Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Обоснование параметров короткозабойной технологии отработки крутых угольных пластов с управлением кровлей закладкой литыми твердеющими смесями на бесцементной основе

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

Автореферат диссертации по теме "Обоснование параметров короткозабойной технологии отработки крутых угольных пластов с управлением кровлей закладкой литыми твердеющими смесями на бесцементной основе"

На правах рукописи

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ КОРОТКОЗАБОЙНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ОТРАБОТКИ КРУТЫХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ С УПРАВЛЕНИЕМ КРОВЛЕЙ ЗАКЛАДКОЙ ЛИТЫМИ ТВЕРДЕЮЩИМИ СМЕСЯМИ НА БЕСЦЕМЕНТНОЙ ОСНОВЕ

Специальности 25.00.22 - Геотехнология (подземная, открытая и

строительная) 25.00.20 - Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новокузнецк 2004

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Министерства образования Российской Федерации «Сибирский государственный индустриальный

университет»

Научный руководитель- профессор, доктор технических наук

Сухорукое Владимир Афанасьевич

Официальные оппоненты- профессор, доктор технических наук

Разумняк Николай Леонтьевич

профессор, доктор технических наук Рыжков Юрий Александрович

Ведущее предприятие: Закрытое акционерное общество

Кузбасский научно-исследовательски и угольный институт (КузНИУИ)

Защита состоится 11.03.2004 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212.252.03 в ГОУ ВПО Министерства образования Российской Федерации «Сибирский государственный индустриальный университет» по адресу 652000 г. Новокузнецк, пр-т Бардина 26, ауд. ЗП. Факс (8 - 3843)46-57-92, Е - mail: step @ sibgiu.kemerovo. su.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета

Автореферат разослан 10 февраля 2004г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук ( СЖ^ / А.Н. Домрачев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. До 98% подземной добычи угля в Прокопьевске— Киселевском районе Кузбасса осуществляется системами разработки* с полным обрушением-пород кровли, характеризующихся низким (0,5 — 0,6) коэффициентом извлечения угля, вследствие чего возникло почти 300 эндогенных пожаров. Из-за отсутствия эффективных технологий отработки крутых пластов, в том числе под охраняемыми объектами, в охранных целиках на действующих горизонтах тахт законсерЕчровано 312,9 млн. тугля. Необходимость снижения эндогенной пожароопасности, увеличения коэффициента извлечения угля, отработки законсервированных запасов, повышения экологической безопасности угольных регионов подтверждает необходимость создания новых систем разработки, в том числе с закладкой выработанного пространства. Одной из перспективных технологий, применяемой при разработке месторождений полезных ископаемых осадочного типа, является короткозабойная с закладкой. Применение этой технологии с закладкой твердеющими смесями обуславливает высокую степень ее адаптивности к различным горно — геологическим условиям, в том числе и при разработке крутых угольных пластов, обеспечивает снижение негативных явлений, характерных для систем разработки с обрушением кровли. В рудной промышленности уже имеется положительный, опыт отработки месторождений ценных полезных ископаемых, в том числе и под охраняемыми объектами, короткозабойной - технологией с закладкой выработанного пространства литыми твердеющими смесями на цементной основе. Проведены исследования рациональных параметров очистных забоев, характеристик» закладочных массивов из цементных смесей. Однако, в связи с высокой стоимостью цемента, составы таких смесей не нашли широкого применения. В ИГД СО РАН разработан вариант короткозабойной технологии отработки крутых угольных пластов с гидравлической закладкой выработанного пространства, однако параметры. закладочных массивов не позволили производить отработку запасов угля под охраняемыми объектами. На основании опыта отработки крутых пластов короткими забоями и результатов исследований, проведенных КузНИУИ, ИГД им. А.А. Скочинского, ВНИМИ, разработаны и внедрялись различные варианты технологических схем выемки угля камерной системы разработки с закладкой выработанного пространства в условиях Прокопьевско - Киселевского месторождения, однако, из — за отсутствия обоснованных оптимальных параметров технологии, несовершенства- технологии приготовления твердеющих смесей на цементной основе, результаты опытно - промышленных испытаний этих вариантов не всегда были положительными. Одним из направлений устранения этого недостатка является

СОС.,НЛЦ1101 БИБЛНО

СПетсрС 05 КЭ-!

забоев при управлении кровлей закладкой твердеющими смесями в зависимости от типов кровель по устойчивости.

Таким образом, обоснование параметров короткозабойной технологии отработки крутых угольных пластов с управлением кровлей закладкой литыми твердеющими смесями на бесцементной основе является актуальной научной задачей в угольной отрасли.

Цель работы. Обосновать параметры короткозабойной технологии отработки крутых угольных пластов средней мощности и мощных с литой твердеющей закладкой на бесцементной основе, обеспечиьающих расконсервацию и эффективную отработку запасов угля в охранных целиках.

Идея работы. Использование комплексного критерия адаптивности для обоснования соответствия типа кровель по устойчивости и параметров короткозабойной технологии и закладочных массивов из литых твердеющих смесей для эффективной отработки крутых угольных пластов.

Задачи исследований:

- разработать рецептуру приготовления литых твердеющих смесей из отходов промышленных производств для условий отработки крутых пластов с управлением кровлей закладкой;

- разработать методику подбора материалов-эквивалентов литых твердеющих смесей на бесцементной основе для физического моделирования процессов деформирования пород кровли пласта в коротких очистных забоях;

- определить в натурных условиях прочностные и компрессионные характеристики закладочных массивов из литых твердеющих смесей на бесцементной основе;

- установить характер и закономерности деформирования пород кровли различных типов устойчивости в очистных забоях при управлении кровлей твердеющей закладкой на бесцементной основе;

- обосновать рациональную область применения короткозабойной технологии отработки крутых угольных пластов с литой твердеющей закладкой на бесцементной основе.

Методы исследований. - лабораторных исследований для разработки рецептуры составов литых твердеющих смесей на бесцементной основе, натурных экспериментов, физического моделирования закономерностей деформирования пород кровли в очистных забоях, математической статистики для обработки результатов исследований, лабораторных и натурных экспериментов для обоснования параметров очистных забоев при управлении кровлей литой закладкой на бесцементной основе.

Научные положения, выносимые на защиту: - рецептуры составов литых твердеющих смесей, обеспечивающие прочностные и компрессионные характеристики, адекватные характеристикам* смесей на цементной основе;

- материалы - эквиваленты литых твердеющих смесей на бесцементной основе при физическом моделировании по характеристикам соответствуют натурным смесям в месячном возрасте с учетом критерия кинематического подобия;

- соответствие прочности закладочных массивов из литых твердеющих смесей на бесцементной основе в месячном возрасте в шахтных условиях и кубиковой прочности составов;

- зависимость величин смещения пород кровли в очистных забоях от типов кровли по устойчивости и ширины очистного забоя, оптимальный вариант технологии отработки очистных забоев — двухстадийная отработка с возведением искусственных целиков из литых твердеющих смесей на бесцементной основе шириной, равной ширине очистных забоев;

- область применения короткозабойной технологии отработки крутых угольных пластов с литой твердеющей закладкой на бесцементной основе регламентируется требованиями к допустимым деформациям подрабатываемых объектов, уровню эксплуатационных потерь угля.

Достоверность научных положений, выводов, рекомендаций сформулированных в работе обеспечивается и подтверждается:

- соответствием параметров литых твердеющих смесей из отходов промышленных производств характеристикам цементных смесей;

- достаточным объемом лабораторных исследований, проведенных на 25 физических моделях;

- высоким (0,82 — 0,90) коэффициентом корреляции при статистической обработке зависимостей деформаций пород в очистных забоях от времени обнажения, полученных в результате лабораторных и натурных экспериментов;

- положительным опытом использования литых твердеющих смесей на бесцементной основе для закладки выработанного пространства при расконсервации запасов в охранном целике в условиях ОАО «Шахта Коксовая».

Научная новизна заключается в:

- оригинальности рецептур литых твердеющих смесей из отходов промышленных производств, отличающихся параметрами, соответствующими параметрам литой твердеющей закладки на цементной основе;

- зависимости максимальных пролетов очистных забоев от предельных деформаций для соответствующих типов пород кровли по устойчивости;

обосновании параметров и области применения технологической схемы отработки крутых угольных пластов средней мощности и мощных в охранных целиках и опасных по эндогенным пожарам с управлением кровлей закладкой литыми твердеющими смесями на бесцементной основе.

Личный вклад автора состоит в: - анализе характеристик отходов промышленных производств и разработке рецептур литых твердеющих смесей на бесцементной основе (исследовано 96 составов);

- разработке и реализации методики подбора материалов — эквивалентов литых твердеющих смесей на бесцементной основе для физического моделирования процессов деформирования пород в коротких очистных забоях;

- проведении лабораторных и натурных экспериментов по определению прочностных и компрессионных характеристик литых твердеющих смесей на бесцементной основе;

- обосновании рациональных технологических схем отработки очистных забоев и области их применения для отработки крутых угольных пластов Прокопьевске - Киселевского района Кузбасса с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями на бесцементной основе.

