Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Научное обоснование и разработка технологических схем отработки пологих и наклонных угольных пластов короткими очистными забоями на шахтах Кузбасса

ВАК РФ 25.00.22, Геотехнология(подземная, открытая и строительная)

Автореферат диссертации по теме "Научное обоснование и разработка технологических схем отработки пологих и наклонных угольных пластов короткими очистными забоями на шахтах Кузбасса"

На правах рукописи

ТАЦИЕНКО Виктор Прокопьевич

УДК 622.273:622.33:622.281:622.235

НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ОТРАБОТКИ ПОЛОГИХ И НАКЛОННЫХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ КОРОТКИМИ ОЧИСТНЫМИ ЗАБОЯМИ НА ШАХТАХ КУЗБАССА

Специальность:

25.00.22 - «Геотехнология (подземная, открытая и строительная)»

Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

Москва 2003

Работа выполнена в ОАО «Угольная компания «Кузбассуголь» и Национальном научном центре горного производства - ИГД им. A.A. Скочинского.

Научный консультант: Докт.техн.наук ДЖИГРИН А.В.

Официальные оппоненты: Докт.техн.наук, проф. ГРИНЬКО Н.К. Докт.техн.наук, проф. ВОСКОБОЕВ Ф.Н. Докт.техн.наук, проф. МИХЕЕВ О.В.

Ведущее предприятие - Институт горного дела СО РАН г. Новосибирск

Защита диссертации состоится 003 г. в .час.

на заседании диссертационного совета Д 222.004.01 в ННЦ ГП - ИГД им. А.А.Скочинского по адресу 140004, Московская обл., г. Люберцы

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке ННЦ ГП - ИГД им. А.А.Скочинского.

Автореферат разослан «^>>¡•¿^/..2003 г.

Учёный секретарь диссертационного совета, докт.техн.наук

ЗАПАДИНСКИЙ АЛ.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В связи с интенсивной отработкой запасов угля с благоприятными условиями залегания удельный вес пластов со сложными горно-геологическими условиями неуклонно возрастает. Поэтому при решении задач по повышению технико-экономических показателей работы шахты необходимо учитывать этот факт и заблаговременно изыскивать эффективные способы и средства для выемки угольных пластов, залегающих в таких условиях.

В настоящее время в угольной отрасли наметились два основных направления механизированной разработки угольных пластов: 1) ведение очистных работ в длинных забоях с помощью механизированных комплексов; 2) применение выемочных машин в коротких забоях с упрощением крепления приза-бойного пространства.

Хотя оба эти направления являются прогрессивными, степень их освоения в угольной промышленности различна.

В данный период в России первое направление считается основным. Механизированными комплексами оборудовано значительное число лав, работающих с высокими технико-экономическими показателями. Это объясняется тем, что применение комплексов не связано с принципиальной перестройкой горного хозяйства шахт и не требует разработки и внедрения новых систем разработки. Очистная выемка ведется традиционными способами, хорошо освоенными рабочим персоналом шахт на протяжении десятков лет.

Однако область применения механизированных комплексов значительно ограничена горно-геологическими условиями разработки. Так, при малой или переменной в пределах выемочного участка мощности пласта, волнистой гипсометрии, наличии тектонических нарушений, переменном угле падения, повышенной газоносности и водообильности месторождения, слабых вмещающих породах использование комплексов становится весьма затруднительным, а показатели их работы резко снижаются.

В то же время следует отметить, что область применения технологических схем разработки пологих и наклонных угольных пластов короткими забоями, ограничивается горно-геологическими условиями в значительно меньшей степени.

Короткозабойные системы разработки отличаются низкими капитальными затратами, простой организацией и маневренностью, что позволяет совмещать их с механизированными лавами путем отработки короткими забоями всех сложных в горно-геологическом плане участков шахтного поля. При ко-роткозабойных системах разработки пластов применяется простое технологическое оборудование, действующее как единый лчпттитпуптпттпт тп гпщтуг", обеспечивающий весь технологический процесс ь нАЯ

ВЛИ0ТЕКА С.Пе ОЭ

В отечественной горной практике разработка угольных пластов коротко-забойными системами применялась в очень ограниченных объемах. Опыт отработки наклонных пластов такими системами также незначителен. Это связано с малой изученностью технологии, отсутствием специального отечественного высокопроизводительного оборудования, рациональных вариантов систем, анализа условий, определяющих область их применения.

Учитывая разнообразие горно-геологических условий залегания угольных пластов на шахтах Кузбасса, совершенствование технологических схем разработки пологих и наклонных угольных пластов короткими забоями является актуальной проблемой.

Цель работы. Разработка и научное обоснование эффективных технологических' Схем разработки пологих и наклонных угольных пластов в сложных горно-геологических условиях короткими очистными забоями.

Идея работы заключается в оптимизации основных технологических параметров и геомеханическом обосновании короткозабойных систем разработки угольных пластов в зависимости от горно-геологических и горно-технических условий, выбранного способа выемки угля и средств транспорта.

В задачи исследования входят:

1. Проведение комплекса исследований по оценке горно-геологических условий разработки пологих и наклонных угольных пластов Кузбасса с разработкой методики типизации шахтопластов по изменчивости их залегания.

2. Разработка методики оценки тектонической структуры массива для рационального планирования горных работ.

3. Разработка технологических схем разработки пологих и наклонных угольных пластов короткими забоями в зависимости от выбранного способа выемки угля (буровзрывная или комбайновая) и средств его транспорта (конвейерный или скреперный) и проведение опытно-промышленных испытаний.

4. Определение оптимальных параметров буровзрывных работ на основе исследований влияния горного давления на процесс взрывного разрушения угля в коротких очистных забоях.

5. Установление оптимальных взаимосвязанных параметров камер и целиков, обеспечивающих их устойчивость и исключающих внезапное разрушение целиков в динамической форме.

6. Проведение комплекса исследований по оценке напряженного состояния угольного массива и разработка метода прогноза степени удароопасности отдельных участков угольных пластов в коротких очистных забоях.

7. Выбор способа и определение оптимальных технологических параметров управления горным давлением при наличии труднообрушаемых пород основной кровли в коротких очистных забоях.

8. Разработка анкерной крепи высокой несущей способности из композиционных материалов, обеспечивающей эффективное крепление подготовительных выработок в сложных горно-геологических условиях.

Методы исследований. Общей теоретической и методологической базой диссертационной работы явились научные труды отечественных и зарубежных ученых и практиков в области геотехнологии и геомеханики. При решении по-

ставленных задач исследований использовался комплексный метод, включающий в себя аналитические исследования, экспериментальные исследования на стенде и опытно-промышленные испытания в шахтных условиях с использованием математического и физического моделирования, а также математической статистики при анализе и обобщении результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Комплексная оценка горно-геологических условий разработки угольных пластов на основе прогноза и разработанной типизации шахтопластов по основным горно-геологическим факторам, оказывающим отрицательное влияние на состояние подготовительных выработок, и районирования месторождения по степени тектонической сложности, а также ориентировка линии очистного забоя относительно главных осей тектонических напряжений позволяют определять рациональные параметры технологических схем подготовки и разработки шахтопластов.

2. Технологические схемы разработки пологих и наклонных угольных пластов короткими забоями в сложных горно-геологических условиях имеют преимущество перед технологией выемки угля длинными очистными забоями и позволяют существенно упростить крепление призабойного пространства и процесс управления горным давлением, что создает условия применения простого технологического оборудования, действующего как единый взаимоувязанный комплекс, обеспечивающий весь технологический процесс угледобычи.

3. Взрывание шпуровых зарядов ВВ, расположенных в зоне отжима, вследствие суммирования предразрушения угля, горного давления и разрушающего воздействия взрыва позволяет эффективно разрушать угольный пласт с уменьшением удельного расхода ВВ до 25%.

4. Определение расстояния до зоны максимума опорного давления через равные промежутки времени и средневзвешенной крепости угольного пласта, а также расчёт введённого показателя удароопасности позволяют повысить эффективность текущего контроля удароопасности угольного пласта.

5. При типизации тяжёлых кровель, повышающих удароопасность угольного пласта, необходимо выделять дополнительный подтип, учитывающий устойчивость непосредственной кровли, особенности проявления горного давления при применении механизированных крепей, структуру и строение основной кровли в зависимости от величины отношения мощности непосредственной кровли к вынимаемой мощности пласта.

6. Использование композиционных материалов на основе спирально-армированных полимерных наполнителей позволяет разрабатывать анкерную крепь с несущей способностью до 100 кН и прочностными характеристиками при растяжении и срезе в 1,7 и 1,3 раза соответственно больше, чем анкера из однонаправленных композитов с уменьшением величины ползучасти стержня анкера на 25-^30%.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

- использованием комплекса апробированных натурных и лабораторных экспериментальных методов;

- представительным объемом экспериментальных измерений и удовлетворительной сходимостью полученных данных с результатами теоретических расчетов, стендовых и опытно-промышленных испытаний;

- методическими предпосылками работы, основанными на корректном использовании математического аппарата механики сплошных сред, математического и физического моделирования.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Для разработанных технологических схем отработки пологих и наклонных угольных пластов короткими забоями определены параметры камер и целиков с учётом размера зон возможных разрушений в краевых частях целика, т.е. предельно напряженных зон целиков - зон разрушения со стороны отработанного пространства и выработки, зависящих от глубины ведения горных работ, мощности пласта, прочности угля и схем расположения выработок.

2. Установлена зависимость производительности очистного забоя от углов встречи линии забоя с направлением осей тектонических напряжений в массиве и разработана методика оценки тектонической структуры массива для рационального планирования горных работ.

3. Установлена зависимость величины шпурового заряда ВВ от величины горного давления, модуля упругости разрушаемого угля, удельной энергии ВВ для соответствующих значений линии наименьшего сопротивления.

4. Предложена расчётная зависимость показателя удароопасности угольного пласта от расстояний до максимума опорного давления, определяемого через равные промежутки времени, средневзвешенной крепости пласта и напряжений в краевой зоне угольного массива.

5. Установленно влияние отношения мощности непосредственной кровли к вынимаемой мощности пласта в зависимости от устойчивости непосредственной кровли, особенностей проявления горного давления, структуры и строения труднообрушаемых пород основной кровли на технологические параметры управления состоянием горного массива в очистных забоях. Разработана дополнительная типизация тяжёлых кровель.

6. Установлена зависимость физико-механических свойств анкерного стержня, изготовленного из композиционного материала, от параметров его пространственной армировки и степени наполнения материала низкомодульными полимерными композитами. Разработана методика расчёта механических характеристик анкерных штанг.

Научное значение работы заключается в установлении новых закономерностей и зависимостей технико-экономических показателей разработки пологих и наклонных угольных пластов от сложности горно-геологических условий, ориентации забоев относительно направлений главных тектонических напряжений и конструктивных параметров других технических решений позволяющих научно обосновать технологические схемы разработки угольных пластов короткими очистными забоями.

Практическое значение диссертации-.

1. Разработано девять технологических схем разработки пологих и наклонных угольных пластов короткими забоями, позволяющих эффективно отрабатывать запасы угля в сложных горно-геологических и горно-технических условиях.

2. Геомеханически обоснованы размеры ярусных, подзавальных, межстолбовых и междукамерных целиков с учетом удароопасности угольных пластов Кузбасса.

3. Предложена методика типизации шахтопластов по изменчивости их залегания с учетом опасности по газодинамическим явлениям с обоснованием рациональных технологических схем очистных и подготовительных работ для удароопасных пластов позволяющих нейтрализовать природные факторы и повысить технико-экономические показатели работы шахты.

4. Созданы инженерные методы расчета параметров БВР, учитывающие влияние горного давления в коротких очистных забоях как средство разработки эффективных паспортов БВР, позволяющие снизить удельный расход ВВ до 25%.

5. Создана конструкция анкерной крепи из композиционных материалов с объемной схемой армирования и несущей способностью до ЮОкН, соответствующей работе в сложных горно-геологических условиях.

Реализация работы. Результаты работы используются при отработке пологих и наклонных пластов короткими забоями в ОАО ш/у "Физкультурник", ОАО "Шахта "Егозовская", ОАО "Шахта Первомайская" и ОАО"Шахтоуправление "Сибирское" и вошли составной частью в "Экспериментальные технологические схемы разработки угольных пластов короткими забоями на шахтах ОАО "Северокузбассуголь" и "Инструкцию по безопасному применению технологических схем разработки пологих и наклонных угольных пластов короткими забоями", а также в "Каталог рекомендуемых способов управления геомеханическим состоянием горного массива для угольных шахт России" и "Методику оценки тектонической структуры массива для рационального планирования горных работ". Все нормативные документы согласованы в органах Госгортехнадзора РФ.

Апробация работы. Основные результаты работы в период выполнения докладывались на: научно-технической конференции института КузНИИШах-тострой (г. Кемерово, 1983 г.); научно-практической конференции, посвященной 40-летаю Кузбасского политехнического института (г. Кемерово, 1990 г.); Всесоюзной научной конференции по развитию производительных сил Сибири. Угольный комплекс, (г. Ленинск-Кузнецкий, 1990 г.); научно-технической конференции "Минеральные ресурсы рудного и нерудного сырья Сибири в XXI веке. Проблемы освоения и конкурентноспособности"(г. Новосибирск, 1999 г.); научно-технических совещаниях производственных объединений "Ленинскуголь", "Беловуголь", "Северокузбассуголь" (г.г. Ленинск-Кузнецкий, Белово, Кемерово, 1983-1999 г.); научном симпозиуме "Неделя горняка - 2002" (г. Москва, 2002 г.); Международной научно-практической конференции, по-свящённой 75-летию ННЦ ГП - ИГД им. A.A. Скочинского (г. Люберцы, 2002 г.); 7-й Международной выставке "MINTEK 2003" (г. Москва, 2003).

Публикации. По теме диссертации опубликовано самостоятельно и в соавторстве 30 работ, в том числе 1 монография, 3 авторских свидетельства, 1 свидетельство на полезную модель и 3 патента РФ.

Объём и структура работы. Диссертация изложена на страницах и состоит из введения, 6 разделов, заключения и содержит 103 рисунка, 36 таблиц и список литературы из 160 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Современное состояние вопроса разработки пологих и наклонных угольных пластов короткими забоями

В настоящее время в России, а также во многих странах мира основным направлением разработки угольных пластов является механизированный способ, который характеризуется ведением очистных работ в длинных забоях с помощью комплексов, оборудованных передвижными гидрофицированными крепями. Однако область применения механизированных комплексов значительно ограничена горно-геологическими условиями разработки.

Комплексно механизированными лавами отрабатываются, как правило, угольные пласты с благоприятными горно-геологическими условиями. В остальных случаях в зависимости от сложности горно-геологических условий пласты угля либо разрабатываются с применением технологических схем с индивидуальным способом крепления выработанного пространства, технико-экономические показатели которых значительно ниже, либо вообще не разрабатываются, а заключенные в них запасы угля переводятся в забалансовые.

В связи с интенсивной отработкой запасов угля с благоприятными условиями залегания удельный вес пластов со сложными горно-геологическими условиями неуклонно возрастает. Поэтому при создании шахт нового уровня необходимо учитывать этот факт и заблаговременно изыскивать эффективные способы и средства для выемки угольных пластов, залегающих в сложных горно-геологических условиях.

Повышение эффективности и безопасности подземной разработки угольных месторождений, в частности пологих и наклонных пластов, в сложных горно-геологических условиях является актуальной научно-технической проблемой и в настоящее время.

Решению этой проблемы посвящены работы видных учёных A.A. Ско-чинского, Л.Д. Шевякова, М.И. Устинова, И.С. Крашкина, A.C. Бурчакова, Г.И. Грицко, A.A. Борисова, А.Д. Игнатьева, Н.К. Гринько, Ф.Н. Воскобоева, П.В. Егорова, В.Д. Ялевского и др.

Весьма перспективным направлением при выемке пологих и наклонных угольных пластов могут быть системы с применением выемочных машин в коротких забоях без крепления призабойного пространства и без постоянного присутствия людей в местах выемки угля.

Область применения этих способов ограничивается горногеологическими условиями в значительно меньшей степени. Более того, техни-

ко-экономические показатели работы при внедрении некоторых способов выемки угля без крепления призабойного пространства пока являются труднодостижимыми при других способах разработки, включая и разработку комплексно-механизированными лавами. Возникающие осложнения при применении технологических схем выемки угля без крепления призабойного пространства и без постоянного присутствия людей в очистном забое, которые связаны с небольшой перестройкой горного хозяйства шахт и с освоением принципиально новых способов управления кровлей угольными целиками, вызывающих увеличение потерь угля в недрах, далеко не умаляют их достоинств и перспективности для дальнейшего развития угольной промышленности.

Классическими примерами короткозабойных систем являются камерная и камерно-столбовая системы разработки угольных месторождений.

Особенность короткозабойных способов выемки угля заключается в том, что эффективность его применения и выбор параметров технологических схем находятся в зависимости от принятого способа управления горным давлением, способности кровли создавать устойчивые пролеты и от характера поведения опорных угольных целиков под нагрузкой. В связи с этим для освоения способов разработки короткими забоями и достижения присущих им высоких показателей необходимо проведение большого объема шахтных исследований по изучению поведения пород кровли разного состава и напластования пород кровли разного состава и напластования при различной площади обнажения пласта, определению деформируемости и несущей способности угольных целиков различных размеров, выявлению характера распределения нагрузок между целиками и массивом, на основании которых можно установить их оптимальные параметры.

В зависимости от системы разработки условия работы целиков и требования к их устойчивости различны.

Во всех случаях целики должны обеспечивать минимальное сдвижение подрабатываемых пород кровли в действующих забоях в течение необходимого времени и гарантировать безаварийную работу механизмов и безопасность работ.

