Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Прогоноз горно-геологических осложнений угольных шахт Восточного Донбасса и оценка их влияния на работу очистных забоев

ВАК РФ 04.00.11, Геология, поиски и разведка рудных и нерудных месторождений, металлогения

Автореферат диссертации по теме "Прогоноз горно-геологических осложнений угольных шахт Восточного Донбасса и оценка их влияния на работу очистных забоев"

Ой

Коберник Александр Иванович

ПРОГНОЗ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ОСЛОЖНЕНИЙ В УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ ВОСТОЧНОГО ДОНБАССА И ОЦЕНКА ИХ ВЛИЯНИЯ НА РАБОТУ ОЧИСТНЫХ ЗАБОЕВ

Специальность: 04.00.11 - Геология, поиски и разведка рудных и нерудных месторождений; металлогения.

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Новочеркасск 1995.

Работа выполнена в Новочеркасском государственном техническом университете.

Научные руководители: доктор геолого-минералогических

наук, профессор Б.В.Смирнов.

доктор геолого-минералогических, наук, профессор И.А.Богуш .

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических

наук, профессор В.Я.Посыльный.

кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник Б.Д.Трунов.

Ведущее предприятие: АО "Гуковуголь".

/ V//

Зашита диссертации состоится " 7 " _1995 г.

в /у час, на заседании диссертационного Совета Д.064.40.02 при Северо-Кавказском научном центре высшей школы по адресу: 346411, г. Новочеркасск, Ростовской области ГСП-1, ул. Просвещения 132, НГТУ, главный корпус, ауд. № 107.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новочеркасского государственного технического университета.

у У/

Автореферат разослан" < " _1995 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета кандидат геолого- . минералогических наук

Сьян С.И.

Актуальность работы. Уголь является одним из важнейших видов топливно-энергетического сырья, важность которого особенно возрастает в связи с прекращением строительства Ростовской АЭС и дефицитом нефти и газа на юге России. В критическом положении находятся добыча угля дорогостоящим подземным методом, которая в силу своей убыточности всегда находилась на государственной дотации. Из-за низкой рентабельности ряд шахт Восточного Донбасса находится под угрозой полной или частичной остановки. В тоже время остро стоит вопрос об открытии новых крупных рентабельных тахт с наиболее благоприятными горно-геологическими условиями. Поэтому особенно велико значение оценки степени влияния горно-геологических осложнений на работу очистных забоев, достоверного прогноза этих осложнений с целью их предотвращения или снижения отрицательных последствий, уменьшения общих затрат на угледобычу. Актуальность работы определяется разработкой и практической апробацией новой комплексной методики прогноза и оценочных критериев влияния геологических осложнений на эффективность угледобычи.

Цель исследований: разработка научно обоснованной методики прогноза условий отработки угольных пластов для оптимального планирования производственных показателей работы лав. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Типизация и ранжирование горно-геологических осложнений, оказывающих вредное влияние на добычу угля.

2. Разработка методов объективной количественной оценки горногеологических осложнений.

3. Обоснование комплекса методов прогнозирования условий разработки угольных пластов.

Фактический материал, положенный в основу диссертации собирался автором в 1974-1983 годы и анализировался в последующее время. Непосредственным фактическим материалом для исследований послужила выполненная лично автором геологическая документация 50 км подготовительных выработок, 42 очистных забоев, а также собранная им информация шахтных геологических и экономических служб производственных объединений "Гуковуголь" по 110 очистным забоям и "Ростовуголь" по 30 очистным забоям. Кроме того, было отобрано и изучено 365 образцов горных пород, выполнено 500 определений фациальной принадлежности осложнений, описано 68 прозрачных шлифов литологических разностей горных пород. Все расчеты, результаты которых приведены в форме таблиц и картографического материала, а также графика выполнены лично автором. Составлено 11 прогнозных карт устойчивости и обрушаемости кровли угольных пластов, литолого-фациальных карг, прогнозных карт горно-геологических условий и три комплекта геолого-морфологических разрезов шахтных полей ПО "Ростовуголь" и ПО "Гуковуголь" (С 1992 г. ПО "Гуковуголь" и с 1993 г. ПО "Ростовуголь" реорганизованы в акционерные общества "Гуковуголь" и "Ростовуголь").

- 2»

Научная новизна работы заключается в следующем: а) разработан новый геолого-экономический способ прогнозирования условий разработки угольных пластов на основе количественной оценки влияния различных горно-геологических факторов; б) впервые для Восточного Донбасса разработана новая классификация завалов лав как крайней степени отрицательного влияния кровли на отработку угольных пластов, увязанная как с геологическими особенностями углевмегцающей толщи, так и с технологией отработки угольных пластов; в) установлена взаимосвязь между устойчивостью кровли, фациальными особенностями углевмещающих пород, структурной позицией шахтных полей и тектоническим строением района; г) установлена взаимосвязь между кливажной трещиноватостью пород и устойчивостью непосредственной и обрушаемостью основной кровель угольных пластов; д) классифицированы и ранжированы основные типы горно-геологических осложнений, оказывающих наиболее существенное влияние на работу лав в шахтах Восточного Донбасса; е) приведена новая, максимально приближенная к технологии ведения очистных работ, типизация пород непосредственной кровли по устойчивости.

