Обоснование параметров очистной выемки при интенсивной отработке газоносных угольных месторождений

В горнорудной и нерудной промышленности в период с 1996 по 2009 гг. произошло 167 аварий, общее количество травмированных смертельно составляет 1077 чел. Максимальное количество несчастных случаев пришлось на 2001 г. (106 погибших), наибольшее количество аварий (22 происшествия) наблюдалось в 1998 г. Максимальная величина коэффициента частоты смертельного травматизма составила 0,084 чел./млн м в 1999 г., минимальная - 0,055 чел./млн м в 2007 г.

Список литературы

1. Кирсанов В.В. Прогнозирование производственного травматизма. Безопасность труда в промышленности. №1. 2000. С. 15-16.

2. Чиргин В.Д., Фанайлов В.В. Анализ причин производственного травматизма и аварийности в угольной промышленности//Безопасность труда в промышленности. №4. 2001. С. 18-23.

G.V. Stas, V.I. Sarichev, A.E. Pushkarev

INDUSTRIAL TRA UMATISM AND ACCIDENT RATE AT MINING AND NON-METALLIC INDUSTRY

Analysis of industrial traumatism and accident rate at mining and non-metallic industry was realized.

Key words: industrial traumatism, statistical data, mining industry, source of raw materials and minerals.

Получено 17.02.2012

УДК 622.285

А.Е. Харламов, канд. техн. наук, асс., (4872) 35-20-41, BorHar@Rambler.net (Россия, Тула, ТулГУ),

И.М. Каверин, канд. техн. наук, доц.,

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ОЧИСТНОЙ ВЫЕМКИ ПРИ ИНТЕНСИВНОЙ ОТРАБОТКЕ ГАЗОНОСНЫХ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Обосновываются параметры очистных работ в процессе выемки полезного ископаемого с закладкой выработанного пространства.

Ключевые слова: параметры закладки, механизированная крепь, метод расчета, пакетированная закладка.

Одним из эффективных способов управления горным давлением при ведении очистных работ является закладка выработанных пространств, которая, с одной стороны, способствует снижению проявлений горного давления в очистных забоях (в частности, устранению вторичных осадок основной кровли), а, с другой стороны, обеспечивает устойчивость горных выработок (выемочных штреков), а также предотвращает нерегла-ментированную подработку земной поверхности, инженерных сооружений и естественных объектов. Кроме того, при ведении очистных работ с закладкой выработанных пространств решается проблема безотходного, экологически безопасного производства, связанного с использованием пустых пород в качестве закладочного материала. Применение закладки обусловливает также снижение потерь угля в недрах, что характеризует данный способ управления кровлей как пожаробезопасный.

В результате анализа использования технологических схем отработки угольных пластов [1], выявлены основные технические требования, предъявляемые к оборудованию и диапазоны изменения горно -геологических и горнотехнических условий их применения.

Однако открытым остается вопрос определения конкретных размеров и схем установки пакетов, которые, являясь основными опорами, обеспечивают снижение горного давления и предопределяют перевод кровли из одного класса управляемости в другой - более благоприятный.

Чтобы обеспечить безопасное и эффективное ведение закладочных работ необходимо, чтобы:

1. Запасы закладочного материала были в количестве, обеспечивающем потребность шахты в течение определенного периода времени;

2. Закладочный материал не должен выделять вредных газов, не должен самовозгораться;

3. Закладочный материал должен образовывать плотный закладочный массив, дающий небольшую усадку под давлением.

Условие взаимодействия основной кровли, проявляется во влиянии обрушений основной кровли на механизированную крепь в призабойном пространстве. Влияющими факторами в случае применения технологии с пакетированной закладкой выработанных пространств являются: Нт -

мощность легкообрушающейся непосредственной кровли, м; Ш1 - мощность пласта, м; ку - коэффициент усадки пород закладочного материала; Н'т - предельный прогиб нижних слоев активной основной кровли до потери ими устойчивости в призабойном пространстве, м; - технологическое расстояние от кровли до закладочного пакета, м; а - ширина пакета, м; НП - высота закладочного пакета, м; Ь, - расстояние между соседними пакетами, м.

