Образование силовой составляющей фермы в боковых породах трудноуправляемой кровли в процессе применения инновационной технологии монтажа и эксплуатации секций механизированной крепи

УДК 622.285.5:621.757 © В.М. Тарасов, Г.Д. Буялич, Н.И. Тарасова, Д.В. Тарасов, 2017

образование силовой составляющей фермы в боковых породах трудноуправляемой кровли

в процессе применения инновационной технологии монтажа и эксплуатации секций механизированной крепи

Р01: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2017-1-23-26 -

Исследуется инновационный подход к монтажу и эксплуатации секции механизированной крепи, который фундаментально меняет ее работу, позволяет перераспределить горное давление и отрыв консольных плит с угольного пласта в завальную часть лавы, взаимодействуя с трудноуправляемыми основными кровлями в призабойном пространстве, образует силовую составляющую в виде фермы в стенке консольной плиты балки, способствует повышению безопасности работе лаве и увеличению добычи угля.

Ключевые слова: монтаж, эксплуатация, секции механизированной крепи, горная выработка, консольные плиты, ферма,узлы связи, эффективность, безопасность труда.

Кто хочет - ищет способ, кто не хочет - ищет причину.

Г. Форд

В долгосрочной программе равзития угольной промышленности на период до 2030 г. учтена необходимость проведения широкомасштабной модернизации угольной отрасли, в результате которой уровень производительности труда в отрасли (добыча угля на одного занятого) в пять раз превысит уровень 2010 г. (1880 т) и составит 9000 т [1].

В настоящее время угольное производство вынуждено функционировать в весьма неустойчивой природной среде - в меняющихся горно-геологических условиях.

Анализ аварий на угольных шахтах приводит к выводам, что имеющиеся средства и способы решения инженерных задач по обеспечению безопасности труда в части предотвращения аварий в условиях высокопроизводительной очистной выемки с использованием техники нового поколения не обеспечивают необходимый уровень промышленной безопасности.

Для эффективного решения указанной проблемы целесообразно привлечение потенциала новых отечественных технологий.

Современное состояние угольных предприятий Российской Федерации характеризуется, с одной стороны, неустойчивой тенденцией снижения аварийности и трав-

О

ТАРАСОВ Владимир Михайлович

Аспирант КузГТУ им. Т.Ф. Горбачева,

генеральный директор

ООО «РивальСИТ»,

член НП ТП ТПИ,

650000, г. Кемерово, Россия

БУЯЛИЧ Геннадий Даниилович

Доктор техн. наук, профессор КузГТУ,

ведущий научный сотрудник ИУ СО РАН, 650000, г. Кемерово, Россия

ТАРАСОВА Нина Ивановна

Аспирантка КузГТУ им. Т.Ф. Горбачева, генеральный директор ООО «ИКЦ «Промышленная безопасность», 650000, г. Кемерово, Россия, e-mail: indsafety@yandex.ru, rivalsit@yandex.ru, тел.: +7 (3842) 587-651, +7 (923) 610-43-67, +7 (923) 488-88-89

ТАРАСОВ Дмитрий Владимирович

Студент КузГТУ,

Институт экономики и управления, 650000, г. Кемерово, Россия

матизма, с другой стороны, увеличением количества и тяжести несчастных случаев, связанных с авариями на подземных горных работах. Основную долю травматизма составляют групповые несчастные случаи, произошедшие в результате взрывов метана и угольной пыли.

Своевременное обнаружение и предотвращение назревающей опасности в угольной шахте стало возможным только при непрерывном ее контроле как в период подготовки угольных пластов, так и во время их отработки.

напряжения в горном массиве в связи с применением высокопроизводительной горной техники стали перераспределяться более активно. возросли взаимосвязанность и тяжесть опасных проявлений.

Для улучшения состояния безопасности в угольной промышленности необходимы инновационный прорыв в технологиях эксплуатации секций механизированной крепи в лаве шахты, а в дальнейшем - снижение влияния человеческого фактора и вывод персонала из опасных зон при осуществлении технологических процессов.

Рассмотрим взаимодействие секции механизированной крепи (далее СМК) с кровлей с точки зрения гипотезы горного давления консольных плит.

По данной гипотезе, когда породы непосредственной кровли над призабойным пространством и забойной консолью поддерживающего элемента СМК до шарнира упора гидростойки находятся в бесстоечной зоне и самого поддерживающего элемента в завальной части, происходит первое обрушение. После того, как лава продвинулась на определенное расстояние от монтажной камеры, кровля рассматривается как консольная плита, опирающаяся на массив угля и удерживающаяся от обрушения силами сцепления с породами массива над пластом угля по линии

забоя и вышележащими породами основной кровли, а также механизированной крепью лавы [2].

Давление на СМК определяется массой консоли породы непосредственной кровли. По мере продвижения забоя самой лавы размеры консоли и ее масса увеличиваются, возрастает давление на СМК, а также на пласт угля, на которые опирается консоль. Пласт деформируется, происходят большое выделение метана, отжимы угля из забоя. Секции механизированной крепи не справляются с нагрузкой, ломаются гидродомкраты коррекции, гидростойки, рвутся сварочные швы на поддерживающих и ограждающих элементах, происходит зажатие СМК до такой степени, что очистной комбайн не проходит под СМК, приходится подрезать непосредственную кровлю по линии забоя, тем самым усугубляя и без того сложную ситуацию в лаве.