От количества целиков и выработок, соотношения их размеров, соотношения размеров выработанных участков и глубины горных работ, а также от характера и величины сдвижения пород и других факторов зависит степень сложности расчетных схем по определению размеров целиков.

Решению задачи расчёта целиков посвятили свои работы известные учёные Л.Д. Шевяков, М.М. Протодьяконов, В.Д. Слесарев, К.В. Руппенейт, С.Г. Авершин, И.М. Петухова, Ю.М. Либерман и др.

Выбор варианта системы разработки и типа комплекса механизмов для конкретных горно-геологических условий должен основываться на знании свойств угольных пластов и боковых пород, причем степень достоверности данных о свойствах пластов должна быть значительно выше, чем для решения вопросов управления кровлей при системах разработки с длинными забоями. Если в длинных забоях безопасность работ обеспечивается креплением, а недостаточность знаний характеристики горного массива и его воздействия на

крепь может быть в значительной степени компенсировано за счет повышения несущей способности элементов крепи, то при выемке пластов короткими забоями, когда управление кровлей осуществляется целиками, а крепление применяется легкое, безопасность работ, планомерный ход обрушения пород и допустимый уровень потерь угля могут быть достигнуты только при оптимальных размерах целиков и выработок.

При выемке угольного пласта с управлением кровлей целиками к основным параметрам системы разработки относятся: ширина опорного целика, расстояние (пролет) между опорными целиками, скорость выемки угля, длина очистного забоя, размеры выемочных столбов, участков и полей.

Первые 4 параметра (являются вместе с тем параметрами технологической схемы выемки угля. Они, кроме того, определяют способ управления кровлей и могут быть названы основными параметрами способа управления кровлей целиками.

В отечественной горной практике разработка угольных пластов коротко-забойными системами применяется в очень ограниченных объемах. Это связано с малой изученностью технологии, отсутствием специального отечественного высокопроизводительного оборудования, рациональных вариантов систем, анализа условий, определяющих область их применения.

Учитывая разнообразие горно-геологических условий залегания угольных пластов на шахтах Кузбасса, совершенствование технологических схем разработки пологих и наклонных угольных пластов короткими забоями является важной научно-технической проблемой для угольной отрасли, решению которой посвящена настоящая диссертационная работа.

2. Комплексная оценка горно-геологических условий разработки пологих и наклонных угольных пластов Кузбасса

Комплексная оценка технологичности горно-геологических условий разработки угольных пластов представляет собой прогноз, аппроксимацию, типизацию и районирование пространственной изменчивости природных факторов и углевмещающих комплексов с позиций взаимодействия и влияния их на элементы технологических систем угольных шахт.

Анализ работы шахт Кузнецкого бассейна показывает, что применяемые средства крепления горных выработок, способы охраны и пространственное расположение горных выработок, выбор технологических схем отработки угольных пластов, во многих случаях не соответствуют условиям ведения подготовительных и очистных работ и, как правило, не обеспечивают безремонтное поддержание выработок, а также снижают технические возможности горного оборудования. Подобное положение можно объяснить отсутствием знаний закономерностей влияния горно-геологических и горнотехнических факторов на устойчивость подготовительных выработок и условия ведения работ как в длинных, так и в коротких очистных забоях.

Разработка технологических паспортов проведения и эксплуатации горных выработок, оперативное и перспективное планирование расходов материа-

лов и денежных средств на ремонт их как в период подготовительных, так и очистных работ представляет весьма сложную задачу: во-первых, потому, что недостаточно изучены закономерности характера влияния горно-геологических факторов на стоимость поддержания выработок, а во-вторых, провести подобные исследования по каждому разрабатываемому шахтопласту практически не представляется возможным.

Для облегчения решения данной задачи нами произведена типизация шахтопластов Кузбасса по основным горно-геологическим факторам, оказывающим отрицательное влияние на стоимость поддержания подготовительных горных выработок, пройденных по этим пластам. В типизации выделены группы шахтопластов, в которых характер и степень влияния исследуемых факторов на состояние выработок присущи только этой группе.

Для типизации шахтопластов приняты следующие горно-геологические факторы, оказывающие наибольшее влияние на состояние подготовительных выработок: глубина разработки; изменчивость мощности пласта, характеризующаяся коэффициентом вариации; изменчивость угла падения, определяемая среднеквадратическим отклокением; дизъюнктивная нарушенность, обводненность и пораженность пласта размывами; величина смещения пород кровли и коэффициент пучения пород почвы.

Характер влияния типизирующих' факторов и их количественная оценка принята на основании анализа условий разработки более 400 шахтопластов Кузбасса, проведенного отраслевой лабораторией № 2 КузПИ при непосредственном участии автора.

По указанным восьми горно-геологическим факторам все 426 разрабатываемых шахтопластов бассейна разделены на 4 класса сложности эксплуатации проведенных в них горных выработок: простой (I тип), средней сложности (2 тип), сложный (3 тип) и весьма сложный (4 тип).

Каждый класс (тип) сложности имеет качественную характеристику, которая оценивается количественным критерием. :

Для количественной оценки типизационных факторов используется цифровая система индексации, позволяющая применить балльный способ оценки степени влияния горно-геологических факторов.

Для определения типа сложности шахтопласта по совокупности горно-геологических факторов каждому из четырех типов присваивается определенное количество баллов: простому типу - I, средней сложности - 3, сложному -5 и весьма сложному - 7. Сумма баллов, полученная по тому или иному шахтопласту позволяет сравнивать их между собой по степени сложности поддержания пройденных по ним подготовительных выработок.

Для отнесения шахтопласта к определенному типу сложности поддержания выработок (кроме суммы баллов) введен показатель балльности Кв, определенный по формуле

и

где 16 - сумма баллов шахтопласта, по которым характеризуется сложность поддержания выработки; п - число учтенных типизирующих факторов, шт.

Тип шахтопласта по сложности поддержания подготовительных выработок в зависимости от величины К„ определяется по графику (рис. 1).

за

48 40 32

гл ю

1 2 ЗА

Г"руппм сложности

Рис. 1. График к определению группы сложности шахтопласта.

Одним из принципов, способствующих безопасному ведению работ на месторождениях угля, является изучение напряженного состояния массива горных пород, которое зависит от тектонического строения, гравитационной составляющей и геометрии горных выработок. Знание тектонического строения ■ шахтного поля позволяет определить концентрацию первичных напряжений в зависимости от закономерностей размещения пликативных и дизъюнктивных дислокаций.

Отличием от известных методических способов, применяемых для изучения тектоники, в разработанной нами методике явилось построение поверхностей тектонических деформаций угольных пластов и восстановление напряженного состояния исследуемого участка. В основу построений положены известные представления из механики сплошной среды о том, что касательные напряжения действуют в плоскостях сопряженных трещин скола перпендикулярно линии их пересечения. Нормальные напряжения ориентированы так, что ось средних напряжений <т2 проходит через эту линию пересечения. Ось максимального сжатия сг3 перпендикулярна линии пересечения плоскостей сопряженных трещин и делит острый угол между ними пополам. Третья ось <т, растяжения или минимального сжатия также перпендикулярна линии пересечения плоскостей сопряженных трещин скола и делит тупой угол между ними пополам. Кроме того, ось о-,, если она является осью растяжения, перпендикулярна поверхностям трещин отрыва.

Из приведенных положений следует, что образование тектонических деформаций может произойти как в результате действия сжимающих (растягивающих) напряжений, так и в результате одновременного действия сжимающих и растягивающих напряжений. Опыт изучения дизъюнктивных и пликативных деформаций показал, что они генетически взаимосвязаны, и поэтому необходимо изучать их одновременно, не отделяя эти дислокации друг от друга. В условиях обьемного сжатия, которое возникает при тектонических процессах, разрушение пород происходит по плоскости составляющей с осью максимальных сжимающих напряжений сг3 угол ф.

Кш

В решении задачи определения тектонических деформаций используются два теоретических положения. Первое заключается в том, что содизъюнктив-ные трещины имеют закономерную ориентировку к осям напряжения, вызвавшим их образование. Линии пересечения (скрещивания) содизъюнктивных трещин совпадают с направлением действия оси напряжений а2 и располагаются перпендикулярно к плоскости действий двух других осей напряжения а, и сг3. Поэтому на стереографической диаграмме полосы тектонических трещин ложатся на проекцию плоскости М. Для выявления ориентировки этой плоскости отыскивается такое взаимное расположение круговой диаграммы и сетки, при котором на одном из меридианов сетки оказывается максимальное из возможных полюсов Р/ и Р2. Выявленный меридиан принимается за проекцию искомой плоскости М, а трещины, обнаруживающие связь с ней, - за содизъюнк-тивные.

Второе положение говорит о том, что любой механизм формирования тектонической структуры характеризуется наиболее вероятным типом сочетания дизъюнктивов и складок в определенной взаимной ориентировки относительно осей напряжения.

Исходя из последнего положения, следует, что необходимо определять не только проекции плоскости М, на которой лежат полюса трещин (дизъюнктивов), но и проекцию плоскости Za, которая является плоскостью максимальных пликативных деформаций. Плоскость &а должна располагаться в сторону падения пласта, проходить через ось ст2 перпендикулярную М, ас осью <т3 составлять угол у, который преимущественно меньше угла скола (отрыва) ср.

Процесс формирования деформаций является сложным. Условие формирования плшсативного или дизъюнктивного вида деформаций в отдельной точке зависит также от свойств пород. Если касательные (сдвигающие) напряжения начинают превышать прочность породы, то возникают необратимые дизъюнктивные деформации. В связи с этим и определяются деформации в двух плоскостях. Первая плоскость (А/) отражает дизъюнктивные, вторая (^а) -пликативные деформации. Плоскости закономерно ориентированы относительно тектонических осей и, зная одну из них, можно построить другую.

При планировании горных работ" необходимо учитывать на проектной площади тектоническую сложность угольного пласта. Тектоническая сложность включает пликативные и дизъюнктивные деформации, а также пространственную ориентировку фигур тектонических деформаций.

Прежде всего, большое влияние на горные работы и, в частности, на скорость движении забоя оказывают мелкие деформации (изгибы, флексуры), определяющие изменчивость угла падения пласта. Кроме того, оказывают влияние углы встречи линии забоя с осями фигур тектонических деформаций и направление движения забоя по отношению к оси.

В частности, большое влияние оказывает угол встречи линии очистного забоя с тектоническими осями сх,, сг2, сг3. По результатам сопоставления пространственной ориентировки осей с величиной лавомесяца и линий движений забоя выделено четыре наиболее распространенных схемы:

1. Схема благоприятного расположения линии очистного забоя по отношению к осям. Движение линии забоя направлено в основном от оси сг,. Угол «У,, отсчитанный от оси <т, до линии забоя, острый и составляет 20-30°. Угол 32 от линии забоя по ходу его движения до оси сг2 составляет в основном 190-220°. Отношение углов 51/52> 1. В эту же схему входят такие углы встречи, когда движение забоя направлено на ось сг, или на оси ег, и <т3, находящиеся в одной плоскости. Угол 3] изменяется от 280 до 300°, угол 8г находится в пределах 210-270°. Их отношения в основном > 1.

2. Схема относительно благоприятного расположения линии очистного забоя к тектоническим осям, когда отношение углов и 8г изменяется в пределах 0,6 -1,0.

3.Схема относительно неблагоприятного расположения линии забоя и тектонических осей, при этом отношение углов и 8г составляют преимущественно 0,1- 0,6.

4. Схема неблагоприятного расположения линии забоя и тектонических осей, отношение углов и 52 составляет 0-0,5.

В зависимости от сложности строения тектонической поверхности и углов встречи линии забоя с осями создаются различные по трудности горногеологические условия, которые можно свести к четырем типам (таблица 1).

Таблица 1

Тип условий Название типа условий Схема ориентировки осей относительно линии забоя Количество изолиний на длину лавы 100 м Площадь движения забоя в месяц, тыс. м

1 Благоприятные тектонические условия 1 0-2 15-25

2 Относительно благоприятные тектонические условия 2 2-4 8-16

3 Относительно неблагоприятные тектонические условия 3 3-5 4-10

4 Неблагоприятные условия 4 4-10 2-8

22 20 7 а

ta

■1 12 fO

S, тыс. м 2

¥

• I

« О

и С ' т- КП rJ -э

z-r жг -7-1 Ъш

■ . — —

• • у*- * ■ Ob •л

у

тМ гК-7 ,•4 с <~Г

> Tg •т У

«фо ,

rgf <?

'КП

О Sj

/

Рис. 2. График зависимости отработанной площади лавы в месяц (Б) от угла встречи линии забоя с тектоническими осями (61/82).

На рис.2 представлен график зависимости отработанной площади лавы в месяц от угла встречи линии забоя с тектоническими осями при работе различных комплексно-механических крепей.

3. Разработка технологических схем отработки пологих и наклонных угольных пластов короткими забоями

Технологические схемы очистных работ в коротких забоях отличаются средствами транспорта (конвейерный или скреперный) и способом выемки угля (буровзрывная или комбайновая). При этом добыча угля может осуществляется без постоянного присутствия людей в очистном забое.

В зависимости от горно-геологических условий предложены технологические схемы следующих типов:

- с выемкой угля механизированными комплексами;

- с взрывной отбойкой угля в сочетании со скреперной доставкой угля из забоев до конвейеров, установленных в транспортных выработках;

- с взрывной отбойкой угля в сочетании с машинной погрузкой и конвейерной доставкой его в транспортные выработки;

- с поточной выемкой угля проходческими комбайнами в сочетании с перегружателями и конвейерами.

Проведение подготовительных выработок осуществляется тем же оборудованием, которое используется на очистных работах. Работы по подрывке пород сводятся к минимуму, а необходимая по пропускной способности площадь поперечного сечения выработок обеспечивается проведением параллельных выработок по углю.

Работы по управлению горным давлением сводятся также к минимуму и осуществляются оставлением угольных целиков соответствующих размеров и конфигураций с соблюдением определенного порядка отработки.

Разработанные технологические схемы могут применяться для отработки не только ранее оставленных целиков угля ограниченных размеров за пределами выемочных столбов, отработанных КМЗ, но и в пределах длинных столбов при обычной раскройке шахтного поля. При этом в зависимости от сочетания горно-геологических и горно-технических условий выбирается тот или иной вариант схемы подготовки и системы разработки пласта на конкретном выемочном участке.

Технология разработки пластов короткими столбами при взрывной отбойке и скреперовании угля. Разработку пласта короткими столбами при взрывной отбойке и скреперовании угля рекомендуется применять при мощности пласта 1,0-2,0 м, угле падения 0-40°, устойчивой и средней устойчивости непосредственной кровли. Подготовка пласта при этой технологии аналогична панельной подготовке при системе разработки длинными столбами по простиранию на пологих пластах. От панельных уклонов или бремсбергов проводятся ярусные конвейерный и вентиляционный штреки, сбиваемые между собой разрезной печью на дальней границе выемочного столба.

Длина выемочных столбов принимается в соответствии со схемой раскройки шахтного поля при высоте столба по падению до 150 м. Отработка выемочных столбов производится обратным ходом - от дальней границы к вскрывающим выработкам. Выемочные столбы разделяются по простиранию на блоки длиной до 150 м. На границах выемочных столбов и блоков оставляются целики угля шириной 8-10 м. Технологическая схема №1 отработки пласта короткими столбами с отбойкой угля шпуровыми зарядами и скреперованием представлена на рис. 3.

кой угля шпуровыми зарядами и скреперованием: 1 - транспортная печь; 2 - конвейерный штрек; 3 - разрезная печь; 4 - вентиляционный штрек; 5 - очистной забой; 6 - скребковый конвейер; 7 - скреперная установка; 8 - маневровый канат; 9 - межстолбовой целик; 10 -разрезной просек,места прогноза удароопасности.

В пределах каждого блока проводятся: на ближней границе транспортная печь, на дальней границе - разрезная; между печами - конвейерные и вентиляционные штреки, разделяющие блок по падению на полосы высотой 25-30 м. Между полосами оставляются целики угля шириной 2-3 м.

Каждая полоса делится на короткие столбы длиной по простиранию 20-30 м. Между столбами оставляются целики угля шириной 2-6 м, у границ которых проводятся разрезные печи. Между печами каждого столба через 5-7 м по падению проводятся разрезные просеки на длину столба, из которых производится взрывная отбойка угля при очистной выемке. Параметры системы разработки принимаются, исходя из конкретных горнотехнических условий, крепости угля и устойчивости боковых пород.

Очистная выемка угля начинается от разрезной печи и производится циклично повторяющейся отбойкой лент угля взрывным способом с последующим скреперованием отбитой горной массы из очистного забоя без крепления выработанного пространства. Ленты угля шириной 1,5-2,5 м отбиваются шпуровыми зарядами аммонита ПЖВ-20 с применением электродетонаторов короткоза-медленного действия.

Выгрузка угля из очистного забоя на скребковый конвейер производится скреперной установкой, состоящей из скреперной лебедки, скрепера, канатов, обводного и концевого блоков.

Проветривание подготовительных забоев осуществляется вентиляторами местного проветривания. Очистной забой проветривается за счет общешахтной депрессии свежим воздухом, поступающим по конвейерному штреку.

Управление горным давлением осуществляется самопроизвольным обрушением кровли, шаг посадки которой (ширина столба) устанавливается опытным путем в зависимости от устойчивости кровли и вынимаемой высоты полосы, и находится в пределах 20-30 м. Ширина межстолбовых целиков составляет 2-6 м. По окончании выемки угля в столбе выкладываются перемычки в межстолбовом целике на конвейерном и вентиляционном штреках.

Выемка угля в следующем столбе начинается только после обрушения кровли в предыдущем столбе и выкладки перемычек. После отработки блока осуществляется его изоляция.

Технологическая схема №2 отработки пласта короткими столбами с отбойкой угля скважинными зарядами и скреперованием представлена на рис 4.

