АВТОРЕФЕРАТ

МАГИСТЕРСКОЙ РАБОТЫ

На тему: "Выемка угля из охранных целиков при доработке горизонта"

Магистр: Лызенко А.А.

Руководитель: асс. к.т.н Сахно И.Г.

Биография

Ссылки

Библиотека

Отчет о поиске

Молодежь в политике

Translate to English

Актуальность темы

Технология добычи угля на шахтах подразумевает потери угля в охранных целиках. Это, так называемые, эксплуатационные потери, которые достигают 5-10% от промышленных запасов угля шахтного поля. Этот показатель можно существенно снизить, если производить выемку угля из охранных целиков при погашении горизонта. Решению этой крайне актуальной проблемы и посвящена моя магистерская работа. Существует технология отработки угольных целиков камерами. В камерах уголь может отбиваться либо бурошнековыми машинами, либо комбайнами КН-78 или «Днепр».

Цель и задачи работы

Целью работы является расчет параметров выемки угля из охранных целиков с целью снижения общешахтных потерь. При этом главное внимание обращается на обеспечение наибольшей безопасности при проведении данных работ, так как выемка охранных целиков ведет к перераспределению напряжений в горных породах, а это может нарушить устойчивость выработок.
Исходя из вышесказанного следует, что хоть добыча угля и является основной задачей угольного предприятия, но во главу угла нужно ставить обеспечение безопасности трудящихся.
Для достижения данной цели поставлены следующие основные задачи:

  1. Провести обзор литературы по данной теме
  2. Выделить основные методы расчета параметров технологии
  3. Провести технико-экономический анализ результатов применения технологии

Практическая ценность

Практическая ценность данной работы состоит в том, что при внедрении данной технологии в процесс добычи угля подземным способом может произойти качественный технико-экономический скачок, обусловленый уменьшением общешахтных потерь запасов плезного ископаемого.

Научное исследование параметров отработки целиков камерами

Для установления параметров отработки целиков необходимо решить следующие задачи:

  1. Разработать расчетный алгоритм нахождения напряженно-деформированного состояния системы «кровля-целик-грунт» с учетом структурной неоднородности массива и фактора времени.
  2. Используя методы математической статистики, сделать количественный анализ влияния геометрических параметров камерной системы, мощности пласта, глубины разработки и физико-механических характеристик угля и вмещающих пород на максимальные напряжения и перемещения целиков, кровли и почвы.
  3. Оценить напряженно-деформированное состояние элементов исследуемой системы и определить технологически допустимый интервал времени вынимания выделенного блока.
  4. На основе установленных закономерностей взаимного деформирования системы «кровля-целик-почва» подобрать подходящую методику расчета рациональных параметров камерной системы вынимания тонких пологих угольных пластов.
  5. По выбранной методике определить рациональные параметры камер и целиков относительно выемки целиков бурошнековыми машинами и комбайном «Днепр»

В основу работы положен анализ существующих способов отработки пологих тонких угольных пластов и методик расчета параметров целиков и камер, исследования методом граничных элементов напряженно-деформированного состояния системы «кровля-целик-почва» и обобщение результатов методами математической статистики, включая множественный корреляционный анализ.

Теоретическое обоснование геометрических параметров камерной системы разработки целиков

Контактная задача для системы «кровля-целик-почва» относительно бурошнековой выемки решается методом граничных элементов. Действующая нагрузка – вес пород. Расчетные схемы содержат разное количество камер в блоке, благодаря чему устанавливается картина напряженно-деформированного состояния на разных стадиях очистных работ. При этом надо учитывать, что полный цикл технологических операций относительно отработки установками Б3М-1М одной камеры шириной a = 2,1 м и длиной l = 30 м составляет 6 часов.
Модули упругости угля и пород кровли и почвы в анализированные моменты определяется по формуле (1)

Et=E/(1+Фt)     (1)

Фt – функция ползучести

Фt=δt1-α/(1-α)     (2)

t ? - время, с.