Покажем на рис. 1 блочное и полное зависание пород кровли, отрыв блока породы на линии забоя и взаимодействие СМК с горным давлением по действующей схеме эксплуатации СМК.

Как видим на рис. 1, по вертикальной линии забоя будут всегда периодично происходить отрыв консоли основной кровли и зажим (закол, обрушение) непосредственной кровли призабойного пространства. Это влечет резкое увеличение максимального размера крепи, поддерживающий и ограждающий элементы занимают положение в одну линию, а в дальнейшем приходится «подныривать» поддерживающим элементом секции механизированной крепи под консоль основной и непосредственной кров-

I

11 1 4 ------ 1, ГУ--, 11 | к, N у " м м 1 1 1 1 1 11 "1

Ак хм иЛ*- ь л_ щ -! 1 ' т т Т _ и [

Рис. 1. Блочное и полное зависание пород кровли, отрыв блока породы на линии забоя и взаимодействие СМК с горным давлением по действующей схеме эксплуатации СМК

ли. В завальной части лавы скапливается большой объем метана, что отрицательно сказывается на аэрогазовом режиме шахты. Для предупреждения самопроизвольного обрушения основной и непосредственной кровли на вертикальной линии призабойного пространства ширину консоли уменьшают путем искусственного обрушения пород (например, с помощью торпедирования кровли), а это небезопасно.

Давайте порассуждаем по поводу того, что необходимо пересмотреть в этой складывающейся ситуации в лаве и непосредственно в призабойном пространстве, боковых породах во взаимодействии с СМК.

Смотрите, что происходит сначала в забое: по всей длине образуются отжимы угля, пласт угля деформируется по всему фронту лавы, в кровле над призабойным пространством возникают необратимые процессы - зажим (закол, обрушение) непосредственной кровли и финальная картина - это разрушение основного массива пород основной кровли, то есть отрыв консольной плиты непосредственно над бесстоечной зоной лавы по вертикальной линии забоя. В этом случае и бывают аварийные ситуации в лавах, сопровождающиеся вывалами частей консольных плит в призабойном пространстве (огромных негабаритов), что ведет к простоям по выемке полезного ископаемого и повышает опасность ведения работ, влечет еще ряд дополнительных работ по «реанимации» работы лавы.

Когда неустойчивые кровли, сыпучие, то технологический способ упрочнить кровлю путем нагнетания химически затвердевающих веществ существует, но ведет к

дополнительным финансовым затратам, увеличению себестоимости (огромных затрат) добываемого твердого полезного ископаемого закрытым способом.

Любой горняк знает, что главное - это продвижение лавы и обновление забоя (уход лавы) по действующей схеме эксплуатации СМК. Если нет ухода, то все вышеперечисленные отрицательные процессы не замедлят себя ждать.

О чем говорят все эти неопровержимые факты?

О том, что сила сцепления породы в массиве в консолях над пластом угля по линии забоя и вышележащими породами над основной кровлей недостаточно высока.

Исходя из этого, какую задачу необходимо поставить?

Необходимо увеличить силу сцепления породы на молекулярном уровне с вышележащими породами над основной кровлей при образовании консольных плит.

Давайте скажем честно - этого сделать невозможно. А вот силу сцепления породы в массиве над пластом угля по линии забоя мы изменить в состоянии.

Возникает вопрос, а что для этого надо сделать?

Для этого предлагаются новые подходы к монтажу и эксплуатации СМК оградительно-поддерживающего и поддерживающе-оградительного типов [3-5], которые позволяют изменить эпюру силовой составляющей и увидеть, какие возникают новые силовые связи и положительные процессы в геомеханике. При этом способе помимо силы сцепления породы в массиве возникают линии и узлы связи в стенках балки (консольных плит), образующие силовую ферму. Это хорошо видно в формате 3Р и поддается расчетам.

Покажем на плоскости силовую составляющую в стенках балки, образующую ферму (треугольники, ромбы и узлы связи). На рис. 2 можно видеть силовые связи фермы в стенках балки, образованные линиями, треугольниками, ромбами, узлами связи в консольных плитах, которые будут действовать дополнительно к силовой составляющей от сцепления пород в массиве.

Видно, где будет происходить отрыв консольной плиты, а где не будет [2].

Предлагаемый подход к монтажу и эксплуатации секции механизированной крепи позволяет перенести равнодействующую от сил горного давления и разграничивающую вертикальную плоскость на площади поперечного сечения всей консольной плиты непосредственной и основной кровли из призабойной части лавы в завальную, где будет происходить отрыв консольных плит. Даже с учетом взаимодействия СМК с опорным давлением (процессы происходят в кровле очистных забоев с неустойчивой или среднеустойчивой кровлей) силовая связь фермы будет работать.