Практическое значение. Созданный на основе проведенного комплекса исследований оценочный геолого-экономический метод прогнозирования горно-геологических условий разработки угольных пластов позволяет получать достаточно достоверные результаты и способствует повышению эффективности использования горнодобывающей техники, росту производительности труда, улучшению условий труда и техники безопасности при ведении очистных рабог, а также общему удешевлению горных работ.

Апробация работы. Отдельные части диссертационной работы и ее выводы докладывались на региональном семинаре по геолого-математическому моделированию в г. Новочеркасске (1983 г.), в отделе методики разведки и прогноза горно-геологических условий месторождений угля и горючих сланцев ВНИГРИуголь (1983 г.), на НТС ВСЕГИНГЕО (1984 г.), на научных конференциях Новочеркасского политехнического института (1984, 1985 гг.), на зональной научной конференции "Проблемы геологии, оценки и прогноза полезных ископаемых юга России" (1995 г.).

Практическая ценность работы определяется разработкой новой методики геолого-экономической оценки, позволяющей осуществлять прогноз условий отработки угольных пластов на основе количественной оценки влияния различных горно-геологических факторов. Разработанная методика была реализована в составленных автором девяти прогнозных картах по шахтным полям Восточного Донбасса. Последующая отработка отдельных шахтных полей АО "Гуковуголь" и "Ростовуголь" показала практически полную сходимость прогнозных данных с производственными показателями.

Основные защищаемые положения. Результаты выполненных автором исследований позволяют сформулировать и представить к защите следующие основные положения:

1. Из числа множества характеристик и свойств угленосной толщи Восточного Донбасса, объединяемых под общим названием "Горногеологические условия разработки угольных пластов", наибольшее влияние на процесс угледобычи оказывают факторы, приводимые в следующем по значимости порядке:

=> характер обрушаемости пород основной кровли; => степень устойчивости пород непосредственной кровли; => устойчивость и несущая способность пород непосредственной почвы; => наличие и характер сингенетических размывов угольного пласта; => наличие и характер мелкоамплитудпых тектонических нарушений; => изменчивость мощности угольного пласта; => наличие мелкоамплитудной флексурной складчатости; => наличие разрабатываемых пластов -"спутников".

2. Горно-геологические условия разработки угольных пластов в шахтах Восточного Донбасса возможно и необходимо прогнозировать на основе данных лиголого-фациальных и структурно-тектонических параметров угленосных толщ.

3. Горно-геологические осложнения в угольных шахтах Восточного Донбасса могут быть оценены количественно в комплексе и каждый в отдельности с помощью технико-экономических показателей работы очистных забоев. Для .■этого рекомендуются специальные горно-геологические коэффициенты Кп, К,, являющиеся производными от деления нормативных экономических показателей Пср[ш (производительность труда одного рабочего в сложных горно-геологических условиях) и СсрШ (себестоимость добычи угля в аналогичных условиях) на 17ср1б, и Сср1б, - соответствующие показатели, достигнутые в благоприятных условиях:

п с

„ _ "ср\ан „ _ ср\ан ~ —— ' лс — ~

■ П С

■ ср\бл °ср\бл

Коэффициенты применимы для количественной оценки любого из горно-геологических осложнений. Характерные формы проявления осложнений определяются геологией района угледобычи и, в первую очередь, литофаци-альными особенностями углевмещающих горных пород и позиции шахтного поля в общей тектонической структуре .

4. Предлагаемый способ геолого-экономического прогнозирования горно-геологических осложнений в процессе угледобычи может быть использован как для текущего, так и для перспективного планирования горных работ на шахтах Восточного Донбасса и других угольных бассейнов. Отрицательный эффект горно-геологических осложнений допустимо экстраполировать с изученных площадей на прогнозные. Его величина может быть использована для геолого-промышленной оценки разведуемых шахтных полей и их участков.

5. Величина горного давления, возникающего в призабойном пространстве лавы, определяется ее ориентировкой по отношению к простиранию кливажиой трещиноватости и степенью развития самой трещинова-гости. Эта величина может быть существенно уменьшена при оптимальном (25-30°) угле встречи линий очистного забоя с простиранием кливажа.

6. Разработанная автором типизация завалов на шахтах Гуково-Зверевского района может быть использована для оптимального управления кровлей в очистных забоях Восточного Донбасса.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ; в геологические фонды различных организаций по разведке и добыче угля, а также в ВИНИТИцентр переданы 2 отчета по научно-исследовательским работам с участием в них автора.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав и заключения, общим объемом 156 страниц машинописного текста. Текст сопровождается 11 рисунками, 16 таблицами и 15 демонстрационными графическими приложениями. Список литературы включает 132 названия.

