Совершенствование технологических схем отработки мощных крутых и крутонаклонных пластов с подэтажной гидроотбойкой

УДК 622.831

А.А. СИДОРЕНКО

Горный факультет, аспирант кафедры разработки месторождений подземным способом

Е.В.ГЛУШЕНКОВ Горный факультет, группа ТПП-98-1, ассистент профессора

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ОТРАБОТКИ МОЩНЫХ КРУТЫХ И КРУТОНАКЛОННЫХ ПЛАСТОВ С ПОДЭТАЖНОЙ ГИДРООТБОЙКОЙ

Определена структура потерь полезного ископаемого при отработке мощных крутонаклонных и крутых пластов с использованием системы разработки подэтажной гидроотбойкой в условиях ОАО «Прокопьевскуголь». Исследовано влияние основных горногеологических и горно-технических факторов на потери полезного ископаемого. Определены факторы, оказывающие наибольшее влияние на коэффициент извлечения полезного ископаемого. Сделан вывод о том, что при определении высоты подэтажа необходимо учитывать ширину зоны отжима, формирующейся у границы с выработанным пространством. Разработана методика определения параметров зоны отжима в области влияния очистных работ. Сформулированы принципы проектирования технологических схем выемочных участков. Разработаны рекомендации по рациональному расположению подэтажных штреков в различных горно-геологических условиях. Подсчитан экономический эффект от внедрения разработанных рекомендаций.

The structure of losses of a useful mineral is determined at improvement thick semi-steep and steep seams with use of mining method подэтажной hydraulic winning in conditions of JSC «Prokopievskugol». Influence of the basic mining-and-geological and mine technical factors on losses of a useful mineral is studied. The factors rendering the greatest influence on a recovery ratio of a useful mineral are determined. The conclusion that at definition of a height of suavely it is necessary to take into account width of a zone squeezing, formed at boundary with a goal is made. The technique of definition of parameters of a zone squeezing is developed in the field of an extraction influence. Principles of designing of technological circuits of panels are formulated. Recommendations on a rational location of sublevels in various geological conditions are developed. Economic benefit of an intrusion of the developed recommendations is counted up.

При отработке мощных крутонаклонных и крутых пластов Прокопьевско-Киселев-ского месторождения к числу перспективных относится система разработки с подэтажной гидроотбойкой. Производительность труда на шахтах с данной системой разработки в 1,6 раза выше, а себестоимость добычи угля в 1,4 раза ниже, чем на шахтах с другими системами разработки. Доля добычи угля с использованием данной системы в настоящее время составляет 25-30 % от общей добычи и постоянно повышается. Однако система разработки подэтажной гидроотбойкой имеет ряд недостатков, самым существенным из которых являются значительные (30-40 %) экс-

плуатационные потери полезного ископаемого. Эти потери, в свою очередь, на 30-40% уменьшают срок службы шахты. В результате анализа данных было установлено, что потери угля имеют следующую структуру: 30 % потери в целиках, 15 % потери отбитого угля и 55 % потери неотбитого угля.

Целью данной работы являлось создание ресурсосберегающих технологических схем ведения очистных работ в условиях гидрошахты «Тырганская» ОАО «Прокопьевск-уголь». К числу основных пластов, отрабатываемых шахтой «Тырганская», относится «Мощный». Угол падения пласта а = 35-90°; мощность пласта изменяется от 8 до 20 м.

_ 81

Санкт-Петербург. 2003

В результате проведенных исследований было установлено, что реально снизить потери полезного ископаемого в данных условиях можно, если при определении параметров технологических схем ведения очистных работ учитывать зону эффективного отжима угольного пласта, место расположения по-дэтажных штреков, физико-механические свойства пласта и пород кровли.

Исследование влияния горно-геологических и горно-технических факторов на потери полезного ископаемого позволило установить основные закономерности их изменения и выделить факторы, оказывающие наибольшее влияние. Так, к числу основных горно-геологических факторов относятся мощность пласта, угол падения, крепость угля, свойства пород кровли; к числу горнотехнических - высота подэтажа, параметры заходок, расположение нарезных выработок, характеристики выемочного оборудования.

Увеличение мощности пласта приводит к снижению коэффициента извлечения, что связано со сложностью управления процессами разрушения угля и перепуска обрушенных пород. Так, при отработке пластов мощностью 4-6 и 6-15 м коэффициент извлечения составляет соответственно 0,75-0,8 и 0,6-0,75.

Увеличение угла падения от 35 до 90° приводит к уменьшению потерь неотбитого угля в пределах заходки. При этом значительное влияние на потери полезного ископаемого оказывает положение подэтажного штрека, так как в зависимости от мощности и угла падения пласта изменяются геометрическая форма заходки, а следовательно, объем и положение целиков неотбитого угля (рис.1).

Одним из факторов, влияющих на эффективность процессов разрушения угля в пределах заходки, и, как следствие, на полноту ее выемки, является опорное давление, формирующееся на границе с выработанным пространством. Интенсивность проявления опорного давления определяется свойствами угольного массива и глубиной горных работ [3].

Анализ данных по определению потерь полезного ископаемого при различной глу-

бине горных работ позволил установить следующую закономерность. Коэффициент извлечения повышается с увеличением глубины горных работ. По нашему мнению, это связано с усилением проявления опорного давления в виде разрушения угольного массива на границе с выработанным пространством. Зависимость коэффициента потерь от высоты подэтажа может быть проиллюстрирована кривой, представленной на рис.2.

