крепи. Данная зависимость позволяет определять значения шага установки и отпора крепи,' при ко торых обеспечивается эксплуатационная устойчивость очистной выработки в соответствующих горно-геологических условиях;
установлены зависимости иекду конструктивные! параметрами ыеха-низированнрй крепи и параметрами очистной выработки, на основании которых разработана мобильная .кинематическая схема, обеспечивающая адаптацию крепи к''криволинейным контурам, очистного пространства, образованного при иелкошпуровой отбойке руда и. повторяющего непредвидеішую характеристику морфологии рудного тела; в
на основе анализа трехмерного НДС породного массива в области разработки тонких рудных тел лаваші по простиранию с учетом физико-механических свойств боковых пород установлены зависимости для определения времени устойчивого состояния пород на контуре выработки, Об-рушающихся от растягивающих напряжений, и целиков, разрушающихся от напряжений сжатия; определены также величина пролета, геометрические и прочностные параметры искусственных ленточных целиков, при которых исключается возшнность шссовых обрушений пород кров.ш в выработанное пространство;
обоснованы параметры коипяексно-иех8шзироБанноа технологии выемки тонкій крутопадавщих жил по простиранию и принципы максимальной полноты выемки рудных тел при встрече непротякенных участков с пони-кенным содержанием полезных компонентов»
Синтез научных результатов позволил сформировать необходимую базу для обоснования и проектирования технологических схем и средств
о
механизации очистных работ применительно-к.конкретным условиям разработки крутопадакэдих .рудншг тел малой мощности.
Общность научно-технических проблей со СІЯЄ5ЯШМИ отраслями горно-рудной промышленности позволила рекоиендовать и испытать элементы иалооперяционной технология выемки крутопядаощЕИ рудних гэл при решении проблемы разработки крутых уголышх пластов.
Практическое значение диссертации заключается в создаїши. принципиально новой технологии выемки тонких кил лаваші по простиранию, основанной на применении пневілогидравяической механизированной крепи многофункционального назначения, позволившей исключить значителышй объем непроизводительных операций, типичных для традиционной технологии выеики руднм тел горизонтальными слоями по восстанию (приведешь нависающего забоя в безопасное состояние, возведете рабочих площадок, разравнивание навала отбитой руда, ликвидация зависаний руда); существенно повысить производительность труда, а тзкзэ создать комфортные и бвзопасіше его условия. Исходіше -даиные для конструирования нетряди-ционной технологии виекки тонких крутих хил, основанной на применении высокоэффективной горной техники, и рекомендации для ее использования на проектируемых предприятиях золотодобывающей отрасли Украйни пэре-даны для /асскотрешя Государственно^ коимтету Украины по редкий и д іагоцект и металлам.
РЕАЛИЗАЦИЯ ВЫВОДОВ Я РЕКОЖНДЛЦИИ РАБОДІ. Результаты исследования реализованы при выполнении тематики отраслевых научно-исследовательских программ "Совдэолото" КП-ЗГ и МВД СССР Ш-ПГ. Разработанная ДТП, Читинский филиалом ЕНШШгорцветшт, КПК ОН АН СССР и одобренная мєкввдомствешіой коииссией технология высшем тонких.крутых кил лвваїи по простирания с гиишешмиеи'очистного комплекса на базе механизированной пнеямоОэллогагой крепи двджды (1378-1979 гг., 1956-1907 гг.) проходило испытан'*.", в горно-геологических условиях Еа;:т:> "їасєево'' ПО "Забай'калзолото". Составлены, согласованы ВГГО "Ссюззолото" и ут-верядешх ПШ'Г СССР программа и методика snxiuux испытаний їговоГ; коиплексно-мехйішзлропаїпгой технологии разработки крутоп-:ідет:глх вільних носторокдек'лЯ с прпн?і[пниан экспериментального образца ппсЕиобал-лоїшого механизированного коиплскса ПІСК-І (22-25.03.77 г). Результаты исследоїш;'.".! и c/')o;:iios"siu',ijp параметры геягінпз'.ірозашіой гшегио-баллонной механизированной крепи вклнчеш в ' исходіше требования на разработку и освоение очистного комплекса для крутых тонких у.гсто-розде'глй (27.1.07 г.), гохлпчепкое задание на крепь парпдвигаг/'э пнешгобаллошгуо К ЮШ-1,6 (16.0Г>.Обг) и "ТЭО применения на предприятиях Рлявалш',гзо.'Ю':'0 СССР механизированного очистного ксч.';і-
Л;:-.:.ч КГіГ-12/К) на базе пнгвмогидравлмчес.кой крепи для отработки ча-.' <'. .,'М'і.і рудных тол сплоишм забаси по проі-.тираніш"і23.12.91г).