Практическая ценность работы заключается в том, что полученные результаты позволяют использовать разработанные рецептуры литых твердеющих смесей из отходов промышленных производств для проектирования технологии отработки крутых угольных пластов средней мощности и мощных в охранных целиках под охраняемыми объектами любой категории охраны, возведения противопожарных перемычек и барьерных целиков, возведения изоляционных перемычек при ликвидации шахт, снижения экологической нагрузки на окружающую среду за счет утилизации отходов промышленных производств, увеличения срока службы угледобывающих предприятий за счет расконсервации запасов угля в охранных целиках на действующих горизонтах и снижения затрат на вскрытие и подготовку новых горизонтов.

Реализация работы. Рекомендации, разработанные в работе, приняты за основу при проектировании горных работ по расконсервации запасов угля в охранном целике под подъездные пути станции Прокопьевск и электрофицированную железную дорогу в объеме 2,0 млн. т. С применением рекомендованных в работе рецептур литых твердеющих смесей на бесцементной основе отработаны запасы угля в охранном целике под обогатительную фабрику «Коксовая» в объеме 380 тыс т. Результаты исследований > частично использованы при разработке методических указаний «Расчет анкерных крепей при отработке крутых пластов с закладкой», 2000 г; учебных пособий «Утилизация отходов добычи и переработки угля», 2000г, «Сопряжение лава — штрек на крутом падении», 2000г., применяемых в учебном процессе Сибирского государственного индустриального университета.

Апробация работы. Основное содержание работы, а также отдельные результаты исследований, обсуждались и были одобрены на техническом совете ОАО «Шахта Коксовая», на семинарах кафедры разработки пластовых месторождений СибГИУ, Международной конференции «Нетрадиционные интенсивные технологии разработки

.полезных ископаемых» (Новокузнецк, 1999г.), Всероссийской научно -практической конференции по проблемам электроснабжения и электросбережения на горнорудных и металлургических предприятиях Кузбасса (Новокузнецк, 2000 г.), 7 Международной научно - практической конференции по перспективам горнодобывающей промышленности в III тысячелетии (Новокузнецк, 2000 г.).

Публикации. По результатам исследований опубликовано девять печатных работ, отражающих основное содержание диссертационной работы.

Объем работы Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, заключения; изложена на 147 страницах машинописного текста, содержит 48 рисунков, 14 таблиц, список литературных источников из 116 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе приведены результаты анализа применения вариантов короткозабойной технологии при подземной разработке полезных ископаемых осадочного типа, обоснована актуальность научной работы, сформулированы цель и задачи исследований.

В зависимости от горно — геологических условий залегания полезных ископаемых в горной практике широко применяются камерная, камерно — столбовая, этажно — камерная системы разработки с буровзрывной и механизированной выемкой. Управление кровлей осуществляется как закладкой выработанного пространства, так и полным обрушением кровли, причем доминирующее положение занимают системы разработки с обрушением кровли, которые характеризуются большими эксплуатационными, потерями, высокой эндогенной пожароопасностью, низкой устойчивостью подготовительных выработок в зонах влияния очистных работ, большими деформациями поверхности, требующих переноса подрабатываемых объектов.

С ростом глубины разработки и увеличением проявлений горного давления появляется необходимость перехода на управление кровлей полной закладкой, что позволяет снизить эксплуатационные потери полезных ископаемых, расконсервировать запасы в охранных целиках, снизить пожароопасность и повысить безопасность горных работ. Одним из видов закладки, применяемой в рудной "промышленности, является закладка литыми твердеющими смесями на цементной основе.

Крупный вклад в создание и внедрение эффективных технологий отработки угольных пластов, определение геомеханических параметров технологий угледобычи внесли: К.А. Ардашев, Р.А. Бирюков, А.А. Борисов, Б.В. Власенко, Г.И. Грицко, П.В. Егоров, Л.А.Зиглин, Г.Н. Кузнецов, Г.И. Кулаков, В.Н. Кулаков, М.В. Курленя, А.В. Леонтьев, В.И. Мурашев,- Н.Л. Разумняк, Ю.А. Рыжков, С.Г. Скопин, А.Г. Фролов, А.Ш. Флейшман, В.Н. Фрянов, И.А. Файнер, В.В. Хан, Н.И. Шадрин, Е. И. Шемякин, В.М. Шик, и др.

На основе разработанных этими авторами технологических и технических решений проведена расконсервация запасов угля в охранных целиках Прокопьевско - Киселевского района Кузбасса с применением систем разработки с гидравлической закладкой. Закладочные массивы из мелкодробленых горелышков (класс 0-10 мм) и крупнодробленых коренных пород (класс 0-60 мм) имеют усадку 17-28%, что не позволяет производить выемку угля под объектами высокой категории охраны на небольших глубинах. Альтернативой являются твердеющие смеси на основе цемента. Они имеют высокие компрессионные свойства (усадка до 4-5%), обладают высокой прочностью на одноосное сжатие (до 4-5 МПа). Однако, применение этих цементных смесей увеличивает себестоимость добываемого полезного ископаемого.

Угледобывающие регионы характеризуются наличием большого количества отходов промышленных производств, добычи и переработки угля, что оказывает негативное влияние на состояние окружающей среды. Для снижения экологической нагрузки на окружающую среду необходимо проведение мероприятий по утилизации отходов. В связи с этим, исследования по разработке новых составов литых твердеющих смесей, где в качестве компонентов используются отходы промышленных производств для закладки выработанного пространства являются своевременными и актуальными для угольной отрасли.

Во второй главе приведено методическое обеспечение лабораторных и натурных исследований основных параметров короткозабойной технологии отработки крутых угольных пластов с литой твердеюигей закладкой на бесцементной основе. Произведен анализ физико — механических свойств и химического состава отходов промышленных производств. В качестве компонентов составов литых твердеющих смесей на бесцементной основе приняты: вяжущее -нефелиновые шламы (отходы глиноземного производства), золы -уноса от сжигания бурых углей; ускоритель твердения - фторогипс, хлорид сульфат теосульфат натрия (отходы химического производства); наполнители — золошлаковые отходы, шахтные породы, перегоревшие породы шахтных отвалов. На основе этих компонентов разработаны рецептуры составов литых твердеющих смесей на бесцементной основе, имеющие прочностные характеристики, адекватные характеристикам смесей на цементной основе (рис. 1).

Для физического моделирования процессов деформирования пород в коротких очистных забоях подобраны материалы — эквиваленты литой твердеющей закладки на бесцементной основе, представляющие собой гипсопесчаные смеси добавлением табачной пыли. Испытания материалов - эквивалентов твердеющих смесей на бесцементной основе показали, что их прочностные свойства в 3 суточном возрасте близки к характеристикам натурных смесей в 18 суточном возрасте, а в 5 суточном возрасте соответствуют натурным материалам в месячном возрасте. Физическое моделирование процессов деформирования пород кровли

Рисунок I- Прочностные свойства составов литых твердеющих смесей на бесцементной основе при рецептурах: 1- зола уноса-300 кг/м3, нефелиновый шлам—200 кг/м3, граншлак-1000 кг/м3, ХСТН-30 кг/м3, вода — 450—500 кг/м3; 2 - нефелиновый шлам - 550 кг/м3, граншлак - 1310 кг/м3, фторогипс — 58 кг/м3, вода — 600 кг/м3; 3 — нефелиновый шлам - 600 кг/м3, топливные шлаки -600 кг/м3, фторогипс — 130 кг/м3, вода — 600 кг/м3; 4 — нефелиновый шлам 400 кг/м3, золошлаковые отходы ТЭЦ - 850 кг/м3, фторогипс-210кг/м3, вода-480кг/м3

в очистных забоях, при закладке выработанного пространства литыми твердеющими смесями на бесцементной основе производилось на моделях из эквивалентных материалов с соблюдением условий подобия. В качестве эквивалентных материалов для типовых кровель угольных пластов, почвы пластов использовались гипсобетоны, наиболее близкие соответствующим натурным горным породам но сцеплению, углу внутреннего трения, модулю упругости. Для определения прочностных свойств закладочных массивов из литых твердеющих смесей на бесцемеьтной основе в шахтных условиях применялся экспрессметод (прочностномером П-1), испытания выбуриваемых кернов и образцов-кубиков литой твердеющей закладки производились согласно ГОСТ 10180-90.

С целью обоснования и выбора оптимального варианта схемы отработки очистных забоев методика предусматривала определение деформаций горного и закладочного массивов при следующих вариантах: -одностадийная (сплошная) - без оставления междукамерных

целиков;

-одностадийная с оставлением между камерных целиков; -двухстадийная с возведением «узких» искусственных междукамерных целиков;

-двухстадийная с возведением искусственных междукамерных целиков шириной равных ширине очистных забоев.

