Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Обоснование параметров открыто-подземной технологии отработки запасов угольных пластов

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

Автореферат диссертации по теме "Обоснование параметров открыто-подземной технологии отработки запасов угольных пластов"

005008808

СЕНКУС Валентин Витаутасович

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ОТКРЫТО-ПОДЗЕМНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ОТРАБОТКИ ЗАПАСОВ УГОЛЬНЫХ

ПЛАСТОВ

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 учёной степени кандидата технических наук

Москва 2012

2 0ЕВ Ш

005008808

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Московский государственный горный

университет»

на кафедре «Подземная разработка пластовых месторождений» и . ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет» на кафедре «Разработка пластовых месторождений»

Научный руководитель доктор технических наук МЕЛЬНИК Владимир Васильевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Ялтанец Иван Михайлович кандидат технических наук, доцент Коновалов Олег Валентинович

Ведущая организация: ФГУП «Национальный научный центр горного производства «Институт горного дела им. А.А.Скочинского» (МО, г.Люберцы)

Защита диссертации состоится 15 февраля 2012 г. в 15:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.128.05 при Московском государственном горном университете по адресу: 119991, ГСП, Москва, В-49, Ленинский проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета.

Автореферат разослан 13 января 2012 г.

Учёный секретарь диссертационного совета доктор технических наук /Г~) В.В. Мельник

Актуальность работы. В настоящее время на территории Российской Федерации добывается порядка 325 млн. т угля в год, при этом более 65% добычи приходится на открытую разработку. В то же время на действующих шахтах отмечается сокращение запасов угля, пригодных к эффективной отработке по традиционным технологиям, существуют сложности по отводу новых земельных участков для глубоких разрезов.

Перспективным направлением добычи угля является вовлечение в отработку запасов подземным способом, вскрытых разрезами, что позволяет повысить полноту извлечения запасов из недр и продлить срок службы действующих горнодобывающих предприятий. Актуальность разработки этих запасов подтверждается эффективностью применения открыто-подземной технологии на угледобывающих и горнорудных предприятиях.

Формирование и развитие открыто-подземной технологии нашли отражение в трудах научных коллективов МГТУ, ИГД им. A.A. Скочинского, ИПКОН РАН, Института угля и углехимии СО РАН, ИГД СО РАН, СПбГГУ, ВНИМИ, КузГТУ, СибГИУ и многих других научных и учебных организаций. Результаты проведенных исследований составляют теоретическую и практическую базу для дальнейшего развития открыто-подземной технологии отработки запасов угольных пластов в сложных горно-геологических и горнотехнических условиях.

Разработка способов открыто-подземной разработки угольных месторождений, выявление закономерностей взаимовлияния открытых и подземных горных выработок, совершенствование методической базы для разработки технологических схем угледобывающих предприятий, определение и оптимизация их параметров позволят осуществлять строительство и эксплуатацию угледобывающих предприятий комбинированного типа при соблюдении требований промышленной и экологической безопасности.

В связи с изложенным научные исследования по обоснованию параметров открыто-подземной технологии добычи угля, обеспечивающих эффективную разработку угольных пластов, являются актуальными.

Цель диссертации - обоснование параметров эффективной и безопасной открыто-подземной технологии отработки запасов угольных пластов с учетом установленных зависимостей смещений и напряжений пород кровли, границы опасного влияния буровзрывных работ (БВР) и характера обрушения пород кровли.

Идея работы заключается в обеспечении полноты отработки запасов угольных пластов за счет применения вариантов открыто-подземной технологии с учетом геомеханического состояния породного массива.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Предложенный подход к освоению угольных месторождений заключается в совмещении во времени и разделении в пространстве разработанных вариантов технологии ведения открытых и подземных горных работ при осуществлении геомеханического мониторинга и использовании единой инфраструктуры угледобывающего предприятия.

2. Установленные закономерности распределения напряжений и смещений в углепородном массиве при взаимном влиянии открытых и подземных работ позволяют выявить зону разгрузки, в которой происходит равномерное увеличение шагов обрушения пород кровли при сохранении устойчивости подготовительных горных выработок.

