Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Совершенствование схем подготовки и отработки участков шахтных полей с ограниченными размерами

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

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Согрин, Борис Борисович

Введение.

Глава 1. Специфика горно-геологических и горнотехнических условий отработки угольных пластов на перспективных шахтах ОАО «Воркутауголь». 10 1Л. Особенности отработки основных пластов Воркутского месторождения. 10 1.2. Специфика отработки донной части мульды Воркутского месторождения.

1.2.1. Особенности отработки полей перспективных шахт ОАО «Воркутауголь».

1.2.2. Прочностные и структурные характеристики вмещающих пород.

Выводы по главе.

Глава II. Анализ направлений совершенствования известных технологических схем отработки пологих пластов с использованием механизированных комплексов.

2.1. Основные направления совершенствования механизированных комплексов, используемых при отработке- пологих пластов.

2.2. Анализ опыта использования прогрессивных систем разработки пластов на участках с ограниченными размерами.

2.3. Оценка технологических схем отработки выемочных полей с разворотом лав без демонтажа механизированных комплексов.

Выводы по главе.

Глава III. Исследование влияния длины выемочных столбов на эффективность применения механизированных комплексов.

3.1. Исследование динамики среднесуточной нагрузки на лаву в начальный, стабильный и завершающий периоды отработки столбов.

3.2. Влияние длительности монтажно-демонтажных работ на эффективность использования современных очистных механизированных комплексов.

Выводы по главе.

Глава IV. Рекомендуемые технологические схемы Отработки донной части мульды Воркутского месторождения.

4.1. Рекомендуемые технологические схемы отработки участков шахтных полей с ограниченными размерами.

4.1.1. Технологическая схема с разворотом лав на границе выемочного столба при отработке пласта Четвертого (Пятого).

4.1.2. Технологическая схема с разворотом лав на границе выемочного столба при отработке пласта Тройного (Мощного).

4.2. Рекомендуемая технологическая схема разворота механизированного комплекса.

4.3. Рекомендуемые варианты отработки сближенных пластов Тройного и Четвертого (Мощного и Пятого).

4.4. Оптимизация параметров рекомендуемых технологических схем.

4.5. Оценка экономической эффективности рекомендуемых технологических схем.

Выводы по главе.

Глава V. Определение области рационального использования рекомендуемых технологических схем.

5.1 Пути выбора рациональных параметров выемочных участков.

5.2. Определение оптимальной длины выемочного столба при использовании традиционной технологической схемы в условиях отработки донной части мульды Воркутского месторождения.

5.3 Методика определения оптимальной длины выемочного участка при использовании рекомендуемых технологических схем.

Выводы по главе.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Совершенствование схем подготовки и отработки участков шахтных полей с ограниченными размерами"

Актуальность работы. Конкурентоспособность угольной продукции шахт ОАО «Воркутауголь» в современных экономических условиях может быть реально обеспечена только при применении современных технологических схем на базе высокопроизводительных (на уровне зарубежных аналогов) очистных механизированных комплексов и использование систем разработки, создающих условия для полной реализации потенциальных возможностей выемочных машин.

Перспективы развития горных работ на стабильно работающих шахтах данного объединения связаны главным образом с отработкой пластов Мощного, Тройного, Четвертого и Пятого в донной части мульды Воркутского месторождения. Особенностью его геологического строения является наличие большого числа дизъюнктивных нарушений типа сбросов и взбросов. Переход нарушений такого типа лавами во многих случаях экономически не целесообразен или связан с повышенной опасностью горных работ.

По данной причине, а также в связи с нерациональным расположением ранее пройденных вскрывающих и основных подготовительных выработок относительно запасов донной части мульды, размеры до 60% планируемых к отработке участков ограниченны и меньше оптимальных длин выемочных столбов.

Использование современных высокопроизводительных механизированных комплексов для отработки таких участков, при традиционно применяемых на шахтах ОАО «Воркутауголь» столбовых системах разработки, не приведет к ожидаемому резкому повышению технико-экономических показателей очистных работ, а в ряде случаев послужит причиной экономических потерь. Это связано с тем, что при длине выемочных столбов меньше их оптимальных значений существенно возрастают удельные затраты на монтажно-демонтажные работы невосполнимое снижение добычи в начальный и завершающий периоды до 30%) и отработки столбов (до 40%), кроме того уменьшается коэффициент использования механизированных комплексов (на 10-20% и более) при значительном росте амортизационных отчислений.