Работа выполнена на кафедре Общей и исторической геологии, минералогии и петрографии Новочеркасского государственного технического университета и в производственном объединении "Гуковуголь". В основу ее положены результаты производственной деятельности автора в 1974-1984 гг. и 1994-1995 гг.

В процессе работы над диссертацией автор пользовался консультациями и советами А.К.Шаульского, Н.Д.Курилова, О.И.Шаруда,

A.Б.Иенко, Т.Е.Улановской и др..

Автор сохраняет светлую память о сотрудниках НПИ, профессоре И.И.Шаруде, доцентах М.М.Лосе и В.С.Лазареве, неизменно оказывавших дружескую и творческую помощь в работе.

Автор глубоко признателен за помощь, которую он получал как со стороны сотрудников кафедры ОиИГ,МиП НГТУ С.И.Сьяна, Т.Е.Улановской,

B.В.Якушева, так и со стороны руководства и сотрудников производственного объединения "Гуковуголь" канд. геол.-мин. наук А.К.Шаульского, Ш.В.Гумирова, В.Н.Бодасюка, Г.А.Фединой, Г.Н.Шевченко, А.И.Исаева,

C.А.Шнайдера и др. Глубокую благодарность автор выражает своим научным руководителям профессорам, докторам геолого-минералогических наук Б.В.Смирнову и И.А.Богушу.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Состояние проблем и краткая геологическая характеристика района

исследований.

Исследования проводились в Гуково-Зверевском угленосном районе Восточного Донбасса. Угленосные каменноугольные отложения относятся к свитам с] - среднего и свитам £ ^верхнего карбона и сложены в

основном песчаниками (25-44% общей мощности свит), алевролитами (2747%) и аргиллитами (21-33%) с подчиненными прослоями углей и известняков. Общая мощность каменноугольных отложений составляет 4600м. Количество угольных пластов достигает 164, имеющих промышленное значение - 20, из которых 10 разрабатываются АО "Гуковуголь".

Повсеместное внедрение на угольных шахтах комплексно-механизированных крепей, новейших угольных комбайнов и струговых установок позволило резко повысить производительность труда и улучшить другие технико-экономические показатели работы лав. В этих условиях правильный выбор крепления и технологии ведения очистных работ является сложной специфической задачей, требующей знания горно-геологической ситуации в очистном забое и количественной оценки степени влияния различных горно-геологических факторов на основные технико-экономические показатели его работы. Достоверный количественный прогноз условий разработки угольных пластов - единственно возможный путь решения задачи оптимального планирования производственных показателей работы лав. Разработке этой проблемы посвятили свои работы многие исследователи, в том числе А.Г.Кобелев, Б.В.Смирнов, М.М.Лось, А.К.Шаульский, Ш.В.Гумиров и др. В настоящее время существует более 20 методик прогнозирования условий разработки угольных пластов, часто носящих локально-территориальный характер.

Во всех научных разработках оценки горно-геологических условий угледобычи решающее значение придается поведению пород кровли. Б.В.Смирнов, М.М.Лось, А.К.Шаульский подразделяют кровли по устойчивости на три типа: устойчивые, среднеустойчивые (относительно устойчивые) и неустойчивые. Над созданием классификации пород кровли по устойчивости работали П.В.Васильев, С.И.Малинин, Г.Г.Скворцов, Г.Н.Кузнецов и др.. Новые классификации учитывают не только физико-механические свойства, но и геологическую характеристику пород - петрографический состав, вторичные изменения, текстурные и структурные особенности и т.д.. В работах М.М.Лося, А.К.Шаульского эти показатели выражены через их фа-циалыш-фазовую принадлежность. По их мнению, труднообрушаемые основные кровли могут слагать породы е, а, \\>, I фаз.

Резюмируя данные многих авторов по изучаемому району, следует выделять семь основных горно-геологических факторов, влияющих па эффективность работы очистных забоев.

В их число входят: устойчивость пород непосредственной кровли, об-рушасмость пород основной кровли, изменение мощности угольного пласта, наличие в нем крепких прослоев и включений, разрывные и складчатые дис-

локации, замещение пласта и др., наличие горных работ в близлежащем пласте.

Для объективной оценки влияния горно-геологических факторов предлагается использовать четыре основных технико-экономических показателя: производительность труда на одного горнорабочего в смену, участковую себестоимость одной добытой тонны угля, среднесуточную нагрузку на забой, численность состава горнорабочих в лаве. Два первых показателя менее других зависят от организационных факторов, поэтому их следует считать наиболее важными.

Глава 2. Горно-геологические особенности залегания угольных пластов и вмещающих пород.

Результаты исследований 140 лав Восточного Донбасса за период 19761981 г.г. показали, что только 23,1%, или 6.122 тыс. тонн угля в них было добыто в благоприятных геологических условиях. Большая часть угля добывалась в условиях влияния 8 горно-технических осложнений (Таб. 1).