Рис. 4. Технологическая схема №2 - отработки пласта короткими столбами с отбойкой угля скважинными зарядами и скрепированием: 1 - транспортная печь; 2 - конвейерный штрек; 3 - разрезная печь; 4 - вентиляционный штрек; 5 - очистной забой; 6 - скребковый конвейер; 7 - скреперная установка; 8 - маневровый канат; 9 - межстолбовой целик; 10 - отбойная скважина; 11 - буровой станок;ф* - места прогноза удароопасности.

Скважинную отбойку угля на всю высоту полосы рекомендуется применять при мягком угле, легко отделяющемся от почвы, а также выдержанном угле падения пласта. В этом случае разрезные просеки между разрезными печами не проводятся, а бурение скважин проводят между конвейерным и вентиляционным штреками на расстоянии 1-2 м от поверхности забоя.

Диаметр скважин принимается равным 45 мм при бурении их буровым станком БЖ45-100Э с вентиляционного до конвейерного штрека или 90 мм при бурении машиной БГА с конвейерного до вентиляционного штрека.

1Т-

Скважина заряжается сплошным колонковым зарядом, состоящим из патронов аммонита ПЖВ-20 или монозарядом с помощью несущего каната, с вентиляционного штрека постепенным протягиванием заряда по скважине пневматической лебедкой или ручным способом.

Расстояние от заряда до линии забоя и устьев скважины должно быть не менее 1 м. Оба устья скважины на глубину не менее 1 м герметизируются забоечным материалом. Взрывание скважин производится с соблюдением мер безопасности (создание предохранительной среды), предусматриваемых паспортом БВР. После взрывания скважинного заряда и проветривания забоя производится выгрузка отбитого угля и одновременно с ней бурение следующей отбойной скважины.

При крепком угле для равномерного дробления массива и создания ровной скреперной дорожки, достигаемого взрыванием зарядов в шпурах, рекомендуется применять технологическую схему №3 (рис.5).

-Ч

кой угля шпуровыми зарядами из лавы и скрепированием: 1 - транспортная печь; 2 - конвейерный штрек; 3 - разрезная печь; 4 - вентиляционный штрек; 5 - очистной забой; 6 -скребковый конвейер; 7 - скреперная установка; 8 - маневровый канат; 9 - межстолбовой целик; 10 - передвижная ограждающая крепь;(Г)»- места прогноза удароопасности.

При этой схеме шпуры длиной 1-2 м, бурят из очистного забоя длиной 2530 м. Бурение и заряжание шпуров для обеспечения двух запасных выходов из очистной выработки производится под защитой легкой передвижной ограждающей крепи.

Расчетное суточное подвигание очистного забоя при буровзрывном способе отбойке и скреперовании угля составит 8-10 м, суточная добыча из столба 250-300 т, производительность труда рабочего очистного забоя 12-15 т на выход. Расчетные эксплуатационные потери угля 35-40%.

Технология разработки пластов камерами-лавами при взрывной отбойке и машинной погрузке угля. Камерную систему разработки с буровзрыв-

ной отбойкой и машинной погрузкой угля рекомендуется применять при мощности пласта 1,6-2,2 м, угле падения до 10°, кровле устойчивой и средней устойчивости. Схема подготовки пласта при этой технологии разработки аналогична схеме подготовки при системе разработки длинными столбами по простиранию.

При этой схеме подготовки от конвейерного уклона или транспортной печи проводятся конвейерные и вентиляционные штреки, которые до начала отработки камер сбиваются разрезными печами, начиная от дальней границы выемочного столба.

Длина выемочных столбов принимается в соответствии со схемой раскройки шахтного поля при высоте столба по падению 75-80 м. Отработка выемочных столбов производится обратным ходом - от дальней границы к вскрывающим выработкам. Выемочные столбы разделяются по простиранию на блоки длиной 20-25 м. На границах выемочных столбов оставляются целики угля шириной 8 м, а между блоками шириной 7 м. В пределах каждого блока проводятся разрезная печь и очистная камера.

На рис.6 представлена технологическая схема №4 отработки пласта камерами-лавами с отбойкой угля шпуровыми зарядами и машинной погрузкой.

Рис. 6. Технологическая схема №4 - отработки пласта камерами-лавами с отбойкой угля шпуровыми зарядами и машинной погрузкой: 1 - транспортная печь; 2 - конвейерный штрек; 3 - разрезная печь; 4 - вентиляционный штрек; 5 - очистной забой; 6 - скребковый конвейер; 7 - погрузочная машина; 8 - межстолбовой целик; 9 - междукамерный целик; ©-- места прогноза удароопасности.

Выемка угля в камере начинается от разрезной печи и производится циклично повторяющимися заходками (лентами) на всю длину очистного забоя посредством буровзрывных работ с машинной погрузкой угля на скребковый конвейер, расположенный вдоль забоя. Забойный конвейер, с помощью которого осуществляется транспортировка угля до конвейерного штрека, передвигается по мере подвигания очистного забоя.

Крепь конвейерного и вентиляционного штреков при очистной выемке усиливается деревянными подхватами с опережением очистного забоя не менее чем на Юм. Ленты угля шириной 2 м отбиваются шпуровыми зарядами аммонита ПЖВ-20.

После взрывания зарядов и проветривания очистного забоя производится погрузка отбитого угля машиной ПНБ-2 на скребковый конвейер и одновременно с ней осуществляется бурение очередной серии шпуров на соседнем участке лавы. По мере выгрузки угля на передней границе вынимаемой ленты устанавливаются последовательно три рамы, включающие в себя анкерный подхват из распила длиной 3,2 м, который поддерживается двумя металлическими стойками. На два смежных ряда анкерных подхватов укладываются деревянные затяжки с шагом 0,5 м. Работы по бурению скважин и закреплению в них анкеров совмещаются с погрузкой угля и бурением шпуров под заряды ВВ. Шпуры под анкерную крепь бурятся электросверлами ЭРП-18ДМ с принудительной подачей.

После выемки ленты на всю длину очистного забоя производится пере--движка скребкового конвейера на 2 м и возведение деревянной рамной крепи по всей длине камеры. К моменту отработки очередной ленты должна быть пройдена ниша длиной 6,4 м, в которую переводится погрузочная машина ПНБ-2. Очистные работы в камере заканчиваются после выемки девяти лент. Ширина камеры составляет 18-20 м. Разрезка очередной камеры производится на расстоянии 7 м от ранее отработанной камеры.

Подготовительные забои проветриваются вентиляторами местного проветривания, очистной забой - за счет общешахтной депрессии свежим воздухом, поступающим по конвейерному штреку. Управление горным давлением осуществляется самопроизвольным обрушением кровли на междукамерные целики угля. По окончании ведения очистных работ в камере выкладываются перемычки в междукамерном целике на конвейерном и вентиляционном штреках. Выемка угля в следующей камере производится после обрушения кровли в предыдущей камере и выкладки перемычек.

Расчетное подвигание забоя в сутки составит 1,6 м, суточная добыча из забоя - 250-300 т, производительность труда рабочего очистного забоя - 6-7 т/выход, расчетные потери угля - 27%.

Технология разработки пологих пластов камерно-столбовой системой с выемкой угля проходческими комбайнами. Данная технология применяется при мощности пласта 1,8-4,0 м, углах падения до 20°, устойчивой и средней устойчивости кровле.

Выемочный участок длиной по простиранию до 150 м с наклонной высотой до 150 м разделяется по падению или простиранию на полосы шириной 1015 м проведением с помощью проходческих комбайнов выемочных камер. На границах участка оставляются целики угля шириной 6-8 м.

При обратном ходе комбайна погашаются междукамерные столбы отдельными заходками, располагаемыми под углом 90-120° к оси камер. Между заходками оставляются подзавальные целики угля для поддержания пород не-

посредственной кровли в период выемки угля. Площадь поперечного сечения камер в свету составляет 7-12 м2. Ширина камер принимается равной - 4-5 м, междукамерных столбов - 5-10 м, заходок - 4-5 м и подзавальных целиков - 1-2 м.

Камеры крепятся анкерами и рамами из двух металлических стоек с деревянным верхняком или металлической трапециевидной крепью МТК. Способ крепления камер и плотность установки крепи на каждом конкретном участке выбираются в зависимости от горно-геологических условий. Заходки длиной до 5 м не крепятся, а при большей их длине устанавливаются две металлические стойки под верхняк через 1 м с отставанием от забоя не более 5 м. Таким образом, машинист комбайна находится постоянно под защитой крепи.

Уголь из забоев камер и заходок транспортируется до сборной выработки скребковым конвейером, оборудуемым в камере в процессе ее проведения. После выемки очередной заходки скребковый конвейер в камере укорачивается на 10 м, комбайн перегоняется задним ходом к месту зарубки новой заходки, а в створе с оставляемым подзавальным целиком угля устанавливаются 5-6 стоек. На сопряжении новой заходки с камерой устанавливается камерная рама из двух гидростоек и металлического верхняка. Комбайн разворачивается в камере и производится зарубка новой заходки. После того как комбайн углубится в массив угля на 2-3 м, конвейер в камере удлиняется до створа с заходкой, и выемка заходки продолжается на всю длину.

Управление горным давлением при камерно-столбовой системе разработки пластов осуществляется полным обрушением кровли с временным поддержанием ее при выемке угля заходками предохранительными целиками на контакте с выработанным пространством и на сопряжениях камер с транспортными и вентиляционными выработками.

Рассматриваемую технологию целесообразно применять на участках пластов с остаточной метанообильностью до 5 м /т. При более высокой газообильности применение этой технологии возможно при наличии в кровле пласта пород, обрушающихся вслед за выемкой угля с отставанием не более Юм, без зависаний, что исключает накопление метана в выработанном пространстве до взрывоопасной концентрации.

При углах падения пласта до 10° его разработка ведется наклонными полосами с использованием проходческих комбайнов. Камеры проводятся по восстанию от конвейерного штрека до вентиляционного, а заходки располагаются по простиранию и отрабатываются в нисходящем порядке от вентиляционного штрека к конвейерному. Технологическая схема №5 для этих условий представлена на рис.7.

Выемочный участок проветривается за счет общешахтной депрессии. Воздух на участок подается по конвейерному штреку, а исходящая струя отводится по камерам на вентиляционный штрек. Забои проводимой выемочной камеры и каждой заходки проветриваются как одиночные выработки вентиляторами местного проветривания.

Рис. 7. Технологическая схема №5 - отработки пласта камерно-столбовой системой с выемкой угля проходческими комбайнами и расположением камер по восстанию; 1 - конвейерный штрек; 2 - выемочная камера; 3 - погашенный столб; 4 - проходческий комбайн; 5 - заходка; 6 - подзавальный целик; 7 - вентиляционный штрек; 8 - межстолбовой целик; 9 -скребковый конвейер;®»- места прогноза удароопасности.

До начала очистной выемки должно быть пройдено не менее двух камер для исключения выпуска исходящей струи из забоев заходок на конвейерный штрек. При обрушении кровли в камере выше отрабатываемой заходки проводится сбойка из этой камеры на соседнюю пройденную камеру, по которой отводится также исходящая струя из забоя следующей проводимой камеры.

При углах падения 10-20° пласт разрабатывается горизонтальными полосами проходческими комбайнами. При этом камеры проводятся по простиранию пласта на длину до 150 м. Полосы отрабатываются в нисходящем или восходящем порядке. При угле падения пласта до 15° целесообразно применять схему с погашением междукамерных столбов восстающими заходками и нисходящим порядком отработки полос. Технологическая схема представлена на рис.8.

Рис. 8. Технологическая схема №б - отработки пласта камерно-столбовой системой с выемкой угля проходческими комбайнами, расположением камер по простиранию и заходок по восстанию: 1 - транспортная печь; 2 - конвейерный штрек; 3 - вентиляционный штрек; 4 - выемочная камера; 5 - погашенный столб; 6 - заходка; 7 - проходческий комбайн; 8 - подзавальный целик; 9 - межстолбовой целик; 10 - скребковый конвейер;®-* - места прогноза

удароопасности.

При угле падения 15-20° рекомендуется применять восходящий порядок отработки с погашением столбов заходками по падению. Технологическая схема представлена на рис. 9.

Рис. 9.'Технологическая схема №7 - отработки пласта камерно-столбовой системой с выемкой угля проходческими комбайнами, расположением камер по простиранию и заходок по падению: 1 - конвейерный штрек; 2 - спаренный штрек; 3 - транспортная печь; 4 - "скребковый конвейер; 5 - выемочная камера; 6 - погашенный столб; 7 - заходка; 8 - проходческий комбайн; 9 - подзавальный целик; 10 - межстолбовой целик;(Т)* - места прогноза удароопас-

До пуска очистного забоя должна быть пройдена первая выемочная камера (штрек) на всю длину выемочного участка и вторая выемочная камера на половину ее длины.

Проветривание забоев камер и заходок осуществляется вентиляторами местного проветривания. Каждая отработанная полоса изолируется перемычкой, возводимой в устье выемочной камеры у транспортной выработки.

При одновременной работе на выемочном участке двух комбайнов со стреловидным исполнительным органом суточная добыча на участке составит 500-600 ^.производительность труда рабочего очистного забоя - 20-22 т/выход. Расчетные потери угля составят 25-30%.

Технология разработки пластов короткими лавами , с выемкой угля механизированными комплексами. Технология применяется при мощности пласта 1,3-3,0 м, угле падения 0-30°, устойчивой и средней устойчивости непосредственной кровле в ранее оставленных краевых частях пласта и целиках, вытянутых как по падению, так и по простиранию. При этом очистной забой длиной 20-50 м оборудуется комплексом типа КМКЛ отечественным или УМ-Е (Германия) и полосы пласта отрабатываются по падению'или простиранию.

При отработке пласта полосами по падению (рис.10) выемочный участок наклонной высотой до 300 м оконтуривается конвейерным, вентиляционным штреками и разрезной печью. На вентиляционном штреке от разрезной печи на выход монтируется механизированный комплекс длиной до 50 м, который подвигается по падению с транспортированием отбитого угля скребковыми

ЧгН

ности.

конвейерами вдоль забоя и по разрезной печи на конвейерный штрек и далее в

по падению с выемкой угля механизированным комплексом: 1 - конвейерный штрек; 2 -вентиляционный штрек; 3 - разрезная печь; 4 - конвейерная печь; 5 - вентиляционная печь; 6 - ограждающая крепь; 7 - механизированный комплекс; 8 - межстолбовой целик;ф*- места прогноза удароопасности.

По мере подвигания комплекса по падению за ним формируется вентиляционная печь по мощности пласта без подрывки боковых пород путем крепления выработанного пространства у оставшегося массива угля на ширину 4-5 м и ограждения его от обрушающегося закрепного пространства лавы органной крепью. После отработки полосы на всю наклонную высоту комплекс демонтируется на конвейерном штреке и вновь монтируется на вентиляционном штреке для отработки следующей полосы. При этом вентиляционная печь оборудуется скребковым конвейером и служит в качестве конвейерной печи в следующей полосе.

При отработке пласта полосами по простиранию (рис.11) выемочный участок подготавливается проведением конвейерного штрека и разрезной печи, сбиваемых с ранее пройденными транспортной и вентиляционной панельными выработками, для сохранения которых оставляются целики угля шириной не менее 15 м.

Рис. 11. Технологическая схема №9 - отработки пласта короткими лавами полосами по прастиранию с выемкой угля механизированным комплексом: 1 - сохраняемая панельная выработка; 2 - разрезная печь; 3 -конвейерный штрек; 4 - вентиляционный штрек; 5 - ограждающая крепь вентиляционная печь; 6 - механизированный комплекс; 7 - охранный целик;

места прогноза удароопасности.

Разрезная печь расширяется до размеров монтажной камеры, в которой монтируется механизированный комплекс для коротких лав, подвигаемый по простиранию пласта. По мере подвигания комплекса за ним формируется вентиляционный штрек по мощности пласта, без подрывки боковых пород путем крепления верхней части лавы у оставшегося массива угля на ширину 4-5 м и ограждения ее от обрушающегося закрепного пространства лавы органной крепью.

Очистные механизированные комплексы в коротких лавах могут применяться в соответствии с руководством по эксплуатации комплекса с использованием традиционной схемы подготовки выемочного столба с предварительным проведением конвейерных, вентиляционных и разрезных выработок.

Забои подготовительных выработок проветриваются вентиляторами местного проветривания, очистной забой - за счет общешахтной депрессии свежей струей воздуха, поступающей по конвейерному штреку. Управление горным давлением осуществляется самопроизвольным обрушением кровли за механизированной крепью лавы.

Суточная добыча из короткой лавы составит 1000-1500 т, производительность труда рабочего очистного забоя - 25-30 т/выход. Расчетные эксплуатационные потери в отрабатываемом контуре не превысят 10%.

Разработанные технологические схемы отработки пологих и наклонных угольных пластов короткими забоями при взрывной отбойке угля прошли экспериментальную проверку в условиях ш/у «Физкультурник» и ш/у «Сибирское». Технология разработки пологих угольных пластов камерно-столбовой системой с выемкой угля проходческими комбайнами была апробирована при отработке пласта Полысаевского-1 в ОАО «Шахта им. 7 ноября». Технология разработки угольных пластов короткими лавами с выемкой угля механизированным комплексом 2КМКЛ была внедрена в ОАО «Шахта «Егозовская», при отработке пласта Поджуринского-1. Экспериментальная проверка разработанных технологических схем по шахтным данным подтвердила заявленные технико-экономические показатели работы коротких очистных забоев.