3. Разработанная методика расчета границы опасного влияния буровзрывных работ и определения характера обрушения пород кровли позволяет обосновать параметры крепления горных выработок, ширину вынимаемой полосы угля и барьерного целика при открыто-подземной разработке пологих угольных пластов.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций работы подтверждаются:

- корректностью использования современных научных методов для разработки новых вариантов открыто-подземной технологии разработки угольных пластов, математических методов для обоснования параметров технологии и их адаптации к реальным условиям;

- сходимостью результатов моделирования закономерностей изменения смещений горного массива вне зоны влияния открытых горных выработок и ранее полученных результатов экспериментов (отклонения не превышают 10%).

Научная новизна работы заключается в:

- формировании структурно-функциональной схемы комбинированного (открыто-подземного) способа освоения угольных месторождений;

- разработке методики расчета границы зоны опасного влияния буровзрывных работ с учетом особенностей обрушения пород кровли при открытоподземной разработке угольных пластов, позволяющей формировать рекомендации по определению параметров крепей горных выработок и стабилизации нагрузки на очистной забой;

- создании технологической схемы открыто-подземного способа отработки запасов угольных пластов в сложных горно-геологических, горнотехнических условиях Южного Кузбасса.

Научное значение работы. Проведенные исследования составляют теоретическую базу для дальнейшего развития открыто-подземного способа отработки пологих угольных пластов на основе полученных зависимостей изменения гео-механического состояния углепородного массива.

Практическое значение заключается в возможности вовлечения в разработку подземным способом угольных пластов, вскрытых разрезами, что позволяет повысить полноту извлечений запасов из недр и продлить срок службы действующих угледобывающих предприятий.

Реализация выводов и рекомендаций. Научные результаты и практические рекомендации использованы при выполнении научно-исследовательской работы по теме: «Обоснование технологических и геомеханических параметров открытоподземного способа разработки свиты угольных пластов» в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы».

Апробация работы. Основные положения диссертации и результаты исследований докладывались и получили одобрение на Международных научно -практических конференциях «Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых» (Новокузнецк, 2007, 2008 гг.) и «Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов» (Новокузнецк, 2008 г.); Всероссийской конференции-конкурсе студентов выпускного курса (Санкт-Петербург, 2008 г.); конкурсе научно-технических и инновационных проектов «Ты - можешь» (Кемерово, 2010 г.); семинарах кафедры разработки пластовых месторождений СибГИУ (2009-2011 гг.); семинарах кафедры подземной разработки пластовых месторождений МГГУ (2010-2011 гг.).

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 8-ми печатных трудах, в том числе 3-х статьях в изданиях, входящих в перечень ВАК Минобрнауки России, и в 2-х патентах на изобретения.

Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 53 рисунка, 13 таблиц и список литературы из 114 наименований.

Автор выражает благодарность д.т.н., проф. Мельнику В.В. и Фрянову В.Н. за методическую помощь в проведении исследований, полезные замечания и ценные советы.

Аналитический обзор вариантов открыто-подземной технологии разработки угольных пластов и исследований состояния массива горных пород в приконтур-ной зоне разреза показал, что в России и за рубежом накоплен большой производственный опыт эксплуатации предприятий с открыто-подземным способом добычи угля при разработке угольных месторождений, а также проведен значительный объем исследований геомеханических процессов при ведении горных работ открытым и подземным способами.

Большой вклад в развитие открыто-подземной технологии и исследование состояния массива горных пород при ее реализации внесли многие учёные и специалисты: М.И. Агошков, А.И.Арсентьев, В.А. Атрушкевич, A.C. Бурчаков, A.A. Вовк, В.К. Вороненко, Д.Т. Горбачев, Д.В. Гордин, Ю.В. Громов, А.Н. Домрачев, П.В. Егоров, Ю.А. Жежелевский, Д.М. Казикаев, С.И. Калинин Д.Р. Каплунов,

О.В. Коновалов, Ю.Н. Кузнецов, Г.Г. Ломоносов, И.Н. Лось, A.C. Малкин, В.В. Мельник, О.В. Михеев, Т.М. Мухтаров, B.C. Мучник, В.Н. Опарин, А.К.Полищук, М.П. Попков, Л.А. Пучков, В.В. Ржевский, А.Д. Рубан, А.М. Рыжов, М.В. Рыль-никова, И.Н. Савич, A.C. Ташкинов, К.Н. Трубецкой, В.А. Федорин, В.Н. Фрянов, К.Г. Христоки, В.А. Щелканов, М.Ф. Шнайдер, В.И. Шубодерев, Б.П. Юматов, В.Д. Ялевский, И.М. Ялтанец и др.