Как следует из вышеизложенного, к числу актуальных научных задач относится разработка технологических схем на базе современного очистного оборудования, позволяющих эффективно отрабатывать сближенные пласты на участках шахтных полей с ограниченными размерами.

Цель диссертационной работы. Создание технологических схем, позволяющих повысить эффективность использования высокопроизводительных очистных механизированных комплексов при отработке свит сближенных пластов на участках шахтных полей с ограниченными размерами в донной части мульды Воркутского месторождения.

Идея диссертационной работы. Для повышения эффективности применения высокопроизводительных очистных механизированных комплексов при отработке сближенных пластов на участках с ограниченными размерами, необходимо использовать технологические схемы с групповой подготовкой пластов и разворотом лав на границах выемочных участков без демонтажа механизированных комплексов.

Основные задачи исследований:

-исследование влияния геологических и горнотехнических факторов на динамику суточной добычи из лав в различные периоды отработки выемочных столбов;

-исследование влияния длины выемочного столба на объемы невосполнимых потерь добычи в начальный и завершающий периоды его отработки, величины коэффициента использования очистного оборудования и удельных затрат на монтажно-демонтажные работы;

- определение предельной длины столба, при снижении которой использование современных высокопроизводительных комплексов становится экономически нецелесообразным;

- оценка фактически сложившихся технологических схем перспективных шахт ОАО «Воркутауголь» и горно-геологических условий залегания пластов в донной части мульды Воркутского месторождения с целью выделения участков с ограниченными размерами;

-создание эффективных технологических схем отработки сближенных пластов на участках с ограниченными размерами;

- организационно-техническое обоснование оптимальных параметров технологических схем разворота лав без демонтажа механизированного комплекса.

Методы исследований. Исследования проведены комплексным методом, включающим: анализ и обобщение результатов исследований других авторов, опубликованных в горнотехнической литературе; шахтные исследования процесса деформирования пород кровли на сопряжениях лав с участковыми подготовительными выработками; аналитические исследования динамики нагрузки на очистной забой в различные периоды отработки столба; математическое моделирование горнотехнических ситуаций; обработку полученных результатов с использованием методов математической статистики; сопоставление с результатами аналогичных исследований.

Защищаемые научные положения.

1. При разработке перспективных планов развития горных работ на новых горизонтах угольных шахт, отрабатываемых с использованием современной высокопроизводительной добычной техники, необходимо выделять участки с ограниченными размерами. К числу участков с ограниченными размерами следует относить участки, большие размеры которых меньше оптимальной длины выемочного столба при использовании типовых столбовых систем разработки в варианте «одинарная лава».

2. Эффективность использования современных высокопроизводительных очистных механизированных комплексов при отработке участков сближенных пластов с ограниченными размерами может быть существенно повышена при применении технологических схем, предусматривающих разворот лав на границах выемочных участков без демонтажа механизированных комплексов в сочетании с групповой подготовкой пластов.

3. Областью рационального применения рекомендуемых технологических схем в условиях отработки донной части мульды Воркутского месторождения являются участки шахтных полей, максимальные размеры которых не превышают 0,7-0,8 оптимальной длины столба при применении традиционных технологических схем. Максимальный экономический эффект достигается при размере участков, составляющих 0,50,6 оптимальной длины столба при использовании типовых технологических схем.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- разработана методика определения предельной длины выемочного участка, при снижении которой рекомендуемые системы разработки с разворотом лав без демонтажа очистного оборудования являются более эффективными по сравнению с типовыми столбовыми системами разработки в варианте «лава-ярус»;

- установлены зависимости параметров схем разворота лав на границах выемочных участков от геологических и горнотехнических факторов, что позволило научно обосновать критерии для оценки разработанных технологических схем по фактору «обрушение пород кровли» и разработать методику определения оптимальной длины выемочных участков при использовании рекомендуемых технологических схем, предусматривающих разворот лав по одному или с|боим одновременно отрабатываемым сближенным пластам. j

Практическая значимость работы:

- разработаны эффективные технологические схемы совместной отработки сближенных пластов на участках с ограниченными размерами;

- определены области рационального применения технологических схем совместной отработки сближенных пластов с разворотом лав на границах выемочных участков по одному или обоим пластам;

- исследовано влияние горно-геологических факторов на оптимальную длину выемочных участков при использовании технологических схем с разворотом лав;

- установлена предельная длина выемочных участков, при снижении которой использование высокопроизводительных очистных механизированных комплексов становится экономически нецелесообразным;

