Введение к работе
Актуальность работы. На современном этапе пере-
хода экономики страны, и угледобывающей отрасли в частности, к рыночным отношениям, обуславливающим существенное сокращение государственных инвестиций на строительство новых шахт, одной из наиболее важных задач для них становится задача рационального использования имеющихся основных фондов для улучшения технико-экономических показателей добычи угля.
Определяющим направлением решения этого вопроса является рациональное использование уже вскрытых и подготовленных запасов угля и соответственное снижение потерь полезного ископаемого на действующем предприятии. Это снижение адекватно увеличению срока службы шахт, что и обеспечивает снижение инвестиционных вложений государства в добычу угля. Проблемы доизвлечения угля по своей структуре относятся к техническим задачам совершенствования технологии его добычи как в локальном - для каждого предприятия в отдельности, так и региональном смысле, когда максимальный эффект может быть достигнут на месторождении в целом. Такому подходу полностью соответствует Воргашорское месторождение.
Имеющиеся на сегодня результаты работ по созданию рациональных технологий повышения степени извлечения угля из недр не полностью отвечают горно-геологическим условиям шахтного поля шахты Воргашорская и не обобщены методически для условий всего месторождения в целом.
Разработка комплексного технологического подхода к решению проблемы снижения потерь в недрах за счет доизвлечения угля в целиках, таким образом, актуальна как для условий отдельного предприятия, так и месторождения в целом. Направленность работы, в том числе, и на снижение государственных инвестций на строительство шахт, делает ее значимой в рамках "Федеральной программы социально-экономического развития угледобывающего региона", разработанной институтом микроэкономики Министерства экономики РФ.
Существенный вклад в совершенствование технологии подземной добыч угля и обеспечение ее безопасности по геомеханическому фактору внесли ученые и специалисты горного производства: К.А.Ардашев, А.Я. Бич, А.А.Борисов,
А.С.Бурчаков, Ж.С.Ержанов, В.Е.Зайденварг, В.П.Зубов, О.В.Ковалев, Ю.М.Либерман, A.M.Линьков, Ю.Н.Малышев, Н.М.Проскуряков, А.Г.Протосеня, К.Р.Руппенейт, Е.И.Шемякин, В.И.Шик, Ю.В.Шувалов, М.И.Щадов и другие исследователи. Работы этих ученых и специалистов использовались при выполнении исследований и написании диссертации.
Цель работы состоит в разработке модифицированных технологических схем доизвлечения запасов угля в целиках различного назначения при их сложной конфигурации, включающих разработку геомеханических моделей элементов массива горных пород, характерных для схем, и создание методик выбора их безопасных параметров.
Идея работы. При создании эффективной технологии доизвлечения запасов угля в целиках сложной конфигурации разрабатывается модульный подход обеспечения безопасных условий добычи угля для выявленного многообразия вариантов геомеханического состояни элементов массива.
Задачи исследований. В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе предусмотрено решение следующих задач:
-
Разработка методики формирования характерных признаков дифференциации запасов в целиках различного назначения на основе анализа и обобщения геологических и горно-технических условий разработки Воргашорского месторождения, создание классификации доизвлекаемых запасов.
-
Изучение технологических особенностей процесса доизвлечения угля в целиках и формирование принципов выбора схем ведения очистных работ при его выемке.
-
Исследование геомеханического состояния массива горных пород и обоснование безопасных параметров применяемых технологических схем по данному фактору.
-
Разработка базовых "схем-модулей" геомеханического обоснования и технологии выемки оставляемых в целиках запасов в условиях Воргашорского месторождения; разработка блок-схемы решения комплексной технолого-геомеханической задачи совершенствования способов доизвлечения угля в Печорском бассейне.
Методы исследований. Использовалась методика анализа и обобщения предшествующих работ, в том числе изучения и обобщения геологических и горно-технических условий разработки Воргашорского месторождения и месторождений
аналогов Печорского бассейна; методы лабораторного численного эксперимента с применением ЭВМ; методы физического лабораторного экспериментирования; методы натурного исследования механических состояний массива горных пород; современные методы математической обработки результатов экспериментов и их сопоставительный анализ с выводами других исследований.