4. Исследование влияния горного давления на процесс взрывного разрушения угля в коротких очистных забоях и определение оптимальных параметров буровзрывных работ

Вопросу взаимодействия горного давления и взрывного разрушения угля в лавах посвящено весьма незначительное количество научных исследований. Поэтому в целях изучения характера влияния горного давления на процесс взрывного разрушения рассмотрим взаимосвязь разрушения с горным давлением с различных точек зрения, включая взрывную отбойку, физические представления о разрушении и деформации. Это актуально в плане определения оптимальных параметров буровзрывных работ при применении технологических схем выемки угля без крепления призабойного пространства, когда эффективность работы в большой степени зависит от принятого способа управления гор-

ным давлением, способности кровли создавать устойчивые пролеты и от характера поведения опорных угольных целиков под нагрузкой.

Проведенный нами анализ исследований влияния горного давления на процесс взрывного разрушения угля показал, что при отбойке массива в пределах зоны отжима прочность массива и энергоемкость его разрушения уменьшаются с увеличением горного давления.

За основу были взяты результаты исследований, выполненные в ИГД им. A.A. Скочинского, которые показали, что массив в зоне отжима можно рассматривать как одноосно сжатый под действием вертикальной составляющей горного давления. В этой работе на основании сопоставления напряжений и приведенных скоростей перемещений, вызываемых горным давлением и взрывом, было показано, что энергия горного давления в зоне отжима может использоваться при взрываемом разрушении горных пород (угля).

Было установлено, что за счет использования упругой энергии деформации удельный расход ВВ, необходимый для разрушения деформированного массива, может быть сокращен по сравнению с обычным удельным расходом на величину Aq, которая прямо пропорциональна квадрату величины сжимающего напряжения или вертикальной составляющей горного давления и обратно пропорциональна модулю Юнга, удельной энергии ВВ и коэффициенту использования энергии взрыва на разрушение

где сг- величина сжимающего напряжения, н/м2; Е - модуль упругости породы (угля), н/м2; у - удельная энергия применяемого ВВ, дж/кг; с - коэффициент использования энергии взрыва на разрушение.

Полученная зависимость показывает, что необходимый для разрушения угля в зоне отжима удельный расход ВВ должен уменьшаться с увеличением горного давления,

Для вычисления величины зарядов при различных случаях взрывания, в условиях неограниченной и ограниченной свободной поверхности, теория дает приближенные формулы и числовые величины, которые при отсутствии опыта приводят к неточным определениям величины зарядов ВВ. Точное вычисление шпуровых зарядов ВВ осложняется допустимостью чрезмерно гибкого толкования формул и необходимостью приблизительного определения входящих в них величин.

- Стремясь к достижению строго определенного толкования формулы расчета заряда и ограничения субъективных погрешностей при определенном упрощении в той мере, в какой это возможно при сложном характере вопросов взрывного дела, мы путем планомерных широко поставленных наблюдений при проведении взрывов попытались создать основы для уточнения известной расчетной формулы и одновременного уточнения опытных величин, необходимых для расчета шпуровых зарядов ВВ.

Взрывное дело классифицирует действие заряда по величине выброса

или, соответственно, показателя выброса п = — (где г - радиус воронки выбро-

■ус

са, м> - линия наименьшего сопротивления).

Если нормальное действие заряда необходимо получить в одном и том же массиве при различных линиях наименьшего сопротивления (л. н. е.), показать

тель выброса « = — должен быть меньше 1; однако величина его должна

браться в определенной зависимости от лне н>. Очень часто этот показатель принимался ориентировочно. Опытными взрывами установлено, что показатель выброса связан с л. н. с. закономерной зависимостью

V и1

(2)

Величина заряда, как правило, рассчитывается по известной, доказанной эмпирическим и математическим путем, формуле

Здесь расчетный коэффициент с является количеством взрывчатого вещества, затрачиваемого на 1 м3 воронки действия, объем которой равен IV3. Этот коэффициент зависит от желаемого действия заряда, которое может быть выражено через показатель действия взрыва, а также через коэффициент выброса /("), и от удельного расхода взрывчатого вещества <7, который зависит от коэффициента крепости горной породы (угля), сопротивления взрыву, от свойств ВВ и от техники заложения заряда, т. е. от качества забойки. Следовательно, с можно заменить на /(и) q и тогда формула расчета зарядов примет вид:

£ = /(«)^3. (3)

Учитывая то, что шпуровые заряды не сосредоточенные, а удлиненные, и значение практически постоянно, экспериментально установлено значение коэффициента выброса для очистных забоев Кузбасса /(л) =1,15. Тогда с учетом того, что в коротких очистных забоях шпуровые заряды ВВ располагаются в зоне опорного давления, мы должны учесть зависимость (1) снижения удельного расхода ВВ в зоне отжима, а зависимость (3) для вычисления зарядов на один шпур принимает окончательный вид

1 = 1,.

2 Е-}-с

Количество ВВ, необходимое на отбойку угля в очистном забое (лаве) определяется по зависимости

где I, - длина лавы, м; т - мощность пласта, м; 1Ш - длина шпура, м; Т- коэффициент использования шпура (киш); 17 - удельный расход ВВ, кг/м3; е -коэффициент работоспособности ВВ.

Зная количество ВВ, необходимое на отбойку угля в очистном забое (лаве) Q и величину заряда на один шпур Ь, можно определить число шпуров на очистной забой (лаву)

При взрывных работах в очистных забоях (лавах), особенно при использовании ВВ У-У1 классов предохранительное™, необходимо обращать особое внимание на подбор оптимальных интервалов замедлений между смежными шпуровыми зарядами. Оптимальные интервалы замедлений в связи с этим являются переменными и колеблются в пределах 30-50 мс.

Для получения представительных результатов на основании аналитической зависимости энергоемкости взрывного разрушения от горного давления при проведении производственных экспериментов необходимо было выполнить следующие условия:

- исключить влияние всех горнотехнических факторов на величину горного давления и удельный расход ВВ, кроме концентрации напряжений;

- обеспечить такие условия разрушения, при которых в деформируемом пласте запасается достаточное количество упругой энергии деформации.

Проведённые экспериментальные исследования позволили собрать представительный статистический материал для оценки условий эффективного взаимодействия и установления зависимости между удельным расходом ВВ и горным давлением в отбиваемом блоке.

В соответствии с разработанной методикой экспериментальные работы были проведены в производственных условиях ОАО «Шахтоуправление «Сибирское» ОАО "Компания "Кузбассуголь".

Всего за время испытаний было проведено 86 опытных циклов БВР.

Анализ и статистическая обработка экспериментальных результатов показали, что удельный расход ВВ в зоне повышенной интенсивности горного давления может уменьшаться до 25% без ущерба для результатов взрыва на величину, прямо пропорциональную сжимающему напряжению и обратно пропорциональную модулю упругости разрушаемого угля, удельной энергии ВВ и коэффициенту использования энергии взрыва.

На основании комплекса выполненных аналитических и экспериментальных исследований разработана инженерная методика расчета параметров БВР, учитывающая влияние горного давления в коротких очистных забоях как средство разработки эффективных паспортов БВР и позволяющая снизить удельный расход ВВ до 25%.

5. Геомеханическое обоснование параметров технологии разработки пологих и наклонных пластов короткими забоями

Технология разработки пластов короткими забоями характеризуется активным управлением горным давлением, которое осуществляется с помощью правильно выбранных взаимосвязанных параметров камер и целиков. Эти параметры должны обеспечивать устойчивость угольных целиков и камер и исключить концентрацию нагрузок, вызывающую внезапное разрушение целиков в динамической форме.

В настоящее время существует несколько научных методов расчета размера целиков и устойчивых обнажений кровли (потолочин). Общепринято считать, что устойчивость потолочин и междукамерных целиков в зависимости от глубины разработки и вынимаемой мощности определяется физико-механическими и прочностными свойствами угля и вмещающих пород, схемой формирования камер в пределах выемочного блока и скоростью отработки. При этом следует различать временную устойчивость целиков и потолочин для обеспечения безопасности на период отработки отдельных камер и длительную устойчивость, необходимую для оценки возможности безопасной выемки запасов на планируемой площади.

На каждый подготавливаемый к отработке камерной системой участок требуется геомеханическое обоснование элементов и параметров технологической схемы, а также разработка специальной схемы осуществления контроля за напряженным и удароопасным состоянием массива для обеспечения безопасной отработки.

Представленные экспериментальные технологические схемы разработки пластов короткими забоями оценивались по усредненным физико-механическим и прочим исходным данным на основе расчета отдельных параметров системы по методикам и нормативным документам ВНИМИ. При этом геомеханическому обоснованию подлежали размеры ярусных, подзавальных, межстолбовых и междукамерных целиков.

Нарезаемые для последующей выемки целики должны иметь размеры, обеспечивающие, с одной стороны, временную устойчивость штреков и всего массива на период от нарезки целиков до выемки, и, с другой стороны, их параметры должны быть такими, чтобы не создавалась напряженное ядро, опасное по возникновению динамических явлений.

Результаты расчета показали, что ширина зоны разрушения краевых частей ярусных целиков изменяется с глубиной от 0,32 до 5,27 м. Для подзавальных целиков зона разрушения варьируется от 0,27 до 4,30 м, для межстолбовых целиков - от 0,32 до 6,46 м и междукамерных - от 0,22 до 3,85 м.

На основании результатов расчета и заданных параметров технологических схем разработки N 1-7 область применения этих схем должна быть ограничена глубиной разработки не более 300 м.

Ширина угольных целиков определялась в зависимости от глубины ведения горных работ, крепости пород и размеров выемочного участка. Для пород средней крепости и устойчивости результаты расчетов сведены в табл. 2.

Таблица 2

Необходимая ширина целика для технологических схем (усредненные значения)

Ширина целика по технологиче-

Наименование целика Глуби- ским схемам, м

на, м 1-3 4 5-7 8-9

Ярусный (над 50 2-3 2-3 3-4 3-4

вентиляционным 100 2-3 2-3 3-4 3-4

штреком) 150 200 2-3 2-3 2-3 2-3 3-4 4-5 3-4 4-5

250 3-4 3-4 5-6 5-6

300 3-4 3-4 6-7 6-7

350 4-5 4-5 7-8 7-8

600 6-7 6-7 8-10 8-10

Иодзавальный 50 - - 1,0 -

100 - - 1,0 -

150 - - 1,0 -

200 - - 1,5 -

250 - - 1,5 -

300 - - 2,0 -

350 - - 4,0 • -

600 - - - -

Межстолбовой 50 2,0 4,0 6,0 6,0

Межблоковый 100 2,0 4,5 6,0 6,0

Междукамерный 150 2,0 5,5 7,0 7,0

Межстолбовой 200 2,0 6,0 7,0 7,0

Межблоковый 250 3,0 7,0 7,5 7,5

Междукамерный 300 350 3,0 3,5 8,0 8,5 7,5 8,0 7,5 8,0

600 6,5 12,0 9,0 9,0

С учетом того, что практически все разрабатываемые в Кузбассе пласты являются склонными к горным ударам, предлагаемые параметры целиков камерных систем оценивались с учётом удароопасности, так как "Инструкцией по безопасному ведению горных работ на шахтах, разрабатывающих пласты, склонные к горным ударам" запрещается применение камерно-столбовой сис- *

темы на пластах, опасных и угрожаемых по горным ударам. Этот запрет вызван тем, что при камерных системах, в связи со значительной изрезанностью массива, возникает опасность проявления динамических явлений в целиках при переходе их в предельное состояние, что неоднократно наблюдалось в практике ведения горных работ в Кузбассе.

Для объективной оценки степени удароопасности отдельных участков угольных пластов необходимо определить интенсивность нагрузки в зоне максимального опорного давления и расстояния до этого максимума от края пласта. Прогноз степени удароопасности позволяет, с одной стороны, своевременно применить меры борьбы с ударами на опасных участках, а с другой - исключить применение ненужных противоударных мероприятий, а также осуще-

ствлять контроль за эффективностью профилактических мероприятий по предупреждению горных ударов.

Нами разработан способ текущего контроля удароопасности горных выработок. Сущность способа заключается в следующем: после очередной заход-ки бурят скважину, в которой определяют расстояние до максимума опорного давления через равные промежутки времени и средневзвешенную крепость угольного пласта, после чего рассчитывают напряжение на кромке забоя и в максимуме опорного давления для каждого момента времени. Строят зависимость показателя удароопасности Пу от расстояния до максимума опорного давления X), по которой определяют критическое расстояние Х*р г соответствующее критическому значению показателя удароопасности. Удароопасность участка пласта определяют по соотношению фактического и критического расстояний, при этом выработка считается удароопасной, если фактическое расстояние до максимума опорного давления меньше критического, т.е. выполняется неравенство Хх -< Х^.

Построение зависимости Оу- /(Х,) требует значительных затрат труда и времени, так как связано с организацией и проведением буровых работ и измерений на различных участках пласта, имеющих различную категорию удароопасности.

Задача упрощается, если для этой цели использовать процесс релаксации напряжений в краевой зоне массива после очередной выемки угля (заходки). С этой целью бурят скважину, в которой определяют расстояние до максимума опорного давления сразу после окончания очередной заходки и через определенные промежутки времени, а также средневзвешенную крепость пласта. Это связано с тем, что после окончания процесса выемки угля изменяется напряженное состояние массива вследствие релаксации напряжений. Уменьшаются напряжения на кромке пласта и в максимуме опорного давления, увеличивается расстояние до максимума опорного давления. Постоянная релаксации на кромке забоя может составлять 1,0-1,5 ч, в максимуме опорного давления 3-4 ч. В результате релаксации максимум напряжений отодвигается вглубь пласта, это позволяет достаточно точно и оперативно получить характеристики напряженного состояния пласта. Измерив средневзвешенную крепость пласта и рассчитав показатель удароопасности, можно получить его зависимость от расстояния до максимума напряжений для данного пласта.

Для расчета показателя удароопасности йу предложена расчетная зависимость:

г\ _ ^'макс ^мин - ,г, .

у ~ юх, ,МПа/м> где = (1 + 1,5/ иг°)у Я, мПа;

^мин ^ + у-7,28(/-0,75) , МПа.

Здесь XI - расстояние от максимума опорного давления, м; Т - средневзвешенный коэффициент крепости пласта; Н - глубина ведения горных работ, м; у - удельный вес пород основной кровли; го - шаг обрушения пород основной кровли, м.

Нами было экспериментально установлено, что для условий Кузбасса Д,41=1,0 МПа. При больших значениях Д, участок считается удароопасным. Для значения 41 определяется соответствующее X*.

Одним из факторов, осложняющих механизированную отработку угольных пластов, является наличие в кровле мощных слоев труднообрушающихся пород. При разработке таких пластов возникают осложнения с управлением горным давлением в очистных выработках, связанные с осадками основной кровли. Вторичные осадки кровли приводят к повышенным нагрузкам на'крепь, ее деформации, куполению кровли, разрушению и пучению почвы. Как показали исследования, проведенные нами на шахте "Комсомолец", наиболее тяжелые последствия наблюдаются в очистных и подготовительных выработках при отсутствии легкообрушающихся пород непосредственно над пластом.

Отработка пластов с труднообрушаемыми породами основной кровли до сих пор является довольно сложной проблемой. Для управления которыми в настоящее время, для этих условий, разработаны механизированные крепи с рабочим сопротивлением 1000-1300 кН/м . Вторым направлением для решения этих задач является использование разработанных способов разупрочнения пород основной кровли (передовое торпедирование, гидромикроторпедирование и др.). Следует также отметить, что отработка пластов с труднообрушаемыми кровлями, вследствие зависания пород основной кровли на больших площадях в выработанном пространстве приводит к появлению высокой концентрации напряжений на приконтурном массиве в подготовительных и очистных выработках, что является особенно опасным на пластах, склонных к газодинамическим явлениям (удары, выбросы угля, породы, газа). Применение способов разупрочнения в этих условиях позволяет обеспечить высокую степень разгрузки приконтурного массива горных выработок, что позволяет обеспечить сохранение выработок на ударо- и выбросоопасных пластах, а также на пластах с почвами, склонными к пучению или внезапным разломам.

Выемка угольных пластов с тяжелыми кровлями, представленных труднообрушаемыми породами основной кровли, с проявлениями первичных и вторичных осадок, с разной интенсивностью и тяжестью до настоящего времени является одной из сложных проблем в общем технологическом комплексе добычи угля, ибо затрагивает не только обеспечение эффективного поддержания кровли в призабойном пространстве, но и сохранение оконтуривающих выработок в эксплуатационном состоянии.

Решение вопросов управления горным давлением на пластах с тяжелыми кровлями на основе выбора рациональных типов механизированных крепей с соответствующей величиной рабочего сопротивления, необходимости приме-

нения способов разупрочнения в определенных горно-геологических условиях требует дополнительного разделения тяжелой кровли по нагрузочным свойст-' вам с учетом устойчивости непосредственной кровли.

1 Нами совместно с ВНИМИ введена дополнительная типизация тяжелой

1 кровли, которая выполнена с учетом устойчивости непосредственной кровли, а

' также с учетом характера и особенностей проявления горного давления при

' применении механизированных крепей первого (минимального) ряда сопротив-

1 ления, повышенного и высокого сопротивления, а также опыта применения

4 способов разупрочнения в комплексе с механизированными крепями при раз-

личных величинах их рабочего сопротивления, а также с учетом прочностных свойств и строения пород основной кровли, величины отношения h/m, где h -f мощность непосредственной кровли, м; т - вынимаемая мощность пласта, м.

' В таблице 3 приведены основные параметры, характеризующие дополни-

тельную типизацию тяжелых кровель. V Тип тяжелой кровли (Т) разделен по показателю предела прочности на

сжатие пород основной кровли на два подтипа: ТА - предел прочности на сжа-1 тие 50-80 МПа, ТБ - предел прочности более 80 МПа.

Наиболее тяжелые условия проявления осадок основной кровли наблю-1 даются при отсутствии непосредственной кровли; т.е. когда отношение h/m = 0

! (подтип ТА], TBi).

