Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Обоснование параметров подэтажной механизированной отработки мощных крутых пластов с управляемым выпуском угля

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

Автореферат диссертации по теме "Обоснование параметров подэтажной механизированной отработки мощных крутых пластов с управляемым выпуском угля"

На правах рукописи

ОПРУК Глеб Юрьевич

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПОДЭТАЖНОИ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ ОТРАБОТКИ МОЩНЫХ КРУТЫХ ПЛАСТОВ С УПРАВЛЯЕМЫМ ВЫПУСКОМ УГЛЯ

Специальность 25.00.22- «Геотехнология (подземная, открытая

и строительная)»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

9 0!(Т 2014

Тула-2014

005553161

Работа выполнена в Институте горного дела Сибирского отделения Российской Академии наук.

Научный руководитель:

Клишин Владимир Иванович, член-корр. РАН, директор ФГБУН «Институт угля Сибирского отделения Российской академии наук».

Официальные оппоненты:

Потапенко Вячеслав Алексеевич, доктор технических наук, ОАО «Подмосковный научно-исследовательский и проектно-конструкторский угольный институт», генеральный директор, г. Новомосковск;

Чеботарев Павел Николаевич, кандидат технических наук, ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет»/ кафедра «Городского строительства и архитектуры», ассистент, г. Тула.

Ведущая организация: ФГАОУ ВПО Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», г. Москва.

Защита диссертации состоится 20 ноября 2014 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212.271.04 при Тульском государственном университете по адресу: 300012, г. Тула, просп. Ленина, д. 90, ауд. 220, 6-й уч. корпус.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского государственного университета.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, подписанные и заверенные печатью организации, просим высылать по адресу: 300012, г. Тула, просп. Ленина, 92, Ученый совет ТулГУ, факс: (4872) 35-81-81.

диссертационного све Копылов Андрей Борисович

Автореферат разослан

Ученый секретарь

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В России мощные крутые пласты залегают в Кузнецком угольном бассейне и на Апсатском каменноугольном месторождение в Читинской области на территории Канарского района. В странах ближнего и дальнего зарубежья: месторождения Закавказья (Ткварчельское и Шаор-ское); Средней Азии (Шаргуньское), а также Польши, Китая, Болгарии, Индии, Турции. В Кузбассе сосредоточено промышленных запасов в мощных крутых пластах приблизительно 1 миллиард 184 миллиона тонн. Применение высокопроизводительных комплексов в Прокопьевско-Киселевском районе исторически сдерживалось сложностью залегания и нарушенностью угольных пластов. Угли района уникальны по своему марочному составу, в основном представлены особо ценными марками, служат главной сырьевой базой для металлургической промышленности России.

Разнообразие условий залегания мощных угольных крутых пластов вызвала необходимость применения различных систем разработки, наиболее предпочтительными из которых являются системы, использующие гравитационный выпуск угля - технологии блочного или подэтажного обрушения. Поиски рациональных систем выпуска угля при отработке мощных крутопадающих пластов привели к созданию многочисленной группы комбинированных систем, в которых монтажный слой отрабатывается, как правило, наклонным слоем по простиранию у кровли пласта, а выемка угля под перекрытием производится системами подэтажных штреков, поперечно-наклонными слоями и другими.

Наряду с очевидными преимуществами технологии подэтажной разработки с выпуском угля, известны и трудности ее реализации. В первую очередь это относится к требованиям полноты выпуска угля, механизации работ, обеспечения безопасности и эффективности работы очистного забоя. Потери угля в обрушенном пространстве приводят к его самовозгоранию. Кроме того, при выпуске угля происходит перемешивание угля с обрушенными породами кровли, что повышает зольность. Решение проблемы тесно связано с оптимизацией параметров технологии и обоснованию режимов управляемого площадного выпуска угля по всей мощности пласта.

В этой связи актуальной научно-практической является проведение исследований по обоснованию параметров технологической схемы подэтажной механизированной разработки мощных крутых пластов с управляемым выпуском угля.

Целью работы является установление зависимостей изменения уровня эксплуатационных потерь от параметров системы подэтажной механизированной отработки механизированной мощных крутых пластов с управляемым выпуском угля.