- определены оптимальные параметра схем разворота лав на границах выемочных участков.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается значительным объемом проанализированной и обобщенной исходной информации, высокой сходимостью результатов аналитических исследований с данными шахтных инструментальных наблюдений, использованием современных апробированных методик проведения исследований и обработки полученных данных. Проанализирован опыт работы более 44 добычных участков. Погрешность определения основных параметров технологических схем не превышает 10-15 %.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались на научных конференциях молодых ученых СПГГТИ(ТУ) «Полезные ископаемые России и их освоение» (СПб., 1996, 2000 гг.); научных семинарах кафедры Разработки месторождений подземным способом; научно-методической j конференции «Уголь в XXI веке» (СПб., 2000 г.); технических совещаниях в институте «ПечорНИИпроект» (Воркута, 1997-2000 гг.)

Личный вклад автора работы.

Выполнен анализ отечественного и зарубежного опыта отработки пологих угольных пластов средней мощности, на основе чего сформулированы цели и задачи исследований; разработаны методики шахтных и аналитических исследований; разработаны рекомендации по совершенствованию технологических схем отработки угольных пластов на участках с ограниченными размерами; определены параметры рекомендуемых схем и произведена оценка области рационального использования разработанных рекомендаций.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 5 научных работ.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов и списка использованной литературы (47 наименований), изложенных на 176 страницах машинописного текста, включая 47 рисунков и 19 таблиц.

Заключение Диссертация по теме "Геотехнология(подземная, открытая и строительная)", Согрин, Борис Борисович

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 1) Конкурентоспособность шахт ОАО «Воркутауголь» в современных условиях может быть обеспечена только при условии применения технологических схем, основанных на использовании высокопроизводительных механизированных очистных комплексов и столбовых систем разработки, создающих наиболее благоприятные условия

168 I i для реализации потенциальных возможностей современной добычной техники.

2) Применение современных высокопроизводительных комплексов для отработки участков с ограниченными размерами с использованием типовых технологических схем на основе столбовой системы разработки приведет к ухудшению технико-экономических показателей перспективных шахт ОАО «Воркутауголь» в ближайшие 10-15 лет при отработке донной части мульды Воркутского месторождения.

3) Снижение технико-экономических показателей связано главным образом с увеличением стоимости монтажно-демонтажных работ (до 30%), снижением коэффициента использования механизированных комплексов при значительных амортизационных отчислениях (на 0,2), увеличением невосполнимых потерь добычи в начальный и завершающий периоды отработки столбов (до 40%). К числу основных недостатков известных технологических схем с разворотом лав на границах выемочных участков без демонтажа механизированного комплекса относятся: невозможность реализации прямоточных схем проветривания выемочных участков с подсвежением на выработанное пространство; трудность реализации данных технологических схем по факторам горного давления и вентиляции при отработке свит сближенных пластов.

4) Объективные предпосылки для повышения эффективности отработки участков с ограниченными размерами и устранения недостатков, отмеченных в предыдущих пунктах, могут быть созданы при использовании технологических схем с разворотом лав на границах выемочных участков без демонтажа механизированного комплекса.

5) При отработке сближенных пластов Тройного и Четвертого, а так же Пятого и Мощного рекомендуются технологические схемы, сущность которых заключается в проведении групповых и основных подготовительных фланговых выработок по нижним пластам (Четвертому или .Пятому), j отрабатываемым с опережением по отношению к вышележащим пластам (Тройному или Мощному) на величину не менее 0,15 глубины горных работ. При подходе лав к границам выемочных участков по одному или обоим пластам свиты производится разворот лав без демонтажа механизированного комплекса.

6) Степень влияния основных горнотехнических факторов на оптимальные значения длины столба при типовых технологических схемах и длины участка при использовании рекомендуемых технологических схем является неодинаковой. Так, при мощности пласта от 1 до 3 м оптимальные длины столбов изменяются на 42-44% для типовых технологических схем и на 20-22% для рекомендуемых технологических схем с разворотом лав на границах выемочных участков. При увеличении глубины горных работ с 600 до 1100 м изменение рассмотренных показателей составило 9-10 % для типовых технологических схем и 6-5 % для технологических схем с разворотом.