Исследованию геомехнических процессов при ведении горных работ открыто-подземным способом посвящены работы Ю.П. Астафьева, В. А. Белина, Г.М. Крюкова, А.М. Гальперина, Э.Л. Галустьяна, Т.Т. Исмаилова, П.И. Краснопольского, В.В. Колосова, Г.И. Кулакова, Б.Н. Кутузова, Ю.М. Николашина, М.Е. Певзнера, С.З. Полищука, Р.В. Попова, В.В. Ржевского, М.А. Садовского, П.И. Томакова, Г.Л. Фисенко, H.H. Фотиевой, В.К. Цветкова, Г.И. Черного, А.Г. и др.

В соответствии с целью диссертации были поставлены и решены следующие задачи:

- анализ современного состояния и направлений развития открытоподземной разработки угольных месторождений и унификация технологических элементов;

- разработка методики формирования вариантов открыто-подземной технологии угледобычи для комплексного освоения угольных месторождений;

- разработка новых вариантов открыто-подземной технологии отработки запасов угольных пластов;

- исследование закономерностей влияния открытых и подземных горных выработок на состояние углепородного массива при отработке пластов открыто-

подземным способом;

- разработка рекомендаций по определению параметров выемочного участка в зоне влияния открытых горных работ;

- обоснование технологических решений и рекомендаций для эксплуатации угледобывающих предприятий с открыто-подземным способом добычи угля в условиях Южного Кузбасса.

Анализ опыта применения открыто-подземной технологии и существующих технологических схем разработки месторождений полезных ископаемых показал его высокую эффективность и позволил выделить унифицированные технологические элементы: общее вскрытие месторождения, единые схема транспорта, угольный склад, погрузочный комплекс, водоотлив, промплощадка и энергетический комплекс.

На основе проведенных исследований предложена структурно-функциональная схема комбинированного освоения угольных месторождений (рис.1)

На основе результатов анализа открыто-подземного способа добычи угля предложена методика формирования вариантов открыто-подземной технологии угледобычи, которая базируется на принципах: комплексного освоения месторождений полезных ископаемых; учета состояния углепородного массива; применения элементов открытого и подземного способов добычи угля (рис. 1).

На первом этапе разработка месторождения осуществляется открытым способом, обеспечивается доступ к запасам угля с минимальными затратами. К отработке принимаются пласты, на которых обеспечиваются максимальные техникоэкономических показателей работы предприятия.

Для второго этапа характерно наличие вскрытых запасов угля открытыми горными выработками, а также их постоянное увеличение вслед за подвиганием фронта открытых горных работ. Вскрытие запасов для разработки подземным способом производится из общей или блоковой траншеи, при этом объекты инфраструктуры шахтоучастков и разреза размещают в открытых горных выработках.

В начале третьего этапа заканчивается отработка запасов угля открытым способом, а подземные горные работы достигают максимального развития за счет своевременного воспроизводства запасов. Проводится частичная рекультивация открытых и подземных горных выработок отработанных шахтоучастков.

Четвертый этап характеризуется угасанием горных работ и интенсивным ведением работ по ликвидации горного предприятия.

На этапах работы угледобывающего предприятия производится учет геоме-ханических параметров.

Рисунок 1 - Структурно-функциональная схема комбинированного освоения угольных месторождений

В соответствии с предложенной структурно-функциональной схемой комбинированного освоения угольных месторождений представлены два варианта открыто-подземных технологий угледобычи. Первый вариант открыто-подземной технологии разработки пологих пластов (рис. 2) отличается тем, что вскрытие месторождения осуществляется открытым способом по пласту самой большой мощности; разработка пластов ведется из горизонтальной траншеи; вскрытие пластов в производится ведется блоковой поперечной траншеей, проводимой под углом Л к горизонтальной траншее. Вскрытие, подготовка и разработка запасов угля в бортах блоковой поперечной траншеи производится подземным способом. Объекты единой инфраструктуры шахтоучастков и разреза размещают в блоковой поперечной траншее. Транспортирование горной массы из шахты до траншеи осуществляется конвейерами, после чего средствами карьерного транспорта - до общего угольного склада.

Второй вариант открыто-подземной технологии разработки пологих пластов (рис. 3) отличается тем, что открытые горные работы ведут от центральной траншеи к фланговой, а подземные горные работы - в обратном направлении.