Идея работы состоит в развитии технологии подэтажной разработки мощных крутых угольных пластов на основе управляемого выпуска угля на конвейер, расположенный между спаренными секциями механизированных крепей, через ограждения которых также ведут выпуск, что обеспечивает большую полноту выемки угля и безопасные условия отработки.

Научные положения, выносимые на защиту:

- полнота выемки, управляемый площадной выпуск угля и безопасные условия работы в технологии разработки мощных крутых пластов подэтажным обрушением, обеспечиваются системой выпуска угля на конвейер, расположенный между спаренными секциями механизированной крепи, и через окна в ограждении крепи регулируемыми по производительности питателями;

- установлено, что при управляемом площадном выпуске подэтажной толщи в технологии «крепь-штрек», снижение мощности пласта при постоянной высоте подэтажа вызывает нелинейное пропорциональное снижение потерь угля, а минимальные потери достигаются при высоте подэтажа (Ь=14м) и мощности пласта (ш=10м), в диапазоне 10 <Ь < 14 и 6<т < 14;

- при возвратно-поступательном движении плиты клинового питателя, расположенного в секции крепи под углом в сторону разгрузки угля, достигается образование максимальной зоны выпуска за счет разворота потока угля на питателе, что позволяет обеспечить полноту выемки по простиранию пласта и обеспечить шаг передвижки крепи до 2 м;

Научная новизна работы заключается в следующем:

- в определении влияния площадного выпуска на показатели извлечения, при изменении параметров технологии подэтажной выемки с применением механизированной крепи КПВ1;

- в установлении зависимостей изменения относительного уровня потерь угля от изменения мощности пласта в высоты подэтажа при управляемом площадном выпуске в технологии подэтажной выемки;

- в определении воздействия формы и способа перемещения питателя для регулируемого выпуска угля в механизированной крепи КПВ1 на полноту выемки угля по простиранию пласта;

- в разработке математической модели площадного выпуска угля и породного массива для численного моделирования в технологии подэтажной разработки мощных крутых угольных пластов с выпуском.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций работы подтверждаются достаточным объемом лабораторных и аналитических исследований по режимам выпуска и изменению вариантов параметров технологии, сходимостью теоретических и экспериментальных данных.

Научное значение работы состоит в установлении зависимостей изменения уровня эксплуатационных потерь от параметров системы подэтажной механизированной отработки механизированной мощных крутых пластов с

управляемым выпуском угля для обоснования рациональных параметров системы разработки.

Практическое значение заключается в обосновании рекомендаций по отработке мощных крутых пластов с управляемым выпуском, создании безопасных условий труда снижении уровня потерь и зольности угля при подэ-тажной выемке.

Реализация научных результатов. В результате выполненных исследований разработаны рекомендации на отработку мощных крутых пластов Прокопьевско-Киселевского района системами подэтажного обрушения для условий шахт «Киселевская» и «им.Дзержинского» (ХК «СДС-Уголь»), а также для Апсатского месторождения (ОАО «СУЭК»),

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на Международном симпозиуме «Неделя горняка» (Москва, 2009-2012гг.); конференции «Фундаментальные проблемы формирования техногенной геосреды» (Новосибирск, 2009г.); научно-технической конференции «Особенности внедрения энергоэффективных и безопасных технологий в угольной отрасли» (Прокопьевск, 2010г.); международной научно-практической конференции «Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов» (Новокузнецк, 2010г.); научных семинарах ИГД СО РАН (Новосибирск, 2009-2012гг.) и технических советах угольных шахт.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 7 печатных работах, в том числе 3 — в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 114 страницах машинописного текста, содержит 52 рисунка, 13 таблиц, список литературы из 101 наименования.

Автор выражает искреннюю признательность и благодарность сотрудникам ИГД СО РАН, K.T.H. C.B. Клишину, к.т.н. Д.И. Кокоулину и к.т.н. Б. Ку-банычбеку за помощь, научные консультации и ценные замечания при выполнении и обсуждении результатов исследований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Наиболее существенный вклад в формирование представлений о геомеханических процессах, протекающих при ведении горных работ на мощных крутых пластах, взаимодействии механизированных крепей с выпускаемой толщей угля, управлении горным давлением, а также в разработке и внедрении прогрессивных технико-технологических решений внесли: A.C. Бурча-ков, Т.Ф. Горбачев, Г.И. Грицко, В.Т. Дзюбенко, С.И. Дмитриев, П.В. Егоров, С.И. Запреев, Л.В. Зворыгин, Л.А. Зиглин, В.И. Ильин, С.И. Калинин, П.М. Федорин В.А., Ковачевич, В.Ф. Крылов, A.C. Кузьмич, В.Н. Кулаков, Ю.Н. Кулаков, Н.И. Линденау, В.И. Клишин, П.Ф. Лукьянов, В.И. Мурашев, B.C. Мучник, В.Ф. Парусимов, А.И. Петров, А.П. Судоплатов, Б.А. Теодорович, Л.П. Томашевский, И.А. Файнер, H.A. Чинакал и многие другие ученые.