Рис.1, Влияние места расположения подэтажного штрека и угла падения пласта на потери неотбитого угля: а, б- при а > 60°; в, г- при а < 50°; б, г — при расположении штрека у лежачего бока; а, в-у висячего бока пласта

А) я2 я3

Высота подэтажа

Рис.2. Зависимость коэффициента потерь от высоты подэтажа

82 _

ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.155. Часть 1

Анализ результатов выполненных исследований, а также данных, приведенных в горно-технической литературе, позволил выдвинуть гипотезу о механизме влияния высоты подэтажа на значение коэффициента потерь полезного ископаемого.

Первый минимум коэффициента потерь соответствует высоте подэтажа к\, фактически равной эффективной длине рабочей струи гидромонитора, и, следовательно, зависит от технических возможностей применяемого очистного оборудования. Данный минимум не является оптимальным, так как высота подэтажа будет небольшой и потребуются большие затраты на горно-проходческие работы, в основном на проведение подэтажных штреков.

Возрастание коэффициента потерь при увеличении высоты подэтажа с к\ до кг связано с тем, что высота подэтажа больше длины рабочей струи гидромонитора, следствием чего является увеличение потерь не-отбитого угля, представленного треугольными целиками на контуре заходок (см. рис.1), а также потерь отбитого угля, представленного крупными блоками угля, обру-шающегося вместе с породами кровли.

Причиной снижения потерь при увеличении высоты подэтажа от кг до /13 является концентрация напряжений и степени разрушения угля в зоне А. В указанной зоне происходит суммирование повышенных напряжений, возникающих: у краевой части пласта, формируемой при выемке угля в заход-ке; у краевой части пласта, прилегающей к выработанному пространству вышерасположенного подэтажа.

Увеличение потерь при высоте подэтажа, большей /г3, объясняется тем, что в пределах отрабатываемой части подэтажа появляется область угля, не разрушаемого ни горным давлением, ни струей гидромонитора. При достижении предельных обнажений кровли в заходках происходит неконтролируемое обрушение угля, причем это обрушение происходит в большинстве случаев одновременно с обрушением пород кровли с вышерасположенных подэтажей.

Обобщение результатов выполненных исследований позволяет сделать вывод

о том, что максимальную высоту подэтажа по фактору «потери» необходимо определять из следующего условия:

К < /р + Ьэ + г,

где /р - длина рабочей струи гидромонитора; Ьэ - ширина зоны эффективного отжима; 2 -зона, которая будет разрушена под действием вышележащих пород.

Длина рабочей струи гидромонитора определяется характеристикой гидромонитора и крепостью угля. Ширина зоны отжима может быть установлена с использованием методики Ардашева [1]. По предварительным оценкам параметр 2 при мощности пласта 10-15 м составляет 1,5-2 м. Таким образом, для рассматриваемых горногеологических условий гидрошахты «Тыр-ганская» максимальную высоту подэтажа по фактору «потери» рекомендуется принимать равной 13-16 м.

Выводы

На потери полезного ископаемого при отработке мощных угольных пластов наиболее существенное влияние оказывают высота подэтажа, угол падения пласта и место расположение подэтажных штреков относительно кровли и почвы пласта:

1) при отработке мощных крутонаклонных и крутых пластов минимальные потери угля достигаются при определении высоты по предлагаемой методике;

2) максимальный коэффициент извлечения при отработке мощных пластов с углами падения 35-60° полезного ископаемого будет достигнут при расположении подэтажных штреков у лежачего бока;

3) при отработке мощных пластов с углами падения 60-90° месторасположение подэтажных штреков не оказывает существенного влияния на потери полезного ископаемого.

Кроме того, выполненные исследования позволяют сформулировать основные принципы, которыми надо руководствоваться при проектировании технологической схемы:

_ 83

Санкт-Петербург. 2003

1. Длину блока следует принимать больше предельной длины, при превышении которой в краевой части пласта формируется эффективная зона отжима.

2. При отработке шахтных полей с оставлением целиков угля между этажами высоту подэтажей в пределах блока необходимо определять с учетом места расположения рассматриваемого подэтажа относительно межэтажного целика.

3. Прогнозирование объемов добычи из подэтажей необходимо производить с учетом места расположения фронта очистных работ в подэтаже относительно межблокового целика.

Ожидаемый экономический эффект от внедрения предлагаемых рекомендаций в условиях гидрошахты «Тырганская» составит для одного блока около 500 тыс. руб./год, для действующих гидрошахт и гидроучастков - 15-40 млн руб./год, а с уче-

том имеющейся тенденции перевода всех шахт Прокопьевско-Киселевского месторождения на гидравлическую технологию добычи угля, по предварительным оценкам, составит 40-80 млн руб./год. Кроме того, необходимо отметить значительный социальный эффект от повышения безопасности очистных работ.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ардашев К.А. Совершенствование управления горным давлением. М.: Недра, 1967.

2.ЗубовВ.П. Геомеханическое обоснование параметров системы разработки мощного крутого пласта при подэтажной гидроотбойке / В.П.Зубов, А.А.Сидоренко, Е.В.Глушенков. Санкт-Петербургский горный ин-т. СПб, 2002.

3. Широков К.А. Методические рекомендации по обоснованию параметров управления труднообрушае-мой кровлей при щитовой системе разработки в условиях шахт Кузбасса / Прокопьевскуголь. Прокопьевск, 1981.

Научный руководитель д.т.н. проф. В.П.Зубов

ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.155. Часть 1