Мазур Кирилл Владимирович
тема: "Обоснование путей и способов предотвращения или резкого уменьшения выдавливания пород почвы в участковых (подготовительных) выработках при отработке угольных пластов мощностью более одного метра"
Автореферат
Важнейшим условием высокоэффективной и безопасной работы шахт является обеспечение рабочего состояния всей сети вскрывающих, подготавливающих и примыкающих к очистным забоям подготовительных выработок с минимальными затратами на их проведение и поддержание и потерями угля в предохранительных целиках.
Актуальность обеспечения рабочего состояния выработок в течении срока их службы постоянно возрастает в связи с переходом горных работ во всех основных угольных бассейнах на большие глубины и более сложные горно-геологические условия.
Научно-исследовательские работы и опыт шахт показали, что даже на больших глубинах в сложных горно-геологических условиях возможно обеспечить, как правило, безремонтное поддержание выработок со снижением затрат и потерь угля в целиках при условии правильного выбора их расположения в массиве, способов и параметров охраны и средств поддержания на основе инженерных расчетов сдвижения массива, смещений пород в выработки и нагрузок на их крепь.Актуальность темы:
Для шахт Донбасса с каждым годом приобретает все большую актуальность проблема обеспечения устойчивости подготовительных выработок в связи с быстрым углублением горных работ, ухудшением горно-геологических условий и ростом общей протяженности выработок. Уже сейчас на ряде глубоких шахт приходится ежегодно ремонтировать до 30%...40% общей протяженности выработок. Работы по поддержания выработок выполняются вручную, их весьма трудно механизировать, и они представляют опасность для горнорабочих.
Для действующих глубоких шахт усиление концентрации и интенсификации горных работ не мыслимо без улучшения устойчивости горных выработок. Для шахт, с глубиной разработки 1000…1500м и более эта проблема становиться еще актуальней, так как нужно исключить или свести к минимуму трудоёмкие ручные работы по поддержанию горных выработок. Такой подход к решению проблемы необходим еще и потому, что обеспечение хорошей устойчивости выработок влечет за собой существенное повышение безопасности работ в шахте.
Устойчивость подготовительных выработок зависит в основном от способов их проведения, охраны и расположения относительно границ очистных работ, а также от типа, конструкции и работоспособности установленной в них крепей.Особенности разработки пологих пластов Донбасса
Развитие добычи угля на пологих пластах Донбасса связно с ведение горных работ на глубинах 600…1500м и более. Наибольшее количество глубоких шахт эксплуатируется в Донецко-Макеевском, Красноармейском, Лисичанском, Алмазно-Марьевском и Торезо-Снежнянском угленосных районах.
Для бассейна характерна мощность разрабатываемых пластов от 0,5 до 1,8м, средняя мощность составляет примерно 1,16м. действующие шахты отрабатывают около 80% шахтопластов мощностью до 1м. в последнее десятилетие наблюдается тенденция первоочередной отработки более мощных пластов из числящихся на балансе шахт. Это обусловлено наличием высокопроизводительной техники для выемки пластов мощностью более 0,9…1м и стремлением обеспечить на данном этапе более высокие технико-экономические показатели. Такая тенденция особенно характерна для крупных шахт, которые в большинстве случаев отрабатывают пласты мощностью 1,1…1,8м.
Более половины общей добычи угля сейчас обеспечивается выемкой тонких пластов (0,7…1,2м), примерно 35…40% - выемкой пластов средней мощности (1,2…2,0м) и только около 10% угля вынимается из весьма тонких пластов (менее 0,7м).
По условиям залегания пласты Донбасса распределены следующим образом: пологое падение – 78,6%, наклонное – 8,5% и крутое – 12,9%. На действующих шахтах преобладает разработка пологих пластов с углами падения до 18%. С увеличением глубины разработки наблюдается выполаживание пластов, а, следовательно, возрастает доля пологих пластов в общей добыче угля. В настоящее время почти 80% добычи угля обеспечивается разработкой пластов пологого падения, в том числе около 64% при углах наклона менее 12%.
В основных угленосных районах наиболее интенсивно ведется разработка угольных пластов четырех свит среднего карбона: С23 ,С25 , С26 и С27.
Свита С23 «Смоляниновская» имеет промышленное значение в Донецко-Макеевском, Торезо-Снежнянском. Основные рабочие пласты свиты h7 , h8 и h10 интенсивно разрабатываются на всем протяжении Донецко-Макеевского района.
Свита С25 «Каменская» широко разведана на всей площади бассейна. Единственным широко разрабатываемым пластом свиты является пласт k8 с рабочей мощностью 0,6…1,4м, разрабатываемый на глубинах более 600…700м шахтами Донецко-Макеевского и Алмазно-Марьевского районов.
Свита С26 «Алмазная» характеризуется высокой угленосностью на площадях Лисичанского, Красноармейского, Алмазно-Марьевского и Донецко-Макеевского угленосных районов. Она содержит до 12 рабочих пластов мощностью 0,6…2,2м, из них наиболее устойчивыми по площади распространения являются пласты l3 , l4 , l6 и l7 , разрабатываемые глубокими шахтами.