Цель и идея работы, а также современное состояние знаний по рассматриваемой проблеме обусловили необходимость постановки решения следующих задач:

- разработать принципиальную технологическую схему подэтажной выемки мощных крутых пластов с управляемым выпуском, и обосновать её параметры, обеспечивающие полноту выемки и безопасные условия отработки;

- установить закономерности изменения уровня относительных потерь угля при выпуске от параметров технологии подэтажной выемки с помощью секций механизированной крепи КПВ1;

- установить форму и способ перемещения питателя установленного в ограждении секции механизированной крепи КПВ1 для увеличения полноты извлечения угля по простиранию пласта;

- разработать математическую модель площадного выпуска угля и породного массива для численного моделирования в технологии подземной разработки мощных крутых угольных пластов в системе подэтажного обрушения.

Анализ производственного опыта показал что применение высокопроизводительных комплексов для разработки мощных крутопадающих пластов угля в Прокопьевско-Киселевском районе исторически сдерживалось сложностью залегания и нарушенностью угольных пластов. Одним из направлений решения этой проблемы являлось создание комплекса "крепь-штрек", перемещаемого по мере подсечки подэтажной толщи, по подэтажному штреку по простиранию пласта.

В развитие технологии подэтажной выемки предложена новая технологическая схема подэтажной механизированной разработки мощных крутых пластов с управляемым выпуском угля, в которой пласт рассекается по простиранию на всю длину отрабатываемог о блока подэтажными штреками, соединенными между собой углеспускными и ходовыми скатами (рисунок 1).

Рисунок 1 - Система разработки подэтажными штреками с выпуском угля

Комплекс КПВ1 (рисунок 2) включает в себя две секции оградительно-поддерживающего типа. Каждая секция состоит из ограждения - 1 шарнирно связанного с рамой, основания, гидростоек - 2, верхняка, шарнирно закрепленного на перекрытии - 3, гидродомкрата передвижения, установленного на основании. В ограждении каждой секции крепи распложено выпускное окно -4, для выпуска самообрушающегося угля из межслоевой толщи в виде желоба с бортами, расширяющегося в сторону разгрузки и жестко закрепленного бортами к несущим балкам перекрытия, и днищем, опертым на основание и покрытым антифрикционным материалом, на котором смонтирован плунжерный питатель - 5, выполненный в виде жесткой плиты и имеющий для неё возвратно-поступательное перемещение, с помощью привода в виде гидроцилиндра. Ограждения секций крепи также снабжены откидными щитами - 6. Между основаниями секций на почве штрека установлен став перегружателя ПСП-26 - 7. Секции связаны со ставом перегружателя гидроцилиндром подачи. Комплекс снабжен также двумя гидроцилиндрами с якорной стойками и круглозвенными цепями с помощью которых, в случае необходимости могут быть передвинуты вдоль подэтажного штрека как забойные секции, так и став перегружателя ПСП-26.

Лабораторные исследования по установлению рациональных параметров технологии подэтажного выпуска, обеспечивающих полноту извлечения угля, показали, что при выпуске угля на конвейер, расположенный между ограждениями секций (комплексы ВМУ-Ю, ПКК, КПО, АПВ), происходит проникновение пустых пород по границе зоны потока выпускаемого угля вследствие того, что плотность породы более чем в два раза превышает плотность угля (рисунок 3). Это приводит к значительным потерям и разубоживанию угля приблизительно до 60%. В движение вовлекаются покрывающая порода, постепенно заполняя освобождаемое углем место тем самым создавая воронку внедрения-клин. При одновременном выпуске угля на конвейер между секциями крепи и через питатели в окнах крепи, что соответствует конструкции крепи КПВ1, контактная граница «уголь-порода» опускается параллельно почве подэтажного штрека, т.е. обеспечивается регулируемый площадной выпуск угля (рисунок 4).

