ДонНТУ |
Портал магистров ДонНТУ
Факультет геотехнологий и технология производством
Специальность: Разработка полезных месторождений
Традиционные подходы к обеспечению устойчивости горных выработок, основанные на увеличении металлоемкости крепи на 1 п.м. выработки (увеличение типоразмера спецпрофиля, уменьшения шага установки арочной податливой крепи, применение крепи усиления и т.д.) в условиях глубоких шахт не позволяют обеспечить безремонтное состояние выработок находящихся в зоне влияния очистных работ, но приводят к значительному повышению стоимости их проведения. Это объясняется невозможностью воспрепятствовать существующими средствами крепления образованию и развитию вокруг выработок зоны разрушенных пород (ЗРП).
На мой взгляд, силовое противодействие естественным геомеханическим процессам происходящим в массиве,
не имеет перспективы и не может привести к состоянию длительного устойчивого равновесия. В данной работе будет предложена технология обеспечения безремонтного состояния
выработок, основанная на использовании собственной прочности горных пород и сложившегося в окружающем массиве равновесного состояния, на шахте "Комсомолец Донбасса".
Технический проект строительства шахты «Ждановская-Капитальная» №1 проектной мощностью 3,6 млн.т угля в год, сметной стоимостью 136,8 млн.руб. утвержден коллегией Минуглепрома СССР (протокол №29 от 10,11.08.72) и постановлением Минуглепрома СССР №50/52 от 14.08.72 г.
Строительство шахты начато в 1974 году и на 01.09.79 г. освоено капвложений 86,9 млн.руб., в том числе строительно-монтажных работ — на 71,4 млн. руб.
Шахта сдана в эксплуатацию в декабре 1980 г. с плановой добычей 1300 тыс.тонн/год. Производственная мощность шахты утверждена Министерством угольной промышленности Украины 03.01.96 г.и составляет 2100 тыс.тонн/год с графиком освоения в 2001 году.
Поле шахты вскрыто шестью вертикальными стволами. Подготовка шахтного поля - погоризонтная. Горизонты заложены на отметках 418м, 628 м и 810 м с устройством на этих отметках околоствольных дворов.
Порядок отработки - прямой, от основных стволов к границам шахтного поля. Система разработки - длинными столбами по восстанию. Способ проветривания - всасывающий, схема проветривания - секционная.
Шахта отрабатывает три угольных пласта: Л7, Л4, Л3; ведется подготовка пласта Л6.
На балансе шахты находятся девять угольных пластов марки «Т». На 01.01.2000г.:
- промышленные запасы - 137 449 тыс.тонн;
- подготовленные запасы - 2 278 тыс.тонн;
- готовые к выемке — 1 998 тыс.тонн;
- протяженность горных выработок— 136 км. Добываемый уголь используется как рядовое энергетическое топливо на тепловых электростанциях Украины («Криворожская», «Старобешевская»,
«Трипольская», «Славянская», «Приднепровская»), Молдовы, Болгарии и Словакии.
Согласно проекту шахтное поле вскрыто в центре главным стволом и разделено на 4 блока. Ствол пройден до горизонта 628 м. Подъём -многоканатный, машина МК 5х4, оборудован двумя угольными скипами емкостью по 35 м3 и одним породным скипом емкостью 9,5 м3. Крепь ствола - монолитный бетон, армировка— жесткая. Вспомогательный ствол пройден до горизонта 628 м, его диаметр - 8,0 м, крепь - монолитный бетон, армировка - жесткая. Подъём - многоканатный, подъёмная машина МК 3,25х4. В качестве подъёмных сосудов используются три двухэтажные клети. На каждом из стволов выполнены сопряжения с горизонтами 418 м и 628 м. По стволам, кроме проводников, подъёмных
сосудов, проложены трубопроводы сжатого воздуха, силовые кабели, трубопроводы водоотлива, дегазации, водопровода, сигнальные и телефонные кабели.
Вентиляционный ствол №5 предназначен для выдачи исходящей струи. Воздухоподающий ствол №3 пройден до отметки 840 м. Служит для подачи струи свежего воздуха, вспомогательных целей (спуск материалов, оборудования и др.), спуска - подъёма людей. Оборудован двухклетевыми
подъёмами. Подъёмная машина 2КН 4/2.Все стволы круглого сечения, крепь - монолитный бетон, армировка жесткая.
Техническим проектом строительства шахты принята система разработки длинными столбами по восстанию при прямоточной схеме проветривания выемочного участка с разбавлением метана по источникам его поступления.
Подготовка выемочных столбов предусматривается наклонными бортовыми выработками, проводимыми по пласту сверху вниз и снизу вверх, откаточными и вентиляционными штреками. По мере отработки пласта воздухоподающая бортовая выработка погашается, а конвейерная (со стороны массива) поддерживается в отработанном пространстве для повторного использования в качестве воздухоподающей при выемке очередного столба.
На балансе шахты находятся девять угольных пластов марки «Т»; М9, М5,М4,М3;Л7,Л6,Л4,Л3,Л16. Шахта отрабатывает три угольных пласта: Л7, Л4, Л3. Ведется подготовка пласта Л6. Разрабатываемые пласты не опасны по пыли, пласт Л3 -выбросоопасный, Л6 - угрожаемый, Л7 и Л4 - угрожаемые с отметки 389 м.