Геометрические размеры анализируемой области массива и соотношение ширины и длины камер такие, что дают возможность решить задачу в рамках гипотезы плоской деформации.
Ширина блока определяется по формуле (3)

A=nα+(n-1)β     (3)

n – количество камер в блоке;
а – ширина камеры, м;
b – ширина междукамерного целика, м.
Между блоками камер остаются опорные целики шириной b1, имеющие не менее, чем двукратный запас крепости. Для междукамерных целиков, которые могут разрушаться после отработки всего блока, допускается коэффициент запаса, который равняется единице. Размер А должен быть таким, чтобы на протяжении разработки блока кровля сохраняла стойкость. Критерием стойкости есть величина сближения почвы и кровли камер. В анализируемых условиях она не должна превышать 3,5 см, так как при больших смещениях, как свидетельствуют шахтные наблюдения, происходит обвал пород кровли в камеру.
Для количественной оценки степени влияния фактора времени сравниваются результаты двух решений для одной и той же расчетной схемы – полученные на основе упомянутой модели линейно-наследственной среды и при использовании модели упругой среды без учета изменений деформационных свойств пород от времени. Оказывается, что максимальное сближение почвы и кровли камеры из-за ползучести пород увеличивается в 1,85 раза.
Для определения вероятности потери устойчивости камер напряжения, найденные расчетом оцениваются по критерию разрушения, который имеет вид

R=σгран-(σэкв)max>=0     (4)

Для функции R принимается нормальный закон распределения, поэтому вероятность обрушения пород кровли определяется по формуле

P=1/2-Ф(η)     (5)


Приведены результаты расчета вероятности потери стойкости первой камеры в зависимости от глубины разработки бурошнековым способом при а = 2,1м, b = 1,2 м, m = 0,8 м, n = 3. При глубине разработки Н = 160 м вероятность обрушения не превышает 0,1. Не случайно максимальные перемещения и напряжения в кровле, почве и целиках не превышает в этом случае граничных значений.
На глубине Н = 220 м вероятность обрушения кровли достигает 0,65. Поэтому во время вынимания пластов на глубине более 220 м в анализированных горно-геологических условиях с целью повышения надежности работ желательно уменьшить ширину камер или увеличить ширину целиков.
В случае добычи комбайнами при а = 4,0м, b = 0,6 м, b1 = 1,2 м, m = 1,2 м, n = 3 и при наличии деревянной крепи вероятность потери устойчивости на глубине Н = 220 м составляет 0,14.
Вследствие корреляционного анализа данных 180 вариантов расчета установлены уравнения регрессии для максимальных значений сближений кровли и почвы в процентах от мощности пласта.
Множественные корреляционные отношения полученных зависимостей имеют значения 0,904…0,985, а величины критерия Фишера значительно больше однопроцентных границ отклонений, что свидетельствует про достаточно тесную корреляцию исследуемых величин с варьированными параметрами и статистическую значимость установленных связей.

Бурошнековая выемка угля

Технология бурошнековой выемки угля, как один из вариантов выемки без присутствия человека, известна с 60-х годов 20 века. Но в конце 80-х годов почти все институты забросили эту работу, считая ее бесперспективной. Министры и чиновники полагали, что такая выемка имеет смысл лишь для брошенных шахт и не может существовать как самостоятельный широкомасштабный вид технологии.
Однако сегодня можно с уверенностью говорить о практической реализации идеи бурошнековой выемки угля. В Украине, на шахтах "Добропольская", Космонавтов, работают бурошнековые комплексы типа БШК-2ДМ, предназначенные для тонких пластов. На шахтах ООО "Компании "Ростовуголь" имеется запас неотработанных тонких пластов, а значит срок службы шахт составит еще минимум 20 лет.
Бурошнековая машина –это машина для выемки маломощных пластов полезного ископаемого (угля, каменной соли и др.) бурением скважин большого диаметра (0,5-2,7 м). Рабочий орган бурошнековой машины - буровая коронка, закрепленная на шнеке, который выдаёт из скважины глубиной 40-70 м разбуренное полезное ископаемое; погрузка в транспортные средства производится самой бурошнековой машиной.
Машина механизирует процессы добычи, повышает производительность труда и безопасность очистных работ, являясь средством безлюдной выемки угля, позволяет выборочно отрабатывать полезное ископаемое из пластов сложного строения, уменьшая разубоживание (по сравнению с экскаваторной добычей), и выбирать уголь из бортов карьера, недоступных для экскаваторной выемки. При отработке пласта бурошнековой машиной между скважинами остаются участки невыбранного полезного ископаемого (ширина до 0,3 м), что приводит к большим потерям в недрах (до 40-50%).
Совершенствование бурошнековых машин осуществляется по пути увеличения скорости бурения и глубины скважин, уменьшения времени на вспомогательные операции, использования дистанционного управления. Более высокую производительность могут обеспечить многошпиндельные самоходные бурошнековые машины с электрическим приводом.
Достоинства бурошнековой технологии:


Но, пожалуй, два самых главных компонента - производительность труда на КБВ составляет 250-300 тонн/месяц на человека, которая сопоставима с мировым уровнем производительности труда. Зольность добываемого угля превышает пластовую лишь на 3-5%.
Также существенно снижены затраты за счет того, что машина будет вынимать чистый уголь, т.к. исключается присечка боковых пород. Этот уголь не надо обогащать, надо лишь рассортировать, чтобы продавать сортовой уголь. Существенно снизится зольность штыбов и их цена, а значит, они станут конкурировать с газом на электростанциях. На каждой шахте можно установить необходимое количество таких машин. Изменится характер труда. Его нельзя будет называть тяжелым, но потребуется иная квалификация людей. Она должна быть совершенно иная. При этом, мы считаем, что будет большой рост рабочих мест, потому что возникнет спрос на дешевый, но качественный уголь, а, следовательно, будет рост добычи, и значит реальный рост благосостояния людей и, конечно, города.

Выводы

  1. С помощью метода граничных элементов и модели линейно-наследственной среды разработан эффективный расчетный алгоритм для определения напряженно-деформированного состояния кровли, целиков и почвы. Этот алгоритм дает возможность учитывать случайный характер изменения физико-механических характеристик слабых пород массива и фактор времени. Алгоритм можно использовать для нахождения количества камер в блоке и расчет их рациональных параметров исходя из условия устойчивости, а также для установления интервала времени отработки выделенного блока бурошнековой установкой и комбайном.
  2. В методике получены корреляционные зависимости максимальных значений относительных сближений кровли и почвы камеры uy/m, а также отношений максимальных значений нормальных напряжений σxx/γH, σyy/γH. Установленные зависимости используются для прогноза проявлений горного давления при камерной системе разработки тонких пологих угольных пластов.
  3. Благодаря вероятностному учету неоднородности породного массива и фактора времени данная методика позволяет определять рациональные параметры камер и целиков, при которых на 35% уменьшаются потери угля в недрах и обеспечивается достаточная надежность и эффективность горных работ при комбайновой выемке.
  4. Четко определены и обоснованы фактические технологические параметры бурошнековой и комбайновой отработки целиков: скорость подачи, время отработки камеры, потребная мощность, объем добычи и потерь полезного ископаемого, коэффициент машинного времени и удельные затраты на добычу 1 т угля.

    На данный момент работа находится в разработке. Результаты работы Вы можете получить после ее защиты в декабре 2007 г.

    Литература

    1. Яворский В.Н. Обоснование параметров технологии отработки угольных целиков камерами // Днепропетровск, - 1997. 128 с
    2. Заславская Л.И., Яворский В.Н., Сердюк В.П., Кошка А.Г. Исследование влияния фактора времени на сближение почвы и кровли выемочной камеры // Разработка рудных месторождений: Республиканский межвед. научн.-техн. сб.- Кривой Рог.- 1999.- № 70.- С. 338.
    3. Савостьянов А.В., Сердюк В.П., Кошка А.Г., Яворский В.Н. Математическое моделирование напряженно-деформированного состояния горного массива угольных шахт // Прикладные проблемы математического моделирования: Вестник Херсонского государственного технического университета. (По материалам VIII Междунар. симпозиума по методам дискретных особенностей в задачах мат.физики). - Херсон.- 1999.- С.151.
    4. Новикова Л.В., Заславская Л.И., Яворский В.Н. Вероятностный подход к анализу НДС целиков и потолочин // Прикладные проблемы математического моделирования: Вестник Херсонского государственного технического университета. (По материалам ІІІ Междунар. конф. по математическому моделированию).- Херсон.- 2000.- С. 178.
    5. Новикова Л.В., Заславская Л.И., Яворский В.Н. Оценка конвергенции пород в камере при отработке тонких угольных пластов в слабых породах // Науковий вісник НГА України (за матеріалами І-ої науково-практ. конф. “Нестеренковские чтения”).- Дніпропетровськ.- 2000.- №3.- С.100.
    6. http://www.rosugol.ru
    7. http://www.kz1.donetsk.ua

    Бурошнековая машина за работой

    Биография

    Ссылки

    Библиотека

    Отчет о поиске

    Молодежь в политике

    Translate to English