Рисунок 2 - Первый вариант открыто-подземного способа разработки пологих

угольных пластов:

а - горизонтальная схема вскрытия шахтного и карьерного полей; б - вертикальная схема вскрытия, подготовки и отработки шахтного и карьерного полей; в -горизонтальная проекция выемочного столба при подземной добыче угля; 1 - горизонтальная траншея; 2 - блоковая поперечная траншея; 3 - пласт угля; 4 - борт траншеи; 5, 6 - конвейерный и вентиляционный наклонные стволы; 7 - разрезная печь; 8, 9 - конвейерный и вентиляционный штреки; 10 - механизированный комплекс; 11 - монтажная камера

Рисунок 3 - Второй вариант открыто-подземного способа разработки пологих

угольных пластов:

а - вертикальная схема вскрытия, подготовки и отработки шахтного и карьерного полей; б - горизонтальная схема расположения выемочных камер в барьерном целике угля; 1 - центральная траншея; 2 - фланговая траншея; 3 - пласт угля; 4 -горизонтальная траншея; 5, 6 - центральные и фланговые наклонные стволы; 7 -штрек; 8 - очистной забой; 9 - выработанное пространство; 10, 11 - камеры первой и второй серии; 12 - ленточный целик; 13 - внутренний отвал; 14 - площадка для проезда самосвалов; 15 - автосамосвал; 16 - бункер; 17 - ленточный конвейер; 18 - угольный склад; 19 - комплекс подготовки закладочного материала

I

/

При этом между открытыми и подземными горными работами оставляют барьерный целик Вц, ширина которого устанавливается исходя из геомеханиче-ского обоснования, который отрабатывают очистными камерами первой и второй серии. Камеры первой серии отрабатываются без крепления с оставлением угольных целиков. После закладки камер первой серии отрабатываются камеры второй серии.

При удалении фронта открытых горных работ и фронта отработки барьерного целика формируют внутренний породный отвал, разделяющий открытые и подземные горные работы, при этом на дне траншеи оставляют площадку для безопасного движения автосамосвалов. Транспортировку угля шахты до центральной траншеи осуществляют ленточными конвейерами, а из разреза - автосамосвалами до бункера, откуда уголь выдают общим ленточным конвейером для шахты и разреза на общий угольный склад.

Реализация предложенных вариантов комбинированной (открыто-подземной) технологии разработки угольных пластов, отличающихся совмещением во времени и разделением в пространстве открытых и подземных горных работ при использовании единой инфраструктуры, позволяет вести эффективную добычу угля и обеспечивает безопасность ведения горных работ.

Для моделирования геомеханических процессов в углепородном массиве при открыто-подземной разработке была проведена адаптация прикладных программ, разработанных проф., докт. техн. наук Л.Д.Павловой и проф., докт. техн. наук

В.Н. Фряновым.

За основу была принята базовая модель углепородного массива (рис. 4), состоящая из 10 слоев: слой 1 в почве имеет мощность 50 м и предел прочности пород при сжатии 40 МПа; слой 2 - угольный пласт с мощностью 3 м и предел прочности угля при сжатии составляет 10 МПа; слои 3-9 - породные слои, имеют мощность 30 м каждый и предел прочности при сжатии 40 МПа; слой 10 - наносы, мощность 11м, предел прочности при сжатии 5 МПа. В массив было введено выработанное пространство разреза, подземное выработанное пространство длиной 400 м при общей длине выемочного столба 800 м.

В результате моделирования получены изолинии упругих вертикальных смещений в кровле пласта, представленные на рис. 5. Из анализа характера распределения вертикальных смещений следует, что:

- изолинии вертикальных смещений относительно середины выработанного пространства имеют форму полуэллипсов;

- величины смещений уменьшаются вблизи очистного забоя и на сопряжении забоя со штреком.

в

- направление отработки выемочных столбов

Рисунок 4 - Модель углепородного массива: а - схема нетронутого массива; б - горизонтальная схема отработки пласта; в -разрез по 1-І; 1 - массив горных пород; 2 - угольный пласт; 3 - выработанное пространство разреза; 4 - очистной забой; 5, б - конвейерный и вентиляционный наклонные стволы; 7 - демонтажный ходок; 8, 9 - конвейерный и вентиляционный штреки; 10 - выработанное пространство шахты; 11 - эстакада; 12 - угольный склад; 13 - автосамосвал; 14 - экскаватор; 15 - воздухоподающая скважина; 16 - вентиляторная установка

ю

Рисунок 5 - Изолинии упругих вертикальных смещений непосредственной кровли пласта: а - угол падения пласта

Отличительной особенностью распределения смещений впереди очистного забоя является наличие в породах основной кровли на расстоянии 50-60 м впереди забоя зоны, где вертикальные смещения равны 0.

