Научная статья на тему 'Идентификация параметров и признаков изменчивости геомассива по уровню добычи и промышленной безопасности выемочных участков угольных шахт'

Идентификация параметров и признаков изменчивости геомассива по уровню добычи и промышленной безопасности выемочных участков угольных шахт Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
291
36
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Исаченко Алексей Александрович, Фрянов Виктор Николаевич, Петров Александр Анатольевич

Представлены результаты исследования влияния изменчивости горно-геологических параметров углепо-родного массива на эффективность и безопасность технологии подземной разработки пологих угольных пластов комплексно-механизированными очистными забоями. Выявлены признаки пространственной изменчивости геометрических параметров, прочностных и деформационных свойств горных пород, в том числе вариации глубины залегания угольных пластов, мощности и углов падения породных слоёв, формы и размеров синклинальных и антиклинальных складок, амплитуды и элементов залегания дизъюнктивов. Доказано, что при разработке проектной документации не следует принимать средние значения изменчивости горно-геологических параметров углепородного массива, так как это приводит к неполному использованию ресурсов дорогостоящего оборудования, принятого в соответствии с предельными параметрами изменчивости геомассива, и увеличению затрат на производство работ. При выборе проектных параметров выемочных участков по минимальным пределам параметров геомассива возникают ограничения производительности очистных забоев по газовому фактору, динамическим обрушениям пород кровли, пучению пород почвы. Предлагается применять гибкие технологические схемы выемочных участков, адаптивные к параметрам изменчивости геомассива. Для этого по результатам экспертных оценок высококвалифицированных специалистов угольных шахт и статистического анализа производительности и уровня промышленной безопасности очистных комплексно-механизированных забоев на угольных шахтах Кузбасса установлены эмпирические зависимости вероятности отклонения фактической добычи угля от проектной и возникновения предаварийной ситуации с риском выше приемлемого. Для оценки уровня ожидаемой фактической добычи угля из очистного забоя или в целом по шахте при варьировании параметров изменчивости геомассива предложена зависимость, включающая элементные функции влияния частной характеристики геомассива на объём добычи. Основными характеристиками изменчивости геомассива выделены по методу главных компонент следующие: мощность, угол падения, глубина залегания, газоносность, склонность угля к самовозгоранию пласта. В качестве дополнительных признаков рассмотрены параметры дизъюнктивов, классы кровли почвы пласта по устойчивости и управляемости. Установлены эмпирические зависимости изменения добычи и уровня промышленной безопасности от параметров изменчивости геомассива

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Исаченко Алексей Александрович, Фрянов Виктор Николаевич, Петров Александр Анатольевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

IDENTIFICATION OF PARAMETERS AND CHARACTERISTICS OF THE VARIABILITY OF GEOMASSIV ON THE LEVEL OF PRODUCTION AND INDUSTRIAL SAFETY OF COAL EXTRACTION AREA OF COAL MINES

The results of the effect study of geological parameters variability of coal-rock mass on the efficacy and safety of underground excavation technology of flat-lying coal beds by complex-mechanized working faces are presented. The signs of the spatial variability of the geometric parameters, strength and deformation properties of rocks, including variations in the stratification depth of coal beds, thickness and slope angle of rock layers, the shape and size of synclinal and anticlinal folds, the amplitude and attitude of disjunction are identified. It is proved that the development of the planning documentation should not take the average values of the geological parameters variability of coal-rock mass, as it leads to under-utilization of expensive equipment resources, adopted in accordance with the limits of variability of geomass, and increases the cost of production of works. When choosing the planning parameters of the excavation areas according to the minimum limits of the parameters of geomass, the limits of the performance of working faces on the gas factor, dynamic collapse of the roof rocks, heaving rocks of the soles arise. It is proposed to use versatile technological schemes of coal extraction areas, adaptive to the parameters of the geomass variability. For this purpose, according to results of expert evaluations of highly skilled specialits of coal mines and statistical analysis of performance and level of industrial safety of complex-mechanized working faces in coal mines of Kuzbass, empirical correlations of risks of deviation of coal production from the project-oriented one and the occurrence of pre-emergency situations with an above acceptable risk are established. To assess the level of expected actual coal production from working face or the entire mine with varying parameters of geomass, the dependence variability, that includes the elemental functions of the impact of particular characteristics of geomass on the production performance is proposed. The main characteristics of the geomass variability are the following: thickness, slope angle, depth of occurrence, gas content, and tendency of coal bed to spontaneous combustion. As additional signs the parameters of disjunction, classes of the roof, sole of bed by stability and controllability are studied. Empirical functional relationship of the production changes and the level of industrial safety on parameters of variability of geomass are established