Пласты с кровлями подтипов ТАг.ТБг характеризуемые отношением 0 -< A/m <1 встречаются довольно часто в основных бассейнах. Проявление осадок основной кровли на пластах с кровлями данных подтипов также харак-1 теризуются повышенной интенсивностью и тяжестью проявления, особенно на

' пластах пластах с вынимаемой мощностью более 2,5 м и наличием значитель-

' ного отжима угля сопровождаемого опережающим вывалообразованием.

' Кровли подтипов ТА3, ТБ3, имеющие отношение 1 ч /г/m <2, характери-

' зуются меньшей интенсивностью и тяжестью проявления осадок основной

' кровли по сравнению с первыми двумя подтипами кровли.

* При кровлях подтипа ТА4, ТБ4, имеющие соотношение 2<h/m<3-4, ' наблюдается сравнительно невысокая интенсивность и тяжесть проявления г осадок основной кровли, а при породах непосредственной кровли прочностью t 20-30 МПа часто сопровождаются повышенным вывалообразованиям.

1 Опыт применения механизированных крепей на пластах с тяжелыми

1 кровлями показывает, что при наличии неустойчивых пород непосредственной

' кровли значительно осложняются условия поддержания призабойного про-

1 странства, вследствие «обыгрывания» секций крепей, интенсивного вывалооб-

6 разования, т.е. проявление осадок основной кровли в этих условиях характери-

* зуется высокой тяжестью. Поэтому наравне с учетом нагрузочных свойств по'' род кровли необходимо учитывать и устойчивость пород непосредственной

* кровли. Для этой цели каждый подтип кровли (ТА, ТБ) объединяется в четыре ) группы (ТАУ, ТАН, ТБУ, ТБН), где ТАУ, ТБУ - подтип кровли ТА и ТБ с ус' тойчивыми породами непосредственной кровли; ТАН, ТБН - подтип кровли ТА

и ТБ с неустойчивыми породами непосредственной кровли.

Таблица" -3

, Основные параметры дополнительной типизации тяжелых кровель.

Основная кровля ш Показатели Тип кровли -тяжелая (Т)

Подтип кровли

Состав и строение пород кровли ТА | ТБ

Известняки, песчаники, алевролиты прочные, переслаивание песчаников с алевролитами, переслаивание крепких известняков с песчаниками или алевролитами

Предел прочности на сжатие, МПа 50-60 >80

Шаг первичных осадок,м 40-80 60-120

Шаг вторичных осадок, м 15-35 20-65

Мощность пород основной кровли, м 15-50 10-60

Непосредственная кровля Устойчивость нижних слоев У - устойчивые Н - неустойчивые У - устойчивые Н - неустойчивые

Состав и строение пород кровли Аргиллиты массивные, алевролиты песчанистые, известняки слоистые, песчаники Толщина слоев: алевролитов - 0,5 м песчаников - 0,3-1,0 м известняков - 0,2-0,6 м Углистые аргиллиты, алевролиты тонкослоистые с углистым материалом. Расстояние между трещинами 0,1 -0,4 м То же, что и при типе ТА То же, что и при типе ТА

По кратности пород непосредственной кровли к вынимаемой мощности пласта h/m = 0 0< h/m < 1 l<h/m£2 2 < h/m < (3-4)* ТА, ТА2 ТА3 ТА4 ТБ, ТБз ТБз ТБ<

* В скобках значение 3 следует принимать для пластов мощностью более 1,3 м; 4 - для пластов мощностью менее 1,3 м.

В соответствии с принятым подразделением каждого подтипа по отношению h/m данные группы кровли соответственно обозначаются: ТА|У-ТА4У,

та,н-та4н, тб,у-тб4у, тб,н-тб4н.

Таким образом, дополнительное разделение тяжелой кровли по нагрузочным свойствам с учетом устойчивости непосредственной кровли в полной мере характеризует геомеханическую обстановку в очистных забоях.

Разработанная дополнительная типизация пластов с труднообрушаемыми кровлями вошла в «Каталог рекомендуемых способов управления геомеханическим состоянием горного массива для угольных шахт России», согласованный с Госгортехнадзором России и утвержденный Департаментом угольной промышленности Минэнерго России.

6. Разработка анкерной крепи.

Технология разработки пологих и наклонных угольных пластов короткими очистными забоями предусматривает высокие темпы проведения подготовительных горных выработок, которые зависят от выбранного типа крепи. Наиболее прогрессивный в этих условиях является анкерная крепь, дающая возможность полной механизации крепления, в результате чего значительно снижается трудоёмкость проходческих работ и возрастает скорость проведения горных выработок.

Практика использования анкерной крепи на шахтах России показала, что металлическая анкерная крепь любого типа (распорно-замковая, железобетонная, сталеполимерная и др.) имеет ряд недостатков таких, как повышенная коррозия, незначительная податливость, слабая адгезия металла со связующими смолами.

Одним из перспективных направлений создания новых конструкций анкерной крепи является использование современных полимерных композиционных материалов. Разработанные в настоящее время конструкции анкерных стержней из полимерных материалов, в частности стеклопластиков: однонаправленная схема армирования приводит к неоправданно высокому расходу дорогостоящих компонентов, а также к низким значениям физико-механических характеристик при продольном нагружении и сдвиге. При создании таких конструкций вопросы длительного нагружения вообще не рассматривались, т. е. ползучесть полимерного анкера в процессе эксплуатации не учитывалась.

Наиболее перспективными направлениями создания новых композиционных материалов, позволяющими существенно улучшить некоторые свойства при достаточно широком варьировании ими, являются в настоящее время гибридизация и пространственное армирование материала. Как известно, первоначальные работы по гибридизации сводились к введению в композиционные материалы дискретных наполнителей. В этом случае достигалось некоторое повышение физико-механических характеристик. и .удуиигопне 11л^та>гических свойств. Однако позднее было установлено, чт!о 1 [атеРиале

непрерывных волокон различного состава позврляет^д$врэди инте жале ме-

1 09 300

33 V

нять практически все свойства композита. При этом появляется возможность достижения широкого комплекса свойств в зависимости от конкретных требований и повышения некоторых специфических характеристик, таких, как вязкость разрушения, усталостная долговечность анкерного стержня.

Одной из основных структурных характеристик армированных материалов является степень наполнения, определяющая 'их физико-механические свойства. Как известно, для однонаправйенно армированных композитов существует некоторая предельная степень наполнения, определяемая в зависимости от расположения армирующих волокон в объеме материала. Так, при тетрагональной укладке она составляет 0,785, а при гексагональной - 0, 907. Однако ввиду малого диаметра элементарных волокон и большого количества их в используемом при формовании изделий наполнителе, предельные степени наполнения в процессе технологической переработки, как правило, не достигаются.

В композитах со спирально армированным наполнителем степень заполнения арматурой определяется суммой степеней наполнения основной <р0 и вспомогательной <ри арматур

<РА -<РО +<РВ\

При этом наиболее важной является степень наполнения основной арматурой, определяющая свойства материала в направлении основного армирования. Величина ее может быть определена следующим образом:

где <р, - степень наполнения ядра САЭ волокнистым наполнителем, максимальное значение которой (р^ = 0,907 соответствует гексагональной упаковке волокон; <р2 - степень наполнения материала ядрами элементов.

Величина <рг определяется из выражения

__я__

9г ~ 4/5(1 + *Х1 + Н'

в котором коэффициент к = 5/а определяет толщину слоя вспомогательной арматуры, а коэффициент I - условия соединения слоев. В случае сплошной обмотки коэффициент г = 1,0, а при взаимном зацеплении витков "" ' ' (2 + ф + Ьп),

= А{\ + к\\ + кт)'

Коэффициент в учитывает вид упаковки элементов в материале: при тетрагональной Б= 1,0, при гексагональной 8=Тз/2.

Степень наполнения вспомогательной арматурой может быть представлена выражением

где щ- степень наполнения волокнами внутри слоя обматывающей арматуры, максимальное

. значение которой при гексагональной упаковке волокон (рг = 0,907; <рл - степень наполнения слоями.

, При малых толщинах слоя вспомогательной арматуры величина <рА находится из выражения

й котором коэффициент п определяется в зависимости от характера обмотки.

Так, для сплошного слоя

л = (1 + *Х1 + ьО~1;

Проведенный анализ показывает, что степень наполнения композиционного материала со спирально армированным наполнителем определяется не только содержанием волокон основного армирующего материала, но и размерами спирально армированного элемента, толщиной и характером соединения слоев вспомогательной арматуры.

Результаты экспериментальных исследований механических характеристик материала со спирально армированным наполнителем в отношении к соответствующим характеристикам однонаправленного материала приведены на рис. 12 и 13.

сг

ст„'

3 А

1

0.04 11,08

0.16 в/К

Рис.12. Экспериментальные зависимости упругих характеристик материала от толщины слоя вспомогательной арматуры (характеристики в знаменателе соответс-вуют однонаправленным материалам)

Ж

Рис.13. Экспериментальные зависимости прочности материала от толщины слоя вспомогательной арматуры (характеристики в знаменателе соответствуют однонаправленным материалам)

1-с£/4о; 2-<5/з-ТхгТы,; 4-

Как видно из графиков, увеличение толщины слоя обмотки отрицательно сказывается на значениях упругих и прочностных характеристиках в направлении армирования. В то же время упругие характеристики в поперечном направлении и при сдвиге, а также прочность при сжатии перпендикулярно основному армированию существенно возрастают. С увеличением толщины обмоточного слоя наблюдается также снижение прочностных характеристик при трансвер-сальном растяжении и сдвиге.

Комплекс полученных данных указывает на нежелательность чрезмерного увеличения относительной толщины слоя обмотки, так как это приводит к уменьшению несущей способности изготавливаемых из такого материала изделий и снижению эффективности использования метода спирального армирования. Полученные результаты подтверждают сделанные ранее выводы о необходимости определения толщины слоя вспомогательной арматуры, исходя из требований повышения тех или иных характеристик, являющихся определяющими

для данной конструкции при конкретных условиях и видах нагружения. Увеличение размеров элемента при ограниченной толщине материала в изделии приводит к нарушению однородности поля напряжений в материале, что связано с возрастанием влияния краевого эффекта.

Таким образом, при испытаниях материалов со спирально армированным наполнителем должен наблюдаться масштабный эффект, связанный с изменением отношения поперечного размера сирально армированного элемента к толщине испытываемого образца. Для испытаний изготавливались образцы со спирально армированным наполнителем на основе связующего ЭДТ-10. Выбор связующего в это случае обусловлен необходимостью обеспечения одинаковых степеней наполнения основной арматурой при изготовлении спирально армированных элементов различного размера.

Из полученных характеристик композита следует, что практически по всем удельным показателям материалы со спирально армированными наполнителями имеют более высокие характеристики, чем обычные однонаправленные.

Как показали проведенные исследования, введение спирального армирования позволяет изменить практически все характеристики материала. При этом в наибольшей степени изменяются трансверсальные характеристики; так, модуль упругости при растяжении в поперечном направлении увеличивается в 1,3 раза, модуль сдвига - в 1,18, прочность при трансверсальном отрыве - в 1,72, прочность при продольном сдвиге - в 1,37 раза.

Экспериментальные исследования подтверждают теоретические выводы о том, что разработанная конструкция материала с пространственно армированным наполнителем позволяет получать композиты с улучшенными характеристиками при трансверсальном нагружении и сдвиге , что позволяет создать анкерную крепь с улучшенными характеристиками.

Как известно, конструкция анкерной крепи горных выработок предполагает преднапряжённое состояние армированного стержня. В связи с этим возникает необходимость оценки изменения деформативных характеристик стержня и напряжений в компонентах материала. Ползучесть армированного материала определяется упруго-вязкими свойствами конструкции и различными деформационными свойствами структурных составляющих материала анкера, , •

Нами получена зависимость для определения полной деформации анкерного стержня

i(O = f0 0 + '");

где.£д - начальная деформация, соответствующая данной нагрузке; п - константа, определяемая деформациями иатериала при двух фиксированных значениях времени нагружения t.

На рис.14 приведены экспериментальные и теоретические результаты расчёта ползучести стержня анкера при трёх уровнях нагружения растягивающим напряжением (200, 250, 300 МПа).

Как видно из приведенных данных максимальная относительная деформация при длительном растяжении вдоль оси стержня для материалов на основе

спирально армированных наполнителей на 27-35% ниже значений деформаций для однонаправленных материалов при одинаковых условиях нагружения.

Рис. 14. Ползучесть стержней из армированных пластиков при различных уровнях растягивающих напряжений. 1,2,3 - на основе спирально армированного материала; 4 - однонаправленный; 1- (ТСр = 300 МПа; 2- (ТСр = 250 МПа; 3- (Уср = 200 МПа; 4- СТСР =300 МПа.

Нами на основе использования спирально армированных композиционных материалов разработан анкер с зажимом из толстостенной стальной муфты двух конструкций.

Первая конструкция - цилиндро-клиновой резьбовой зажим - представляет собой цилиндрическую муфту с внешней резьбой и конусным внутренним отверстием, закрепляемую на стержне анкера путём расклинивания загоняемого в его осевое отверстие металлического распорного стержня, имеющего участок с конусным профилем. На гайку, навинчиваемую на резьбовую часть муфты, опирается опорная плитка или подхват.

Вторая конструкция - шестигранный клиновой зажим - представляет собой шестигранную муфту с внутренним коническим отверстием, которая закрепляется на стержне анкера посредством забивки распорных полумуфт. Для исключения разрушений армополимерной трубки при сборке зажима внутрь трубки устанавливается металлический распорный стержень диаметром на 0,10,3 мм меньше внутреннего диаметра трубки. При работе анкера опорная плитка или подхват опираются непосредственно на зажим.

Полученные деформационно-силовые характеристики цилиндро-клиновых резьбовых зажимов анкера на основе композиционного материала со спирально армированным наполнителем показывают, что нагрузки на стержень анкера, при которых происходит срыв или поломка зажимов составляет величину порядка 80-95 кН. Смещение испытанных зажимов относительно стержня анкера при указанном уровне нагрузки составило 12-16 мм.

Деформационно-силовые характеристики шестигранных клиновых зажимов анкера на основе композиционного материала со спирально армированным наполнителем зависят от длины распорного стержня:

- при длине стержня меньше длины муфты несущая способность зажима составляет 72-75 кН при его смещении относительно стержня на 4-6 мм;

- при длине стержня, превышающей длину шестигранной муфты имеет более высокую несущую способность порядка 90-100 кН при смещении зажима

7,5-8,5 мм.

В процессе стендовых испытаний было установлено, что под воздействием растягивающих нагрузок армополимерный стержень удлинялся. При нагрузке 80-100 кН удлинение стержня составило около 1%, при снятии нагрузки размеры стержня возвращались к первоначальным.

Проведение шахтных экспериментов в ОАО «Шахта «Первомайская» показало, что образцы анкеров на основе композиционного материала со спирально армированным наполнителем при их закреплении в шпуре полимерными составами на длине 0,5 м ампулами АП-470 имеют прочность закрепления порядка 100 кН, что позволяет осуществлять эффективное поддержание подготовительных горных выработок на угольных шахтах.

Параметры разработанной анкерной крепи удовлетворяют внешним силовым и деформационным возмущениям окружающего массива, проявляющимися в результате перераспределения поля напряжений в массиве и его реологического поведения, деформации носят затухающий характер и выработка принимает устойчивое положение.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научной квалификационной работой, в которой обобщена и решена крупная научная проблема разработки пологих и наклонных угольных пластов короткими очистными забоями, имеющая важное народнохозяйственное значение.

Основные научные и практические результаты выполненных исследований заключаются в следующем:

1. Разработано девять технологических схем разработки пологих и наклонных угольных пластов короткими очистными забоями, отличающихся средствами транспорта и способом выемки угля.

Основные технико-экономические показатели применения короткозабой-ной технологии разработки угольных пластов следующие:

- при буровзрывном способе отбойке угля суточная добыча из столба 250300 т, производительность труда ГРОЗ 6-15 т/выход, эксплуатационные потери угля 27-40%.

- при поточной выемке угля проходческими комбайнами суточная добыча составит 500-600 т, производительность труда ГРОЗ 20-22 т/выход, эксплуатационные потери угля 25-30%.

- при выемке угля механизированными комплексами суточная добыча из короткой лавы составит 1000-1500 т, эксплуатационные потери в отрабатываемом контуре не превысят 10%.

2. Технологические схемы разработки пологих и наклонных угольных пластов короткими очистными забоями утверждены в установленном порядке, согласованы с Госгортехнадзором России и апробированы в производственных условиях ОАО ш/у «Физкультурник», ОАО ш/у «Сибирское», ОАО «Шахта им. 7 ноября» и ОАО «Шахта «Егозовская», ОАО «Шахта «Первомайская».

3. Установлено, что производительность очистного забоя зависит от углов встречи линии забоя с направлением осей тектонических напряжений. Разработана методика оценки тектонической структуры массива для рационального планирования горных работ.

4. Разработана методика типизации шахтопластов Кузбасса по горногеологическим факторам, оказывающим отрицательное влияние на состояние подготовительных выработок и учитывающая глубину разработки, изменчивость мощности пласта, угол падения пласта, дизъюнктивную нарушенность, обводнённость и поражённость пласта размывами, величину смещения пород кровли и коэффициент пучения пород, позволяющая учесть негативное влияние природных факторов на устойчивость горных выработок.

5. Для эффективного разрушения угольного пласта взрывом и горным давлением заряд ВВ необходимо располагать в пределах зоны отжима угля. В этом случае в процессе разрушения суммируется предразрушение угля, проявление горного давления и разрушающее воздействие взрыва. Получена расчётная зависимость величины шпурового заряда ВВ от величины горного давления, модуля упругости разрушаемого угля, удельной энергии ВВ для соответствующих значений линии наименьшего сопротивления. Разработана инженерная методика расчёта параметров БВР в коротких очистных забоях, позволяющая снизить удельный расход ВВ до 25%.

