Библиотека по теме магистерской работы
Охрана выемочных выработок бутовыми полосами при отработке маломощных пластов
Авторы: Д.т.н Демин В.Ф., Тулепов Н.Н., Демин В.В.
Карагандинский государственный технический университет
Источник: http://www.kstu.kz:8080/tb/fulltext/....
Внедрение «вертикального принципа» совершенствования всех структур системы «шахта» (начиная очистными, подготовительными работами и заканчивая транспортом), включающего его использование высокопроизводительного оборудования, ресурсосберегающей технологии и прогрессивной организации труда, позволит повысить технико-экономическую эффективность подземного горного производства.
В Карагандинском угольном бассейне преимущественно ведется разработка мощных пластов и средней мощности, запасы которых ограничены. Поэтому важно в перспективе вовлечение в отработку маломощных запасов и обоснование целесообразности выемки забалансовых запасов угольных пластов.
В связи с ограниченностью капитальных вложений на обновление основных фондов и реконструкцию угольных предприятий, рациональное использование имеющихся на шахте георесурсов приобретает особую важность.
Общая протяженность поддерживаемых горных выработок по шахтам УД АО «Миттал Стил Темиртау» составляет 698,8 км, из которых используется 598,6 км, остальные изолированы и законсервированы. Большая часть выработок (92%) закреплена рамной металлоарочной крепью. Горные выработки, не соответствующие паспорту, составляют 2,6% (около 17,3 км), из них большая часть (62,2%) не соответствует по сечению. Доля выработок, не соответствующих по высоте и зазорам, примерно одинакова - по 19,6%. Протяженность поддерживаемых выработок по 8 шахтам за последние годы ежегодно сокращается на 135-165 км. По статистическим данным, объем горных выработок, приходящихся на одну шахту, составляет около 87,4 км, или 66 м на 1000 т добычи при средних объемах погашения 6,3-24,2 км, или в среднем 10 км горных выработок на 1 шахту. С переходом на прогрессивныетехнологические схемы отработки угольных пластов по принципу «шахта - лава» или «шахта - пласт» с высокой степенью концент-рации ведения горных работ можно существенно сократить объемобслуживающих выработок на одну лаву. Резко выраженная негативная тенденция роста трудоемкости работ на содержание и ремонт горных выработок также требует преодоления.
Одной из основных причин возникновения внелавных простоев является неудовлетворительное состояние участковых подготовительных выработок, вызванное в первую очередь ухудшением горно-геологических условий с ростом глубины горных работ и увеличением протяженности воздухоподводящих путей. На каждую лаву приходится в среднем 59,2 км горных выработок. Анализ объемов поддерживаемых горных выработок в Карагандинском бассейне показывает, что наиболее часто в неудовлетворительном состоянии находятся подготовительные выработки, примыкающие к очистному забою.
Если принять за единицу максимальное давление на крепь присечных выработок, го для выработок, охраняемых целиками при ширине 8 м, прирост давления составит 1,2; при 6 м - 2; при 4 м - 5, а при сохранении выработок для повторного использования - 6. Величина приконтурных напряжений при поддержании выработки за лавой в 6 раз больше, чем при присечном способе охраны выработок. Вместе с тем технология с повторным использованием выработок способствует обособленному разжижению и удалению метана по источникам поступления, снижению вероятного образовании опасных скоплений метана, уменьшению объемов проведения выработок по воспроизводству фронта очистных работ.
Затраты на поддержание повторно используемых выработок традиционными конструкциями усиливающих крепей, чаще с одинарными или двойными прогонами из спецпрофиля, с ремонтинами из гидростоек или стоек трения с многократными подрывками почвы (до 3-х раз - при отработке первого выемочного столба и до 2-х раз - при отработке соседнего столба) и перекреплением (до 2-х раз) выработок, достаточно велики -- в среднем 15-20 тыс. тенге/м за срок ее службы, что приближается к стоимости их проведения. Это обусловлено тем, что выработки, как правило, перекрепляются сразу после прохода лавы, по крайней мере меняются боковые ножки или восстанавливаются узлы податливости арочной крепи. В процессе поддержания выработок позади очистного забоя перекрепляется до половины их протяженности при дефектности крепи в поддерживаемой части от 10 до 95 %, при среднем уровне 46 %.