Текст научной работы на тему «Идентификация параметров и признаков изменчивости геомассива по уровню добычи и промышленной безопасности выемочных участков угольных шахт»

Науки о Земле

УДК 622.831

ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ И ПРИЗНАКОВ ИЗМЕНЧИВОСТИ ГЕОМАССИВА ПО УРОВНЮ ДОБЫЧИ И ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ВЫЕМОЧНЫХ УЧАСТКОВ УГОЛЬНЫХ ШАХТ

IDENTIFICATION OF PARAMETERS AND CHARACTERISTICS OF THE VARIABILITY OF GEOMASSIV ON THE LEVEL OF PRODUCTION AND INDUSTRIAL SAFETY OF COAL EXTRACTION AREA OF COAL MINES

П

X

А. А. Исаченко,

ООО «Распадская угольная компания», г. Новокузнецк metall kuzbass@mail.ru

В. Н. Фрянов,

Сибирский государственный индустриальный университет, г. Новокузнецк zzz338@rdtc.ru

А. А. Петров,

ООО «Распадская угольная компания», г. Новокузнецк ptrvt@mail.ru

A. Isachenko,

«Raspadskaya coal company», Novosibirsk

V. Fryanov,

Siberian State Industrial University, Novokuznetsk

A. Petrov,

«Raspadskaya coal company», Novokuznetsk

Представлены результаты исследования влияния изменчивости горно-геологических параметров углепо-родного массива на эффективность и безопасность технологии подземной разработки пологих угольных пластов комплексно-механизированными очистными забоями. Выявлены признаки пространственной изменчивости геометрических параметров, прочностных и деформационных свойств горных пород, в том числе вариации глубины залегания угольных пластов, мощности и углов падения породных слоёв, формы и размеров синклинальных и антиклинальных складок, амплитуды и элементов залегания дизъюнктивов. Доказано, что при разработке проектной документации не следует принимать средние значения изменчивости горно-геологических параметров углепородного массива, так как это приводит к неполному использованию ресурсов дорогостоящего оборудования, принятого в соответствии с предельными параметрами изменчивости геомассива, и увеличению затрат на производство работ. При выборе проектных параметров выемочных участков по минимальным пределам параметров геомассива возникают ограничения производительности очистных забоев по газовому фактору, динамическим обрушениям пород кровли, пучению пород почвы.

Предлагается применять гибкие технологические схемы выемочных участков, адаптивные к параметрам изменчивости геомассива. Для этого по результатам экспертных оценок высококвалифицированных специалистов угольных шахт и статистического анализа производительности и уровня промышленной безопасности очистных комплексно-механизированных забоев на угольных шахтах Кузбасса установлены эмпирические зависимости вероятности отклонения фактической добычи угля от проектной и возникновения предаварийной ситуации с риском выше приемлемого. Для оценки уровня ожидаемой фактической добычи угля из очистного забоя или в целом по шахте при варьировании параметров изменчивости геомассива предложена зависимость, включающая элементные функции влияния частной характеристики геомассива на объём добычи. Основными характеристиками изменчивости геомассива выделены по методу главных компонент следующие: мощность, угол падения, глубина залегания, газоносность, склонность угля к самовозгоранию пласта. В качестве дополнительных признаков рассмотрены параметры дизъюнктивов, классы кровли почвы пласта по устойчивости и управляемости. Установлены эмпирические зависимости изменения добычи и уровня промышленной безопасности от параметров изменчивости геомассива

Ключевые слова: шахта; пласт; изменчивость геомассива; очистной забой; добыча угля; промышленная безопасность; эмпирические зависимости; риски; статистический анализ; гибкие технологические схемы выемочных участков