1

Рисунок 2 - Крепь подэтажного обрушения КПВ1

Рисунок 3 - Выпуск угля на конвейер через центральное окно между секциями крепи (т=10м, Ь=10м,)

Рисунок 4. Площадной выпуск (т=10м, Ь=14м)

В ходе выполнения лабораторных экспериментов установлено, что потери угля нелинейно пропорциональны мощности пласта и высоте подэтажа.

При этом чем больше мощность пласта, тем больше и потери угля, и наоборот чем больше высота подэтажа тем меньше потери (рисунок 5 - а, б).

Эти закономерности справедливы для граничных условий: 10</?< 14 и 6 <т< 14. На основе метода рационального планирования эксперимента для оперативного определения прогнозного уровня потерь угля в условиях подэ-тажного выпуска, получена следующая эмпирическая зависимость:

Р ~ 0,25/г2 + 7Л + 27 т°"\ где Р - потери, %; И - высота подэтажа, м; ш - мощность пласта, м.

Коэффициент корреляции с экспериментальными данными не менее 0,950,99. Проведены исследования конструкции питателя механизированной крепи КПВ1, обеспечивающего максимальную полноту извлечения угля по простиранию пласта (рисунок 6-а,б,в) . В результате исследований установлено, что при возвратно-поступательном движении плоского питателя, выпуск угля и покрывающих пород начинается с забойной стороны лавы, образуя конус выпуска, заполняемого породой, при этом значительная часть угля в виде застойной зоны остается в завальной стороне (рисунок 6-а).

б)

т-12 я йК-10 н

М2Ы

Рисунок 5 - Графики зависимости потерь угля: а) Р = Дгп) - от мощности пласта; б) Р = ^Ь) - от высоты подэтажа

При возвратно-поступательном движении питателя в виде треугольного конуса создается выраженная параболическая асимметрия выпуска, когда зона потока со стороны верхняка крепи на уровне выпускного окна выпрямляется, а в завальной части остается узкая застойная зона из угля (рисунок 6-6). Однако возвратно-поступательное движение наклонной части этого питателя, контактирующей с массивом, приводит к образованию зоны выпуска, близкой к симметричной. При этом смещение зоны потока происходит сначала с завальной стороны, что позволяет осуществить разворот потока угля на питателе и создать подпор из породной подушки (рисунок 6-в). В этом случае уг ол наклона зоны потока с обеих сторон увеличивается до 85° , образуя вертикальные стенки, а выпускное окно работает как свободное отверстие, что исключает образование застойной зоны из угля на питателе.

Рисунок 6 - Влияния типа питателя на показатели извлечения угля: а - плоский питатель на почве пласта; б - клиновой питатель; в - клиновой питатель с движущейся верхней частью

По результатам лабораторных исследований выполнено аналитическое моделирование процесса выпуска угля в технологии подэтажного обрушения. На базе физического моделирования разработана математическая модель для численного моделирования процессов гравитационного движения гранулированных материалов со сцеплением в трехмерной постановке методом дискретных элементов.

В модели дискретных элементов форма частиц на протяжении всего времени контакта остается неизменной, а степень их деформации представляется величиной перекрытия 8пл, между контактирующими элементами (рисунок 6-а). При этом предполагается, что размер такого перекрытия намного меньше размеров самих частиц.

Положение и ориентация в пространстве двух контактирующих сферических дискретных элементов с номерами / и j определяется радиус-векторами X/ и ху, скоростями поступательного движения V/ и V,, а также скоростями вращения <о, и щ относительно центров масс С>1 и О, (рисунок 6-6). Геометрия контакта описывается векторами щ и Ц, где п„ - единичный вектор, определяющий плоскость контакта между двумя сферами (вектор нормали к плоскости пересечения сфер, направленный вдоль линии, соединяющей центры О, и О])', % - единичный вектор, принадлежащий плоскости контакта. Краевые условия определяются набором отрезков (в двумерном случае) или плоскостей (в случае трех измерений), которые рассматриваются как дискретные элементы с бесконечным радиусом и массой.

и геометрия их контакта (б) В общем случае движение каждой /-й частицы состоит из поступательного и вращательного и в момент времени г описывается вторым законом Ньютона:

о

Хул

IV (2)

./«и»

Здесь X/ - координаты центра масс; 6; - угол поворота; т, - масса;

I, - момент инерции г'-й частицы.