По длине столба в сторону открытых горных выработок на расстоянии 70350 м впереди забоя зафиксированы случаи подъема пород кровли вследствие разгрузки под влиянием открытых горных выработок, т.е. по мере движения очистного забоя графики смещения имеют волнообразный знакопеременный характер.

На рис. 6 приведены изолинии вертикальных напряжений в непосредственной кровле пласта.

Их анализ показывает, что над выработанным пространством вертикальные напряжения растягивающие, а у краевой части пласта растягивающие напряжения постепенно переходят к сжимающим, что соответствует известному из горной практики факту обрушения пород кровли в середине выработанного пространства и зависанию пород над краевой частью пласта.

п

Рисунок 6 - Изолинии упругих вертикальных напряжений (МПа) в непосредственной кровле пласта: а - угол падения пласта

Наличие зоны разгрузки впереди очистного забоя позволяет утверждать, что устойчивость подготовительных горных выработок, вне зон влияния БВР, будет сохраняться и при приближении очистного забоя к барьерному целику между подземными и открытыми горными работами повышения напряжений и возрастания горного давления не будет. При этом функцией барьерного целика становится изоляция открытых и подземных горных работ по условиям проветривания и профилактики эндогенных пожаров.

Для определения параметров выемочного участка подземного способа добычи в зоне влияния взрывных работ на разрезе предложена методика определения скорости смещений пород под влиянием взрывных работ по формуле академика М.А. Садовского с учётом: скорости продольной волны, плотности породы, периода колебания пород при взрыве, массы заряда и показателя степени затухания сейсмических колебаний.

На основании исходных данных вычисляются величины скоростей смещений и далее по номограмме, представленной на рис. 7, определяются скорость продольной волны и предел остаточной прочности пород при сжатии после БВР.

90 80 70 60 50 40 30 20 10 О Ю 20 30 40 50

Предел остаточной прочности Скорость смещений пород, см/м

пород при сжатии, МПа

Рис. 7 - Номограмма для определения предела остаточной прочности пород при сжатии от скорости сейсмических смещений пород

Коэффициент остаточной прочности пород рекомендуется определять по формуле

_ БВР

V — сж

остБВР исх ’

°сж-

где Костввр - коэффициент остаточной прочности пород;

БВР

**■ - предел прочности пород при сжатии после БВР;

_ исх

сж - предел прочности пород нетронутого массива при сжатии.

При КостБвр> 0,7 порода не разрушена, при КостБвр<0,7 порода разрушена.

При отработке пластов с КостБВР < 0,7 необходимо разрабатывать мероприятия, реализация которых обеспечивает эффективную добычу угля при безопасном ведении горных работ.

Для исследования характера обрушения пород кровли в приконтурной зоне разреза принята исходная модель углепородного массива, для которой были определены границы опасной зоны от ведения взрывных работ.

На рис. 8 представлены графики изменения шагов обрушения непосредственной кровли при движении очистного забоя в приконтурной зоне разреза, анализ которых показывает, что в очистном выработанном пространстве приконтурной зоны разреза при движении забоя по восстанию шаги обрушения пород кровли равномерно увеличиваются за счет уменьшения глубины ведения горных работ и стабилизируются в опасных зонах взрывных работ.

Рисунок 8 - График зависимости величины шага обрушения непосредственной кровли при движении очистного забоя в приконтурной зоне разреза

- Величина шага обрушения непосредстввенной кровли с учетом опасной зоны от БВР Величина шага обрушения непосредстввенной кровли в нетронутом массиве без учета БВР

100 200 300

Расстояние от границы открытых горных работ, м

В результате получены следующие технологические решения, обеспечивающие эффективное и безопасное ведение горных работ в зоне влияния БВР раз- 1 реза:

- параметры крепей сопряжения и усиления, анкерного крепления следует рассчитывать по методикам ВНИМИ с учетом результатов математического моде- 1 лирования состояния горного массива, при этом в зоне опасного влияния БВР тип кровли принимать трещиноватый, а класс кровли - неустойчивый и среднеустойчивый в зависимости от исходной прочности;

- применение крепей с противоотжимными козырьками и уменьшение ширины вынимаемой полосы угля с 0,8 м до 0,63 м и 0,5м в зоне опасного влияния БВР позволит увеличить нагрузку на очистной забой на 30-40%.