Пролеты очистных забоев определялись для каждого типа кровель пластов по устойчивости. В качестве критерия оценки устойчивости принимались предельные величины смещений пород кровли в коротких очистных забоях.

В третьей главе изложены результаты натурных исследований основных параметров закладочных массивов из литых твердеющих смесей на бесцементной основе. Обоснованы необходимые технологические требования

к закладочным массивам с учетом допустимых деформаций поверхности под объектами первой категории.

Составы литых твердеющих смесей на основе зол - уноса с наполнителями из гранулированного шлака Западно-Сибирского металлургического комбината, горелых шахтных пород применялись для закладки выработанного пространства при отработке пласта Горелого «0» крыла «север» с квершлага №52 в охранном целике под железную дорогу МГТС, комплекса упрочненной закладки и другие объекты в условиях ОАО «Шахта Коксовая».

По результатам натурных исследований параметров закладочных массивов установлено, что прочность массивов составляла в 3, 7, 14, 28 -суточном возрасте соответственно 0,1-0,4; 0,4-1,0; 2,0-4,4; 5,5-6,8 МПа. При вскрытии вертикальные обнажения устойчивы, массив представляет собой монолит. Силы сцепления с породами кровли и почвы пласта 24-40 кН/м2, величины смещений потолочины составляли 20-25 мм при времени

обнажения массива в течение 30-35 суток. Прочностные свойства закладочных массивов отличались от прочностных свойств составов, определенных в лабораторных условиях в 1,10-1,15 раза. Составы литых твердеющих смесей на основе нефелиновых шламов с наполнителем из топливных шлаков, горелых шахтных пород использовались на шахте «Коксовая» для закладки выработанного пространства при отработке наклонными слоями пласта IV Внутреннего в охранном-целике под обогатительную фабрику «Коксовая». Натурные измерения прочностных и компрессионных свойств из этих смесей показали, что прочность закладочных массивов в 3, 7, 14, 28 суточном возрасте составляла 0,1-0,2; 0,8-1,8; 5,3-6,0; 7,7- 8,0 МПа соответственно. Усадка закладочного массива не превышала 2,0-2,8% от вынимаемой мощности слоя. Следует отметить, что величины прочности-закладочных массивов также были меньше значений,

полученных при лабораторных испытаниях составов литых твердеющих смесей на основе нефелинового шлама в 1,08-1,10 раза. Одновременно с ведением очистных работ и закладкой выработанного пространства твердеющими смесями на бесцементной основе проводились инструментальные наблюдения за сдвижениями и деформациями земной поверхности в районе подработки охраняемых объектов. Анализ деформаций показал, что максимальные вертикальные деформации в центре мульды сдвижения составили 30-60 мм, что в 2,0-4,0 раза меньше расчетных величин.

В четвертой главе приведены результаты физического моделирования процессов деформирования горного массива в очистных забоях, установлены характер развития и величины смещений пород в зависимости от типов кровель по устойчивости, определены оптимальные пролеты очистных забоев.

В процессе физического моделирования за основу принималась классификация кровель по устойчивости, предложенная КузНИУИ. Установлен характер развития смещений и деформаций кровли в очистных забоях в условиях I, II, Ш типа кровель. Для ограничения процессов деформации кровли и боковых целиков необходим боковой распор нг междукамерные целики, который возможно обеспечить за счет закладки отработанных забоев. Такой закладкой может быть твердеющая, которая позволит увеличить прочность целиков в 1,4 - 1,7 раза. Исследования устойчивости кровель II, III типа во времени (до 12 суток) в камерах шириной 6, 9, 12 м показали, что кровли II типа во всех камерах были устойчивы в течение 12 суток. На данном этапе исследований была проведена проверка упрочняющего действия закладки в камере шириной 12 м, в которой уже на 2 сутки проявилась зона отжима в угольных целиках на глубину 1,5 м. Дальнейшее развитие могло привести к ухудшению устойчивости кровли. Поэтому стенки целиков были покрыты эквивалентным составом закладки толщиной 5-6 мм, что в пересчете на натуру составляет 0,25-0,3 м. Устойчивость камеры после возведения

Время устойчивого состояния кровли в камерах, сут

—■— I тип кровли II тип кровли " ~ III тип кровли

D

Рисунок 2 - Величины (а) и скорость смещений кровли (б) в камерах шириной 6, 9, 12 м для типичных условий залегания угольных пластов

таких стенок заметно улучшилась, и это позволило провести испытания модели в полном 12 - и суточном объеме. Выявленные зависимости показывают, что существует определенная закономерность изменения скоростей смещения во времени, заключающаяся в том, что сразу после обнажения кровли наблюдается резкое возрастание скоростей смещений с последующим быстрым спадом до скорости стабилизации, затем опять резкое возрастание скоростей до скорости свободного падения слоев кровли. Смещения кровли только при предельно устойчивых пролетах очистных забоев для данного типа кровель по устойчивости прямо пропорциональны времени обнажения камер. По результатам аналитической обработки экспериментальных данных установлены зависимости изменения величин смещений и скоростей смещений кровли во времени для различных типов кровель, которые позволяют определять устойчивые пролеты очистных забоев: 6,0 - 8,0; 8,0 - 12,0; 12,0 - 18,0 м для I, И, III типов кровель (рис.2). Максимальные смещения кровли и деформации закладки достигают 0,024т; 0,016т; 0,011т (т- мощность отрабатываемого пласта) для I, II, III типа кровли соответственно.

Физическое моделирование отработки трех наклонных слоев мощного крутого пласта производилось как на плоских моделях, так и на наклонном стенде. Установлены зависимости величин пролетов очистных забоев (1< Ь < 15) т времени устойчивого состояния кровли в камерах (1 < I < 15) при выемке II и III наклонных слоев камерами с литой твердеющей закладкой на бесцементной основе при возрасте искусственной кровли 28 суток установлены зависимости предельных пролетов очистных забоев:

при отработке слоя без оставления целиков Ь = 28,8851 ~1,2758 - возраст кровли 2 слоя 24 — 30 суток; Ь = 11.3591-0"9191 - возраст кровли 3 слоя 24 — 30 суток при отработке слоя с оставлением целиков Ь = 21,5941 "°-7514 . возраст кровли 2 слоя 24 — 30 суток; Ь, = 17,1171 "°-7152 - возраст кровли 3 слоя 24 — 30 суток. Корреляционные отношения составляют 0,85 - 0,92. Максимальные смещения пород непосредственной кровли после отработки второго наклонного слоя не превышали 35-37 мм. После выемки третьего наклонного слоя смещения кровли пласта составляли 35-36 мм. После отработки трех наклонных слоев (мощность слоя 3 м) короткозабойной технолоп ей с закладкой литыми твердеющими смесями на бесцементной основе итоговые величины смещений кровли составляли 85-87 мм, что позволяет характеризовать состояние кровли пласта как хорошее. Таким образом, установлена возможность отработки мощных крутых пластов наклонными слоями с выемкой слоев короткозабойной технологией с закладкой литыми твердеющими смесями на бесцементной основе.

В" пятой главе представлены результаты исследований по определению оптимальной технологической схемы отработки очистных забоев, обоснованию области применения короткозабойной технологии с

литой твердеющей закладкой на бесцементной основе. При отработке очистных забоев по одностадийной схеме без оставления целиков после выемки трех наклонных слоев максимальные величины смещений составляли 390-400 мм, что характеризует состояние кровли как неудовлетворительное. Технологическая схема двухстадийной отработки очистных забоев с оставлением угольных целиков характеризуется снижением величин смещений до 120-150 мм, что говорит об удовлетворительном состоянии кровли пласта. Физическое моделирование двухстадииной выемки очистных забоев с возведением искусственных целиков из литых твердеющих смесей на бесцементной основе шириной равной ширине забоев (рис.3), показало, что полные смещения кровли после выемки трех наклонных слоев составляли 90-100 мм-что почти в 2 раза меньше критических величин для данного типа кровель.

Величины деформаций в зоне опорного давления в 4,0-4,2 раза меньше, чем при одностадийной отработке без оставления междукамерных целиков. Анализ напряженно — деформированного состояния горного и закладочного массива позволяет рекомендовать двухстадийную отработку очистных забоев с возведением искусственных целиков шириной, равной ширине очистных забоев как основную технологическую схему. Сочетание короткозабойной технологии с литой твердеющей закладкой на бесцементной основе позволяет расширить область ее применения при разработке наиболее ценных марок угля и расконсервации запасов полезных ископаемых в охранных целиках без сноса охраняемых объектов, а также при отработке пожароопасных угольных пластов.