Из числа горно-геологических осложнений в очистных забоях наиболее часто встречаются те, которые вызываются следующими причинами: => сдвижением пород средне- и труднообрушаемой основной кровли; => обрушениями пород неустойчивой непосредственной и ложной кровли; => неустойчивыми породами почвы угольного пласта; => сингенетичными размывами угольного пласта; => мелкоамплитудной разрывной тектоникой; => мелкими флексурами и утонениями угольного пласта; => завалами лав;

=> наличием разрабатываемых пластов - "спутников".

Район исследований характеризуется крайне неблагоприятными условиями разработки угольных пластов. Более 75% угля добыто в осложненных горно-геологических условиях, вызываемых поведением углевмещающей толщи, изменением морфологии угольных пластов, мелкоамплитудной тектоникой. Наиболее значителен вес осложняющего воздействия боковых пород, в границах влияния которого добыто 68% угля. В зоне влияния сингене-тичных размывов и тектоники добыто угля - 1,6%, мелкой флексурпой складчатости и утонений угольного пласта - 1,3%. Доминирующая роль осложнений, вызванных поведением углевмещающей толщи, требует особенно тщательного их изучения с целью разработки надежного метода достоверного прогнозирования.

Таблица 1.

Распределение добычи угля шахт производственного объединения "Гуковуголь" в Гуково-Зверевском районе за период 1976-81 гг. по горно-геологическим условиям

Горно-геологические условия, в которых производилась отработка лаа Кол-во пав, в которых проявились горно-геологические условия данного вида Объем добытого угля в зоне влияния данного вида горно-геологичес-ких условий Синонимика угольного пласта Шахты и шахтоуправления, где отмечался данный вид горно-геологических условий

тыс.т % от общего объема добычи

1 2 3 4 5 6

Благоприятные горно-геологические условия 31 3122 23,1 ¡в к2 к? к5 те 50-лет Октября, 60-лет ВЛКСМ, "Гуковская", "Антрацит", "Ростовская" "Замчаловская" "Бургустинское"

Средне- и труднооб- рушаемая основная кровля 61 14820 55,1 к* к? "Ростовская" "Алмазная" "Октябрьская" 50-лет Октября "Замчаловская" "Бургустинское" "Гуковская"

Из них: в зоне повышенной кпи-важной тре-щиноватости кровли 11 2314 8,4 к2 к? щ, к5ь "Гуковская" "Бургустинское" "Ростовская" "Углерод"

Неустойчивая и ложная непосредственная кровля 29 2062 7,8 кг > к^ к5 "Гуковская" "Антрацит" "Ростовская" "Замчаловская" "Алмазная" "Углерод"

продолжение таблицы 1

1 2 3 4 5 6

Сингенетические размывы угольного пласта 28 1606 6,0 к2 1? ГПз 50-лет Октября "Антрацит" "Ростовская" "Замчаловская" "Бургустинское" "Алмазная"

Завалы лав 39 617 2,3 к2 к5 к'ь к К "Антрацит" "Ростовская" "Замчаловская" "Бургустинское" "Алмазная" "Гуковская" "Октябрьская" "Углерод"

Наличие разрабатываемых пластов-спутников" 5 495 1,8 к? - к? "Замчаловская" "Гуковская"

Мелкоамплитудная тектоника 12 428 1,6 к2 т9 к? к'к 4 50-лет Октября 60-лет ВЛКСМ "Гуковская" "Ростовская" "Замчаловская" "Бургустинское" "Углерод"

Флексуры, утонения угольного пласта 7 357 1,3 к2 1Н Н ) 'с к? 50-лет Октября 60-лет ВЛКСМ "Алмазная" "Антрацит" "Ростовская"

Неустойчи- .. вая почва 7 246 0,9 к2 т» "Алмазная" "Замчаловская" "Ростовская" "Бургустинское"

Прочие факторы ; 4 25 0,1 к2 С 50-лет Октября "Алмазная" "Замчаловская" "Ростовская" "Октябрьская"

Глава 3. Фациалъная и тектоническая природа свойств углевмещающих пород, обуславливающих их поведение в лавах.

К числу факторов, определяющих устойчивость пород непосредственной кровли и почвы в очистных забоях, по мнению ряда исследователей, относятся следующие:

=> прочность сцепления между отдельными слоями; => мощность пластовой отдельности; => фациальный состав;

=> петрографический состав и степень метаморфизма; => трещиноватость; => гидрогеологические условия; => глубина залегания.

Многие из перечисленных факторов с генетической позиции являются производными условий осадконакопления. Результаты изучения более 20 разрезов литолого-фациальных типов пород, наиболее часто встречающихся в кровле угольных пластов, дали основание утверждать, что как бы ни было слабо сцепление между отдельными слоями различных литолого-фациальных разностей пород, в большинстве случаев оно достаточно для того, чтобы препятствовать расслоению и внезапному обрушению непосредственной кровли в призабойном пространстве лав.