Научная новизна выполненной работы заключается в предложении новых методических решений по выбору схем до-извлечения угля из целиков сложной конфигурации в плане, в обосновании инженерного метода расчета безопасных параметров основных элементов массива с учетом технологических характеристик ведения очистных работ и создании "блок-схемы" мобильного решения технологической задачи доизвлечения углей в конкретно 'классифицированной геолого-горнотехнической ситуации.
Практическая значимость работы.
-
Предложен комплексный технолого-геомеханическийпй метод совершенствования и обеспечения безопасности добычи угля за счет доизвлечения запасов, оставляемых при обычных технологиях в недрах.
-
Предложены формулы для инженерных расчетов устойчивых состояний элементов массива, позволяющих принимать проектные и производственные решения по выбору рациональных параметров технологических схем выемки целиков с учетом оптимизации полноты доизвлечения угля на выемочных участках.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций. Обосновывается представительным объемом проанализированной и обобщенной исходной информации, корректностью выполненных численных исследований, качественным соответствием результатов решения геомеханических и технологических задач, полученных различными современными методами лабораторных математических и физических экспериментов, достаточным совпадением их с натуральными к выполненной при участии автора апробации технологий доизвлечения в условиях шахты Воргашорская.
Реализация результатов работы. Результаты исследований приняты к использованию институтом АО "СПб-Гипро-шахт" при проработке материалов по развитию угледобычи на Воргашорском месторождении, использованы при разработке
технологий доизвлечения пласта Мощного на шахте Воргашорская.
Прогнозный годовой экономический эффект от внедрения результатов работы по одному шахтопласту Воргашорского месторождения составляет не менее 9 млрд.руб. (в ценах 1995г.).
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на технических совещаниях по перспективам развития Печорского бассейна в институте АО "СПб-Гипрошахт" и научных семинарах Санкт-Петербургского государственного горного института (технического университета) в 1993-1995 гг.
Исходные материалы и личный вклад соискателя. Основой диссертационной работы являются результаты выполненных исследований, проводимых на шахте Воргашорская, на которой автором осуществлена постановка задач, разработка и выбор методов исследований, организация сбора первичных данных и промышленной апробации рекомендованных технологий, теоретическое обобщение по основным позициям регионального применения комплексного метода совершенствования технологии доизвлечения угля в целиках в условиях Печорского бассейна.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 2 научные работы.
Структура и объем, работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов и заключения, изложенных на 143 страницах машинописного текста, трех приложений и библиографии из 75 наименований; содержит 33 рисунка, 3 таблицы.
В первом разделе диссертационной работы проводится, анализ состояния проблемы совершенствования технологий добычи угля за счет доизвлечния оставляемых в недрах запасов угля. Отмечено, что для Воргашорского месторождения характерно геологическое строение, предопределяющее при существующих технологиях отработки оставление значительных запасов угля в целиках различного назначения. Показано, что на вскрытых и подготовленных горизонтах шахты Воргашорская за период эксплуатации предприятия накоплено более 11 млн. тонн угля, требующего доизвлечения. Во
втором разделе предложены принципиальные технологические решения по выемке дополнительно извлекаемых из целиков запасов угля, дано обобщение параметров доизвлече-ния угля по геомеханическим и горно-технологическим факторам, приведены варианты схем добычи угля в целиках пласта Мощного' В третьем разделе содержится материал по геомеханическому обоснованию безопасных параметров типовых схем отработки целиков, базирующемуся на результатах численных экспериментов на ЭВМ и результатах физического лабораторного моделирования. Приведены данные натурных наблюдений. В четвертом разделе разработана методика выбора рациональных технологических схем доизвле-чения запасов. В пятом разделе выполнено обобщение результатов исследований и дана их экономическая оценка, представлена разработанная "блок-схема" выбора рациональных технологий доизвлечения угля для условий Воргашорского месторождения.