На основе результатов аналитических, лабораторных и натурных исследований параметров варианта короткозабойной технологии с литой твердеющей закладкой на бесцементной основе определена область применения этого варианта:

подземная добыча полезных ископаемых осадочного типа, расконсервация запасов угля в охранных целиках под охраняемые объекты любой категории охраны;

- угол падения пластов 56— 90°, вынимаемая мощность угольных пластов и слоев до 3,5 м;

- схема подготовки угольного пласта — этажная, с разделением этажа на подэтажи;

- породы непосредственной кровли пласта — средней устойчивости, породы непосредственной почвы пласта - средней устойчивости и устойчивые;

- подвигание очистного забоя - по простиранию, подвигание очистного фронта - по восстанию;

- способ отбойки угля в очистных забоях механизированный, буро -взрывной;

- глубина ведения горных работ - более 100 м.

Проведенные исследования основных параметров варианта короткозабойной технологии с литой твердеющей закладкой на бесцементной основе из отходов промышленных производств позволяют рекомендовать следующие параметры технологии:

- длина выемочного участка по простиранию — 100— 400 м, высота подэтажа - 25- 40 м, ширина очистных забоев при отработке пластов средней мощности: для II типа кровель — 8-12 м, для III типа кровель - 1218 м (для I типа кровель применение технологии не рекомендуется);

- ширина очистных забоев при послойной отработке мощных пластов 8 -12 м;

- отработка очистных забоев — в две стадии;

- прочность закладочного массива: в 3 суточном возрасте — не менее 0,23 МПа; в месячном возрасте — 4-5 МПа, усадка закладочного массива - не более 3-5%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация- является научно-квалификационной работой, в которой обоснованы, технические разработки и параметры короткозабойной технологии отработки крутых угольных пластов при управлении кровлей литой твердеющей закладкой на бесцементной основе из отходов, имеющей существенное значение для угольной промышленности.

Основные выводы и практические результаты заключаются в следующем:

1. Разработаны рецептуры литых твердеющих смесей из отходов промышленных производств для закладки выработанного пространства при отработке крутых пластов, обеспечивающие прочностные и компрессионные характеристики, адекватные характеристикам смесей на цементной основе.

2. Интегрированы материалы - эквиваленты литой твердеющей закладки на бесцементной основе из гипсопесчаных смесей для физического моделирования процессов управления кровлей полной закладкой.

5. Установлено, что прочностные свойства закладочных массивов из литых твердеющих смесей близки к свойствам массивов на цементной основе и составляют: 0,1-0,6; 1,8-2,0; 5,0-12,0; 9,0-14,5 МПа соответственно в 3, 7, 14, 28 суточном возрасте. Усадка закладочных массивов 3-5 %.

4. Максимальные деформации пород кровли в коротких очистных забоях при закладке литыми твердеющими смесями на бесцементной основе составляют 0,024т, 0,016т, 0,011т (т- мощность отрабатываемого пласта) соответственно для I, II, III типов кровель по устойчивости. Коэффициенты концентраций напряжений на краевых частях угольного массива составляют 2,0-2,1; 1,5-1,7; 1,2-1,4 для I, И, III типов кровель соответственно.

5. Оптимальная ширина коротких очистных забоев составляет 6,0-8,0; 8,0—12,0; 12,0-18,0 м для I, И, Ш типов кровель по устойчивости.

6. При отработке мощных крутых пластов наклонными слоями с закладкой литыми твердеющими смесями на бесцементной основе ширина коротких очистных забоев составляет 8-12 м для условий отработки 2 и 3 наклонных слоев.

7. При отработке расконсервированных запасов в мощных крутых пластах в целике под охраняемыми объектами первой категории охраны на глубине 300-400 м закладкой литыми, твердеющими смесями на бесцементной основе максимальные вертикальные деформации земной поверхности в 2,0-4,0 раза меньше допустимых.

8. Оптимальный вариант технологической схемы отработки очистных забоев — двухстадийная отработка забоев с возведением

искусственных целиков из литых твердеющих смесей на бесцементной основе шириной, равной ширине очистных забоев.

9. Установлена рациональная область применения короткозабойной технологии с литой твердеющей закладкой на бесцементной основе: отработка крутых угольных пластов средней мощности и мощных, в том числе и в охранных целиках под объектами любой категории охраны, опасных по эндогенным пожарам, породы кровли — средней устойчивости и устойчивые, схема подготовки выемочных участков — этажная с делением этажа на подэтажи; высота подэтажа 20—30 м; глубина разработки — более 100 м.

10. Практические выводы и рекомендации, разработанные автором, приняты за основу на ОАО «Шахта Коксовая» при разработке проекта расконсервации запасов угля в объеме 2,0 млн. т в охранном целике под подъездные пути станции Прокопьевск и электрифицированную железную дорогу, а также использовались при отработке запасов угля в объеме 380 тыс. т. в целике под обогатительную фабрику «Коксовая». Результаты исследований используются в учебном процессе-ГОУ ВПО Министерства образования Российской Федерации «Сибирский государственный индустриальный университет».

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Севостьянов А.В. Расконсервация запасов в охранных целиках с управлением кровлей литой твердеющей закладкой/ А.В. Севостьянов / Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов. СибГИУ. Новокузнецк, 2002.- С 337-339.

2. Севостьянов А.В. Материалы - эквиваленты литой твердеющей закладки / А.В. Севостьянов, В.А. Сухорукое // Нетрадиционные интенсивные технологии разработки полезных ископаемых. - Материалы Междунар. конф. - Новокузнецк, 1999. - С. 44 - 45.

3. Севостьянов А.В. Расчет анкерных крепей при отработке крутых пластов с закладкой / В.Н. Фрянов, А.В. Севостьянов, А.Е. Родионов, В.В. Севостьянов Метод, указания СибГИУ - Новокузнецк, 2000.-33 с.

4. Севостьянов А.В. Прокопьевске — Киселевский район -проблемы и перспективы развития ресурсосберегающих технологий добычи угля / А.В. Севостьянов, В.А. Сухорукое // Проблемы электроснабжения и электросбережения на горнорудных и металлургических предприятиях Кузбасса. - Материалы Всероссийской научно — практической конференции. — Новокузнецк, 2000. — С.93 - 101.

5. Севостьянов А.В. Исследования параметров камерной системы разработки с литой твердеющей закладкой при послойной отработке крутых пластов /В.А. Сухоруков, А.В. Севостьянов // Перспективы развития горно - добывающей промышленности в III тысячелетии:

Материалы VII Международной научно - практической конференции. -Новокузнецк, 2000. - С. 81 - 84.

6. Севостьянов А.В. Расчет параметров твердеющего закладочного массива при расконсервации запасов угля для отработки их короткими забоями / В .А Сухорукое, А.В. Севостьянов // Перспективы развития горно — добывающей промышленности в III тысячелетии: Материалы VII Международной научно — практической конференции. -Новокузнецк, 2000. - С. 87 - 91.

7. Севостьянов А.В. Утилизация отходов добычи и переработки угля / А.В. Севостьянов, В.В. Севостьянов, В.Н. Фрянов, и др. // Учеб. пособие СибГИУ - Новокузнецк, 2000. - 54 с.

8. Севостьянов А.В. Сопряжение лава — штрек на крутом падении / А.В. Севостьянов, В.Н. Фрянов, В.А. Шишорин, А.Е. Родионов // Учеб. пособие СибГИУ - Новокузнецк, 2000- - 92 с.

9. Севостьянов А.В. Проявления горного давления на сопряжении лава — штрек при управлении кровлей твердеющей закладкой / А.В. Севостьянов, В.В. Севостьянов, В.А. Сухорукое, А.Е. Родионов- // Вопросы отработки угольных пластов Кузбасса: Сб. науч. тр. КузНИУИ. -Прокопьевск, 2001 - С. 19 - 20.

Изд. Лиц. № 1439 от 05.04.2000 Подписано в печать 02.02.2004 Формат бумаги 60x84 1/16 Бумага писчая. Ризография. Усл. печ.л 0,99 Уч-изд.л 1,10 Тираж 100 экз. Заказ №.