7) При составлении перспективных планов развития горных работ в донной части мульды Воркутского месторождения следует различать выемочные участки с ограниченными размерами. К числу участков с ограниченными размерами рекомендуется относить участки, большие размеры которых меньше оптимальной длины выемочного столба при использовании столбовых систем разработки в варианте «одинарной лавы». В условиях отработки пластов на перспективных шахтах ОАО «Воркутауголь» к числу участков с ограниченными размерами относятся участки, максимальные размеры которых не превышают:

- при отработке пласта Тройного или Мощного - 1300-1400 м;

- при отработке плата Четвертого или Пятого - 1400-1500 м.

8) Областью рационального использования рекомендуемых технологических схем отработки сближенных пластов являются участки шахтных полей, большие размеры которых не превышают 1500м. По

170 сравнению с традиционно применяемыми схемами реализация предложенных технологических схем позволит: в 1,2 - 1,3 раза уменьшить затраты на монтажно-демонтажные работы, повысить коэффициент использования механизированных комплексов на 10-15% и более, на 40% уменьшить невосполнимые потери добычи в начальный и завершающий периоды отработки столбов, снизить себестоимость на 6-14%.

9) К числу основных параметров рекомендуемых технологических схем в период разворота лав на границах выемочных участков относятся: угол поворота линии очистного забоя в период выемки клина; длина участка прямолинейного движения лавы в период разворота комплекса; длина концевого участка лавы, примыкающего к средней выработке и закрепленного анкерной крепью. Для условий отработки донной части мульды Воркутского месторождения численные значения вышеуказанных параметров соответственно равны: 15°, 0,63 м, 13-15 м. Ожидаемый годовой экономический эффект при внедрении предлагаемых технологических схем на одном добычном участке пласта Тройного в условиях шахты «Воркутинская» с годовой производственной мощностью 1,8 млн.т составит около 20 млн. руб.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Согрин, Борис Борисович, Санкт-Петербург

1. Ковалев О.В., Шишкин В.П., Гусельников Л. М. Трещиноватость и прочность пород Воркутского месторождения. В кн.: Технология добычи угля подземным способом, № 4, М., изд. ЦНИЭИуголь, 1971. с. 59-61.

2. Гусельников Л. М. О количественной оценке площади распространения неустойчивых кровель. В кн.: Добыча угля подземным способом, № 3. М., изд. ЦНИЭИуголь, 1977 с. 14-15.

3. Гусельников Л.М. Изучение трещиноватости пород на глубоких горизонтах Воркутского месторождения. В кн.: Добыча угля подземным способом, № 2. М„ изд. ЦНИЭИуголь, 1978, с. 36-38.

4. Рац М.В. Чернышев С.Н. Трещиноватость и свойства трещиноватых горных пород. М., Недра, 1970. 164 с.

5. Малинин С. И. Геологические основы прогноза поведения пород в горных выработках. М., Недра, 1970. 192 с.

6. Review of Selby and North Yorkshire Area, Colliery Guardian. 1986, №10, - S. 440-442; Eleverstone L. Одношнековая отработка участка на Measham. - Colliery Guardian, 1984, № 10. -S. 322-324, 326

7. Горная механика. Сборник научных сообщений. М. 1989. С. 228-229

8. Грундман Н. Опыт эксплуатации щитовой крепи. Глюкауф, 1973 №3, с.65-69

9. Гесс X. Основные направления будущего совершенствования щитовой крепи. Глюкауф, 1975, №5, с. 25-32j

10. Геттинг П. Комбайн и щитовая крепь предпосылки для разработки очень мощных пластов. Глюкауф, 1977 №5, с. 3 - 12.

11. Дворецкий Н.М. Прусаков Ф.К. Опыт применения механизированных комплексов при отработке выемочных участков неправильной конфигурации. Уголь, 1978, №8, с, 35-38.

12. Морзак В.А. Абравитов И.К. Нечай И.Н. Увеличение длины выемочных полей при сложных тектонических нарушениях. Уголь Украины, 1974, №5, с. 21-22.

13. Курносов A.M., Адилов К.Н. Методика оценки надежности технологических схем при выборе оптимального способа подготовки на шахтах Карагандинского бассейна. Научные труды КНИУИ, вып. 48, 1978.

14. Технологические схемы очистных и подготовительных работ на угольных шахтах. Ч. 1. М., изд. ИГД им. А.А. Скочинского, 1975.

15. Хорин В.Н. Гидрофицированная крепь очистных выработок. М., Недра, 1973.

16. Кузмич А.С., Бетанели К.П., Бутыльков М.Н. Создание шахт нового технико-экономического уровня. М., Недра, 1976.

