Введение к работе
Актуальность темы. В угольной промышленности России в последние годы происходит смена морально устаревшего очистного оборудования с широким внедрением механизированных комплексов нового технического уровня. В Кузбассе более 90% объема добычи угля на пластах средней мощности с углами падения до 35 приходится на комплексно-механизированные очистные забои (КМЗ). Начавшееся перевооружение угольных шахт современными комплексами позволило решить ряд традиционно сложных вопросов угледобычи, однако не привело к существенному повышению эффективности и надежности функционирования производства. С одной стороны, это связано с ухудшением горно- геологических условий по мере углубления горных работ. С другой стороны, рост добычи угля из КМЗ сдерживается вследствие несвоевременного проведения выемочных выработок и неудовлетворительного состояния крепи штреков, особенно на сопряжениях с КМЗ.
В настоящее время до 40% трудоемкости работ в механизированных очистных забоях составляют работы на сопряжениях. Существующие серийные гидрофицированные крепи сопряжений, а также крепи сопряжений, состоящие из элементов индивидуальной крепи недостаточно совершенны и устанавливаются тогда, когда разрушение кровли уже произошло. Штрековая крепь прямоугольной, трапециевидной или арочной формы, устанавливаемая в процессе проведения выработок, не препятствует смещению и разрушению пород кровли. Более того, в процессе работы КМЗ стойки крепи требуют их извлечения при передвижке лавного конвейера и последующего восстановления на прежнем месте, что отрицательно сказывается на эффективности поддержания кровли в зоне повышенного горного давления.
В этой связи выбор типа и обоснование рациональных параметров крепи выемочных штреков, не требующей установки специальной крепи сопряжений, имеет важное научное и практическое значение.
Диссертационная работа выполнена по результатам плановых НИР КузГТУ и ЗАО УК "Облкемеровоуголь" за 1992 -1995гг.
Цель работы - обоснование типа и параметров крепи выемочных штреков, обеспечивающей эксплуатационное состояние подготовительных выработок на сопряжениях с КМЗ для повышения эффективности и безопасности горных работ.
Идея работы заключается в использовании геомеханических закономерностей взаимодействия с массивом горных пород специальной конструкции штрековой крепи, обеспечивающей оптимальное напряженно- деформированное состояние горного массива для поддержания сопряжений КМЗ.
Задачи исследований:
провести анализ результатов научных исследований и производственного опыта и обосновать технические и технологические требования к крепи выемочных штреков на сопряжениях с КМЗ;
исследовать влияние изменчивости горно-геологических условий разработки на степень сложности подготовки и отработки угольных пластов, поддержания подготовительных выработок для обоснования рациональных параметров планировочных решений;
исследовать влияние параметров системы разработки на разгрузку опорного контура лавы и повышение надежности штрековой крепи на сопряжениях с КМЗ;
установить закономерности формирования зон временного и остаточного опорного давления и величины смещений в выемочных штреках на разных участках при различных вариантах их расположения;
разработать методику расчета параметров рамной крепи выемочных, штреков с элементами равного сопротивления и определить область ее рационального применения;
разработать паспорта крепления штреков и сопряжений КМЗ для различных вариантов их расположения.
Методы исследований. При выполнении работ использован комплекс методов исследований, включающий анализ и научное обобщение отечественного и зарубежного опыта поддержания подготовительных выработок при механизированной выемке угольных пластов; шахтные инструментальные наблюдения за проявлением горного давления, замеры смещений пород в
поддерживаемых выработках; методы математической
статистики для установления зависимостей проявления горного давления в выемочных штреках; методы строительной механики и сопротивления материалов для разработки методики расчета параметров крепи выемочных штреков; технико-экономический анализ технологических решений.
Научные положения, выносимые на защиту:
выбор типа штрековой крепи на сопряжениях с КМЗ базируется на результатах качественной и количественной оценки состояния выемочных штреков;
планирование развития подготовительных и очистных работ, выбор крепи и поддержание подготовительных выработок осуществляются на основе районирования месторождения по степени сложности с учетом влияния прогнозирумых горногеологических факторов;
разгрузка опорного контура очистной выработки за счет изменения параметров системы разработки обеспечивает повышение надежности крепи выемочных штреков на сопряжениях с КМЗ;
- закономерности формирования зон временного и
остаточного опорного давления позволяют обосновать выбор
силовых и деформационных характеристик крепи выемочных
штреков в зависимости от их расположения;
- методика расчета рамной крепи с элементами равного
сопротивления позволяет осуществить выбор рационального
сочетания конструктивных параметров и область ее применения.
Достоверность и обоснованность научных положений и выводов подтверждается:
- достаточным объемом выполненных в рамках диссертации
экспериментальных исследований при ведении подготовительных
работ на шахтах Беловского и Ленинского месторождений
Кузбасса с применением современных методов и приборов
(6 шахт, 15 шахто пластов в диапозоне глубины разработки 80-ЗООм);
использованием классических методов сопротивления материалов и строительной механики при разработке методики расчета параметров крепи выемочных штреков;
положительными результатами опытно-промышленной проверки и внедрения разработок на шахтах ЗАО УК "Облкемеровоуголь".
Научная новизна работы состоит:
-в обосновании выбора типа и параметров штрековой крепи на сопряжениях с КМЗ;
- в обосновании рациональных параметров планировочных
решений подготовки и отработки шахтопластов с учетом
изменчивости горно-геологических условий разработки;
-в обосновании параметров системы разработки для разгрузки опорного контура очистной выработки и повышения надежности крепи в выемочных штреков;
- в установлении размеров зон временного и остаточного
опорного давления при различных вариантах расположения
выемочных штреков;
-в разработки методики расчета параметров рамной крепи выемочных штреков с элементами равного сопротивления, позволяющей осуществить выбор рационального сочетания конструктивных параметров и область ее применения;
- в обосновании рациональных параметров технологических
схем крепления сопряжений КМЗ при различном соотношении
мощности пласта и высоты выемочного штрека.
Практическое значение работы заключается в том, что полученные результаты позволяют:
разработать требования к крепи выемочных штреков вне и в зоне влияния очистных работ;
разработать конструкцию штрековой крепи с элементами равного сопротивления;
- повысить устойчивость подготовительных выработок и
снизить затраты на их содержание.
Реализация работы. Результаты работы использованы в промышленности в виде паспортов крепления сопряжений КМЗ на шахтах АООТ "Ленинскуголь" и ЗАО УК "Облкемеровоуголь".
Апробация работы. Основные научные положения и практические выводы докладывались на научных семинарах КузГТУ ( Кемерово, 1994, 1996), Международном симпозиуме "Проблемы безопасности при эксплуатации месторождений полезных ископаемых в зонах градопромышленных агломераций" (Москва-Пермь, 1995), Международной конференции "Эффективная и безопасная подземная добыча угля на базе
современных достижений геомеханики" (Санкт-Петербург, 1996), НТС АООТ "Ленинскуголь" и ЗАО УК "Облкемеровоуголь" (Ленинск-Кузнецкий, Кемерово, 1992-1996).
Публикации. По результатам- выполненных исследований опубликовано шесть научных работ.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения и содержит 143 страницы машинописного текста, содержит 32 рисунка, 8 таблиц, список литературы из 76 наименований.