Правые части уравнений (1) состоят из сил действующих на контактах, а также внешних сил в, (сила тяжести и т.п.). Момент вращения Т0, представленный в (2), характеризует вращательное воздействие контактной силы ¥0 на г-ю частицу со стороны /'-й и выражается следующим образом:

Силовое взаимодействие в точке контакта между сферическими частицами с номерами 1 из можно представить в векторной форме следующим образом:

где Г„у и /•',,_,--вязко-упругие нормальная и касательная компоненты контактной силы соответственно. Выражение (4) перепишем в виде

Щ = (£„,/,А,у ~ 1n.ifVn.ij Ущ + (к,¡уд,у - у,.1/\а УЦ. (5)

Здесь и V,,, - проекции относительной скорости точки соударения на оси п,у и

Кч и Ь<м - перекрытия в нормальном и касательном направлениях. Перекрытие по нормали 5п,у определяется по формуле

Кц = (г,+ »>)-/„> О,

где - расстояние между центрами частиц.

В приращениях по времени Д/ выражение для приращения А<5Л,,У формулируется следующим образом: А3„у = —

А/у

Приращение касательной составляющей определяется скалярным произведением

Д д,м = (Ди, - Ди;)-%, где вектор Ц направлен вдоль вектора относительного смещения частиц в плоскости контакта;

Ди, и Ди, - приращения смещений частиц.

Для определения величин, представленных в (5), выберем вязкоупругое взаимодействие частиц на основе закона Гука. Тогда компоненты контактной силы будут определяться следующим образом:

15

16 Е..

- Г„, =

4т ■ к..

1пе„

где

1 и,н

гг г, т, т

, г„ =--.т„ =-

Е„ Е, Е] " г, +г, щ+т,

Е1 и Е] - модули упругости, и - коэффициенты Пуассона;

еу - коэффициент восстановления скорости после соударения 1-й и >й частиц

соответственно (0 < еу <1).

Касательная составляющая контактной силы вычисляется следующим образом. На определенном шаге интегрирования определяются значения в соответствии с (5,6) и проверяется выполнение неравенства | | > Щ<р,, ■ I ^.у где (р,, - заранее заданный угол внешнего трения скольжения между частицами. Если это неравенство не выполняется, то значение силы Гц, остается

определенной в соответствии с (5, 6). Если неравенство выполнено, то частицы начинают проскальзывать друг по другу и на текущем шаге нагружения касательная составляющая силы отталкивания вычисляется по закону:

Рг.ч = ЧЩ ■ Ъ.у (7)

Гранулированный материал (в данном случае уголь и порода) представлен совокупностью частиц с радиусами, равномерно распределенными в интервале от 0,05 до 0,2 м (рисунок 7), с заданием их физико-механических свойств (таблица 1). Геометрические параметры частиц, необходимых для решения задачи следующие:

- мощность угольного пласта -14м;

- высота отрабатываемого подэтажа -14 м;

- угол падения пласта равен 80°;

- выпускные отверстия имеют ширину 1,5 м и расположены с интервалом в 1,0 м.

Показатель Обозначение Уголь Порода

Модуль упругости, МПа Е 5-Ю3 2-10"

Коэффициент Пуассона V 0,25 0,3

Плотность, кг/м3 Р 1 400 2 500

Коэффициент трения М 0,4 0,4

» —---<---- - — -—--«*•* « ^»лш ши^ тч^тьп 10!

времени в случае, когда выпускные отверстия были открыты одновременно в начальный момент времени. Смещение материалов демонстрируется чередованием темных и светлых полос. Кинематическая картина качественно повторяет картину схожих экспериментов, проведенных в лабораторных условиях. Видно, что расстояние между выпускными отверстиями обеспечивает весьма большую ширину потока, не разделяя его на отдельные.

а) . б> ») ■-) Д) е)

Рисунок 7 - Кинематическая картина выпуска горной породы при трех одновременно открытых выпускных окнах

На рисунке 8, показана скорость прохождения потока через выпускные отверстия. В данном случае она определяется как количество частиц Ы,, прошедших через выпускное отверстие за единицу времени.