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Сибирский государственный индустриальный университет, 654007, г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42. Издательский центр СибГИУ

€ 3240

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Севостьянов, Александр Викторович

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ ПРИМЕНЕНИЯ КОРОТКОЗАБОЙНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПРИ РАЗРАБОТКЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ОСАДОЧНОГО ТИПА

1.4 Состояние исследований параметров короткозабойной технологии

1.5 Выводы и обоснование актуальности исследований параметров короткозабойной технологии с литой твердеющей закладкой на бесцементной основе

2 МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ ПАРАМЕТРОВ КОРОТКОЗАБОЙНОЙ ТЕХНОЛОГИИ С ЛИТОЙ ТВЕРДЕЮЩЕЙ ЗАКЛАДКОЙ НА БЕСЦЕМЕНТНОЙ ОСНОВЕ

2.1 Компоненты литых твердеющих смесей на бесцементной основе

2.2 Рецептуры литых твердеющих смесей на бесцементной основе

2.3 Методика подбора материалов — эквивалентов литых твердеющих смесей на бесцементной основе

2.4 Методика лабораторных исследований параметров короткозабойной технологии на моделях из эквивалентных материалов

2.5 Методика натурных исследований параметров короткозабойной технологии с литой твердеющей закладкой на бесцементной основе

2.6 Выводы

1.1 Варианты технологии с обрушением кровли

1.2 Варианты технологии с закладкой выработанного пространства

1.3 Опыт расконсервации запасов угля в охранных целиках с гидрозакладкой в Прокопьевске — Киселевском районе закладочных массивов

3.2 Натурные исследования параметров закладочных массивов из литых твердеющих смесей на бесцементной основе

3.3 Деформации земной поверхности при отработке запасов в охранных целиках с литой твердеющей закладкой на бесцементной основе

3.4 Выводы

4 ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ОЧИСТНЫХ ЗАБОЕВ КОРОТКОЗАБОЙНОЙ ТЕХНОЛОГИИ С ЛИТОЙ ТВЕРДЕЮЩЕЙ ЗАКЛАДКОЙ НА БЕСЦЕМЕНТНОЙ ОСНОВЕ

4.1 Развитие смещений и деформаций кровли в очистных забоях

4.2 Напряженно - деформированное состояние горного массива при отработке пластов средней мощности

4.3 Напряженно - деформированное состояние горного массива при послойной отработке мощных пластов •

4.4 Натурные исследования проявлений горного давления при отработке мощных пластов наклонными слоями короткозабойной технологией

4.5 Выводы

5 ОБОСНОВАНИЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ И ПАРАМЕТРОВ КОРОТКОЗАБОЙНОЙ ТЕХНОЛОГИИ С ЛИТОЙ ТВЕРДЕЮЩЕЙ ЗАКЛАДКОЙ НА БЕСЦЕМЕНТНОЙ ОСНОВЕ

5.1 Оптимизация варианта технологической схемы отработки очистных забоев при выемке пластов средней мощности

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Обоснование параметров короткозабойной технологии отработки крутых угольных пластов с управлением кровлей закладкой литыми твердеющими смесями на бесцементной основе"

Актуальность темы. До 98% подземной добычи угля в Прокопьевско - Киселевском районе Кузбасса осуществляется системами разработки с полным обрушением пород кровли, характеризующихся низким (0,5 — 0,6) коэффициентом извлечения угля, вследствие чего возникло почти 300 эндогенных пожаров. Из-за отсутствия эффективных технологий отработки крутых пластов, в том числе под охраняемыми объектами, в охранных целиках на действующих горизонтах шахт законсервировано 312,9 млн. т угля. Необходимость снижения эндогенной пожароопасности, увеличения коэффициента извлечения угля, отработки законсервированных запасов, повышения экологической безопасности угольных регионов подтверждает необходимость создания новых систем разработки, в том числе с закладкой выработанного пространства. Одной из перспективных технологий, применяемой при разработке месторождений полезных ископаемых осадочного типа, является короткозабойная с закладкой. Применение этой технологии с закладкой твердеющими смесями обуславливает высокую степень ее адаптивности к различным горно — геологическим условиям, в том числе и при разработке крутых угольных пластов, обеспечивает снижение негативных явлений, характерных для систем разработки с обрушением кровли. В рудной промышленности уже имеется положительный опыт отработки месторождений ценных полезных ископаемых, в том числе и под охраняемыми объектами, короткозабойной технологией с закладкой выработанного пространства литыми твердеющими смесями на цементной основе. Проведены исследования рациональных параметров очистных забоев, характеристик закладочных массивов из цементных смесей. Однако, в связи с высокой стоимостью цемента, составы таких смесей не нашли широкого применения. В ИГД СО РАН разработан вариант короткозабойной технологии отработки крутых угольных пластов с гидравлической закладкой выработанного пространства, однако параметры закладочных массивов не позволили производить отработку запасов угля под охраняемыми объектами. На основании опыта отработки крутых пластов короткими забоями и результатов исследований, проведенных КузНИУИ, ИГД им. А.А. Скочинского, ВНИМИ, разработаны и внедрялись различные варианты технологических схем выемки угля камерной системой разработки с закладкой выработанного пространства в условиях Прокопьевско -Киселевского месторождения, однако, из - за отсутствия обоснованных оптимальных параметров технологии, несовершенства технологии приготовления твердеющих смесей на цементной основе, результаты опытно — промышленных испытаний этих вариантов не всегда были положительными. Одним из направлений устранения этого недостатка является обоснование параметров очистных забоев при управлении кровлей закладкой твердеющими смесями в зависимости от типов кровель по устойчивости.

Таким образом, обоснование параметров короткозабойной технологии v отработки крутых угольных пластов с управлением кровлей закладкой литыми твердеющими смесями на бесцементной основе является актуальной научной задачей в угольной отрасли.

Цель работы. Обосновать параметры короткозабойной технологии отработки крутых угольных пластов средней мощности и мощных с литой твердеющей закладкой на бесцементной основе, обеспечивающих расконсервацию и эффективную отработку запасов угля в охранных целиках.

Идея работы. Использование комплексного критерия адаптивности для обоснования соответствия типа кровель по устойчивости и параметров короткозабойной технологии и закладочных массивов из литых твердеющих смесей для эффективной отработки крутых угольных пластов.

Задачи исследований: У

- разработать рецептуру приготовления литых твердеющих смесей из отходов промышленных производств для условий отработки крутых пластов с управлением кровлей закладкой;

- разработать методику подбора материалов-эквивалентов литых твердеющих смесей на бесцементной основе для физического моделирования процессов деформирования пород кровли пласта в коротких очистных забоях;

- определить в натурных условиях прочностные и компрессионные характеристики закладочных массивов из литых твердеющих смесей на бесцементной основе; установить характер и закономерности деформирования пород кровли различных типов устойчивости в очистных забоях при управлении кровлей твердеющей закладкой на бесцементной основе;

- обосновать рациональную область применения короткозабойной технологии отработки крутых угольных пластов с литой твердеющей закладкой на бесцементной основе.

Методы исследований.

- лабораторных исследований для разработки рецептуры составов литых твердеющих смесей на бесцементной основе;

- физического моделирования закономерностей деформирования пород кровли в очистных забоях;

- лабораторных и натурных экспериментов для обоснования параметров очистных забоев при управлении кровлей литой закладкой на бесцементной основе;

- математической статистики для обработки результатов исследований.

Научные положения, выносимые на защиту: - рецептуры составов литых твердеющих смесей, обеспечивающие прочностные и компрессионные характеристики, адекватные характеристикам смесей на цементной основе;

- материалы — эквиваленты литых твердеющих смесей на бесцементной основе при физическом моделировании по характеристикам соответствуют натурным смесям в месячном возрасте с учетом критерия кинематического подобия;

- соответствие прочности закладочных массивов из литых твердеющих смесей на бесцементной основе в месячном возрасте в шахтных условиях и кубиковой прочности составов;

- зависимость величин смещения пород кровли в очистных забоях от типов кровли по устойчивости и ширины очистного забоя, оптимальный вариант технологии отработки очистных забоев — двухстадийная отработка с возведением искусственных целиков из литых твердеющих смесей на бесцементной основе шириной, равной ширине очистных забоев;

- область применения короткозабойной технологии отработки крутых угольных пластов с литой твердеющей закладкой на бесцементной, основе регламентируется требованиями к допустимым деформациям подрабатываемых объектов, уровню эксплуатационных потерь угля.

Достоверность научных положений, выводов, рекомендаций сформулированных в работе обеспечивается и подтверждается: соответствием параметров литых твердеющих смесей из отходов промышленных производств характеристикам цементных смесей; достаточным объемом лабораторных исследований, проведенных на 25 физических моделях; высоким (0,82 - 0,90) коэффициентом корреляции при статистической обработке зависимостей деформаций пород в очистных забоях от времени обнажения, полученных в результате лабораторных и натурных экспериментов; положительным опытом использования литых твердеющих смесей на бесцементной основе для закладки выработанного пространства при расконсервации запасов в охранном целике в условиях ОАО «Шахта Коксовая». ,

Научная новизна заключается в:

- оригинальности рецептур литых твердеющих смесей из отходов промышленных производств, отличающихся параметрами, соответствующими параметрам литой твердеющей закладки на цементной основе;

- зависимости максимальных пролетов очистных забоев от предельных деформаций для соответствующих типов пород кровли по устойчивости;

- обосновании параметров и области применения технологической схемы отработки крутых угольных пластов средней мощности и мощных в охранных целиках и опасных по эндогенным пожарам с управлением кровлей закладкой литыми твердеющими смесями на бесцементной основе.

Личный вклад автора состоит в:

- анализе характеристик отходов промышленных производств и разработке рецептур литых твердеющих смесей на бесцементной основе (исследовано 96 составов); * .

- разработке и реализации методики подбора материалов - эквивалентов литых твердеющих смесей на бесцементной основе для физического моделирования процессов деформирования пород в коротких очистных забоях;

- проведении лабораторных и натурных экспериментов по определению прочностных и компрессионных характеристик литых твердеющих смесей на бесцементной основе;

- обосновании рациональных технологических схем отработки очистных забоев, области их применения для отработки крутых угольных пластов Прокопьевско

- Киселевского района Кузбасса с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями на бесцементной основе.