Методика определения границы опасного влияния БВР и характера обрушения пород кровли обеспечивает выбор параметров крепления горных выработок, ширины вынимаемой полосы угля и барьерного целика при открыто-подземной разработке угольных пластов, что повышает безопасность ведения горных работ.

Для апробации предложенных технологических решений разработки угольных пластов открыто-подземным способом рассмотрены три альтернативных участка: '

Ерунаковский-8,

Алардинский-4, I

Кушеяковская синклиналь.

Участок Алардинский-4 признан как наиболее соответствующий технологическим условиям открыто-подземной разработки угольных пластов.

Выбранный участок включает свиту из трех пластов:

пласт 1 - 1,58 м;

пласт З-За - 5,25 м;

пласт 6 - 9,2 м.

Размер участка по простиранию 3100 м, по падению - 3000 м.

Угол падения пластов составляет 10-15°.

Технологическая схема отработки запасов представлена на рис. 9.

На базе установленных закономерностей взаимовлияния открытых и подземных горных работ обоснованы параметры технологической схемы разработки участка Алардинский-4 с учетом ведения подземных горных работ под траншеей и отвалами разреза:

- для отработки пласта 1 мощностью до 3,5 м, склонного к самовозгоранию, следует применять механизированный комплекс типа М138/4 с противоотжим-ным козырьком при длине лавы до 200 м и ширине вынимаемой полосы 0,63 м;

- для отработки пласта З-За мощностью до 5,2 м, склонного к самовозгоранию, следует применять механизированный комплекс типа 2Ш-26/53 при длине лавы до 150 м и ширине вынимаемой полосы 0,5 м;

- для отработки пласта 6 мощностью до 8 м, склонного к самовозгоранию, с выпуском угля из подкровельной пачки следует применять механизированный комплекс типа 2Р8-5 800/17/33 при длине лавы до 100 м и ширине вынимаемой полосы 0,63 м; ширину барьерного целика между открытыми и подземными работами следует принимать не менее 60 м, предусматривая мероприятия по его укреплению, а также его антипирогенную обработку.

Полученные результаты по обоснованию параметров открыто-подземной технологии позволяют разрабатывать прогрессивные технологические схемы отработки запасов пологих угольных пластов в условиях Южного Кузбасса, в которой параметры горных работ определяются на основе разработанной методики исследования геомеханического состояния углепородного массива.

Проведенные исследования составляют теоретическую базу для дальнейшего развития открыто-подземного способа отработки пологих угольных пластов и дают возможность вовлекать в разработку подземным способом угольные пласты, вскрытые разрезами, что позволяет повысить полноту извлечений запасов из недр и продлить срок службы действующих угледобывающих предприятий.

---— — свежая струя воздуха

---— - исходящая струя воздуха

•—•— направление транспорта горной масса | - глухая перемачка

•

|][] - вентиляционнаО шлюз ® - вентилятор местного проветривания

---- - вентиляционная труба

Рисунок 9 - Технологическая схема отработки запасов пластов 1, З-За, 6 участка Алардинский-4

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является законченной научно-квалификационной работой, в которой изложено решение задачи по обоснованию параметров открыто-подземной технологии отработки запасов угольных пластов с использованием установленных зависимостей смещений и напряжений пород кровли, границ опасного влияния взрывных работ и характера обрушения пород кровли, обеспечивающих эффективность и безопасность ведения горных работ, что имеет существенное значение для развития угледобывающей отрасли России.

Основные научные и практические результаты, выводы и рекомендации, полученные автором, заключаются в следующем.

1. На основе анализа опыта применения открыто-подземной технологии и существующих технологических схем выделены унифицированные технологические элементы: общее вскрытие месторождения, единые схема транспортировки, склад и погрузочный комплекс, водоотлив, промплощадка и энергетический комплекс.

2. Разработанные варианты открыто-подземной технологии отработки запасов угольных пластов отличаются совмещением во времени и разделением в пространстве открытых и подземных горных работ, а также использованием единой инфраструктуры, которые обеспечивают эффективную и безопасную добычу угля.