Рисунок 8 - Скорость прохождения потока сыпучего материала через выпускные отверстия: три открытых отверстия (I); одно открытое отверстие (II)

Напряженно-деформированное состояние массива, а именно, компоненты тензора напряжений <тхх и представлены на рисунке 9. Поля напряжений на этих рисунках соответствуют стадиям движения выпуска, показанным на рисунке 7. В начальный момент времени общая напряженная картина соответствует равновесному распределению напряжений по Диннику. В дальнейшем представленные поля напряжений перестраиваются. Так, например, характер действия горизонтальных напряжений ахх практически не изменяется (рисунок 9, а-е), в то время как характер вертикальных напряжений демонстрирует зону разрыхления над выпускными отверстиями (рисунок 9, ж-м).

а)

б)

в)

Д)

е)

ж)

з)

И)

ш

К)

Л)

м)

Рисунок 9 - Компоненты тензора напряжений: (а-е) горизонтальные ахх, (ж-м) вертикальные компоненты тензора напряжений а,-

Таким образом, на основе созданной математической модели площадного выпуска угля и породного массива в технологии подземной разработки мощных крутых угольных пластов в системе подэтажного обрушения, показано, что зона потока выпускаемого угля, а также напряженно-деформированное состояние геосреды вблизи выпускных отверстий, испытывают пульсирующий режим движения, состоящий из циклов «разрыхление - уплотнение». При регулируемом выпуске достигается относи дельная стабилизация скорости прохождения потока через выпускные отверстия.

Предполагаемый экономический эффект от реализации технологии с выпуском в рамках опытно-промышленного участка на действующей шахте шахты, показывает что проект обеспечивает возврат вложенных средств и получение чистого дисконтированного дохода в сумме 8239 тыс.руб. Индекс доходности инвестиций составляет 1,05 (при нормативе > 1), внутренняя норма доходности (12%). Сводные результаты технико-экономических показателей определяющих экономический эффект от реализации технологии на год освоения суммарной производственной мощности представлены в таблице 5 и свидетельствуют о высокой экономической эффективности проекта. Финансовый профиль проекта представлен на рисунке 10.

Рисунок 10 - Финансовый профиль

Таблица 2 - Сводные результаты технико-экономических показателей

Наименование показателей

Месячный объем добычи шахты, с опытно-промышленным участком__

Себестоимость 1 т угля

балансовая прибыль

Чистая прибыль

Затраты на производство

Рентабельность производства

Инвестиционные издержки (с НДС) - всего

Чистый дисконтированный доход (NPV) Внутренняя норма доходности (IRR) Рентабельность инвестиций (Pi)

Окупаемость инвестиций: не дисконтированная дисконтированная

Един, изм.

руб/т.

тыс.руб

тыс.руб

%

тыс.руб

тыс.руб

%

%

мес. мес.

Показатели

за счет реализации технологии

62

2211,2 40346,3

30664,0

137096.4

22,4

181 327

8239,0

12

105

7,5 9,5

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате экспериментальных и теоретических исследований установлены зависимости изменения уровня эксплуатационных потерь позволяющие, определить оптимальные параметры технологии подэтажной механизированной выемки угля. Определена форма и способ перемещения питателя, установленного в крепи механизированного комплекса КПВ1для регулируемого выпуска угля, при подэтажной механизированной отработке, что позволяет увеличить полноту извлечения угля по простиранию пласта. Решение этих задач имеет существенное значение для угольной промышленности и

экономики страны.

Основные научные результаты, выводы и рекомендации заключаются в

следующем:

1. Существующие средства механизации для отработки мощных крутых пластов подэтажами при выпуске угля на конвейер, распложенный между секциями крепи механизированного комплекса способствуют образованию индивидуальной зоны потока с фигурой выпуска в виде клина, что не обеспечивает одновременный площадной выпуск угля и приводит к значительным потерям и засорению угля.

2. Установкой регулируемых по производительности питателей в ограждении секции крепи механизированного комплекса достигается управление процессом одновременного, площадного выпуска угля на конвейер расположенный между секциями крепи, тогда при выпуске контактная граница уголь - порода будет опускаться вертикально и параллельно почве пласта, что позволяет снизить потери и разубоживание.

3. В ходе выполнения стендовых испытаний установлено, что минимальный относительный уровень потерь угля для механизированного комплекса КПВ1 при управляемом площадном выпуске достигается при технологических параметрах (Ь=14м, т=10м).