Таким образом, можно утверждать, что предлагаемый подход к монтажу и эксплуатации секции механизированной крепи работоспособен, технология внедрения неопровержимо доказывает, что секции механизированной крепи в лаве необходимо при их

монтаже не только раскрывать, но и весь ее многозвенный механизм взводить в процессе раскрытия независимо от того, используются однорядные или двухрядные СМК.

Список литературы

1. Энергетическая стратегия России на период до 2030 года: Распоряжение Правительства РФ № 1715-р от 13.11.2009.

2. Заплавский Г.А., Лесных В.А. Технология подготовительных и очистных работ: учебник для техникумов. М.: Недра, 1989. 423 с.

3. Пат. 2387841 Российская Федерация, МПК E 21 D 23/00 (2006.01). Способ монтажа и эксплуатации секции механизированной крепи (варианты) / Тарасов В.М., Тарасова А.В., Тарасов Д.В., патентообладатель Тарасов В.М. ООО «РивальСИТ». №200812934/03. Заявл. 18.07.2008. Опубл. 27.04.2010. Бюл. №12. 18 с.

4. Буялич Г.Д., Тарасов В.М., Тарасова Н.И. Инновационный подход к вопросам монтажа и эксплуатации секции механизированной крепи // Вестник НЦ ВостНИИ. 2013. №1.1. С. 115-126.

5. Тарасов В М., Тарасова Н.И. Инновационный подход к секции механизированной крепи // Биржа интеллектуальной собственности (БИС). 2012. № 6. С. 41-54.

underground mining

UDC 622.285.5:621.757 © V.M. Tarasov, G.D. Buyalich, N.I. Tarasova, D.V. Tarasov, 2016

ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' - Russian Coal Journal, 2017, № 1, pp. 23-26

Title

formation of frame strength component in the difficult-to-control roof walls during application of innovative technology of installation and operation of the powered support units

Doi: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2017-1-23-26 Authors

Tarasov V.M.1, 2, Buyalich G.D.2, 3, Tarasova N.I.2, 4, Tarasov D.V.2

1 "RivalSIT", LLC, Kemerovo, 650000, Russian Federation

2 T.F. Gorbachev Kuzbass State Technical University (KuzSTU), Kemerovo, 650000, Russian Federation

3 RAS SB Institute of Coal, Kemerovo, 650065, Russian Federation

4 "IKTs Promyshlennaya bezopasnost", LLC, Kemerovo, 650000, Russian Federation

Authors' Information

Tarasov V.M., Postgraduate of KuzSTU, General Director

Buyalich G.D., Doctor of Engineering Sciences, Professor, Senior Research

Officer

Tarasova N.I., Postgraduate of KuzSTU, General Director, e-mail: indsafety@yandex.ru, rivalsit@yandex.ru, tel.: +7 (3842) 587-651, +7 (923) 610-43-67, +7 (923) 488-88-89 Tarasov D.V. Student

Abstract

The paper examines an innovative approach to installation and operation of the powered support unit, which fundamentally changes its operation, allows to redistribute the rock pressure and separation of back plates from the coal vein to the lava goaf part interacting with the main difficult-to-control roofs in the face space forms a strength component in the form of a frame in the back plate wall of the bearer, enhances the safety of lava works and helps increase in coal production.

Keywords

Installation, Operation, Powered support units, Mine working, Back plates, Frame, Communications centres, Efficiency, Labour safety.

References

1. Energeticheskaya strategiya Rossii na period do 2030 goda [Energy Strategy of Russia for the period up to 2030]. Rasporyazhenie Pravitel'stva RF №1715-r ot 13.11.2009 - Decree of Government of the Russian Federation, No. 1715-r of 13.11.2009.

2. Zaplavskiy G.A. & Lesnykh V.A. Teknnologiya podgotovitelnykh i ochistnykh rabot [Technology of preparatory and clearing operations]. Moscow, Nedra Publ., 1989, 423 pp.

3. Tarasov V.M., Tarasova A.V., Tarasov D.V., RF Patent no. 2387841, IPC E 21 D 23/00 (2006.01). Sposob montazha i ekspluatatsii sektsii mekhanizirovan-noy krepi (varianty) [Method of powered support section assembly and operation (alternative methods)]. Patent holder Tarasov V.M., "RivalSIT", LLC, no. 200812934/03. Appl. 18.07.2008, Publ. 27.04.2010, Bull. no. 12, 18 pp.

4. Buyalich G.D., Tarasov V.M. & Tarasova N.I. Innovatsionnyi podkhod k vo-prosam montazha i ekspluatatsii sektsii mekhanizirovannoy krepi [Innovative approach to the problems of powered support sections installation and operation]. Vestnik Nauchnogo tsentra po bezopasnosti rabot v ugol'noy promyshlennosti - News of Scientific Center for occupational safety in the coal industry, 2013, no. 1.1, pp. 115-126.

5. Tarasov V.M. & Tarasova N.I. Innovatsionnyi podkhod k sektsii mekhanizirovannoy krepi [Innovative approach to the powered support section]. Birzha intellektual'noy sobstvennosti (BIS) - Market of Intellectual property (BIS), 2012, no. 6, pp. 41-54.