ч І1--;'..-'.)! гг. НПО "Уралгормапі" и экспериментальный завод дошти піл! :";-;ііилі! >; їжспер пі;і>: проектной документации і! разработке модулей i'".'.:iii.':?.i;'v!>i!iu[oit крепи ЇСЕЇІ"" 1000/1,6, < Каминский машиностроительный :<:w;i начал подготовку 'производства для изготовления опитного образца -ги!::')!:'!!'.! коишіекі-л. D ПО ''К&урлл-лолото" утвержден проект подготовки і;і:»:-і'іі.м'о г.лч.'К^ ллл ироьрді-н.!..1 ї.ійх-і'ііих иаштіїнмі очистного комплекса :: і -:' І u і ' І о и с. лованнон ні его применении малооперациотіой технологии.
і'.л'.еі'.іши :).Iij.i?KT от нримеиени-ч комплексно-механизированной мало-^!*.-.'pnіiU'jJii'.ort технологии міємки. крутопадающнх жил лавами по простиранию [очи-си системы разработки о распоркой крепью составит 26Q0 тис. руб. (в нонах (991 т.) но один комшіексно-механмзнропашшй забой,
ЛЛРОПЛЦИЯ РЛСО'ГЫ. .рсновние положении роботи догладывались на П, ІУ. 'Л ійо союзних семинарах "Взаимодействие' механизированных крепей с боковими породами" "(г.Новосибирск, I980,1984,1988гг), I и І! Всесоюзішх научно-технических конференциях "Пневматические оболочки в горном деле" (г.Днепропетровск, 1983,1991гг.), Ш республиканской научно-технической конференции (г.ТСшшсн. 1982г.), Бсесоизнои семинаре "Проблеми разработки ресурсосберегающих технологий отработки месторождений полезных ископаемых Севера" (г.Якутск, 1988г.), XI Всесоюзной семинаре по исследованию горного давления и охране капитальных и подготовительных выработок (г.Фрунзе, 1988г.), научшх семинарах ДТП, ЙГТМ. АН Украины (г.Днепропетровск I99Q-I99I гг.)
Технологическая схема разработки тонких крутопадающих рудных тел пневыргидравличесыши очистными комплексами экспонировалась на Виставне достижений народного хозяйства УССР, 1989г. Отдельные 'разделы работы неоднократно докладывались на коордйнациошшх совещаниях Минцвет-мета СССР, Госгортєхнадзора СССР, Главалмаззолото СССР, в прсектішх институтах, решающих проблему комплексной механизации процессов очистной выемки'при разработке тонкокильных крутопадаюцих месторовдеїшй.
ПУБЛИКАЦИИ.Основное содержание диссертации опубликовано в 35 печатных работах,в тон числе получено 4 авторских свидетельства на изобретения и издано 3 отраслевых нормативло-технологических документа.
СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов и рекомендаций, 28 приложений, содержит 112 рисунков, 27 таблиц, ссылку на 224 литературных источника и излокена на 394 страницах машинописного текста.
Похожие диссертации на Физико-технические основы малооперационной технологии разработки тонкожильных крутопадающих месторождений пневмогидравлическими очистными комплексами