Коэффициент усадки пород закладочного материала зависит от компрессионных свойств закладочного материала, в первую очередь от деформации е.

По сжимаемости закладочные материалы разделяют на пять классов

И-

Первый - деформация не превышает 2%, обычно это высокопрочная твердеющая закладка.

Второй - деформация 2-5% - твердеющая закладка средней прочности.

Третий - деформация 5-10% - комбинированные массивы, состоящие из твердеющего и сыпучего материалов или низкопрочной твердеющей смеси.

Четвертый - деформация 10-15% - дробленые породы с включением мелких фракций в незначительных количествах.

Пятый - деформация свыше 15% - однородные по гранулометрическому составу дробленые породы.

Деформации определяют при объемном сжатии. Длительность воздействия нагрузки определяют до момента прекращения роста деформации.

Для пологих пластов усадка закладочного массива при применении в качестве закладочного материала дробленой шахтной породы составит

И: _

1 -р Гр~

с =

у/рл[а

0)

где р - относительная плотность закладочного массива; ц/ - показатель формы частиц закладочного материала; Р - величина давления кровли пласта на закладочный массив, МПа; о - предел прочности образцов из закладочного массива на сжатие, МПа; а - коэффициент, учитывающий изменение закладочного материала в процессе транспортирования.

В результате применения технологии очистной выемки с пакетированной закладкой выработанных пространств коэффициент, учитывающий изменение закладочного материала в процессе транспортирования будет равен 1, а формула (1) примет следующий вид:

* =

Ч'Р

Коэффициент усадки пород закладочного материала будет определяться следующим образом:

Ку=1-е.

В зависимости от функционального назначения применения закладочных пакетов и определяется допустимый коэффициент усадки пород закладочного материала. Колебания данной величины на практике состав-

ляют от 0,99 для твердеющей закладки пород кузнецкой свиты (молотый граншлак) до 0,36 для шлаков котельных фракцией 30.. .50 мм.

Рассмотрим общую схему установки закладочных пакетов в выработанном пространстве рис. 1.

Рис. 1. Общая схема установки закладочных пакетов в выработанном

пространстве

а

б

Рис. 2. Схема установки закладочных пакетов в выработанном пространстве а - параллельно забою, б - перпендикулярно забою

В результате многовариантных исследований были получены графики зависимости предельного прогиба нижних слоев активной основной кровли до потери ими устойчивости в призабойном пространстве от расстояния между закладочными пакетами (частоты установки), представленные на рис. 3.

т

эф 1,5 1,3 1,1 0,9 0,7 0,5

*......

* >

/У г..--'"

г:--"

У.--'

ОД

0,3 0,5 •• Н=2,3 м

0,7 0,9 - • Н=2,2 м

1,1 1,3 Ь. м - • — Н=2,1 м

-Н-2.0М

Н=1,9 м

Рис.3. Зависимость тэф от расстояния между закладочными

пакетами (частоты установки) при установке пакетов параллельно

забою

При установке пакетов в порядке, показанном на рис.3, предельный прогиб нижних слоев активной основной кровли до потери ими устойчивости в призабойном пространстве будет зависеть от расстояния меду пакетами как параллельно, так и перпендикулярно забою.

« ^ _ с

---

Рис.4. Схема установки закладочных пакетов в выработанном

пространстве

Влияющими факторами в данном случае являются: Нт - мощность

легкообрушающейся непосредственной кровли, м; т, - мощность пласта, м; ку- коэффициент усадки пород закладочного материала; Н'т - предель-

ный прогиб нижних слоев активной основной кровли до потери ими устойчивости в призабойном пространстве, м; Д - технологическое расстояние от кровли до закладочного пакета, м; ал - ширина пакета, м; ¿/г - длинна пакета, м; Нп - высота закладочного пакета, м; - расстояние между соседними пакетами перпендикулярно забою, м; с{ - расстояние между соседними пакетами параллельно забою, м. В этом случае тэф будет определяться по следующей формуле:

тэф = тл -

В результате исследований для схемы представленной на рис. 3 были получены графики зависимости предельного прогиба нижних слоев активной основной кровли до потери ими устойчивости в призабойном пространстве от расстояниями между закладочными пакетами (частоты установки) и ширины захвата комбайна, представленные на рис. 5.