Свита С27 «Горловская» является самой верхней в продуктивной толщи среднего карбона. При довольно большом общем количестве угольных пластов и прослойков в свите (14...42шт) число устойчивых невелико – это пласты m2 , m3 , m8 и m9.
Для Донецко-Макеевского района типично наличие углей всех марок: от длиннопламенных и газовых до тощих, особенно распространены и интенсивно разрабатываются угли коксующихся марок Ж, К и ОС. Устойчивость боковых пород пластов в районах самая различная. В кровле пластов наиболее часто залегают породы устойчивые и средней устойчивости, наиболее преобладают последние. Непосредственна почва пластов, чаще всего, представлена слабыми аргиллитами или алевролитами, которые в большинстве случаев склонны к размоканию и выдавливанию в подготовительные выработки. Этот процесс происходит особенно интенсивно в глубоких шахтах, когда породами основной почвы пласта являются крепкие слои песчаников и алевролитов. Характерно, что боковые породы пластов свиты С25 более устойчивы по сравнению с породами свит С23 и С26. В разрезе каждой из трёх угленосных свит значительно развиты песчаные сланцы (48%...82%).
На больших глубинах углевмещающие породы Южного Донбасса угленосного района соответствуют низким и средним стадиям метаморфизма. Предел прочности на сжатие аргиллитов и алевролитов равен соответственно 26 и 34МПа. Это значит, что условия поддержания подготовительных выработок в глубоких шахтах Южного Донбасса являются весьма неблагоприятными.
Глубокие шахты отрабатывают одновременно, как правило, один или два и весьма редко три и более пластов. При этом применяется панельная, блоковая и погоризонтная схемы подготовки шахтных полей. Погоризонтный способ подготовки шахтного поля предусматривает проведение магистральных (главного направления) штреков на основных горизонтах и отработку лав по восстанию (падению) на всю высоту горизонта. Он позволяет на 25%...30% уменьшить относительный объём горнопроходческих работ из расчета на 1000т суточной добычи. Область применения такой подготовки ограничивается углами падения пластов до 10°…12°. Размер блока (панели) по простиранию принимается 3…5км, наклонная высота горизонта при погоризонтной схеме подготовки – 0,8…1,5км. Такие параметры подготовки обеспечивают большую длину крыла и время отработки лавы механизированными комплексами не менее одного года.
Основными системами являются столбовая и комбинированная с отработкой одиночных лав от границ горизонта, панели или блока. Выемочные штреки или ходки обычно проходятся по пласту узким забоем, чаще всего они погашаются по мере отработки лав. При этом используется в основном бесцеликовая технология (не оставляют межлавные целики угля). Столбовая система по сравнению со сплошной позволяет обеспечить лучшие условия для поддержания горных выработок, прогнозирование геологических нарушений в выемочном поле и увеличение нагрузок на очистные забои. Сплошная система разработки с проведение штреков широким забоем вслед за подвиганием лавы на больших глубинах широко применяется лишь в Донецко-Макеевском районе при выемке пластов h7 и h10 свиты С23 , что обусловлено их высокой газообильностью, опасностью по внезапным выбросам угля и газа и наличием слабых вмещающих пород. Основным способом управления кровлей является способ её полного обрушения.
Более 85% шахт Донбасса относятся к газовым, примерно 65%...70% из которых шахты третьей категории и свехркатегорийные. На выбрасоопасных пластах глубоких шахт особенно осложняется проведение подготовительных и нарезных выработок из-за большой продолжительности и трудоёмкости работ по предупреждению внезапных выбросов. Самая большая трудоёмкость этих работ на шахтах объединения «Донецкуголь», в котором почти всей шахты являются глубокими.
Рост глубины разработки связан с увеличением температуры горных пород. Уже сейчас почти 75% шахт объединения «Донецкуголь» испытывают большие трудности в обеспечении нормального температурного режима в очистных и подготовительных забоях. Это неизбежно связано с обеспечением хорошей устойчивости вскрывающий и подготавливающих выработок, изменением планировки горных работ в панелях и блоках, совершенствованием или видоизмением систем разработки в целом или их отдельных элементов.
Таким образом, разработка на больших глубинах пологих пластов каменного угля (особенно в Донецко-Макеевском районе) осложняется не только наличием неустойчивых вмещающих пород, но и высокой газообильностью шахт, проявлением внезапных выбросов угля и газа, склонностью угля к самовозгоранию, выбросами песчаников при проведении по крепким породам полевых подготавливающих выработок, повышением температуры воздуха и окружающих пород. Все эти факторы оказывают прямое или косвенное влияние на выбор способ расположения, проведения, охраны и поддержания подготовительных выработок, на возможность достижения высоких нагрузок на очистные забои, обеспечение безопасных условий труда и достижение высоких технико-экономических показателей работы выемочных участков и шахт.Краткое описание работы
В ходе выполнения магистерской работы была проанализирована система разработки шахты "Трудовская", а конкретнее система подготовки нового столба для отработки лавой обратным ходом по пласту m3. На шахте применяется столбовая система разработки (длинными столбами по простиранию) с возвратноточным проветриванием и проведение подготовительных выработок в присечку к выработанному пространству вышерасположенной лавы. То есть, при подготовке нового столба для работы лавы, откаточный штрек проводится в нетронутом массиве горных пород, а вентиляционный штрек проводится в присечку к бывшему откаточному штреку с оставлением полосы угля шириной 2…4м. После прохода лавы, обе подготовительные выработки погашаются. Таким образом, обеспечивается наилучшая устойчивость подготовительных выработок, т.е. они поддерживаются впереди лавы как бы в нетронутом массиве, а за лавой, где наиболее сложно удержать их в нормальном состоянии, выработки погашаются. Однако принимая во внимание крепость и устойчивость, вмещающих угольный пласт, пород даже при такой схеме ведения подготовительных работ состояние вентиляционного штрека очень плохое.