Практическая ценность работы заключается в том, что полученные результаты позволяют использовать разработанные рецептуры литых твердеющих смесей из отходов промышленных производств для проектирования технологии отработки крутых угольных пластов средней мощности и мощных в охранных целиках под охраняемыми объектами любой категории охраны, возведения противопожарных перемычек и барьерных целиков, возведения изоляционных перемычек при ликвидации шахт, снижения экологической нагрузки на окружающую среду за счет утилизации отходов промышленных производств, увеличения срока службы угледобывающих предприятий за счет расконсервации запасов угля в охранных целиках на действующих горизонтах и снижения затрат на вскрытие и подготовку новых горизонтов. ч

Реализация работы. Рекомендации, разработанные в работе, приняты за основу при проектировании горных работ по расконсервации запасов угля в охранном целике под подъездные пути станции Прокопьевск и электрофицированную железную дорогу в объеме 2,0 млн. т. С применением рекомендованных в работе рецептур литых твердеющих смесей на бесцементной основе отработаны запасы угля в охранном целике под обогатительную фабрику «Коксовая» в объеме 380 тыс т. Результаты исследований частично использованы при разработке методических указаний «Расчет анкерных крепей при отработке крутых пластов с закладкой», 2000 г; г учебных пособий «Утилизация отходов добычи и переработки угля», 2000г, «Сопряжение лава - штрек на крутом падении», 2000г., применяемых в учебном процессе Сибирского государственного индустриального университета.

Апробация работы. Основное содержание работы, а также отдельные результаты исследований, обсуждались и были одобрены на техническом совете ОАО «Шахта Коксовая», на семинарах кафедры разработки пластовых месторождений СибГИУ, Международной конференции «Нетрадиционные интенсивные технологии разработки полезных ископаемых» (Новокузнецк, 1999г.), Всероссийской научно - практической конференции по проблемам электроснабжения и электросбережения на горнорудных и металлургических предприятиях Кузбасса (Новокузнецк, 2000 г.), 7 Международной научно -практической конференции по перспективам горнодобывающей промышленности в III тысячелетии (Новокузнецк, 2000 г.).

Публикации. По результатам исследований опубликовано девять печатных работ, отражающих основное содержание диссертационной работы.

Объем работы Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, заключения; изложена на 147 - страницах машинописного текста, содержит 48 рисунков, 14 таблиц, список литературных источников из 116 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Геотехнология(подземная, открытая и строительная)", Севостьянов, Александр Викторович

Основные выводы и практические результаты заключаются в следующем:

1. Разработаны рецептуры литых твердеющих смесей из отходов промышленных производств (нефелиновые шламы, фторогипс, зола — уноса от сжигания бурых углей, золошлаковые отходы, топливные шлаки, шахтные породы) для закладки выработанного пространства при отработке крутых угольных пластов, обеспечивающие прочностные и компрессионные характеристики, адекватные характеристикам на цементной основе.

2. Подобраны материалы — эквиваленты литой твердеющей закладки на бесцементней основе из гипсопесчаных смесей для физического моделирования процессов управления кровлей полной закладкой.

3. Установлено, что прочность закладочных массивов из литых твердеющих смесей на бесцементной основе меньше кубиковой прочности составов в лабораторных условиях в 1,10—1,15 раза и составляет 0,1 — 0,6; 1,8 — 2,0; 5,0 - 12,0; 9,0 - 14,5 МПа соответственно в 3,7,14,28 суточном возрасте. Усадка закладочных массивов составляет 3,0 - 5,0 %.

4. Максимальные деформации пород кровли в коротких очистных забоях при закладке литыми твердеющими смесями на бесцементной основе составляют 0,024 ш, 0;016 ш; 0,011 m для I, II, III типов кровель по устойчивости. Коэффициенты концентраций напряжений на краевых частях угольного массива составляют 2,0 — 2,1; 1,5 — 1,7; 1,2—1,4 для I, II, III типов кровель соответственно.

5. Оптимальная ширина коротких очистных забоев составляет 6,0 - 8,0; 8,0 — 12,0; 12,0 - 18,0 м для типов кровель по устойчивости.

6. При отработке мощных крутых пластов наклонными слоями с закладкой литыми твердеющими смесями на бесцементной основе оптимальная ширина коротких очистных забоев составляет 8,0 — 12,0 м для условий отработки 2 и 3 наклонного слоя.

7. При расконсервации запасов в мощных крутых пластах в целике под охраняемыми объектами первой категории охраны на глубине 300 - 400 м с закладкой литыми твердеющими смесями на бесцементной основе максимальные деформации земной поверхности (вертикальные и горизонтальные) в 2,0 — 4,0 раза меньше допустимых.

8. Оптимальный вариант технологической схемы отработки очистных забоев - двухстадийная отработка забоев с возведением искусственных целиков из литых твердеющих смесей на бесцементной основе шириной, равной ширине очистных забоев

9. Установлена область применения короткозабойной технологии с литой твердеющей закладкой на бесцементной основе: отработка крутых угольных пластов средней мощности и мощных, в том числе и в охранных целиках под объектами любой категории охраны; опасных по эндогенным пожарам; породы кровли - средней устойчивости и устойчивые. Схема подготовки выемочных участков - этажная с разделением этажа на подэтажи. Высота подэтажа 20 -30 м. Глубина разработки более 100 м.

10. Практические выводы и рекомендации приняты за основу при разработке проекта расконсервации запасов угля в охранном целике под подъездные пути станции Прокопьевск и электрифицированную железную дорогу в объеме 2,0 млн. т, а также использовались при отработке запасов в охранном целике под обогатительную фабрику в объеме 380 тыс. т. Результаты исследований частично использовались в учебном процессе Сибирского государственного индустриального университета.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является законченной научной работой, в которой изложено научное обоснование короткозабойной , технологии с литой твердеющей закладкой на бесцементной основе для отработки крутых угольных пластов при управлении кровлей литой твердеющей закладкой на бесцементной основе, имеющей существенное значение для повышения эффективности разработки пластовых месторождений крутого залегания на застроенных территориях.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Севостьянов, Александр Викторович, Новокузнецк

1. Панюков П.Н. Основы геологии / Панюков П.Н., Перфильева З.Г. М. «Недра». 1968.-349 с.

2. Обоснование перехода от систем разработки с обрушением к системам с твердеющей закладкой / Дробот Б.К., Миняев К.Н. и др. // Горный журнал -1971.- № 1. с. 37-39.

3. Эффективность отбойки фосфоритовой руды в зажатой среде / Именитов В.Р., Абрамов В.Ф. и др. // Горный журнал 1979. - № 9. - С.50 - 52.

4. Особенности применения камерной системы разработки в условиях Старобанкского калийного месторождения / Житков Э.Ф., Николаев Ю.Н. и др. // Горный журнал 1978. - № 6. - С.38 - 41.

5. Новый вариант системы разработки с применением самоходного оборудования на Вишневогорском руднике / Столбов Н.И., Мостинец И.И. и др. // Горный журнал 1976. - № 12. — С.27 -30.

6. Левченко А.П. Методика определения оптимальных параметров камерной системы разработки многолетнемерзлых россыпей / А.П. Левченко //

7. Горный журнал 1978.-№ ю. - С.ЗЗ - 36.

8. Состояние и пути развития систем разработки Североуральских бокситовых месторождений / Сафронов В.Г., Горев Е.С. и др. // Горный журнал -1979. №10. - С.ЗЗ -35.

9. Исследования возможности повышения использования комбайновых комплексов на рудниках ПО «Сильвинит» / Леонович М.Ф., Ковтун В.Я. и др. // Горный журнал 1984. - № 12. - С.31 - 33.

10. Повышение эффективности разработки месторождений калийных солей Прикарпатья / Назарчик А.Ф., Галченко Ю.П. и др. // Горный журнал 1985,- № 7. -С.48 - 50.

11. Бей М.М. Отработка карнолитового пласта на Верхнекамском месторождении / Бей М.М., Лаптев Б.В., Шаманский Г.П. // Горный журнал -1989. № 10.-С. 39-40.

12. Парфенов А.П. Особенности разработки нижних горизонтов Калуш -Галынского калийного месторождения / Парфенов А.П., Гаркушин П.К. // Горныйжурнал 1986.-№ 7. - С.37 - 38.

13. Совершенствование технологии и проблемы разработки руд с увеличением глубины горных работ / Фименов Н.Ф., Кучер В.М. и др. // Горный журнал 1991.- № 7.-С.14- 17.

14. Саворский П.К. Совершенствование и оптимизация параметров этажно камерной системы разработки магнетитовых кварцитов / Саворский П.К // Горный журнал - 1981. - № 7. - С. 17-19.

15. Комбинированная система разработки третьего калийного пласта на Старообнинском месторождении / Пермяков Р.С., Зеленин В.Н. и др. // Горный журнал- 1981.- № 10.- С.20- 23.