Для правильной оценки поведения пород, слагающих непосредственную и основную кровли в призабойном пространстве лав, необходимы не только знание их литолого-фациальных особенностей, но и оценка других факторов, к числу которых относятся следующие: 1 - современная тектоническая структура шахтного поля; 2 - кливажная трещиноватость пород кровли; 3 - обводненность пород кровли и почв.

Неустойчивые и ложные кровли как отрицательный горно-технический фактор по распространению занимает второе место. В зонах их влияния в 19 очистных забоях было добыто 2.062 тыс. тонн угля, что составляет 7,8% общей добычи. Основные положения и классификацию устойчивости пород кровли впервые разработал для Восточного Донбасса (Гуково-Зверевский район) Б.В.Смирнов. Развивая положения этого исследователя, автор предлагает четыре генетических подтипа ложных и неустойчивых кровель.

Вопросы изучения трещиноватости угля и вмещающих пород исследовались многими учеными: Г.А.Ивановым, А.Е.Михайловым, В.А.Банковским, П.В.Васильевым, С.И.Малининым, В.И.Кравченко и рядом других. В Гуково-Зверевском районе изучением трещиноватости занимались М.В.Усков, Н.Т.Жуковский, Н.М.Максимов.

По генетическим признакам трещины ими делятся на: а) естественные, возникшие на стадии диагенеза; б) тектонические, образовавшиеся в результате складчатых деформаций; в) искусственные (эксплуатационные, технологические). Естественную трещиноватость угля и вмещающих пород принято называть кливажом.

Автором установлено, что для района исследований характерно наличие трех типов трещиноватости: кливажной, тектонической и искусственной.

Наибольшее распространение имеет кливажная трещиноватость, частота которой прямо пропорциональна проявлениям тектонической активности. Кливажная трещиноватость оказывает огромное влияние на поведение пород кровли в зависимости от степени ее интенсивности и ориентировки линии забоя лавы к простиранию трещиноватости. В условиях труднообру-шаемых основных кровель, характеризующихся повышенной кливажной трещиноватостью, в случае ориентировки лав под углами 25-30° к простиранию основной системы кливажных трещин максимальная величина горного давления, создаваемого сдвижением пород основной кровли, находится в пределах 26 тс/м2<Р<31 тс/м2. Повышенная кливажная трещиноватость основной кровли далеко не редкое явление на шахтах ПО "Гуковуголь". Наличие повышенной частоты кливажной трещиноватости (3-20 трещин на !0м) в породах труднообрушаемой основной кровли снижает отрицательный эффект, возникший в период ее первичных и вторичных посадок, и создает благоприятные возможности для управления кровлей в лавах. Наличие кливажной трещиноватости в породах непосредственной кровли исключает в ней появление послойной тектонической трещиноватости.

Глава 4. Геолого-экономическая оценка воздействия горно-геологических осложнений на высокопроизводительную работу лав.

Производственные показатели, характеризующие работу очистного забоя (суточная нагрузка, производительность труда одного рабочего, себестоимость добытой тонны угля и т.п.), зависят от различных факторов, которые условно можно объединить в три группы: технологическую, организационную и горно-геологическую.

Технологическая группа включает в себя определенную систему разработки, совокупность горных машин и механизмов. Организационная группа факторов несет в себе качественную и количественную характеристики рабочего и инженерно-техничсского персонала, их профессиональную подготовку, организацию труда в лаве. Горно-геологическая группа факторов обусловлена особенностями геологического строения отрабатываемого месторождения. В некоторой степени она может управляться людьми через организационную и технологические группы при условии достоверного и объективного прогноза горно-технических условий. В осложненной горнотехнической обстановке резко ухудшаются показатели очистных забоев даже при условии стабильности технологических и организационных факторов. Последний вывод обоснован анализом большого объема планово-экономической информации, собранной по 140 лавам Восточного Донбасса. Технико-экономические показатели, достигнутые в благоприятных горногеологических условиях - производительность труда на одного рабочего в смену в тоннах (ПсрШ) и себестоимость одной тонны угля в рублях (Сср1бл) -рассматриваются в качестве базовых. С ними сравниваются аналогичные показатели при работе в сложных (аномальных) горно-геологических условиях (Пср]ан, Сг,,,£,„)• Соотношения величин

п с

ср\ан ар\аи

И ~

П Г

"ср\ал с^р \бл

используются в качестве оценочных горно-технических коэффициентов, количественно характеризующих влияние любого горно-геологического осложнения.

Расчет оценочных показателей производится следующим образом:

а) коэффициент, учитывающий степень изменения производительности труда на одного горнорабочего в сложных горно-геологических условиях:

к = Яс^ан. /1.

" л {

■11 ср\6л

б) коэффициент, учитывающий степень изменения себестоимости одной добываемой тонны угля:

Кс = £^>1;

в) коэффициент, учитывающий снижение производительности труда одного рабочего в смену вследствие износа механизированного комплекса в зоне осложнения горно-геологических условий:

К' = <1 ,

П

ср\С>л

где П'ср{6л - производительность труда на одного горнорабочего в смену в тоннах после перехода очистным забоем горно-геологического нарушения.

