Введение к работе
Актуальность работы. Угольная промышленность как один из важнейших поставщиков топлива занимала и будет занимать важное место в хозяйстве стран, располагающих запасами угля. Высокая конкуренция между поставщиками энергетического сырья и неизбежное усложнение условий эксплуатации угольных месторождений определяет постоянную необходимость совершенствования техники и технолопш добычи и переработки угля.
Для Воркутского месторождения одной из наиболее важных является задача эффективного использования уже вскрытых и подготовленных запасов угля за счет совершенствования технологии его добычи.
Имеющиеся на сегодня результаты по созданию рациональных технологий добычи угля нег полностью отвечают горно-геологическим условиям шахт Воркутского месторождения, что обусловливает необходимость дальнейшего изучения данной проблемы.
Одним из основных её аспектов, в частности, является вопрос о начальном этапе ведения очистных работ, которые в настоящее время развиваются в основном из специально проводимых монтажных выработок, что обусловливает не всегда обоснованные дополнительные затраты нз их проведение и приводит к потерям угля в целиках.
Созданные на данный момент технологии развития очистных работ из подготовительных выработок являются в основном экспериментальными и не имеют необходимого научного, в том числе геомеханического, обоснования. Методіпаї по оценке целесообразности развития очистных работ из подготовительных (базисных) выработок отсутствуют. Особую сложность представляет собой решение геомеханических задач.
Существенный вклад в совершенствование технологии подземной добычи угля и, в частности, в обеспечение её безопасности по геомеханическому фактору внесли учёные и специалисты горного производства: К.А. Ардашев, Я.А. Бич, А.А. Борисов, А.С. Бурчаков, Ж.С. Ержанов, В.Е. Зайденварг. В.П. Зубов. О.В. Ковалёв, Ю.М. Либерман, А.М. Линьков, Н.М. Проскуряков, А.Г. Протосеня, К.Р. Руїшенейт, Е.И. Шемякин, В.И. Шик. Ю.В. Шувалов и другие исследователи. Работы этих
учёных и специалистов использовались при вьшолнении исследований и написании диссертации.
Цель работы. Обоснование и расчет параметров технологии очистной выемки угля непосредственно из подготовительных выработок в условиях отработки пластов Воркутского месторождения.
Идея работы. Технико-экономическая целесообразность развития очистной выемки угля из подготовительных выработок, при обеспечении безопасности горных работ, должна определяться с учётом оценки геомеханических состояний массива по разработанной методике.
Задачи исследований:
-
систематизация и классификация характерных горно-геологических условий отработки угольных пластов Воркутского месторождения:
-
обоснование использования метода граничных элементов (МГЭ) и разработка методики определения параметров несимметричного поля напряжений в комплексе "подготовительная выработка-лава" (ПВЛ):
-
исследование напряженно-деформированного состояния (НДС) элементов комплекса "ПВЛ";
-
разработка методики выбора способа управления состоянием массива (УСМ) и расчёт его параметров;
-
разработка рекомендаций по применению рациональных способов УСМ для различных технологий отработки угольных пластов.
Методы исследований. Выполнялись анализ и обобщение предшествующих работ и изучались геологические и горно-технические условия разработки Воркутского месторождения и месторождений аналогов Печорского бассейна; использовались лабораторные численные эксперименты на базе МГЭ с применением ЭВМ. современные методы математической обработки результатов экспериментов и их ан&тиз в сопоставлении с выводами других авторов.
Защищаемые научные положении.
-
Для оценки целесообразности развития очистной выемки угля из подготовительных выработок горно-геологические условия месторождения необходимо классифицировать по структурно-механическим свойствам пластов и вмещающих пород и для каждой группы рекомендовать основные технологические схемы.
-
Эффективные технологии развития начального этапа очистной выемки выбираются на основе оценки устойчивых состояний основной кровли (ОК) как функции от развивающегося выработанного простран-
ства (ВП) и расчёта параметров различных способов охраны базисных выработок, обеспечивающих требуемое их состояние.
3. Область применения технологических схем развития очистных работ из базисных выработок и их параметры определяются по разработанным инженерным зависимостям аппроксимированным на базе результатов исследований с применением МГЭ.
Научная новизна заключается в предложении новых методических решений по оценке целесообразности развития очистных работ из базисных выработок, изучении нестационарного поля напряжений неоднородного массива горных пород (Ml 11) в окрестности комплекса "ПВЛ", и обосновании инженерного метода расчёта безопасных параметров данной технологии.
Практическая значимость работы.
-
Разработаны предложения по применению рациональных технологических схем подготовки и отработки выемочных участков в классифицированных горно-геологических условиях месторождения с развитием очистных работ непосредственно из подготовительных выработок.
-
Предложены формулы для инженерного расчёта устойчивых состояний элементов Mill, позволяющие принимать производственные решения по выбору рациональных, обеспечивающих безопасность работ, параметров технологических схем на выемочном участке.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обосновывается представительным объёмом проанализированной и обобщённой исходной информации, корректностью выполненных численных экспериментальных исследований на основе МГЭ, качественным соответствием результатов решения горно-геомеханических задач, полученных рахтичными современными методами лабораторных численных экспериментов и аналитических решений.
Реализация результатов работы. Полученные инженерные зависимости и разработанные рекомендации приняты к использованию институтом АООТ "СПб-Гипрошахг".
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на научных конференциях студентов и молодых учёных Санкт-Петербургского государственного горного института им. Г.В. Плеханова (технического университета) "Полезные ископаемые России и их освоение" (1996, 1997 гг.), семинарах кафедры РПМ СПГГИ(ТУ). техническом совещании в "ПечорНИИПроекте".
Личный вклад автора работы. Обобщение опыта применения технологии развития очистных работ из базисных выработок, на основе которого осуществлена постановка задач, выбор и разработка методов исследований, теоретическое обобщение и разработка рекомендаций по основным позициям регионального применения технологии развития очистных работ из подготовительных выработок в условиях Воркутского месторождения.
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов и заключения, изложенных на 220 страницах машинописного текста, 7 приложений и библиографии из 72 наименований: содержит 35 рисунков. 18 таблиц.
В первом разделе диссертационной работы проводится анализ состояния проблемы совершенствования технологии отработки угольных пластов. Анализируются горно-геологические условия отработки основных месторождений Печорского бассейна, технология работ на перспективных шахтах Воркутского месторождения, рассматривается опыт (в том числе и мировой) развития очистного пространства лав из базисных выработок, и в заключение производится прогнозная оценка результатов применения данной технологии. Во втором разделе на базе анализа различных источников информации по технологии отработки шахтопластов, включая анализ планов горных работ перспективных шахт ОАО "Воркутауголь", выделены рациональные схемы "формирования" комплекса "ПВЛ" и сформулированы цель и задачи исследований. В третьем разделе изложен материал по геомеханическому обоснованию безопасных параметров выделенных технологических схем, базирутощийся на обобщении структурно-механических характеристик угленосного массива месторождения и включающий: разработку горно-геомеханической (ГТМ) и расчетных моделей неоднородного слоистого массива, выбор метода расчёта параметров его НДС, основные результаты численных экспериментов, их сопоставление с аналитическими решениями и теоретическое обобщение проведённых исследований. В четвёртом разделе приведены разработанные рекомендации по применению рациональных технологических схем развития очистного пространства, а также выбор}' способов У СМ в данных схемах и расчёту их параметров. В пятом разде-л е выполнено обобщение результатов исследований и дана их экономическая прогнозная оценка для условий Воркутского месторождения.