16. Угольная промышленность капиталистических стран / Судоплатов А.К., Бабокин И.А., Дубровский Е.М. и др. Том 1 Вскрытие и подготовка шахтных полей. Системы разработки угольных месторождений. М.,1962. - С. 306.,

17. Братченко Б.Ф. Угольная промышленность Австралии / Братченко Б.Ф. М.: Недра, 1977.- 347 с.

18. Диссель К. Угольная промышленность Австралии / К. Диссель // Глюкауф.- 1979.- № 2. С. 41- 47.

19. Братченко Б.Ф., Хорин В.Н. Угольная промышленность США. М. "Недра" 1971.-С. 39.

20. Угольная промышленность Великобритании и Франции / Под ред. Б.Ф. Братченко.- М.: Недра, 1971.- 459 с.

21. Угольная промышленность Франции / Графов JI.E., Красниковский Г.В., Ткаченко А.Г., Харченко А.К. М. 1961. 564 с.

22. Харцер X. Столбовая система разработки сильно наклонных и крутых пластов / X. Харцер // Глюкауф. 1978. - № 22. - С. 10 - 12.

23. Бентхаус Ф. Способы отработки наклонных пластов без крепления очистного забоя / Ф. Бентхаус // Глюкауф. 1980.- № 18. - С. 4 - 10.

24. Прасад С.Д. Разработка мощных пластов в угольной промышленности Индии / С.Д. Прасад, С.П. Гангули // Глюкауф. 1980. - № 12.- С. 4-10.

25. Нетшталер Р. Добыча каменного угля в бассейне Валье-дель-Каука, Колумбия / Р. Нетшталер // Глюкауф. 1979. - № 11.- С. 32 - 40.

26. Chvojka P. Hydromechanischer Abbau von Kjhle auf der Grube Gottwald J/ Unli,-1972.-№ 20. P .-80-85.

27. Нисковский Ю.Н. Опыт разработки угольных пластов под водоемами / Нисковский Ю.Н., Кульнев В.Д.// Уголь. 1976. -№ 5. - С. 37 - 40.

28. Хохлов И.В. Безопасная разработка месторождений полезных ископаемых под водоемами / И.В. Хохлов. М.: Недра, 1971. - 216 с.

29. Урмамбетов У.У. Разработка пласта длинными шпурами без присутствия людей в очистном забое / У.У. Урмамбетов, Т.Б. Бакиров, И.А. Испаев // Уголь.-1983.- № 2. С. 17 - 19.

30. Парусинов П.Ф., Новиков К.П. Системы разработки каменно-угольных пластов Кузбасса / П.Ф. Парусинов, К.П. Новиков М.: Углетехиздат, 1950. — 214 с.

31. Линденау Н.И. Опыт отработки мощных пластов системой камер с анкерованием кровли / Н.И. Линденау, С.И. Родионов, Л.Н. Спиридонов. -Кемеровское книжное издательство , 1957. — 30 с.

32. Севостьянов В.В. Совершенствование отработки крутых угольных пластов камерной системой / В.В. Севостьянов, А.Е. Родионов // Науч. тр. КузНИУИ. / Вопросы отработки крутых угольных пластов. Прокопьевск, -1993. -С.3-13.

33. Антропов Б.П. Совершенствование технологии добычи руды с применением самоходного оборудования на Тишинском руднике / Б.П. Антропов, В.Н. Петяхин // Горный журнал -1986.- № 6. -С. 18 20.

34. Коваленко А.И., и др. Технология подземных горных работ в условиях слабой устойчивости руды и вмещающих пород / А.И. Ковалев, В.Д. Королев // Горный журнал 1983.- № 12. - с. 27 - 28.

35. Аношин Г.Г. Совершенствование технологии добычи руды системами с закладкой на руднике «Северный» / Г.Г. Аношин, В.В. Степин // Горный журнал- 1985.-№2.-С. 28-29.

36. Портнов Ф.М. Опыт закладки выработанного пространства / Ф.М. Портнов, А.П.Илюшин // Горный журнал 1985.-№12.-с.36-38.

37. Фролов В.И. Результаты применения поточной технологии добычи руды на Текелийском руднике / В.И. Фролов, Ю.И. Кудрявцев // Горный журнал -1977.-№2.-С. 49-52.

38. Линев В.Е. Промышленные испытания систем разработки с искусственными целиками / В.Е. Линев, Н.И. Морозова // Горный журнал 1979.- № 2. — С. 36 38.

39. Дедюхин М.Н. Опытно промышленные тспытания новой технологии закладки выработанного пространства на калийном руднике / М.Н. Дедюхин, Г.И. Кравченко // Горный журнал - 1981. - № 9. - с. 27 - 30.

40. Борзаковский Б.А. и др. Закладка камер на сильвинитовых пластах Первого Соликамского калийного рудника / Б.А. Борзаковский, В.Ф. Кудрявцев // Горный журнал 1980. - № 5. - С. 22 - 24.

41. Пытлаж Т. Планомерная выемка охранных целиков на каменноугольных шахтах Верхней Силезии / Т.Пытлаж // Глюкауф -1976.- № 4. -с. 24-29.

42. Временные технологические схемы разработки угольных пластов Прокопьевско Киселевского месторождения. Прокопьевск. 1998. 69 с.

43. Экспериментальные технологические схемы разработки крутых угольных пластов с закладкой. Прокопьевск. 1990. 41 с.

44. Фрянов В.Н. Отработка крутых пластов короткими забоями : Учеб. пособие / В.Н. Фрянов, В.В. Севостьянов, В.А. Сухоруков, А.В. Севостьянов СибГИУ, Новокузнецк. 2000. с.

45. Родионов А.Е., Кирюхин Ю.Е., Севостьянов В.В. Разработка крутых пластов с закладкой в Прокопьевском районе Кузбасса: Учеб. Пособие / СибГГМА Новокузнецк, 1994. - С. 20 - 28.

46. Бессонов И.Н., Боборыкин В.Н. и др. Повышение эффективности системы разработки на руднике «Карнасурт». Горный журнал, № 1. 1990. С. 19 -21.

47. Методические указания по определению устойчивости пород в зависимости от нарушенности на рудных месторождениях. // ВНИМИ, JI. 1974. -35 с.

48. Ляшенко В.И., Голик В.И. Совершенствование технологии закладочных работ. Горный жупнал, № 1. 1991 С. 19 - 22.

49. Ветров С.В. Допустимые размеры обнажений при подземной разработке руд. М. Наука, 1975. 323 с.

50. Слесарев В.Д. Механика горных пород. М. Углетехиздат. 1948. -303 с.

51. Каретников В.Н., Клейменов В.Б., Нуждихин А.Г. Крепление капитальных и подготовительных горных выработок. М, Недра. 1989. — 571 с.

52. Штулепф Г.Г. Основные макродефекты строения горных пород и массивов Кузбасса и их влияние на устойчивость выработок. // Сб. науч. тр. / ИГД СО АН СССР. Горное давление в очистных и подготовительных выработках. 1985.-С. 54-61.

53. Жариков Е.Д., Толмачев С.А. Расчет ожидаемых смещений пород в выемочных штреках при разработке свит крутопадающих пластов // Сб. науч. тр. / ИГД СО АН СССР Горное давление в капитальных и подготовительных выработках. 1985. С. 96 - 98.

54. Отчет Сибирского филиала ВНИМИ « Изучение проявления горного давления при новых системах разработки мощных крутых пластов с закладкой выработанного пространства», Прокопьевск, 1975.

55. Pay М.В., Чернышев С.Н. Трещиноватость и свойства трещиноватых горных пород. — М.: Недра, 1970. 158 с.

56. Крамаренко А.И., Яновский В.М. Применение ЭВМ для прогноза устойчивости пород кровли. Уголь, № 12, 1981. С. 13 -14.

57. Громов Ю.В., Иванов Г.А. Влияние естественной трещиноватости на прочность угольного массива. Уголь, № 4. 1983. С. 14-16.

58. Крамаренко А.И. Метод прогноза устойчивости пород кровли по интенсивности ее трещиноватости. Уголь Украины, № 8, 1978. — С. 14 — 15.

59. Калинин С.И., Лютенко А.Ф., Егоров П.В. Управление горным давлением при разработке пологих пластов с труднообрушаемой, кровлей. Кемерово. 1991. 246 с.

60. Методические указания по решению практических задач управления горным давлением на шахтах. Ленинград, ВНИМИ. 1984. 52 с.

61. Инструкция по применению систем разработки с гидравлической закладкой выработанного пространства в шахтах НПО «Прокопьевскгидроуголь» Кузнецкого бассейна. Прокопьевск / КузНИУИ, 1990. - 58 с.

62. Борисов А.А. Механика горных пород и массивов. М.: Недра. 1980.

63. Шехурдин В.К. Задачник по горным работам, проведению и креплению горных выработок. М.; Недра. 1985. — 240 с.