6. Установлен размер зон возможных разрушений в краевых частях целика, т. е. предельно напряжённых зон целиков - зон разрушения со стороны отработанного пространства и выработки, зависящей от глубины ведения горных работ, мощности пласта, прочности угля и схем расположения выработок.

7. Экспериментально исследованы и теоретически обоснованы параметры камер и целиков для технологических схем разработки пологих и наклонных угольных пластов короткими забоями, обеспечивающих устойчивость угольных целиков и камер и исключающих высокую концентрацию напряжений и динамическое разрушение целиков.

8. Разработан способ текущего контроля удароопасности угольного пласта на основе шахтных измерений расстояний до максимума опорного давления через равные промежутки времени, средневзвешенной крепости пласта и напряжений в краевой зоне угольного массива.

9. Совместно с ВНИМИ разработана дополнительная типизация тяжёлой кровли, которая выполнена с учётом устойчивости непосредственной кровли, особенностей проявления горного давления при применении механизированных крепей первого (минимального) ряда сопротивления, повышенного и высокого сопротивления, опыта применения способов разупрочнения в комплексе с механизированными крепями при различных величинах их рабочего сопротивления, прочностных свойств и строения пород основной кровли, и величины отношения мощности непосредственной кровли к вынимаемой мощности угольного пласта.

10. Разработана конструкция анкерной крепи на основе использования композиционных материалов со спирально армированным наполнителем с несущей способностью до 100 кН и прочностными характеристиками при растя-

жении и срезе в 1,7 и 1,3 раза соответственно больше, чем анкера из однонаправленных композитов, а также с уменьшением величины ползучести стержня анкера на 25-30%.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1.Тациенко В.П., Гордиенко Р.Ф. Анализ состояния поддержания пластовых подготовительных выработок в условиях шахты «Красноармейская». //Совершенствование технологии подземной разработки угольных пластов: Сб.научн.тр./Кузбасс.политехн.ин-т. - Кемерово, 1984.-с. 92-94.

2. Тациенко В.П., Роут Г.Н. Воспроизводство очистного фронта и проблемы использования механизированных комплексов. //Воссоздание очистного фронта на шахтах: • Сб.научн.тр./Кузбасс.политехн.ин-т. - Кемерово,1987. - с. 76-79.

3. Шиканов А.И., Антонов И.П., Тациенко В.П. Особенности проявления горного давления в выработках при вторичных осадках кровли. //Научно-технические проблемы развития шахт: Сб.научн.тр. /Кузбасс, политехи.ин-т. - Кемерово,1989. -с. 49-53. .

4. Каталог горно-геологических факторов, влияющих на устойчивость подготовительных выработок шахт Кузбасса. //МУП СССР, ВПО «Кузбассуголь», КузПИ. - Кемерово, 1983.-70 с.

5. Методика оценки тектонической сгруктуры массива для рационального планирования горных работ. /МУП СССР, ГТУ «Главкузбассуголь», КузПИ. - Кемерово, 1989 - 34 с.

, 6. Егоров П.В., Дырдин В.В., Тациенко В.П., Шиканов А.И. Переход передовых выработок на пластах с труднообрушаемой кровлей. //Управление состоянием массива горных пород: Сб.научн.тр./Ассоциация «Кузбассуглетехнология». - Кемерово, 1990. - с. 11-14.

7. Егоров П.В., Дырдин В.В., Тациенко В.П., Шиканов А.И. Переход передовых выработок очистным механизированным комплексом в условиях повышенного горного давления. //Вклад учёных института и его выпускников в развитие производительных сил Кузбасса: Тез.докл.научно-практ.конф./Кузбасский полит.ин-т. - Кемерово, 1990. -с.24-25.

8. Гимельштейн Л.Я., Фрейдлих И.С., Закиров P.C., Тациенко В.П. Развитие и совершенствование новых компоновок шахтных вентиляторных установок в ассоциации «Ленин-скуголь» //Уголь, - 1992. - №9. - с. 48-51.

9. Тациенко В.П. Результаты исследования прочностных свойств опорных элементов

из углепласта. //Совершенствование технологических процессов при подземной разработке *

месторождений: Сб.научн.тр. /Кузбасс.политехн.ин-т. - Кемерово, 1993. - с. 87-91.

10. Тациенко В.П. Обоснование рациональных технологических решений по подготовке и отработке нарушенных удароопасных пластов. //Совершенствование технологических процессов при разработке месторождений полезных ископаемых: Сб.научн.тр. « №7/Ассоциация «Кузбассуглетехнология». - Кемерово, 1994.-е. 151-155.

11. Присташ В.В., Тациенко В.П., Бучатский В.М. Разработка композиционных материалов для стержневых конструкций анкеров. //Научн.сообщен. ИГД им.А.А.Скочинского, -М., 2000. Вып.316-с. 87-92.

12. Присташ В.В., Тациенко В.П., Бучатский В.М. Исследование внутренних напряжений в композитах с пространственно-армированной структурой. //Научн.сообщен. ИГД им.А.А.Скочинского, - М., 2000. Вып.317-с. 72-78.

13. Джигрин A.B., Тациенко В.П. Технология скоростной проходки выработок по крепким горным породам буровзрывным способом. //Проблемы взрывного дела №1/ МГГУ, AHO НАИВ. - 2002. - с.43-49.

14. Тациенко В.П., Шаклин C.B. Количественные методы оценки достоверности геологоразведочной информации, направления и опыт их применения. //Сб. докладов научно-практической конференции «Минеральные ресурсы рудного и нерудного сырья Сибири в XXI веке: Проблемы освоения и конкурентноспособности». - Новосибирск, 1999, - с. 78-80.

15.Экспериментальные и техиологические схемы разработки угольных пластов короткими забоями на шахтах ОАО «УК «Северокузбассуголь». //Инструкция по безопасному применению технологических схем разработки пологих и наклонных пластов короткими забоями. - Прокопьевск/КузНИУИ. 1999 - 62 с.

16. Фрегер Г.Е., Тациенко В.П., Бучатсткий В.М. Исследование процессов разрушения композитов с гибридным пространствено-армированным наполнителем. //Физические проблемы разрушения горных пород (Ч.2)./Санкт-Петербурский государственный горный институт (технический университет). СПб., 2001. - с. 104-106. (Записки Горного института. Т. 148).

17. Фрегер Г.Е., Джигрин A.B., Тациенко В.П. Спирально-армированные композиционные анкера. - М.,: ННЦ ГП - ИГД им.А.А.Скочинского, 2001. - 179 с.

18. Франкевич Г.С., Тациенко В.П., Ващенко С.Г. Комбинированная анкер-металлическая крепь АМК. //КузНИИШахтострой - производству./КузГТУ, КузНИИШахто-строй. - Кемерово, 2001. - с. 84-86.

19. Тациенко В.П., Григоренко Ю.Д., Винокуров Г.Ф. Проходческо-добычной комбайн КПШ-1. //КузНИИШахтострой - производству ./КузГТУ, КузНИИШахтострой. - Кемерово, 2001.-с. 74-76.

20. Сизинова JI.B., Тациенко В.П. Миниральный композиционный состав для закрепления анкеров. //КузНИИШахтострой - производству ./КузГТУ, КузНИИШахтострой. - Кемерово, 2001.-с. 109-112.

21. Тациенко В.П. Геомеханическое обоснование технологии разработки пологих и наклонных пластов короткими забоями. //Научн.сообщен. ИГД им.А.А.Скочинского. - М., 2003. - Вып.323. - с.118-123.

22. Тациенко В.П. Взрывное разрушение угля в коротких очистных забоях. //Проблемы ускорения научно-технического прогресса в отраслях горного проихводства. Материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 75-летию ИГД им.А.А.Скочинского и 50-летию Института обогащения твёрдых горючих ископаемых (27-29 ноября 2002 г., г.Люберцы). - М.,: ННЦ ГП - ИГД им.А.А.Скочинского, 2003. -

с. 260-264.

23. Тациенко В.П., Песиков A.B. Оценка напряжённого состояния угольного массива и прогноз степени удароопасности при отработке угольных пластов короткими очистными забоями. //Вестник Кузбасского государственного технического университета. - №1(32). -Кемерово,2003.-с. 5-8.

24. A.c. № 1511393. Способ перохода дизъюнктивных нарушений очистным механизированным комплексом. //Егоров П.В., Дырдин В.В., Тациенко В.П. и др. - Опубл. 30.09.89. - Бюл. №36.

25. A.c. № 1555520. Подвесной перегружатель. //Егоров П.В., Тациенко В.П. и др. -Опубл. 07.04.90. - Бюл. №13

26. A.c. № 1578066. Отбойный щит конвейера. //Юрченко В.М., Мироедов С.П., Тациенко В.П. и др. - Опубл. 15.07.90. - Бюл. №26.

27. Патент РФ № 1797668. Способ текущего контроля удароопасности горных выработок. // Егоров П.В., Дырдин В.В., Тациенко В.П. и др. - Опубл. 23.02.93. - Бюл. №7.

28. Патент РФ № 2176733. Скрепероструговая установка для выемки угля на пластах пологого и наклонного залегания. // Петушков А.И., Павелко Ю.Г., Тациенко В.П. и др. -Опубл. 10.12.2001.-Бюл. №34.

29. Патент РФ № 2176734. Способ разработки пологих и наклонных угольных пластов средней мощности. // Майтак И.И., Петушков А.И., Тациенко В.П., Смирнов Н.П. -Опубл. 10.12.2001.-Бюл. №34

30. Свидетельство на полезную модель № 12589. Вакуумирующее устройство подземной дегазационной установки. // Клишин В.И., Власов В.Н., Кулаков В.Н., Таниенко В.П. -Опубл. 20.01.2000.-Бюл. №2.

Подписано в печать 15.05.2003 г.

Формат 62,5x88 Бум. офсет 1 Печать офсетная. Тираж 100 экз. Заказ Ш-.tíSVS

Типография ФГУДП «Полиграф» 140004, г. Люберцы, Московской обл.

А

«

f

) i

]

f

t

f

ь t

I

1 «

£е>оЗ-/1

. 9 fflV

Содержание диссертации, доктора технических наук, Тациенко, Виктор Прокопьевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА РАЗРАБОТКИ ПОЛОГИХ И НАКЛОННЫХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ КОРОТКИМИ ЗАБОЯМИ. ЦЕЛЬ РАБОТЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Анализ существующих систем разработки угольных месторождений короткими забоями.

1.2. Опыт внедрения короткозабойных систем отработки угольных пластов в СССР и России.

1.3. Факторы влияющие на выбор параметров технологических схем и систем разработки угольных пластов короткими забоями.

1.4. Анализ существующих методов расчета целиков.

Выводы.

1.5. Цель работы и задачи исследований.

2. КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ РАЗРАБОТКИ ПОЛОГИХ И НАКЛОННЫХ ПЛАСТОВ КУЗБАССА.

2.1. Изменчивость горно-геологических условий залегания разрабатываемых пластов Кузбасса.

2.2. Обоснование и методика типизации шахтопластов Кузбасса.

2.3. Изучение тектонической структуры массива для рационального планирования горных работ.

2.3.1. Методическое обоснование способа построения поверхностей тектонических напряжений и деформаций.

2.3.2. Планирование горных работ с учетом тектонических деформаций угольного пласта.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Научное обоснование и разработка технологических схем отработки пологих и наклонных угольных пластов короткими очистными забоями на шахтах Кузбасса"

Актуальность работы. В связи с интенсивной отработкой запасов угля с благоприятными условиями залегания удельный вес пластов со сложными горно-геологическими условиями неуклонно возрастает. Поэтому при решении задач по повышению технико-экономических показателей работы шахты необходимо учитывать этот факт и заблаговременно изыскивать эффективные способы и средства для выемки угольных пластов, залегающих в таких условиях.

В настоящее время в угольной отрасли наметились два основных направления механизированной разработки угольных пластов: 1) ведение очистных работ в длинных забоях с помощью механизированных комплексов; 2) применение выемочных машин в коротких забоях с упрощением крепления призабойного пространства.

Хотя оба эти направления являются прогрессивными, степень их освоения в угольной промышленности различна.

В данный период в России первое направление считается основным. Механизированными комплексами оборудовано значительное число лав, работающих с высокими технико-экономическими показателями. Это объясняется тем, что применение комплексов не связано с принципиальной перестройкой горного хозяйства шахт и не требует разработки и внедрения новых систем разработки. Очистная выемка ведется традиционными способами, хорошо освоенными рабочим персоналом шахт на протяжении десятков лет.

Однако область применения механизированных комплексов значительно ограничена горно-геологическими условиями разработки. Так, при малой или переменной в пределах выемочного участка мощности пласта, волнистой гипсометрии, наличии тектонических нарушений, переменном угле падения, повышенной газоносности и водообильности месторождения, слабых вмещающих породах использование комплексов становится весьма затруднительным, а показатели их работы резко снижаются.

В то же время следует отметить, что область применения технологических схем разработки пологих и наклонных угольных пластов короткими забоями, ограничивается горно-геологическими условиями в значительно меньшей степени.

Короткозабойные системы разработки отличаются низкими капитальными затратами, простой организацией и маневренностью, что позволяет совмещать их с механизированными лавами путем отработки короткими забоями всех сложных в горно-геологическом плане участков шахтного поля. При короткозабойных системах разработки пластов применяется простое технологическое оборудование, действующее как единый взаимоувязанный комплекс, обеспечивающий весь технологический процесс угледобычи.

В отечественной горной практике разработка угольных пластов корот-козабойными системами применялась в очень ограниченных объемах. Опыт отработки наклонных пластов такими системами также незначителен. Это связано с малой изученностью технологии, отсутствием специального отечественного высокопроизводительного оборудования, рациональных вариантов систем, анализа условий, определяющих область их применения.

Учитывая разнообразие горно-геологических условий залегания угольных пластов на шахтах Кузбасса, совершенствование технологических схем разработки пологих и наклонных угольных пластов короткими забоями является актуальной проблемой.

Цель работы. Разработка и научное обоснование эффективных технологических схем разработки пологих и наклонных угольных пластов в сложных горно-геологических условиях короткими очистными забоями.

Идея работы заключается в оптимизации основных технологических параметров и геомеханическом обосновании короткозабойных систем разработки угольных пластов в зависимости от горно-геологических и горнотехнических условий, выбранного способа выемки угля и средств транспорта.

В задачи исследования входят:

1. Проведение комплекса исследований по оценке горно-геологических условий разработки пологих и наклонных угольных пластов Кузбасса с разработкой методики типизации шахтопластов по изменчивости их залегания.

2. Разработка методики оценки тектонической структуры массива для рационального планирования горных работ.

3. Разработка технологических схем разработки пологих и наклонных угольных пластов короткими забоями в зависимости от выбранного способа выемки угля (буровзрывная или комбайновая) и средств его транспорта (конвейерный или скреперный) и проведение опытно-промышленных испытаний.

4. Определение оптимальных параметров буровзрывных работ на основе исследований влияния горного давления на процесс взрывного разрушения угля в коротких очистных забоях.

5. Установление оптимальных взаимосвязанных параметров камер и целиков, обеспечивающих их устойчивость и исключающих внезапное разрушение целиков в динамической форме.

6. Проведение комплекса исследований по оценке напряженного состояния угольного массива и разработка метода прогноза степени удароопас-ности отдельных участков угольных пластов в коротких очистных забоях.

7. Выбор способа и определение оптимальных технологических параметров управления горным давлением при наличии труднообрушаемых пород основной кровли в коротких очистных забоях.

8. Разработка анкерной крепи высокой несущей способности из композиционных материалов, обеспечивающей эффективное крепление подготовительных выработок в сложных горно-геологических условиях.

Методы исследований. Общей теоретической и методологической базой диссертационной работы явились научные труды отечественных и зарубежных ученых и практиков в области геотехнологии и геомеханики. При решении поставленных задач исследований использовался комплексный метод, включающий в себя аналитические исследования, экспериментальные исследования на стенде и опытно-промышленные испытания в шахтных условиях с использованием математического и физического моделирования, а также математической статистики при анализе и обобщении результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Комплексная оценка горно-геологических условий разработки угольных пластов на основе прогноза и разработанной типизации шахтопла-стов по основным горно-геологическим факторам, оказывающим отрицательное влияние на состояние подготовительных выработок, и районирования месторождения по степени тектонической сложности, а также ориентировка линии очистного забоя относительно главных осей тектонических напряжений позволяют определять рациональные параметры технологических схем подготовки и разработки шахтопластов.

2. Технологические схемы разработки пологих и наклонных угольных пластов короткими забоями в сложных горно-геологических условиях имеют преимущество перед технологией выемки угля длинными очистными забоями и позволяют существенно упростить крепление призабойного пространства и процесс управления горным давлением, что создает условия применения простого технологического оборудования, действующего как единый взаимоувязанный комплекс, обеспечивающий весь технологический процесс угледобычи.

3. Взрывание шпуровых зарядов ВВ, расположенных в зоне отжима, вследствие суммирования предразрушения угля, горного давления и разрушающего воздействия взрыва позволяет эффективно разрушать угольный пласт с уменьшением удельного расхода ВВ до 25%.

4. Определение расстояния до зоны максимума опорного давления через равные промежутки времени и средневзвешенной крепости угольного пласта, а также расчёт введённого показателя удароопасности позволяют повысить эффективность текущего контроля удароопасности угольного пласта.

5. При типизации тяжёлых кровель, повышающих удароопасность угольного пласта, необходимо выделять дополнительный подтип, учитывающий устойчивость непосредственной кровли, особенности проявления горного давления при применении механизированных крепей, структуру и строение основной кровли в зависимости от величины отношения мощности непосредственной кровли к вынимаемой мощности пласта.