г) коэффициент, учитывающий увеличение участковой себестоимости одной тонны угля вследствие износа механизированного комплекса в зоне осложнения горно-геологических условий:

Г'

1У-' _ ср\ан

с ~ С ' '

где С'ср)6, - участковая себестоимость одной тонны угля после перехода очистным забоем горно-геологического нарушения.

Применение оценочных горно-геологических коэффициентов дает возможность: I. Оценить количественно любой горно-гсологический фактор, влияющий на работу очистного забоя. 2. С высокой степенью достоверности планировать основные технико-экономические показатели работы лавы конкретно в каждой аномальной зоне.

На примерах отдельных лав и групп лав шахт им. 50 лет Октября, "Алмазная", "Гуковская", "Ростовская", "Антрацит", "Замчаловская", "60 лет ВЛКСМ" с помощью предложенных коэффициентов произведена оценка степени влияния элементов горно-геологических обстановок на технико-экономические показатели работы лав.

При работе очистных забоев в условиях труднообрушаемой основной кровли особое значение имеет техническое состояние механизированных крепей, степень их износа. Производительность одного рабочего в смену в лавах, оборудованных после ремонта механизированными комплексами КМ-87П, на 26% ниже, чем в лавах, оборудованных новыми крепями КМ-87П, а участковая себестоимость одной добытой тонны угля на 15% выше. Показатели работы лав, оборудованных после ремонта механизированными крепями КМ-87Э, КМ-87ДН, также значительно ниже, чем в лавах, оснащенных аналогичными новыми крепями. Площадь развития ложной технологической кровли в лавах, оборудованных крепями после ремонта, составляет 6-18% от общей площади отработанного столба, а в лавах с новыми крепями - 2-8%. Очистной забой после длительной работы в зоне с технологической ложной кровлей, переходя в благоприятные горно-геологические условия, продолжает работать с технико-экономическими показателями ниже оптимальных. В условиях легкообрушасмой основной кровли показатели работы лав с механизированными крепями до и после ремонта не отличались друг от друга.

Ложные и неустойчивые кровли оказывают весьма существенное влияние на работу очистных забоев. Все исследованные забои с данным типом нарушений работали со значительными снижениями технико-экономических показателей независимо от типов крепления. Увеличение штатов горнорабочих до 112-154% во время работы их в зонах с ложной кровлей большой мощности (>1 м), не приводит к увеличению производительности труда на одного рабочего.

Максимальное влияние на работу очистных забоев оказывают завалы. Большой объем специализированных работ направлен на ликвидацию завалов и осуществляются эти работы в незащищенной от внезапных обрушений части призабойного пространства. В связи с завалами, среднесуточная нагрузка на очистной забой в шахтах АО "Гуковуголь" снижалась в 2-7 раз, производительность труда одного рабочего в смену уменьшалась в 2-9 раз, себестоимость добытой тонны угля увеличивалась в 1,5-8 раз. Влияние завалов на работу очистных забоев различно и определяется площадью самого завала и высотой обрушившихся пород кровли. Эти показатели имеют генетическую основу, изложенную в главе 3, что позволяет дать количественную оценку воздействия каждого типа завалов. Работа в зоне завалов связана с большой аварийностью машин и механизмов.

Сингенетичныс размывы и смещения угольного пласта оказывают разное влияние на работу очистных забоев, которое зависит от: 1 - крепости пород, в зоне размывного нарушения; 2 - количества одновременно отрабатываемых размывов; 3 - маневренности очистного забоя (вида крепи). Наибольшее влияние на работу лав оказывают нарушения, сложенные песчаником с коэффициентом крепости по шкале М.М.Прогодьяконова 6-10, минимальное влияние - единичные разрывные нарушения, выполненные аргиллитами и алевролитами с крепостью 3-4.

Влияние мелкоамплитудной тектонической нарушенное™ на работу лав в пределах описанного района различно и определяется не столько величиной амплитуды смещения, сколько устойчивостью и крепостью пород

кровли и почвы. Оно оказывается наибольшим в случае наличия в кровле неустойчивых пород.

Влияние утонений угольного пласта и флексурных складок на основные технико-экономические показатели работы лав существенным образом зави-м сиг от крепости углевмещающих пород. Малопрочные породы, слагающие кровлю и почву угольного пласта (коэффициенты крепости 2-4), не затрудняют работу режущего органа комбайна, значение К„ не намного отличаются от единицы. В тех случаях, когда боковые породы имеют большую прочность (коэффициент крепости 4-6), отмечается значительное снижение основных технико-экономических показателей очистных забоев, Кп изменяется от 0,34 до 0,74.

Неустойчивые слабые почвы оказывают весьма существенное влияние на работу очистных забоев, оборудованных индивидуальными типами крепления. Они являются причинами образования завалов и. технологической ложной кровли большой мощности. При отработке крутопадагощих пластов с неустойчивыми породами в почве возможны внезапные сползания и образования завалов.