| Мощность пласта, м | Средства охраны | Максимальное напряжение, кН/м | |
|---|---|---|---|
| со стороны массива | со стороны выработанного пространства | ||
| 2,0-2,5 | Двухрядная органная крепь | 170-250 | 150-240 |
| Трехрядная органная крепь с бутовой полосой | 150 | 230 | |
| Бутовая полоса | 170 | 300 | |
| 1,0-1,9 | Деревянные костры | 170 | 180 |
| Чураковая стенка | 170 | 180 | |
| Однорядная органная крепь | 145 | 130 | |
| Двухрядная органная крепь | 150 | 140 | |
Анализ результатов замеров позволил определить напряженно деформированное состояние угольно-породного массива вокруг выработок для определенных горно-геологических условии в зависимости от средств усиления крегления и способов охраны. По величине и распределению концентрации напряжений при мощности пласта 1-2 м и охране выработки деревянными кострами и чураковыми стенками: максимум со стороны угольного массива и со стороны выработанного пространства примерно одинаков и составляет по 150 170 кН/м , а при органной крепи снижается до 130-150 кН/м (табл. 1). При мощности угольного пласта 2,0-2,5 ми охране органной крепью со стороны массива концентрация напряжений составляет 160-170 кН/м , а со стороны выработанного пространства - 230-250 кН/м , над верхняком выработки - 50-70 кН/м . Причем увеличение количества органных рядов снижает жесткость крепления, и применение более одного органного ряда нерационально.
Характер распределения давления зависит oт вынимаемой мощности пласта. Так, например, смещение и конвергенция пород кровли и почвы при увеличении мощности пласта с 1,0 до 2,0 м растут в среднем на 10-20 %. Технико-экономические расчеты различных способов возведения околоштрековых охранных сооружений (табл. 2) показывают, что бутовые полосы экономичнее других способов и отличаются технологичностью и механизацией производственных процессов их возведения. Увеличение первоначальных затрат на возведение полос по сравнению с кострами и органными рядами компенсируется экономией за счет снижения стоимости поддержания выработок и ликвидацией затрат на утилизацию шахтной породы.
| Способ охраны | Дальность транспор-тировки, м | Трудоемкость возведения 1 м, чел./см | Производи-тельность, м3/ч | Затраты на 1 м полосы, тенге | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| амортиза-ционные отчисления | мате-риалы | заработная плата | общие | ||||
| Природный ангидрит | 300 | 0,5 | 20 | 193 | 1900 | 490 | 2580 |
| Быстротвердеющий бетон | 400 | 1,0 | 10 | 106 | 1495 | 980 | 2580 |
| Железобетонные тумбы | - | 0,67 | - | - | 2800 | 750 | 3550 |
| Бутовая полоса | 300 | 0,57 | 50 | - | 2500 | 760 | 2010 |
| Костер и двухрядная органная крепь | - | 0,20 | - | - | 1900 | 830 | 1930 |
Установлено, что при раздельной выемке и транспортировании горной массы даже при коэффициенте присечки боковых пород 0,9 и совмещении процессов скорость проходки при прочих равных условиях снижается на 10-15%, а стоимость проходки увеличивается соответственно в 1,25-1,3 раза.
Рис.1. Временная предохранительная крепь подготовительного забоя: 1 - металлический кожух; 2 арочные рамы; 3 - хомуты; 4 - балка; 5 - гидростойки; 6 - кронштейны; 7 - линейные гидродомкра ы перемещения; 8 - телескопические металлические трубы
Применение временной механизированной проходческой крепи (рис.1), состоящей из предохранительного перекрытия, двухгрупповой системы трезвенных, жестко связанных арочных рам, телескопически соединенных направляющими трубами с линейными гидродомкратами, позволит полностью совместить процессы крепления и отбойки горной массы и повысить темпы проведения выемочных выработок.