6. Использование композиционных материалов на основе спирально-армированных полимерных наполнителей позволяет разрабатывать анкерную крепь с несущей способностью до 100 кН и прочностными характеристиками при растяжении и срезе в 1,7 и 1,3 раза соответственно больше, чем анкера из однонаправленных композитов с уменьшением величины ползучасти стержня анкера на 25-ь30%.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

- использованием комплекса апробированных натурных и лабораторных экспериментальных методов;

- представительным объемом экспериментальных измерений и удовлетворительной сходимостью полученных данных с результатами теоретических расчетов, стендовых и опытно-промышленных испытаний;

- методическими предпосылками работы, основанными на корректном использовании математического аппарата механики сплошных сред, математического и физического моделирования.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Для разработанных технологических схем отработки пологих и наклонных угольных пластов короткими забоями определены параметры камер и целиков с учётом размера зон возможных разрушений в краевых частях целика, т.е. предельно напряженных зон целиков — зон разрушения со стороны отработанного пространства и выработки, зависящих от глубины ведения горных работ, мощности пласта, прочности угля и схем расположения выработок.

2. Установлена зависимость производительности очистного забоя от углов встречи линии забоя с направлением осей тектонических напряжений в массиве и разработана методика оценки тектонической структуры массива для рационального планирования горных работ.

3. Установлена зависимость величины шпурового заряда ВВ от величины горного давления, модуля упругости разрушаемого угля, удельной энергии ВВ для соответствующих значений линии наименьшего сопротивления.

4. Предложена расчётная зависимость показателя удароопасности угольного пласта от расстояний до максимума опорного давления, определяемого через равные промежутки времени, средневзвешенной крепости пласта и напряжений в краевой зоне угольного массива.

5. Установленно влияние отношения мощности непосредственной кровли к вынимаемой мощности пласта в зависимости от устойчивости непосредственной кровли, особенностей проявления горного давления, структуры и строения труднообрушаемых пород основной кровли на технологические параметры управления состоянием горного массива в очистных забоях. Разработана дополнительная типизация тяжёлых кровель.

6. Установлена зависимость физико-механических свойств анкерного стержня, изготовленного из композиционного материала, от параметров его пространственной армировки и степени наполнения материала низкомодульными полимерными композитами. Разработана методика расчёта механических характеристик анкерных штанг.

Научное значение работы заключается в установлении новых закономерностей и зависимостей технико-экономических показателей разработки пологих и наклонных угольных пластов от сложности горно-геологических условий, ориентации забоев относительно направлений главных тектонических напряжений и конструктивных параметров других технических решений позволяющих научно обосновать технологические схемы разработки угольных пластов короткими очистными забоями.

Практическое значение диссертации:

1. Разработано девять технологических схем разработки пологих и наклонных угольных пластов короткими забоями, позволяющих эффективно отрабатывать запасы угля в сложных горно-геологических и горнотехнических условиях.

2. Геомеханически обоснованы размеры ярусных, подзавальных, межстолбовых и междукамерных целиков с учетом удароопасности угольных пластов Кузбасса.

3. Предложена методика типизации шахтопластов по изменчивости их залегания с учетом опасности по газодинамическим явлениям с обоснованием рациональных технологических схем очистных и подготовительных работ для удароопасных пластов позволяющих нейтрализовать природные факторы и повысить технико-экономические показатели работы шахты.

4. Созданы инженерные методы расчета параметров БВР, учитывающие влияние горного давления в коротких очистных забоях как средство разработки эффективных паспортов БВР, позволяющие снизить удельный расход ВВ до 25%.

5. Создана конструкция анкерной крепи из композиционных материалов с объемной схемой армирования и несущей способностью до ЮОкН, соответствующей работе в сложных горно-геологических условиях.

Реализация работы. Результаты работы используются при отработке пологих и наклонных пластов короткими забоями в ОАО ш/у

Физкультурник", ОАО "Шахта "Егозовская", ОАО "Шахта "Первомайская" и ОАО "Шахтоуправление "Сибирское" и вошли составной частью в "Экспериментальные технологические схемы разработки угольных пластов короткими забоями на шахтах ОАО "Северокузбассуголь" и "Инструкцию по безопасному применению технологических схем разработки пологих и наклонных угольных пластов короткими забоями", а также в "Каталог рекомендуемых способов управления геомеханическим состоянием горного массива для угольных шахт России" и "Методику оценки тектонической структуры массива для рационального планирования горных работ". Все нормативные документы согласованы в органах Госгортехнадзора РФ.

Апробация работы. Основные результаты работы в период выполнения докладывались на: научно-технической конференции института Куз-НИИШахтострой (г. Кемерово, 1983 г.); научно-практической конференции, посвященной 40-летию Кузбасского политехнического института (г. Кемерово, 1990 г.); Всесоюзной научной конференции по развитию производительных сил Сибири. Угольный комплекс, (г. Ленинск-Кузнецкий, 1990 г.); научно-технической конференции "Минеральные ресурсы рудного и нерудного сырья Сибири в XXI веке. Проблемы освоения и конкурентноспособности"^. Новосибирск, 1999 г.); научно-технических совещаниях производственных объединений "Ленинскуголь", "Беловуголь", "Северокузбассуголь" (г.г. Ленинск-Кузнецкий, Белово, Кемерово, 1983-1999 г.); научном симпозиуме "Неделя горняка - 2002" (г. Москва, 2002 г.); Международной научно-практической конференции, посвящённой 75-летию ННЦ ГП - ИГД им. А.А. Скочинского (г. Люберцы, 2002 г.); 7-й Международной выставке "MINTEK 2003" (г. Москва, 2003).

Публикации. По теме диссертации опубликовано самостоятельно и в соавторстве 30 работ, в том числе 1 монография, 3 авторских свидетельства, 1 свидетельство на полезную модель и 3 патента РФ.

Заключение Диссертация по теме "Геотехнология(подземная, открытая и строительная)", Тациенко, Виктор Прокопьевич

ВЫВОДЫ

1. Установлена зависимость физико-механических свойств анкерного стержня, изготовленного из композиционного материала, от параметров его пространственной армировки и степени наполнения материала низкомодульными полимерными композитами. Разработана методика расчёта механических характеристик анкерных штанг.

2. Использование композиционных материалов на основе спирально-армированных полимерных наполнителей позволяет разрабатывать анкерную крепь с несущей способностью до 100 кН и прочностными характеристиками при растяжении и срезе в 1,7 и 1,3 раза соответственно больше, чем анкера из однонаправленных композитов с уменьшением величины ползучести стержня анкера на 25-30 %.

3. Полученные деформационно-силовые характеристики цилиндро-клиновых резьбовых зажимов анкера на основе композиционного материала со спирально армированным наполнителем показывают, что нагрузки на стержень анкера, при которых происходит срыв или поломка зажимов составляет величину порядка 80-95 кН. Смещение испытанных зажимов относительно стержня анкера при указанном уровне нагрузки составило 12-16 мм.

4. Деформационно-силовые характеристики шестигранных клиновых зажимов анкера на основе композиционного материала со спирально армированным наполнителем зависят от длины распорного стержня так: при длине стержня меньше длины муфты несущая способность зажима составляет 72-75 кН при его смещении относительно стержня на 4-6 мм. при длине стержня, превышающей длину шестигранной муфты имеет более высокую несущую способность порядка 90-100 кН при смещении зажима 7,5-8,5 мм.

5. В процессе стендовых испытаний было установлено, что под воздействием растягивающих нагрузок армополимерный стержень удлинялся. При нагрузке 80-100 кН удлинение стержня составило около 1%, при снятии нагрузки размеры стержня возвращались к первоначальным.

6. Проведение шахтных экспериментов показало, что образцы анкеров на основе композиционного материала со спирально армированным наполнителем при их закреплении в шпуре полимерными составами на длине 0,5 м ампулами АП-470 имеют прочность закрепления порядка 100 кН, что позволяет осуществлять эффективное поддержание подготовительных горных выработок на угольных шахтах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научной квалификационной работой, в которой обобщена и решена крупная научная проблема разработки пологих и наклонных угольных пластов короткими очистными забоями, имеющая важное народнохозяйственное значение.

Основные научные и практические результаты выполненных исследований заключаются в следующем:

1. Разработано девять технологических схем разработки пологих и наклонных угольных пластов короткими очистными забоями, отличающихся средствами транспорта и способом выемки угля.

Основные технико-экономические показатели применения короткоза-бойной технологии разработки угольных пластов следующие:

- при буровзрывном способе отбойке угля суточная добыча из столба 250-300 т, производительность труда ГРОЗ 6-15 т/выход, эксплуатационные потери угля 27-40%.

- при поточной выемке угля проходческими комбайнами суточная добыча составит 500-600 т, производительность труда ГРОЗ 20-22 т/выход, эксплуатационные потери угля 25-30%.

- при выемке угля механизированными комплексами суточная добыча из короткой лавы составит 1000-1500 т, эксплуатационные потери в отрабатываемом контуре не превысят 10%.

2. Технологические схемы разработки пологих и наклонных угольных пластов короткими очистными забоями утверждены в установленном порядке, согласованы с Госгортехнадзором России и апробированы в производственных условиях ОАО ш/у «Физкультурник», ОАО ш/у «Сибирское», ОАО «Шахта им. 7 ноября» и ОАО «Шахта «Егозовская», ОАО «Шахта «Первомайская».

3. Установлено, что производительность очистного забоя зависит от углов встречи линии забоя с направлением осей тектонических напряжений. Разработана методика оценки тектонической структуры массива для рационального планирования горных работ.

4. Разработана методика типизации шахтопластов Кузбасса по горногеологическим факторам, оказывающим отрицательное влияние на состояние подготовительных выработок и учитывающая глубину разработки, изменчивость мощности пласта, угол падения пласта, дизъюнктивную нарушенность, обводнённость и поражённость пласта размывами, величину смещения пород кровли и коэффициент пучения пород, позволяющая учесть негативное влияние природных факторов на устойчивость горных выработок.

5. Для эффективного разрушения угольного пласта взрывом и горным давлением заряд ВВ необходимо располагать в пределах зоны отжима угля. В этом случае в процессе разрушения суммируется предразрушение угля, проявление горного давления и разрушающее воздействие взрыва. Получена расчётная зависимость величины шпурового заряда ВВ от величины горного давления, модуля упругости разрушаемого угля, удельной энергии ВВ для соответствующих значений линии наименьшего сопротивления. Разработана инженерная методика расчёта параметров БВР в коротких очистных забоях, позволяющая снизить удельный расход ВВ до 25%.

6. Установлен размер зон возможных разрушений в краевых частях целика, т. е. предельно напряжённых зон целиков — зон разрушения со стороны отработанного пространства и выработки, зависящей от глубины ведения горных работ, мощности пласта, прочности угля и схем расположения выработок.

7. Экспериментально исследованы и теоретически обоснованы параметры камер и целиков для технологических схем разработки пологих и наклонных угольных пластов короткими забоями, обеспечивающих устойчивость угольных целиков и камер и исключающих высокую концентрацию напряжений и динамическое разрушение целиков.

8. Разработан способ текущего контроля удароопасности угольного пласта на основе шахтных измерений расстояний до максимума опорного давления через равные промежутки времени, средневзвешенной крепости пласта и напряжений в краевой зоне угольного массива.

9. Совместно с ВНИМИ разработана дополнительная типизация тяжёлой кровли, которая выполнена с учётом устойчивости непосредственной кровли, особенностей проявления горного давления при применении механизированных крепей первого (минимального) ряда сопротивления, повышенного и высокого сопротивления, опыта применения способов разупрочнения в комплексе с механизированными крепями при различных величинах их рабочего сопротивления, прочностных свойств и строения пород основной кровли, и величины отношения мощности непосредственной кровли к вынимаемой мощности угольного пласта.

10. Разработана конструкция анкерной крепи на основе использования композиционных материалов со спирально армированным наполнителем с несущей способностью до 100 кН и прочностными характеристиками при растяжении и срезе в 1,7 и 1,3 раза соответственно больше, чем анкера из однонаправленных композитов, а также с уменьшением величины ползучести стержня анкера на 25-30%.

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора технических наук, Тациенко, Виктор Прокопьевич, Кемерово

1. Горное дело // Энциклопедический справочник. Том V. Разработка угольных месторождений подземным способом. М., Углетехиздат. 1958. 447 с.

2. Кузьмич А.С., Бетанели К.П., Бутыльков М.Н. и др. Создание шахт нового технико-экономического уровня. М., Недра, 1976. 423 с.

3. Ягнаков А.Ф., Павлов А.И. Проявление горного давления при бурошнековой выемке угля. — Технология и экономика угледобычи, 1964, № 93, с. 39-43.

4. Расчет и эксплуатационная оценка напряжения в целиках и краевой части пласта угля. — Л.: ВНИМИ, 1973.

5. Методическое пособие по определению основных параметров систем разработки с короткими забоями для пологих пластов Кузбасса. — Л.: ВНИМИ, 1965.

6. Ильштей A.M. Закономерности проявлений горного давления в лавах пологопадающих пластов каменоугольных месторождений. М., Углетехиздат. 1958. 278 с.

7. Крашкин И.С. Разработка пологих угольных пластов в неустойчивых породах. М., Недра, 1986. 207 с.

8. Бурчаков А.С. Совершенствование технологии подземной добычи угля на основе ускорения научно-технического прогресса. — Уголь, 1986, № 8, с. 21-23.

9. Бурчаков А.С., Малкин А.С., Устинов М.И. Проектирование шахт. — М., Недра, 1985.

10. Нормы технологического проектирования угольных и сланцевых шахт ВНТП-1-86. М., Центрогипрошахт, 1986.

11. Руппенейт К.В. Давление и смещение горных пород в лавах пологопадающих пластов. — М., Углетехиздат, 1957. 281 с.

12. Барановский В.И., Бесков М.И. и др. Безремонтное содержание горных выработок при разработке тонких и средней мощности угольных пластов. М., ЦНИЭИуголь, 1973. 40 с.

13. Патрушев М.А., Шевченко В.В. и др. Промышленные испытания схем проветривания с обособленным разбавлением метана по источникам его поступления в рудничную атмосферу. — Уголь, № 11, 1973, с. 58-63.

14. Коврижихин А.К., Хахалин А.П. и др. Влияние скорости подвигания очистной линии забоев на проявление горного давления. // Технология и экономика угледобычи, № 10. с. 43-51.

15. Ковачевич П.М., Федоров Н.А., Бобер Е.А. О влиянии скорости подвигания очистного забоя на проявление горного давления и рост производительности труда. — Уголь, 1966, № 9, с. 23-27.

16. Семенов Ю.А., Бекбулатов А.К. Исследования характера проявлений горного давления в зависимости от скорости подвигания очистного забоя. // Технология и экономика угледобычи, 1966, № 9, с. 28-29.

17. Дубов Е.Д. Результаты шахтных исследований работы мехкрепей и их взаимодействие с боковыми породами в условиях пологих пластов Донецкого бассейна. — В кн.: Горнорудные машины и автоматика. — М., Недра, 1967, вып. 3. С. 98-103.

18. Васильев П.В., Иванов К.И. Управление кровлей на пологих пластах. — М., Госгортехиздат, 1962. 251с.

19. Иванов К.И. О классификации способов управления кровлей при выемке угля без присутствия людей в очистном забое. // Технология и экономика угледобычи, 1962, № 8 с. 80-88.

20. Шевяков Л.Д. Разработка месторождений полезных ископаемых. — М., Углетехиздат, 1956. 766 с.

21. Давидянц В.Г. Совершенствование способов и средств управления кровлей и крепления. М., Госгортехиздат, 1961. 358 с.

22. Руппенейт К.В. Некоторые вопросы механики горных пород. — М., Углетехиздат, 1954.

23. Руппенейт К.В. Давление и смещение горных пород в лавах пологопадающих пластов. — М., Углетехиздат, 1957.

24. Каталог горно-геологических факторов, влияющих на устойчивость подготовительных выработок шахт Кузбасса. Кемерово, 1983. 70 с.

25. Малинин С.И. Геологические основы прогноза поведения пород в горных выработках. — М., Недра, 1970. 312 с.

26. Косаточкин В.И., Ларина Н.К. Строение и свойства природных углей. -М., Наука, 1975. 158 с.

27. Шульга В.Ф. О типизации шахтопластов Донбасса по пораженности их размывами. — Уголь Украины, 1983, № 1, с. 42.

28. Временное руководство по определению размеров зон тектонического влияния у разрывов и в замках складок ( применительно к Кузбассу). Л.: ВНИМИ, 1971. 27 с.

29. Методические указания по оценке разрывных нарушений на полноту выемки угля на шахтах Кузнецкого и Карагандинского бассейнов. -Л.: ВНИМИ, 1972. 45 с.

30. Панов Г.Е., Суслов В.В., Галиев Ж.У., Обухов Ю.Д. Комплексные показатели прочности пород в функции их влажности. В кн.: Проявление горного давления на увлажненных угольных пластах. — М., Недра, 1968., с. 45-48.

31. Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР. — Л.: ВНИМИ, 1978. 212 с.

32. Методика оценки тектонической структуры массива для рационального планирования горных работ. / КузПИ, Кемерово, 1989.

33. Качанов Л.М. Основы механики разрушения. — М., Наука, 1974.

34. Расчет и эксплуатационная оценка напряжения в целиках и краевой части пласта угля. Л., ВНИМИ, 1973.

35. Методические указания по выбору механизированных комплексов для отработки пологих пластов с тяжелой кровлей на шахтах Кузбасса. КузНИУИ. 1985.

36. Норматив нагрузки на очистной забой действующих шахт при различных горно-геологических условиях и средствах механизации выемки. / ИГД им. А.А. Скочинского, 1996.

37. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. / МакНИИ, 1989.

38. Руководство по эксплуатации подземных ленточных конвейеров в угольных и сланцевых шахтах. — М., 1995.

39. Основные положения по проектированию подземного транспорта для новых и действующих шахт. — М., 1986.