Глава 5. Методика комплексного геолого-экономического прогнозирования условий разработки угольных пластов высокопроизводительными лавами.

Геолого-экономический прогноз следует осуществлять в два этапа. На первом этапе прогнозируются горно-геологические условия разработки угольных пластов. Задача второго этапа - дать количественную оценку влияния каждого из прогнозируемых горно-геологических осложнений.

Прогноз горно-геологических условий рекомендуется производить в следующей последовательности. Вначале прогнозируется поведение углевмещающих пород, т.е. обрушаемость пород основной кровли и нарушения почвы. Затем оценивается вероятность встречи других горно-геологичесих осложнений; сингенетичных размывов и фациальных замещений угольного пласта, мелкоамплитудной тектоники, изменений мощности угольного пласта и мелких флексурных складок, влияние горных работ по близлежащему пласту и др. Для решения этих задач анализируется исходная информация: фондовые геологические материалы, включающие дела разведочных скважин с описанием пород кровли и почвы, сводные данные и обобщения из геологических отчетов о разведочных работах в пределах шахтного поля, геологическая документация горных выработок. Вся эта информация находит отражение на планах горных работ масштаба 1:5000 и 1:10 000 вначале в виде литолого-фациальных карт, и далее в виде прогнозных карт горногеологических условий разработки угольных пластов. . Литолого-фациальные карты необходимы для достоверного знания геологического строения активного интервала кровли. Их составлению предшествует детальное стратиграфическое расчленение и сопоставление изучаемых разрезов по скважинам. Они дают представление о расположении и соотношении друг с другом тел литологически и фациально разнотипных пород.

Анализ этих карт в совокупности с материалами о трещиноватости, прочностных свойствах пород, а также в сопоставлении с результатами на-

блюдений за фактическим поведением пород в очистных забоях дает основу для решения одной из важнейших задач прогнозирования -прогноза устойчивости и обрушаемости пород кровли угольных пластов.

Экономическая оценка влияния различных горно-геологических осложнений на разработку угольных пластов производится путем сравнения-' основных технико-экономических показателей работы очистного забоя в зоне воздействия этих осложнений с аналогичными показателями в благоприятных горно-геологических условиях. При решении этой задачи анализируется экономическая информация по ранее отработанным площадям, со сходными горцо-гСологическими условиями. Для каждого горногеологического осложнения определяются значения горно-геологических коэффициентов К„ и Кс, которые отражают степень ухудшения производительности труда на одного рабочего в смену и участковую себестоимость одной добытой тонны угля. Через горно-геологические коэффициенты можно легко оценить количественно отрицательные воздействия осложнений.

Экономическую оценку влияния горно-геологических условий рекомендуется давать, соблюдая следующую последовательность в работе: 1. До каяедому отработанному очистному забою собираются данные, включающие в себя: а) геологические материалы: синонимику угольного пласта, его мощность, угол падения, краткую характеристику вмещающих пород, характеристику горно-геологических осложнений в лаве; б) экономические показатели: месячную добычу лавы, суточную нагрузку на очистной забой, количество отработанных дней в месяце, месячную производительность на одного рабочего, численность рабочих на участке, участковую себестоимость; в) технологические материалы: наименование очистного забоя, тип механизации и его краткую характеристику на момент монтажа (новый, после ремонта), длину лавы. Весь исходный материал разносится в специальные таблицы. 2. Определяется сменная производительность труда одного рабочего. 3. По принципу определения средневзвешенного (по добыче) вычисляют значения Пср^л и Сср\^л для благоприятных горно-геологических условий и Сср1ан и ЛсрЬ„ для каждой конкретной аномальной зоны. 4. Для каждой аномальной зоны определяется значение горногеологических коэффициентов Кп и Кс, которые заносятся в таблицу. 5. Пределы значений коэффициентов выносятся на макет прогнозной карты в каждой аномальной зоне в виде дроби, числитель которой представляет собой коэффициент К„, а знаменатель - коэффициент Кс.

Для определения основных технико-экономических показателей работы очистного забоя в сложных горно-геологических условиях необходимо планируемое значение производительности труда и участковой себестоимости при благоприятных горно-геологических условиях умножить на соответствующее значение горно-геологических коэффициентов.

Глава 6. Примеры составления прогнозных карт геолого-экопомических условий разработки угольных пластов.

В целях получения общего представления о горно-гсологичсской обстановке района предстоящей разработки угольных пластов рекомендуется составлять схематические прогнозные карты этой обстановки. Методика составления карт проста и заключается в разделении всех отрицательных явлений, сопровождающих разработку угольных пластов, на значительно осложняющие, в меньшей степени осложняющие и неосложняющие. Окон-туривание на картах зон каждой из групп факторов дает возможность расчленить всю прогнозируемую площадь на участки неблагоприятные, сред-неблагоприятные и благоприятные по горно-геологическим условиям. Решающими по оценке степени неблагоприятности горно-геологических осложнений разработки угольных пластов становятся горно-геологические коэффициенты.

