Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Прогноз горно-геологических осложнений в угольных шахтах Восточного Донбасса и оценка их влияния на работу очистных забоев

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

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

^Коберник Александр Иванович

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

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

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Новочеркасск 1995.

Работа выполнена в техническом университете.

Новочеркасском государственном

Научные руководители: доктор геолого-минералогических

наук, профессор Б.В.Смирнов.

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

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук, профессор В.Я.Посыльный.

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

Ведущее предприятие: АО "Гуковуголь".

Защита диссертации состоится - / - /г _1995 г.

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

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новочеркасского государственного технического университета.

Автореферат разослан" » ■ Н 1995 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета кандидат геолого-минералогических наук

Сьян С.И.

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

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

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

2. Разработка методов объективной количественной оценки горногеологических осложнений.

3. Обоснование комплекса методов прогнозирования условий разработки угольных пластов.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

3. Горно-геологические осложнения в угольных шахтах Восточного Донбасса могут быть оценены количественно в комплексе и каждый в отдельности с помощью технико-экономических показателей работы очистных забоев. Для этого рекомендуются специальные горно-геологические коэффициенты Кп, К,., являющиеся производными от деления нормативных экономических показателей Пср^н (производительность труда одного рабочего в сложных горно-геологических условиях) и Сср,0„ (себестоимость добычи угля в аналогичных условиях) на Пср№я и СсрШя - соответствующие показатели, достигнутые в благоприятных условиях:

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

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

Я,

П,

ср\аи

с р\бл

; к,

'С

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

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

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

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

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

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

A.Б.Иенко, Т.Е.Улановской и др..

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

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

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

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

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Состояние проблем и краткая геологическая характеристика района

исследований.

Исследования проводились в Гуково-Зверевском угленосном районе Восточного Донбасса. Угленосные каменноугольные отложения относятся к свитам с1 - с] среднего и свитам верхнего карбона и сложены в

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

мелкоамплитудной разрывной тектоникой; => мелкими флексурами и утонениями угольного пласта; ==} завалами лав;

=> наличием разрабатываемых пластов - "спутников".

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

Таблица 1.

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

Горно-геологические условия,в которых производилась отработка лав Кол-во лав, в которых проявились гор-но-гео-логические условия данного вида Объем добытого угяя в зоне влияния данного вида горно-геологичес-ких условий Синонимика угольного пласта Шахты и шахтоуправления, где отмечался данный вид горно-геологических условий

тыс.т % от общего объема добычи

1 2 3 4 5 6

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

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

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

Неустойчивая и ложная непосредственная кровля 29 2062 7,8 к2, ^ к1Ь к"1 К5 I 5 1. кв "Гуковская" "Антрацит" "Ростовская" "Замчаловская" "Алмазная" "Углерод"

продолжение таблицы 1

1 2 3 4 . 6 6

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

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

Наличие разрабатываемых пластов-"спутников" 5 495 1,8 к2 -к? - к* "Замчаловская" "Гуковская"

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

Флексуры, утонения угольного пласта 7 357 1,3 ]Н Н 1 '6 50-лет Октября 60-лет ВЛКСМ "Алмазная" "Антрацит" "Ростовская"

Неустойчивая почва 7 246 0,9 т9 и "Алмазная" "Замчаловская" "Ростовская" "Бургустинское"

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

Глава 3. Фациальная и тектоническая природа свойств углевиещающих пород, обуславливающих их поведение в лавах.

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

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

=> петрографический состав и степень метаморфизма;

трещиноватость; => гидрогеологические условия; => глубина залегания.