4. В ходе выполнения лабораторных экспериментов установлено, что потери угля нелинейно пропорциональны мощности пласта и высоте подэтажа. В заданном диапазоне высот и мощностей (10<И< 14 и 6<т< 14) эксплуатационные потери составляют в среднем 5-15%.

5. Установлено, что при возвратно-поступательном движении наклонной части клинового питателя, контактирующей с массивом, образуется зона выпуска, близкая к симметричной. При этом смещение зоны потока происходит сначала с завальной стороны, что позволяет осуществить разворот потока угля на питателе и создать подпор из породной подушки. В этом случае угол наклона зоны потока с обеих сторон увеличивается до 85°, образуя вертикальные стенки, а выпускное окно работает как свободное отверстие, что исключает образование застойной зоны из угля на питателе.

6. На основе созданной математической модели площадного выпуска угля и породного массива в системе подэтажного обрушения, показано, что

зона потока выпускаемого угля, а также напряженно-деформированное состояние геосреды вблизи выпускных отверстий, испытывают пульсирующий режим движения, состоящий из циклов «разрыхление - уплотнение». При регулируемом выпуске достигается относительная стабилизация скорости прохождения потока через выпускные отверстия. Кинематическая картина качественно повторяет картину схожих экспериментов, проведенных в лабораторных условиях.

7. Экономическая оценка реализации технологии в рамках действующего предприятия доказывает её перспективность для инвестирования. При реализации технологии подэтажного выпуска на действующем предприятии в рамках опытно-промышленного участка обеспечивается возврат вложенных средств и получение чистого дисконтированного дохода в сумме 8239 тыс.руб. Индекс доходности инвестиций составляет 1,05 (при нормативе > 1), внутренняя норма доходности (12%).

Основные положения диссертации изложены в следующих публикациях.

Статьи в периодических изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Никольский, A.M. Метод направленного гидроразрыва труднообрушающихся кровель для управления горным давлением в угольных шахтах / В.И Кпишин, Г.Ю. Опрук, А А. Неверов, С.А. Неверов//Уголь,-2008.11.-С. 12-16.

2. Клишин, C.B. Моделирование процесса выпуска угля при механизированной отработке мощных крутопадающих угольных пластов / В.И Клишин, Г.Ю. Опрук // ФТЛРПИ № 6. 2013. -С. 105-117.

3. Опрук, Г.Ю. Расчет газовыделения в очистной забой в системах разработки подэтажными штреками «крепь-ипрек» / В.И Клишин // Вестник КузГТУ. - 2012. - № 6. - С. 54-59.

В прочих изданиях:

4. Опрук, Г.Ю. Технология подэтажной механизированной разработки мощных крутых пластов с выпуском угля, обеспечивающая полноту выемки угля и безопасные условия / A.M. Никольский // Молодые - наукам о земле. Студенческое научно - техническое общество: Межвузовская научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых / Российский государственный геологоразведочный университет им. Серго Орджоникидзе. - Москва, 2008. - С. 310313.

5. Кубанычбек, Б. Разработка механизированных комплексов для отработки мощных угольных пластов с управляемым выпуском / В.И Клишин, Д.И Кокоулин, Г.Ю. Опрук // Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности: Сборник докладов VII Международной научно-технической конференции Чтения памяти В.Р. Кубачеха - Екатеринбург, 2009,- С.51-55.

6. Опрук, Г.Ю. Новые технические решения отработки мощных крутых пластов / В.И Клишин, Д.И Кокоулин, Б. Кубалычбек // Фундаментальные проблемы формирования техногенной геосреды: Материалы конференции. - Новосибирск, 2009. - С. 48-52.

7. Опрук, Г.Ю. Управление площадным выпуском угля / Б. Кубанычбек // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов: Международная научно-практическая конференция. - Новокузнецк, 2010. - С. 94-98.

Изд. Лиц. J1P №020300 от 12 02.97. Подписано в печать 16.09.2014 Формат бумаги 60x84 Бумага офсетная.

Усл.печ л. 0.93. Уч.-издл. 0.8 Тираде 100 экз. Заказ 119 Тульский государственный университет. 300600, г. Тула, пр Ленина. 92.

Отпечатано в Издательстве ТулГу. 300600, г. Тула, пр. Ленина, 95