Пласт Л7 мощностью от 0,84 до 1,06 м простого строения, выдержанный. Пластовая зольность составляет от 4,9 % до 13,7 %, содержание серы от 1,0 % до 3,5 %. Пласт угрожаемый по выбросам угля и газа с отметки 389 м. Природная газоносность от 26,0 до 42,3 м3/т, возможны суфлярные выделения. В кровле пласта залегает алевролит и аргиллит, который при мощности от 0,3 м до 0,5 м является «ложной» кровлей повсеместно развитой по пласту. Крепость аргиллита от 20 до 40 МПа, алевролита — от 10 до 70 МПа, устойчивость — Б2-БЗ. Почва пласта представлена алевролитом с устойчивостью П2 (слабоустойчивый). Разрабатываемые участки пласта пересекают ряд зон тектонических нарушений дизъюнктивного характера с амплитудой пласта от 0,1 -0,15 м до 0,6 м, иногда-до 2,0 м.
Пласт Л4мощностью 0,68 - 1,09 м, строение простое и сложное, является относительно выдержанным. Зольность пластовая составляет 4,7 - 15,3 %, содержание серы 1,1-5,4 %. По выбросоопасности пласт является угрожаемым с отметки 389 м. Природная газоносность 28,0 - 42,1 м3/т, возможны суфлярные выделения. В кровле пласта залегает преимущественно аргиллит с пределом прочности на сжатие 10-80 МПа, неустойчивый и среднеустойчивый (Б2-БЗ). Почва пласта представляет слабоустойчивый алевролит (П2). В зонах разрыва пласт раздут до 1,1 - 1,25 м; неустойчивая кровля обрушается на высоту до 2,0 м.
Пласт Л3 мощностью 0,67 - 1,73 , строение сложное, двух- и трехпачечное, является выбросоопасным. Зольность пластовая составляет 4,0-18,0 %, содержание серы 0,7-7,0 %. Природная газоносность 26,0 - 40,5 м3/т, возможны суфлярные выделения. В кровле пласта залегает преимущественно алевролит, а также известняк. Алевролит образует междупластье пород между пластом Л3 и вышележащим известняком или угольным пластом нерабочей мощности. Предел прочности на сжатие изменяется от 30 до 70 МПа. Аллеврит в основном среднеустойчивый (Б4), в местах образования ложной кровли -малоустойчивый (БЗ).
Кровля представленная известняком является наиболее устойчивой (Б4), в местах образования ложной кровли - малоустойчивой (БЗ).
При поддержании выработки, находящейся в зоне влияния очистных работ условно можно выделить два этапа связанные с перераспределением напряжений в массиве вызванные проведением собственно выработки и ведением очистных работ, то и средства крепления необходимо выбирать отдельно для каждого из этих этапов, с учетом сложившегося состояния массива на предыдущем этапе. Предлагаемый подход сводится к тому, что на первом этапе выработка крепится традиционным способом, а на втором - роль крепи выполняет искусственно создаваемая из породных блоков в пределах ЗРП несущая конструкция. Формирование этой конструкции обеспечивается путем увеличения сил трения между породными фрагментами, в пределах ЗРП, что достигается при помощи их распора.
Рисунок 1 - Анимационная схема создания несущей конструкции из пород в пределах ЗРП
(Количество кадров - 4, циклов повторения - 5, объем - 196 КБ)
Предлагаемая технология обеспечения устойчивости может быть реализована различными средствами. К механическим следует отнести средства создания подпора при помощи гидростоек, гидродомкратов или специальных устройств на их основе. В этом случае основным недостатком является низкая технологичность распора, что связано с многооперационностью, разными по длине выработки значениями распора, что приводит к невозможности контроля процесса. Также, в этом случае сложно варьировать параметрами схемы укрепления при изменении горно-геологических условий по длине выработки.
Поэтому предложено обеспечить необходимый распор при помощи химических средств, в частности невзрывчатых разрушающих веществ. Материалы на основе невзрывчатых разрушающих веществ (НРВ) в настоящее время применяются в инженерном строительстве для разрушения фундаментов и других строительных конструкций. В горном деле эти вещества применяются для разрушения прочных хрупких пород, дробления негабаритных блоков при добыче скальных пород открытым способом, отбойке камнесамоцветного сырья и других случаях взамен традиционных взрывчатых веществ (ГОСТ 9479-84). Это обусловлено высокой безопасностью выполнения работ, отсутствием сейсмического эффекта и взрывных газов.
Практическая ценность работы состоит в том, что описанная выше технология упрочнения может быть реализована при перекреплении горных выработок. Учитывая, что в настоящее время средний удельный объем крепления горных выработок составляет около 16 м на каждые 1000 т добытого угля, а объем перекрепления – 7,5 м на каждые 1000 т, такая реализация вполне актуальна. Приведенная технология производства ремонта выработки, наряду со снижением стоимости работ обеспечивает минимальное нарушение сложившегося в окружающем массиве равновесного состояния, что способствует устойчивому состоянию выработки в послеремонтный период.
На данный момент магистерская работа находится в стадии разрабоки, в январе 2010 года более подробную информацию можно получить у автора Махорина Дмитрия Игоревича или у научного руководителя Касьяна Николая Николаевича.