т

1,8 1.6 1,4 1.2 1 0,8 0,6

ОД 0,3 0,5 0,7 0,9 1,1 1,3 ^ ы ......с=0.9м---с=0,8м — • «0=0,63 м — с=0,5м

Рис. 5. Зависимость мэф от расстояния между закладочными пакетами (частоты установки) и ширины захвата комбайна

Рис.6. Схема установки закладочных пакетов в выработанном пространстве в шахматном порядке

При установке пакетов в шахматном порядке рис.6. предельный прогиб нижних слоев активной основной кровли до потери ими устойчивости в призабойном пространстве будет зависеть от расстояния меду пакетами как параллельно (подвигание забоя), так и перпендикулярно забою (шаг установки пакетов).

В этом случае предельный прогиб нижних слоев активной основной кровли до потери ими устойчивости в призабойном пространстве будет определяться по следующей формуле:

тэф = тл -

2 • лу- • ¿/7 • Нп • Ку

Для схемы установки пакетов в закрепном пространстве в шахматном порядке (рис. 6.) получены следующие графические интерпретации зависимости тэф от расстояния между закладочными пакетами (частоты

установки) и ширины захвата комбайна.

ОД 0,3 0,5 0,7 0,9 1,1 .......с=0,9м----с=0,8м — • -с=0,63м

Ь.М

с=0,5 м

Рис. 7. Зависимость тэф от расстояния между закладочными

пакетами (частоты установки) и ширины захвата комбайна при шахматном порядке установки пакетов в выработанном

пространстве

В результате установлены закономерности изменения эффективной мощности пласта от его вынимаемой мощности, габаритов и плотности установки закладочных пакетов, а также от коэффициента усадки закладочного материала, позволяющие обосновывать схемы установки закладочных пакетов в выработанных пространствах.

Список литературы

1. Харламов А.Е. Геомеханическое обоснование технологий ведения очистных работ с пакетированной закладкой выработанных пространств. Автореф. канд. дис. Тула: ТулГУ, 2010 г.

2. Бронников Д.М., Цыгалов М.Н. Закладочные работы в шахтах: справочник. М.: Недра, 1989. 400 с.

A.E. Harlamov, I.M. Kaverin, O. V. Konovalov

FOUNDATION OF MINING PARAMETERS BY INTENSIVE MINING GAS-BEARING COAL SEAMS

Mining parameters of during mining minerals with backfilling open areas are substantiated.

Key words: backfilling parameters, powered support, calculating method, fagotted backfilling.

Получено 17.02.2012

УДК 622.285

А.Е. Харламов, канд. техн. наук, асс., (4872) 35-20-41, BorHar@Rambler.net (Россия, Тула, ТулГУ),

О.В. Коновалов, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-20-41 (Россия, Тула, ТулГУ),

И.М. Каверин, канд. техн. наук, доц.,

РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА РАСЧЕТА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ КРЕПЕЙ ПРИ ОТРАБОТКЕ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Разработан алгоритм расчета механизированных крепей, для определение напряженно-деформированного их состояния, с учетом изменчивости горногеологических условий в процессе выемки полезного ископаемого с закладкой выработанного пространства.

Ключевые слова: алгоритм, механизированная крепь, метод расчета, моделирование.

На современном этапе приоритетным направлением в области расчета и проектирования механизированных крепей является создание моделей, отражающих работу крепи совместно с массивом пород. При этом существенно важным является возможность создания и обоснования параметров крепления, адаптированных к конкретным горно-геологическим и горнотехническим факторам.

Моделирование изменения геомеханических ситуаций в процессе работы комплекса и его движения в профиле угольного пласта заставляет прогнозировать динамику процессов в зависимости от большинства влияющих факторов.

Исследования и наблюдения за работой механизированных крепей в различных угольных бассейнах, на протяжении многих лет ведутся институтами ИГД им. Скочинского, ВНИМИ, ДонГУ, ПНИУИ и др. на основании обширных экспериментальных данных и накопленного опыта ра-