40. Руководство по проектированию, оборудованию и эксплуатации канатной откатки вспомогательных грузов в участковых выработках шахт./ КузНИУИ, 1992.

41. Попов С.Ф., Пучков М.М., Лаврухина Л.Я. Современная технология высокопроизводительной отработки угольных пластов в сложных горногеологических условиях./ Научные сообщения ИГД им. А.А.Скочинского 322/2002, с.73-82.

42. Христианович С.В., Кузнецов С.В. О напряженном состоянии горного массива при проведении очистных работ. "Тр. Всес. ин-та горн, геомехан. и маркшейд. дела", 1965, сб. 59.

43. Цимбаревич П.М., Трумбачев В.Ф. Вопросы горного давления в очистной выработке горизонтального или пологопадающего тонкого или среднего угольного пласта при работах с обрушением. Научн. отчет ИГД им. А.А. Скочинского. — М., 1951.

44. Цимбаревич П.М., Фаерман Е.М., Радомский В.И. Лабораторное исследование механизма перехода угля из объемного в двухосное напряженное состояние. Отчет ИГД АН СССР. — М., 1952.

45. Цимбаревич П.М., Трумбачев В.Ф. Вопросы опорного давления в очистной выработке на пологом падении или горизонтальном залегании тонкого или среднего угольного пласта. Отчет ИГД АН СССР. — М., 1950.

46. Либерман Ю.М. К вопросу об опорном давлении впереди очистного забоя. Сб. "Физико-мех. свойства, давление и разрушение горных пород", вып. 1, Изд. АН СССР. М.,1962.

47. Надирашвили Н.Р. Исследование напряженного состояния рудного массива в зоне влияния очистных работ на примере разработки Чиатурского месторождения марганца. Автореф. канд. дисс., Тбилиси, 1968.

48. Баклашов И.В., Картозия Б.А. Механические процессы в породных массивах. М., Недра, 1986. 272 с.

49. Руппенейт К.В., Либерман Ю.М. Введение в механику горных пород. М., Госгортехиздат, 1960.

50. Савин Г.Н. Распределение напряжений около отверстий. — М., Недра, 1968.

51. Филоненко-Бородич М.М. Механические теории прочности, МГУ,1961.

52. Либерман Ю.М. Давление на крепь капитальных горных выработок. М., Наука, 1969.

53. Картозия Б.А. Натурные методы исследования механических процессов в массивах горных пород, МГИ, 1980.

54. Мостков В.М. Подземные сооружения большого сечения. М., Недра, 1974.

55. Авершин С.Г., Петухов И.М., Розов Б.В., Будков В.Е. Борьба с вредным влиянием горных ударов на шахтах СССР. Уголь, №8,1962.

56. Бобылёв А.П., Харченко В.А. Исследование зависимости отжима угля от зависающей консоли пород кровли. Уголь, №7, 1966.

57. Сибех В. Горное давление и деформация в слабых горных породах. /РАДА ТВ, 75, №7, 1965.

58. Крашкин И.С. Деформация покрывающих пород угольного пласта и изменение нагрузок на крепь впереди забоя при работе комплекса. «Тула», Сб.научн.тр. Подмоск.н.-и. и пр.-констр.угольн.ин-та», вып. 10, 1966.

59. Кучерский J1.B. Проявление горного давления в лавах шахт Кизи-ловского бассейна. Уголь, №3, 1963.

60. Игнатьев А.Д., Сорокин И.П., Чижиков А.В. Отжим угля в очистном забое. Сб. «Горные машины и автоматика», вып.6 (63), 1965, М., ЦНИИ-ТЭИуголь.

61. Игнатьев А.Д., Образцова Н.М. Исследование напряжённого состояния и характер разрушения угольного массива в очистном забое. Сб. №Технология и экономика угледобычи», №1 (107), 1966.

62. Берон А.И., Казанский А.С., Лейбов Б.М., Позин Е.З. Резание угля. М., Госгортехиздат, 1962.

63. Бобылёв А.П., Харченко В.А. Исследование влияния производственно-технических факторов на отжим угля в очистных забоях при струговой выемке. Уголь, №9, 1965.

64. Григорьев В.Л., Гендель К.К. Особенности разработки пластов на глубоких горизонтах шахт комбината «Воркутауголь». Уголь, №3, 1966.

65. Зурабишвили И.И. Подземная разработка марганцевых месторождений. Тбилиси, 1963.

66. Игнатьев А.Д., Северьянов А.Н., Чижиков А.В. Ослабление угольного массива в очистных выработках с анкерной крепью. Сб. «Технология и экономика угледобычи», 1966, №5 (111), М., ЦНИИТЭИугля.

67. Илыитейн A.M., Трумбачёв В.Ф. Исследование закономерностей проявления горного давления при новых технологических схемах угледобычи камерно-столбовой системой разработки. Научный отчёт ИГД имюА.А.Скочинского, 1962, инв.№3992.

68. Лукьяненко А.Г., Мазуренко В.В. Особенности проявления отжима угля в очистных забоях шахт Сучанского месторождения. «Тр. И.-и. Ин-та горн.геомех. и маркшейд.дела», сб. 53, 1964.

69. Разрушение горных пород проходческими комбайнами. /Отв.ред. Л.И.Барон. — М., Наука, 1973, 172 с.

70. Барон Л.И. и др. Разрушение горных пород проходческими комбайнами. М., Наука, 1977, 150 с.

71. Киттель Ч. Введение в физику твёрдого тела. Изд.физ.-мат.литературы, М., 1962.

72. Епифанов Г.И. Физика твёрдого тела. Изд. «Высшая школа», М.,1965.

73. Жданов Г.С. Физика твёрдого тела. Изд. МГУ, 1961.

74. Уэрт Ч., Томсон Р. Физика твёрдого тела. Изд. «Мир», 1966.

75. Карев М.А. Металлы под высоким давлением. Изд. «Знание», М.,1967.

76. Френкель Я.И. Теория твёрдых и жидких тел. ГТТИ, Лен.-Москва,1934.

77. Воронов П.И. Основы физики горных пород. Моск.ин-т радиоэлектроники и горн.электромеханики, М., 1965.

78. Гончарова В.А. Исследование упругих характеристик некоторых твёрдых тел, обнаруживающих полиморфное превращения, до 20 кбар. Авто-реф. Канд.дисс. ИК АН СССР, М., 1969.

79. Коняшин Ю.Г. О некоторых особенностях динамических и статических способов разрушения горных пород. Научн.труды КНИУИ, вып14, 1964.

80. Коттрел А. Дисслокации и пластическое течение в кристаллах. М.,1957.

81. Халл Д., Нобель Ф. Косвенные методы определения зависимости скорости дислокаций от напряжения. /Mininq, 1964, 165, №6.

82. Смирнов Б.И. Плотность дислокаций и напряжения деформирования поликристаллов железа и вольфрама. «Физ.металлов и металловедение», 1965,20, №4.

83. Рябинин Ю.Н. О некоторых опытах по динамическому сжатию вещества. ЖТФ, 1956, т.26, №12.

84. Ван Цзи-де. Прикладная теория упругости. М., Физ.мат. лит-ры,1959.

85. Ван Бюрен. Дефекты в кристаллах. Ин.лит., М., 1962.

86. Журков С.Н., Нарзулаев Б.Н. Временная зависимость прочности твёрдых тел. МТФ, т.23, вып. 10 (1953).

87. Журков С.Н., Санфирова Т.П. Связь между прочностью и ползучестью металлов и сплавов. ЖТФ, т.», вып.8 (1958).

88. Журков С.Н., Томашевский Э.В. Временная зависимость прочности при различных режимах нагружения. Сб. «Некоторые проблемы прочности твёрдого тела», Изд. АН СССР, 1959.

89. Мотт Н., Герни Р. Электронные процессы в ионных кристаллах. Изд.инстр. лит-ры, М., 1950.

90. Твёрдые тела под высоким давлением. Сб.н.тр. под ред. В.Пол, Д.Варшауэр. М., «Мир», 1966.

91. Френкель Я.И. Введение в теорию металлов. Изд. Физ.мат лит-ры. М., 1958.

92. Фейнман Р. Физика сплошных сред. Т.7, М., «Мир». 1966.

93. Треффц Е. Математическая теория упругости. ОНТИ-ГТТИ, М.,1934.

94. Пановко Я.Г. Введение в теорию механических колебаний. М, Наука, 1991.

95. Лоусон А. Давление как параметр в физике твёрдого тела под высоким давлением. М., «Мир», 1966.

96. Кауфман JI. Фазовые равновесия и превращения в металлах под давлением. /Сб. Твёрдые тела под высоким давлением, М., «Мир». 1966.

97. Надаи А. Пластичность и разрушение твёрдых тел. М., «Мир»,

98. Барон А.Е., Чирков С.Е. Исследование прочности горных пород в условиях трёхосного неравномерного сжатия. / ИГД им. А.А.Скочинского, №61, 1969.

99. Баум Ф.А., Станюкевич К.П., Шехтер Б.И. Физика взрыва. М., Физ-матгиз,1959.

100. Биркгоф Г. Гидродинамика. М., ИЛ., 1959.

101. Надгорный Э.М., Смирнов Б.И. О связи подвижности дислокаций с механическими характеристиками кристаллов. ФТТ, №7, 1966.

102. Бриджмен П.В. Исследование больших пластических деформаций и разрыва. М., ИНО, 1965.

103. Витман Ф.Ф., Златин Н.А. Сопротивление деформирования металлов при высоких скоростях. ЖТФ, 1949, T.XIX, вып.З.

104. Левин Б.Л. Влияние горного давления на эффективность коротко-замедленного взрыва в лавах. /Сб. «Взрывное дело» №59/16. М., Недра 1966.

105. Махин П.А., Карчевский В.К. Вопросы новой теории разрушения горных пород взрывом. ФТПР №3, 1965.

106. Пашков П.О. О самопроизвольном разрушении при деформации твёрдых тел. ПМТФ, №9, 1963.

107. Ханукаев А.Н. Энергия волн напряжений при разрушении пород взрывом. М., Гозгортехиздат, 1962.

108. Суханов А.Ф., Кутузов Б.Н. Разрушение горных пород взрывом. М., Недра, 1983.

109. Власов О.Е. Основы теории действия взрыва. М., Физматгиз, 1967,205 с.

110. Баум Ф.А. Процессы разрушения горных пород взрывом. /Сб. «Взрывное дело», №75/32, 1975.

111. Зельдович Я.Б. Теория детонации. М., Наука, 1963, 155 с.

112. Яковлев Ю.С. Гидродинамика взрыва. М., Судпромгиз,1961, 260 с.

113. Эмонс Г. Основы газовой динамики. М., Наука, 1963, 155 с.

114. Миндели Э.О. Буровзрывные работы при проведении горных выработок. М., Недра, 1970,489 с.

115. Миндели Э.О., Кусов Н.Ф. и др. Комплексное исследование действия взрыва в горных породах. М., Недра, 1978, 250 с.

116. Адушкин В.В. Лабораторное моделирование взрывов на выброс. /Использование взрыва в народном хозяйстве, «Наукова думка». Киев, 1970, ч.З, с. 3-14.

117. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Механика сплошных сред. М., Госгор-техиздат, 1954.

118. Радионов В.Н. и др. Исследование развития полости при камуф-летном взрыве. В кн. «Взрывное дело» №64/21, Недра, М., 1968.

119. Борисов А.А. Механика горных пород и массивов. М., Недра,1980.

120. Власов. О.Е. Основы теории действия взрыва. М., Недра, 1980.

121. Садовский М.А. и др. Моделирование крупных взрывов на выброс. -ДАН, 1966, 167 с.

122. Ржевский В.В. Физико-технические параметры горных пород. —М., Наука, 1975.

123. Берон А.Е., Чирков Е.Е. Исследование прочности горных порд. / ИГД им. А.А.Скочинского, № 61, 1969.

124. Руководство по ведению взрывных работ на угольных шахтах. / ИПКОН.-М., 1996.

125. Малахов А.Н. Разработка способа отработки крутых пластов на основе применения подземных массовых взрывов./ Авт. канд. диссертации. — М., 2001.

126. Феллер В. Введение в теорию вероятностей и ее приложения в 2 т. — М., Мир, 1987.308 с.

127. Корн Г. Справочник по математике для научных работников и инженеров. — М., Наука, 1968. 720 с.

128. Инструкция по геологическим работам на угольных месторождениях РФ. Л., ВНИМИ, 1993. 142 с.

129. Инструкция по безопасному ведению горных работ на шахтах, разрабатывающих пласты, склонные к горным ударам. — Л., ВНИМИ, 1988. 119 с.

130. Расчет и эксплуатационная оценка напряжений в целиках и краевой части пласта угля. Л., ВНИМИ, 1973.

131. Методическое пособие по определению основных параметров систем разработки с короткими забоями для пологих пластов Кузбасса. — Л., ВНИМИ, 1965.

132. Баклашов И.В., Картозия Б.А. Механические процессы в породных if массивах. -М., Недра, 1986.

133. Ставрогин А.Н., Тарасов Б.Г. Экспериментальная физика и механика горных пород. Сп., Наука, 2001.- 343 с.

134. Ставрогин А.Н., Протосеня А.Г. Прочность горных пород и устойчивость горных выработок на больших глубинах. — М., 1985. 271 с.

135. Ершов Л.В., Максимов В.А. Введение в механику горных пород. — М., Недра, 1976.

136. Шемякин Е.И. О паспорте прочности горных пород. Новосибирск,

137. Борисов А.А. Механика горных пород. — Л., ЛГИ. 1968.

138. Методика расчета целиков различного назначения./ Проект ВНИ1. МИ.

139. Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР. — JL, ВНИМИ, 1978.

140. Справочное пособие для служб прогноза и предотвращения горных ударов на шахтах и рудниках. — М., Недра, 1995. 239 с.

141. Патент РФ. № 1797668. Способ текущего контроля удароопасности горных выработок // Егоров П.В.,Тациенко В.П. и др. бюл. № 7 23.02.93.

142. Инструкция по безопасному ведению горных работ на шахтах, разрабатывающих пласты, склонные к горным ударам. — Л., ВНИМИ, 1988. 119 с.

143. Шиканов А.И., Антонов И.П., Тациенко В.П. Особенности проявления горного давления в выработках при вторичных осадках кровли // Куз-ПИ, Кемерово, 1989. с. 49-53.

144. Егоров П.В. и др. Переход передовых выработок на пластах с труднообрушаемой кровлей // Управление состоянием массива горных пород. Сб. научн. трудов, Асс. "Кузбассуглетехнология, Кемерово, 1990. с. 1114.

145. Инструкция по выбору способа и параметров разупрочнения кровли на выемочных участках. — Л., ВНИМИ, 1982. 120 с.

146. Слесарев В.Д. Механика горных пород. — М., Углетехиздат, 1948.

147. Колесов О.А., Стикачев В.И. Камуфлетное взрывание скважинных зарядов при передовом торпедировании. БТП, 1983, № 9 с.39-40.

148. Фрегер Г.Е., Карвасарская Н.А., Киреев И.Ю. Основные проблемы механики спирально-анизотропных сред / Механика композитных материалов. Рига: Зинатне. - 1990. - № 4. - С.615-620.

149. Фрегер Г.Е. Напряженно-деформированное состояние спирально армированных композитов при трансверсальном нагружении / Механика композитных материалов. — Рига: Зинатне. — 1983. № 6. — С.989-995.

150. Фрегер Г.Е., Кац M.JL, Игнатьев Б.Б. Исследование напряженного состояния армированных материалов с малым наполнением / Прикладная механика, T.XVI. -Киев: № 7. 1980. - С.132-137.

151. Фрегер Г.Е. Исследование напряженного состояния спирально армированного композита при сдвиге. — Киев: Проблемы прочности. — 1982. -№ 11.-С.116-119.

152. Фрегер Г.Е., Игнатьев Б.Б. Исследование структуры и механических свойств углепластика на основе спирально армированного наполнителя / Механика композитных материалов. — Рига: Зинатне. 1984. - № 3. — С.397-401.

153. Фрегер Г.Е., Игнатьев Б.Б., Чесноков В.В. и др. Термические напряжения в стержневых изделиях из композитов, изготовленных методом спиральной обмотки / Механика композитных материалов. — Рига: Зинатне. — 1987. № 2. - С.305-309.

154. Карвасарская Н.А., Фрегер Г.Е. Оптимизация гибридных спирально анизотропных композитов / Механика композитных материалов. — Рига: Зинатне. 1990. - № 5. - С.812-816.

155. Добровольский А.К., Протасов К.Г., Пискунов Н.В. Сопротивление поперечно-сшитых стеклопластиков межслойному сдвигу. //Применение пластмасс в машиностроении. — М.: МВТУ им.Баумана. №5. — с. 20-25.

156. Добрынин С.В. Моделирование процессов деформирования и разрушения полимерных композитных материалов с учётом особенностей структуры и режимов нагружения. //Заводская лаборатория. — 1991. №1. — с.43-46.

157. Егоров JI.A., Тюрин А.А., Миткевич А.Б. Модель фильтрации связующего на этапе намотки композита. // Механика композитных материалов. 1987.-№6.-с. 127-129.

158. Есаков А.А., Астраханцев А.Л., Крыжановский В.Б., Капуста И.Ф. Некоторые особенности отвержения стеклопластиковых профелей большого сечения. //Электротехническая промышленность. — 1981. -№7. — с. 1-2.

159. Ефименко А.А., Лепешкин B.C., Горожаев Ф.Г. Проведение и ремонт выработок с применением технологии упрочнения углепородных массивов. //Уголь. 1989. -№11.- с.20-24.

160. Фрегер Е.В., Джигрин А.В., Тациенко В.П. Спирально армированные композиционные анкера. М: Изд. ННЦГП-ИГД им. А.А.Скочинского, 2001.-179 с.

161. Оценка горно-геологических условий поддержания пластовых подготовительных выработок