По разработанной методике составлены прогнозные карты экономических условий разработки угольных пластов для следующих шахтных полей: => угольного пласта К2 поля шахты "Ростовская" ПО "Гуковуголь"; => угольного пласта 1/ в пределах поля шахты "Ростовская"; => угольного пласта г/ поля шахты "Западная капитальная" ПО "Ростовуголь";

=> угольного пласта ¡" поля шахты имени В.И.Лспина ПО "Ростовуголь"; => угольного пласта ць поля шахты имени В.И.Ленина.

Была произведена количественная оценка отрицательного влияния горно-геологических факторов на работу очистных забоев по пластам ц и I, шахты имени В.И.Ленина, "Западная капитальная" ПО "Ростовуголь" и даны практические рекомендации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе исследованы и классифицированы основные горно-геологические осложнения, оказывающие негативное влияние на работу лав в Гуково-Зверевском углепромышленном районе.

Основные выводы, научные и практические результаты исследований заключаются в следующем:

1. Дана объективная оценка условий эксплуатации угольных пластов Гуково-Зверевского района Восточного Донбасса в пределах отдельных шахтных полей и выемочных участков, которая была бы невозможна без:

а) установления комплекса основных горно-геологических осложнений;

б) их достоверного прогнозирования;

в) количественной оценки их вредного влияния.

2. Доказано, что одной из наиболее важных групп горно-геологических осложнений, прогнозирование которых должно производиться в любом случае, является группа осложнений, вызываемых поведением углевме-щающих пород в лавах.

3. Достоверный прогноз устойчивости непосредственной и обрушае-мости основной кровель возможен в значительной степени благодаря их

обусловленности тектоническим строением шахтных полей и участков, а также - литолого-фациальными особенностями и кливажной трещинова-тостью углевмещающих пород. Последняя, в ряде случаев, видоизменяет горно-теологическую обстановку в очистном забое и положительно сказывается на поведении кровли, что убедительно подтверждается опытом отработки целого ряда лав по пластам к2, к'°5, т 9, 16 и др. Гуково-Зверевского района.

4. Показано, что количественную оценку любого горно-геологического фактора можно производить, используя горно-геологические коэффициенты, учитывающие производительность труда одного рабочего в смену и месячную участковую себестоимость тонны угля в аномальных горно-геологичесих условиях, а также аналогичные показатели в благоприятных условиях.

5. Сочетание геологического прогнозирования горно-геологических условий разработки угольных пластов с количественной оценкой степени влияния каждого горно-геологического фактора легло в основу новой методики горно-экономического прогнозирования, позволяющей выбрать наиболее эффективную технологию очистных работ, а также более достоверно планировать их основные технико-экономические показатели в слож-ных(аномальных) горногеологических условиях. Эта методика является одним из основных научных результатов настоящей работы.

В целом, в диссертационной работе решена важная проблема - разработана научно обоснованная методика прогноза условий отработки угольных пластов, имеющая большое практическое значение в освоении угольных богатств Донбасса.

Список работ, опубликованных по теме диссертации.

1. Опыт прогнозирования горно-геологических условий на шахте "Ростовская" объединения "Гуковуголь" // Уголь Украины, 1978, № 7, С. 5051,

2. Генетические типы неустойчивых кровель и их прогнозирование И Уголь Украины. 1981. № 1. С.5-6.

3. Влияние элементов тектоники на горное давление в очистных забоях //Уголь Украины. 1982. № 2. С.40.

4. Математическая оценка влияния горно-геологических факторов на технико-экономические показатели работы лав на примере шахт Восточного Донбасса. Тез. док. к 3 областному семинару. Новочеркасск. 1983. С. 104-105.

5. Оценка влияния геологической среды на эффективность разработки угольных пластов. Гидрогеологические и инженерно-геологические аспекты охраны окружающей среды: Межвуз. сб. Новочеркасск. 1985. С.36-40. Соавторы: М.М.Лось, Т.Е.Улановская, Л.А.Буйкина, Л.В.Киселев.

6. Прогноз условий разработки угольного пласта шахты Западная-Капитальная методом моделирования. Моделирование в гидрогеологии и инженерной геологии: Межвуз. сб. Новочеркасск. 1983. С. 111-114. Соавторы: М.М.Лось, Т.Е.Улановская, Е.А.Друзенко.

7. Количественная оценка горно-геологических осложнений в очистных забоях угольных шахт Восточного Донбасса. Проблемы геологии, оценки и прогноза полезных ископаемых Юга России. Тез. док. зональной научной конференции. Новочеркасск. 1995. С. И 5-116.

Подписано в печать 11.10.95 г. Объем 1.0 п.л. Тираж 100 экз. Заказ 2318 Типография Новочеркасского государственного технического университета 346428, г. Новочеркасск Ростовской обл., ул. Просвещения, 132