64. Малинин С.Е. Геологические основы прогноза поведения пород в горных выработках.-М.; Недра, 1970, 192 с.

65. Васильев П.В. Опыт типизации пород кровли угольных пластов северозападной части Донецкого бассейна по их устойчивости и характеру обрушений. Сб. Совершенствование разработки угольных месторождений. — М.; Углетехиздат. 1959. 676 с.

66. Игнатьев А.Д. Исследования устойчивости очистного забоя. — М.; Наука. 1967.-91 с.

67. Кравченко В.И. Безопасность при управлении горным давлением в лавах пологих пластов. М.; Недра. 1975. - 220 с.

68. Васильев П.В., Малинин С.И. Влияние основных геологических факторов на поведение кровли в горных выработках — М.; Госгортехиздат. 1960. -95 с.

69. Ардашев К.А., Шик В.М. Определение расслоения пород на крутых пластах Кузбасса. Сб. науч. тр. ВНИМИ, 1966. № 58. С. 28 - 32.

70. Бич Я.А., Баженов А.И. Результаты натурных испытаний механических свойств пластов угля Кемеровского и Прокопьевского районов Кузбасса. — Уголь, 1963, №3, С.-28-32.

71. Ардашев К.А., Шик В.М., Рудаков В.А. Методика изучения трещиноватости осадочных горных пород применительно к решению задач управления горным давлением. Сб. науч. тр. ВНИМИ, 1964, № 51, С. - 3 — 8.

72. Посохов Г.Е., Севостьянов В.В. и др. К прогнозированию обрушений угольного массива при механизированной выемке с закладкой мощных крутых пластов в Кузбассе. В кн.: Вопросы горного давления. Вып. 32. Новосибирск, ИГД СО АН СССР, 1975. - С. 24 - 28.

73. Власенко Б.В., Севостьянов В.В., Флейшман А.Ш. Влияние горногеологических и горнотехнических аномалий выемочного поля на проявление горного давления. — ФТПРПИ. 1979, № 1. С. 3 — 8.

74. Посохов Г.Е., Терешкин А.Ф., Севостьянов В.В. Формирование и расчет смещений кровли при разработке мощных крутых пластов Кузбасса по восстанию с закладкой выработанного пространства. ФТПРПИ. 1976. № 2. - С. -15-18.

75. Прогнозирование и расчет проявлений горного давления / Грицко Г.И., Власенко Б.В., Посохов Г.Е. и др. / Новосибирск; Наука. 1980. 159 с.

76. Севостьянов В.В. Прогнозирование обрушений угля при выемке мощных пластов по восстанию с закладкой. В кн. Вопросы горного давления. Вып. 35. Новосибирск, ИГД СО АН СССР, 1978. - С. 25 - 28.

77. Грицко Г.И., Власенко Б.В., Посохов Г.Е. и др. Прогнозированиеи расчет проявлений горного давления. Новосибирск, «Наука», 1980. — С. 96 98.

78. Калинин С.И., Мошенко А.Ф. Егоров П.В. Управление горным давлением при разработке пологих пластов с труднообрушаемыми кровлями. Кемерово, 1991.-247 с.

79. Борисов А.А. Исследование и расчет несущей способности кровли. Записки ЛГИ,//Том 13. 1960. 203 с.

80. Западинский JI.A., Приступка В.П., Толмачев С.А. Опыт подработки угольных пластов в Кузбассе // Уголь. 1990. -№ 7. - С. 36 - 37.

81. Давыдов С.С. Расчет и проектирование подземных конструкций. М. Госгортехиздат., 1950.-280 с.

82. Либерман Ю.М., Гомес Ц. Метод определения давления на целики при разработке изолированными панелями // Физико — механические свойства, давление и разрушение горных пород. — М., 1962. 102 с.

83. Ерофеев Н.П. Устойчивость целиков и потолочин на Рудниках Джесказгана. Алма - ата: Наука, 1979. - 92 с.

84. Шевяков Л.Д. О расчете прочных размеров и деформаций целиков // Известия АН СССР, ОТН, 1941. 50 с.

85. Слащихин И.Т., Анлюков Х.И. Опыт применения закладки на шахте «Магнетитовая» при отработке охранного целика // Горный журнал, № 8. 1991. — С. 32-35.

86. Фрянов В.Н., Севостьянов В.В., Родионов А.Е., Севостьянов А.В. Утилизация отходов добычи и переработки угля, Учеб. пособие. Новокузнецк, СибГИУ, 1999,- с.

87. Хан В.В. Исследование и установление основных параметров технологии разработки мощных крутых пластов наклонными слоями с комплексной закладкой. Дисс. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. М., Фонды ИГД им. А.А. Скочинского, 1978, 179 с.

88. Ерофеев Н.П. Свод равновесия пород при подземной разработке рудных месторождений // Известия вузов. Горный журнал, № 11. 1987. — С. 27 -31.

89. Родионов А.Е., Кирюхин Ю.Е., Севостьянов В.В. Разработка крутых пластов с закладкой в Прокопьевском районе Кузбасса. // Учеб. пособие / СибГИУ. Новокузнецк, 1994. 126 с.

90. Рекомендации по измерению напряжений в моделях из эквивалентных материалов. ВНИМИ, Л., 1985. 37 с.

91. Бирюков Р.А., Глухов Л.С. Опыт применения твердеющей закладки в угольной промышленности. М.: ЦИНТТО, 1981. - 65 с.

92. Кузнецов Г.Н., Будько И.П. и др. Моделирование проявлений горного давления. Л., Недра, 1968. 280 с.

93. Кузнецов Г.Н., и др. Изучение проявлений горного давления на моделях. М., Углетехиздат, 1959. 178 с.

94. Требования по технике и методике моделирования методом эквивалентных материалов. ВНИМИ., 1973. -С. 55.

95. ГОСТ 10180 90 (СТ СЭВ 3978 - 83). Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам, 1991, - 45 с.

96. Шадрин Н.И. Обоснование параметров технологии разработки мощных крутых пластов горизонтальными слоями с твердеющей закладкой: Автореф. дисс. на соиск. учен. степ. канд. техн. Наук-Новосибирск, 1990.—18 с.

97. Билик Ш.М., Кораблев А.А. Приборы и аппаратура для исследований проявления горного давления. М., Углетехиздат. 1958. — 207 с.

98. Гаман Ф.Ф., Посохов Г.Е. Устройство для измерения смещений горных пород. Изобретения, промышленные образцы, товарные знаки. 1972. № 17.

99. Техническое описание и инструкция по эксплуатации прибора ИИД — 3 М, Новосибирск, ИГД СО АН СССР, 1977. 12 с.

100. Правила охраны сооружений и природных объектов от влияния подземных горных выработок на угольных месторождениях. М. Недра. 1981. -288 с.

101. Закладочные работы в шахтах. Справочник / Под ред. Д.М. Бронникова, М.Н. Цыплакова. М. Недра. 1989. 400 с.

102. Грицко Г.И., Власенко Б.В., Посохов Г.Е и др. Прогнозирование и расчет проявлений горного давления. Новосибирск: Наука. 1980. -158 с.

103. Посохов Г.Е., Терешкин А.Ф., Севостьянов В.В. Формирование и расчет смещений кровли при разработке мощных крутых пластов Кузбасса по восстанию с закладкой выработанного пространства. — ФТПРПИ, №2, Новосибирск. 1976.-С 12-14.

104. Фрянов В.Н., Сухоруков В.А., Севостьянов А.В., Севостьянов В.В. Расчет анкерных крепей при отработке крутых пластов с закладкой. Методические указания. СибГИУ. Новокузнецк. 2000. — 33 с.

105. Микляев Е.И., Коровин Ю.А. Методика определения рационального рабочего сопротивления механизированных крепей для пластов с труднообрушаемой кровлей // Вопросы горного давления: Сб. науч. тр. №37 / ИГД СО АН СССР. Новосибирск, 1979, С. - 16 - 21.

106. Сопряжение лава — штрек на крутом падении / Сухоруков В.А., Севостьянов А.В., Родионов А.Е. / учеб. пособие. СибГИУ. Новокузнецк. 2000. — 92 с.

107. Миренков В.Е., Шадрин Н.И. Влияние закладки выработанного пространства на опорное давление // Вопросы горного давления: Сб. науч. тр. №33 / ИГД СО АН СССР. Новосибирск, 1976, С. - 10 - 15.

108. Иофис М.И., Семичастный Л.И. Машинное моделирование деформирования блочного массива в окрестности горной выработки // Горное давление в капитальных и подготовительных выработках: Сб. науч. тр./ ИГД СО АН СССР. Новосибирск, 1985. - С. 49 - 55.

109. Родионов А.Е. и др. Исследования проявлений горного давления и устойчивости закладочного массива при механизированной выемке пластов наклонными слоями, отрабатываемыми по простиранию. Инф. карта, серии 55. карта № 66 М., ЦНИЭИуголь, 1974.