17. Ковачевич П.М., Птицын В.П., Прусаков Ф.К. Поворот гидрофицированного комплекса на 90°. В кн.: Технология разработки пологих и наклонных пластов Кузбасса. Прокопьевск, 1973 с. 76-78.

18. Федунец Б. И. Симонов В.М. Эффективность отработки пологих пластов. М. Недра. 1982. с. 48-53.

19. В.Ф. Крылов, А.А. Манко, Я.Б. Фрайман и др., Резервы комплексноймеханизации очистных работ на пологих пластах Кузбасса. М., ' издi1. ЦНИЭИуголь, 1972. j

20. Варьяс Ю.В. Исследование и выбор рациональной системы разработки для пологих пластов средней мощности при выемки механизированными комплексами. Автореферат на сосиск. Учен. Степени канд. Техн. Наук. М., МГИ 1972 г.

21. Соколов А. Б. Обоснование параметров технологических схем выемочных участков при высоком уровне концентрации горных работ (на примере отработки пласта Мощный шахты «Воргашорская»). Диссертационная работа, С.-ПбГГИ(ТУ) 1999.

22. Кострикин Н.Т. Бирюк Э.Г. Анализ состояния монтажно-демонтажных работ очистных механизированных комплексов на шахтах Карагандинского бассейна. Научные труды КНИУИ изд. ДЛИ, 1972.

23. Бурчаков А.С; Зыков В.М. Оптимизация систем разработки на угольных шахтах. М., Недра, 1977.

24. Бурчаков А.С., Харченко В.А., Кафорш JI.A. Выбор технологических схем угольных шахт. М., Недра, 1975.

25. Кафорин П.Л. Исследование и выбор рациональных схем и способов вскрытия и подготовки пологих пластов средней мощности (на примере условий Чичербаевского месторождения). Автореф. на соиск. учен, степени канд. техн. наук. М., изд. МГИ. 1971.

26. Локшин Б.С, Коробко В.И. К определению размеров выемочных полей при подготовке шахтных полей пологих пластов Донбасса. — Уголь, 1971, №2, с.28-31.

27. A.M. Курносов, М.И. Устинов, ИЛ. Набродов и др. Методы оптимального проектирования угольных шахт. М., Недра, 1974.

28. Лобанов Н.Ф. Оптимизация параметров и оценка выемочных полей, планируемых к отработке комплексами, с учетом влияния природных и технических факторов. Автореф. на соиск. учен, степени канд. техн. наук. Свердловск,. изд. СГИ, 1973.

29. Хорин В.Н; Рахутин Г.С. Об учете количественной оценки надежности работы оборудования при выборе эффективной длины лавы. — Уголь Украины, 1966. №3, с. 9—13.

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

31. Моделирование технологических схем и процессов при подземной разработке пластовых месторождений. БелАБЖ 1998 г.

32. Лор В. Короткие лавы на буроугольной шахте «Штольценбах». -Глюкауф, 1983, №3. С Л 8-25, Лор В. Опыт разработки буроугольного пласта короткими лавами на шахте «Штольцебах». - Глюкауф, 1986, №1. - С. 27-32

33. Больдт Г. Вскрытие и раскройка шахтных полей. Глюкауф, 1986, №2:-С. 9-13

34. Кундель X. Механизация очистных работ в каменноугольной промышленности ФРГ в 1986-1987 гг. Глюкауф, 1987, №18. - С. 8-20; Глюкауф, 1988, №9. - С. 3-10

35. Mechanizacja i automatizacja Gurnictura. S. .35

36. Rojicek P., Hruby O. Cile, soucasny stava vjhlend. Sbornik vybranjch praci odboru banske technologie, Dum techniky OKJD, zari, 1987, - S. 177-187

37. Review of Selby and North Yorkshire Area. Colliery Guardian, 1986.

38. Eleverstone L. Одоштрековая отработка участка на Meeasham. Colliery Guardian, 1984.

39. Горная механика и технология добычи угля. Сборник статей ИГД им. Скочинского, 1989.i

40. Баклашов И.В., Картозия Б.А. Механика горных пород. М., Недра,1975.

41. Зубов В.П. Особенности управления горным давлением в лавах при отработке пологих пластов на больших губинах. ЛГИ, 1989.

42. Ржевский В.В., Новак Г.Я. Основы физики горных пород. М., Недра,1973.

43. Кириченко А.С., Сиренко Ю.Г., Антонов А.А. Типы технологий разработки пологих выбросоопасных соляных пластов. Физические процессы горного производства. РИО ЛГИ, 1989.