3. Установлены закономерности распределения напряжений и смещений в углепородном массиве при взаимном влиянии открытых и подземных горных работ (при движении очистного забоя под открытыми выработками), позволяющие выявить зону разгрузки, в которой происходит равномерное увеличение шагов обрушения пород кровли.

4. Установлено, что расчет параметров крепей сопряжения и усиления, анкерного крепления в приконтурной зоне разреза следует осуществлять по методикам ВНИМИ с учетом результатов математического моделирования состояния горного массива, при этом в зоне опасного влияния БВР: тип кровли принимать трещиноватый, а класс кровли неустойчивый и среднеустойчивый, в зависимости от исходной прочности.

5. Обосновано, что применение крепей с противоотжимными козырьками и уменьшение ширины вынимаемой полосы угля с 0,8 м до 0,63 м и 0,5 м в зоне опасного влияния БВР увеличивают нагрузку на очистной забой на 30-40% и снижают вероятность возникновения аварийных ситуаций при очистных работах.

6. Предложена технологическая схема отработки участка Алардинский-4, перспективного для открыто-подземной отработки; при этом параметры горных

работ в приконтурной зоне разреза определяются на основе исследований геоме-ханического состояния углепородного массива: для отработки пласта 1 мощностью до 3,5 м, склонного к самовозгоранию, следует применять механизированный комплекс типа М138/4 с противоотжимным козырьком при длине лавы до 200 м и ширине вынимаемой полосы 0,63 м; для отработки пласта З-За мощностью до 5,2 м, весьма склонного к самовозгоранию, следует применять механизированный комплекс типа 2Ш-26/53 при длине лавы до 150 м и ширине вынимаемой полосы 0,5 м; для отработки пласта 6 мощностью до 8 м, весьма склонного к самовозгоранию, следует применять механизированный комплекс типа ZFS-5800/17/33 и длине лавы до 100 м и ширине вынимаемой полосы 0,63 м; ширину барьерного целика между шахтой и разрезом принимать не менее 60 м.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах: Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России

1. Сенкус Вал.В., Фрянов В.Н. Разработка технологических решений отработки свиты угольных пластов подземным способом в приконтурной зоне разре-зов//Горный информационно-аналитический бюллетень/МГТУ. - 2008. - № 9. -

С. 19-24.

2. Сенкус Вал.В., Кутцар Т.М. Технологические решения при строительстве шахты «Ерунаковская - 8» ОАО «ОУК «Южкузбассуголь»//Горный информационно-аналитический бюллетень/МГТУ. - 2008. - № 10. - С. 36-38.

3. Сенкус Вал.В. Обоснование параметров ведения подземных горных работ в приконтурной зоне разреза// Горный информационно-аналитический бюллетень/МГТУ.-2011.-№ 8. - С. 29-35.

Патенты на изобретения

4. Патент РФ № 2295036. Комплексный способ разработки месторождений полезных ископаемых. /Вал. В. Сенкус, С.Г. Фомичев, В.В. Сенкус, Вас.В. Сенкус. МПК Е21С 41/00. - Заявка № 2005115709/03 - Заявл. 23.05.2005. Опубл. 10.03.2007. БИ№ 7.

5. Положительное решение о выдаче патента на изобретение. Открытоподземный способ разработки пластовых месторождений. / Вал. В. Сенкус, В.Н. Фрянов, О.В. Фрянова. МПК Е21С 41/00. - Заявка № 2010125157/03 - Заявл. 18.06.2010. Решение от 25.08.2011.

Прочие публикации

6. Сенкус Вал.В. Фрянов В.Н. Задачи исследований для геомеханического обеспечения открыто-подземной технологии разработки угольных месторожде-ний//Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых. :Тр. X Международ. научно-практ.конф. /СибГИУ. - Новокузнецк, 2007. - С. 47-48.

7. Сенкус Вал.В, Сенкус В.В. Комплексный способ разработки месторождений полезных ископаемых//Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых: Тр. X Международ. конф. /СибГИУ.

- Новокузнецк, 2007. - С.41-43.

8. Сенкус Вал.В., Фрянов В.Н., Павлова Л.Д. Моделирование геомехани-ческих процессов углепородного массива при разработке пластов открытоподземным способом//Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов. - Новокузнецк, 2008. - С.59-62.

Подписано в печать 29.12.2011 г. Формат 60x90/16

Объем 1 печ.л. Тираж 100 экз. Заказ № У/ОО

Отдел печати Московского государственного горного университета Москва, Ленинский проспект, 6