Все технические параметры вентиляционного штрека сведены в таблицу 1.Таблица 1 – Технические параметры вентиляционного штрека 26 восточной лавы.
Наименование Показатель Длина выработки, м 1650 Сечение: вчерне 20,1 в свету 17,9 Тип крепи КМПА5/11,2 Шаг постоянной крепи, м 0,3…0,5 Затяжка кровли ж\б, всплошную Затяжка боков металлическая сетка, всплошную Способ проведения выработки комбайном Применяемое оборудование комбайн 1П-110 конвейер 1ЛТ-80 Рельсовый путь ширина колеи 900мм. тип – Р-24 Так при существующей схеме проведения выработки, среднее смещения, по длине выработки, её проектного контура составляют: со стороны кровли – 2254мм, а со стороны почвы – 800мм. Такая величина смещения пород кровли значительно превышает конструктивную податливость крепи КМПА5/11,2. В условиях шахты «Трудовская» предотвращают такое смещение пород кровли путем проведения подготовительной выработки завышенным сечением (таблица 1). А так же проводят поддирку пород почвы (на глубину 1м по всей ширине выработки) для уменьшения выдавливания пород почвы в выработку. Однако всё это не способствует устойчивому состоянию выработки. Так, например, при высоте выработки 3,2м в проходке, эта величина на расстоянии ≈70м от забоя выработки составляет порядка 1,5м. Если учесть низкое качество проходческих работ: плохая забутовка закрепного пространства, не качественная установка рам, вследствие чего не сразу образуется система «крепь-порода» и крепь быстрее деформируется. Что приводит к значительному ухудшению устойчивости выработки.
Для повышения устойчивости выработки был предложен такой способ подготовки столба лавы, конвейерный штрек проводится в нетронутом массиве (как и в шахтном варианте), а вентиляционный проводится по обрушенным и уплотненным породам вышележащей лавы. Схема проведения вентиляционного штрека представлена на рисунке 1.
Рисунок 1. Схема проведения вентиляционного штрека по обрушеным и уплотненным породам вышележащего отработанного столба лавы.Благодаря такой схеме проведения подготовительной выработки смещения её проектного контура составят: со стороны кровли – 500мм, а со стороны почвы – 90мм.
Как видно при расположении вентиляционного штрека в обрушенных и уплотнившихся породах смещения пород кровли уменьшились в 4,5 раза, а смещения пород почвы – в 6 раз. Однако этот способ сопровожден дополнительными расходами при проведении, так как приходится сооружать промежуточный вентиляционный штрек и сбойки.
Таким образом, проведение вентиляционного штрека не в присечку, а по обрушенным и уплотненным породам вышележащего отработанного столба лавы значительно увеличивает устойчивость подготовительной выработки.СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
- Зборщик М.П. "Охрана выработок глубоких шахт в выработанном пространстве", К., "Техника", 1978г. - 176с.
- Зборщик М.П., Назимко В.В. "Охрана выработок глубоких шахт в зонах разгрузки", К., "Техника", 1991г. - 248с.
- Максимов А.П. "Горное давление и крепь выработок", М., Недра, 1973г. – 289 с.
- Руппенейт К.В. "Некоторые вопросы механики горных пород", М., Углетехиздат, 1954г. – 384 с.
- Цимбаревич П.М. "Механика горных пород", М., Углетехиздат, 1948г. – 183 с.
- «Указания по рациональному расположению охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР», Изд. 4-е дополненное, Л., 1986г. – 222с.
- В.Л. Самойлов, Конспект лекций по курсу «Управление состоянием породного массива» для студентов горного направления специализации 7.090301 «Геомеханические процессы горного производства», Донецк, ДонГТУ, 2001г. – 105с.
Так же в качестве индивидуального задания, нужно было сделать анимированную картинку по теме магистерской диссертации. Немного поразмыслив, я решил продемонстрировать на анимированной картинке состояние горной выработки, то есть её состояние, если в выработке не проводить текущего ремонта (поддирки почвы, замены согнутых рам). Вследствие этого, постоянное поднятие почвы выработки приводит к ухудшению её устойчивости и приводит к необходимости полного перекрепления выработки (расширения её до проектных размеров).
Автореферат || Библиотека || Ссылки || Результаты поиска