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

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

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

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

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

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

Наибольшее распространение имеет кливажная трещиноватость, частота которой прямо пропорциональна проявлениям тектонической активности. Кливажная трещиноватость оказывает огромное влияние на поведение пород кровли в зависимости от степени ее интенсивности и ориентировки линии забоя лавы к простиранию трещиноватости. В условиях труднообру-шаемых основных кровель, характеризующихся повышенной кливажной трещиноватостью, в случае ориентировки лав под углами 25-30° к простиранию основной системы кливажных трещин максимальная величина горного давления, создаваемого сдвижением пород основной кровли, находится в пределах 26 тс/м2<Р<31 тс/м2. Повышенная кливажная трещиноватость основной кровли далеко не редкое явление на шахтах ПО "Гуковуголь". Наличие повышенной частоты кливажной трещиноватости (3-20 трещин на 10м) в породах труднообрушаемой основной кровли снижает отрицательный эффект, возникший в период ее первичных и вторичных посадок, и создает благоприятные возможности для управления кровлей в лавах. Наличие кливажной трещиноватости в породах непосредственной кровли исключает в ней появление послойной тектонической трещиноватости.

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

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

Технологическая группа включает в себя определенную систему разработки, совокупность горных машин и механизмов. Организационная группа факторов несет в себе качественную и количественную характеристики рабочего и инженерно-технического персонала, их профессиональную подготовку, организацию труда в лаве. Горно-геологическая группа факторов обусловлена особенностями геологического строения отрабатываемого месторождения. В некоторой степени она может управляться людьми через организационную и технологические группы при условии достоверного и объективного прогноза горно-технических условий. В осложненной горнотехнической обстановке резко ухудшаются показатели очистных забоев даже при условии стабильности технологических и организационных факторов. Последний вывод обоснован анализом большого объема планово-экономической информации, собранной по 140 лавам Восточного Донбасса. Технико-экономические показатели, достигнутые в благоприятных горногеологических условиях - производительность труда на одного рабочего в смену в тоннах (ПсрШ^ и себестоимость одной тонны угля в рублях (Сср,б1) -рассматриваются в качестве базовых. С ними сравниваются аналогичные показатели при работе в сложных (аномальных) горно-геологических условиях (ПсР1ан, Сср<ан). Соотношения величин

п г

- jj -

П С

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

Расчет оценочных показателей производится следующим образом:

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

Кд = E^L <1;

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

С

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

П'

„/ ср\ан

я ~ п ( '

где П'гр,5л - производительность труда на одного горнорабочего в смену в тоннах после перехода очистным забоем горно-геологического нарушения.

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

К'с = ^«>1,

С р \Сл

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

Применение оценочных горно-геологических коэффициентов дает возможность: 1. Оценить количественно любой горно-геологический фактор, влияющий на работу очистного забоя. 2. С высокой степенью достоверности планировать основные технико-экономические показатели работы лавы конкретно в каждой аномальной зоне.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

=> угольного пласта г/ поля шахты имени В.И.Ленина ПО "Ростовуголь"; => угольного пласта I,4 поля шахты имени В.И.Ленина.

Была произведена количественная оценка отрицательного влияния горпо-геологических факторов на работу очистных забоев по пластам ¡ " и 13 шахты имени В.И.Ленина, "Западная капитальная" ПО "Ростовуголь" и даны практические рекомендации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

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

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

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

а) установления комплекса основных горно-геологических осложнений;

б) их достоверного прогнозирования;

в) количественной оценки их вредного влияния.

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

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

обусловленности тектоническим строением шахтных полей и участков, а также - литолого-фациальными особенностями и кливажной трещинова-тостью углевмещающих пород. Последняя, в ряде случаев, видоизменяет горно-геологическую обстановку в очистном забое и положительно сказывается на поведении кровли, что убедительно подтверждается опытом отработки целого ряда лав по пластам к2, к'°5, т19, 16 и др. Гуково-Зверевского района.

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

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

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

Список работ, опубликованных по теме диссертации.

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

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

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

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

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

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

7. Количественная оценка горно-геологических осложнений в очистных забоях угольных шахт Восточного Донбасса. Проблемы геологии, оценки и прогноза полезных ископаемых Юга России. Тез. док. зональной научной конференции. Новочеркасск. 1995. С. 115-116.

Подписано в печать 11.10.95 г. Объем 1.0 п.л. Тираж 100 экз. Заказ 2318

Типография Новочеркасского государственного технического университета 346428, г. Новочеркасск Ростовской обл., ул. Просвещения, 132