The results of the effect study of geological parameters variability of coal-rock mass on the efficacy and safety of underground excavation technology of flat-lying coal beds by complex-mechanized working faces are presented. The signs of the spatial variability of the geometric parameters, strength and deformation properties of rocks, including variations in the stratification depth of coal beds, thickness and slope angle of rock layers, the shape and size of synclinal and anticlinal folds, the amplitude and attitude of disjunction are identified. It is proved that the development of the planning documentation should not take the average values of the geological parameters variability of coal-rock mass, as it leads to under-utilization of expensive equipment resources, adopted in accordance with the limits of variability of geomass, and increases the cost of production of works. When choosing the planning parameters of the excavation areas according to the minimum limits of the parameters of geomass, the limits of the performance of working faces on the gas factor, dynamic collapse of the roof rocks, heaving rocks of the soles arise. It is proposed to use versatile technological schemes of coal extraction areas, adaptive to the parameters of the geomass variability. For this purpose, according to results of expert evaluations of highly skilled specialits of coal mines and statistical analysis of performance and level of industrial safety of complex-mechanized working faces in coal mines of Kuzbass, empirical correlations of risks of deviation of coal production from the project-oriented one and the occurrence of pre-emergency situations with an above acceptable risk are established. To assess the level of expected actual coal production from working face or the entire mine with varying parameters of geomass, the dependence variability, that includes the elemental functions of the impact of particular characteristics of geomass on the production performance is proposed. The main characteristics of the geomass variability are the following: thickness, slope angle, depth of occurrence, gas content, and tendency of coal bed to spontaneous combustion. As additional signs the parameters of disjunction, classes of the roof, sole of bed by stability and controllability are studied. Empirical functional relationship of the production changes and the level of industrial safety on parameters of variability of geomass are established

Key words: mine; coal bed; geomass variability; working face; excavation of coal; industrial safety; empirical relations; risks; statistical analysis; flexible technological schemes of excavation sites

Современное состояние и актуальность исследований влияния изменчивости параметров геомассива на эффективность и безопасность подземной угледобычи. Горно-геологические условия залегания свиты угольных пластов в сейсмически активных угольных бассейнах характеризуются пространственной изменчивостью геометрических параметров, прочностных и деформационных свойств горных пород. К горно-геометрическим параметрам изменчивости следует отнести вариации глубины залегания угольных пластов, мощности и углов падения породных слоев, формы и размеров синклинальных и антиклинальных складок, амплитуды и элементов залегания дизъюнктивов [2; 3; 7; 9; 11]. Пространственная изменчивость прочностных и деформационных свойств пород характеризуется неравномерностью распределения типов и классов пород кровли по обрушаемости и управляемости, устойчивости пород почвы пласта.

Определяющей для безопасности угольных шахт является изменчивость природной газоносности углепородного массива, которая в переделах каждого горного отвода может распределяться по индивидуальным зависимостям от множества природных факторов [4; 6; 8].

Влияние указанных факторов изменчивости наиболее существенно проявляется на шахтах Кузбасса, угольные месторождения которого находятся в сейсмически активной зоне и характеризуются сложным геотектоническим состоянием.

При разработке проектной документации основные горно-геологические параметры принято принимать средними (например, мощность или угол падения пласта) или максимальными (например, природная газоносность) [1; 5]. При таком подходе при обосновании технологических решений проектные показатели, как правило, не подтверждаются на практике. Попытки применить математическое моделирование

с учётом вероятности изменения горно-геологических параметров также не привели к положительным результатам, так как недоиспользование ресурсов дорогостоящего оборудования, принятого в соответствии с предельными параметрами изменчивости геомассива, привели к росту текущих и инвестиционных затрат. Если оборудование или технологические решения приняты по минимальным пределам параметров геомассива, то при отработке отдельных участков угольных пластов (например, в зонах геологических нарушений, переходе очистным забоем передовых выработок) возникают ограничения производительности очистных забоев по газовому фактору, обрушениям пород кровли, пучению пород почвы.

В связи с этим, возникает актуальная научно-практическая задача рационального управления горными работами с использованием результатов мониторинга и принятия оперативных решений с учётом прогнозируемой изменчивости параметров геомассива.

По результатам исследований обосновано, что учёт влияния изменчивости горно-геологических и горно-технических параметров геомассива на параметры технологической системы угольной шахты можно оценивать показателем эффективности работы предприятия или его структурных элементов при обеспечении безопасности горных работ в пределах приемлемого риска. На основе анализа многолетнего производственного опыта отработки угольных пластов в сложных горно-геологических условиях Кузбасса установлено, что при реализации проектных решений влияние изменчивости может быть негативным, нейтральным или благоприятным. Для количественной оценки такого влияния предлагается использовать понятие риска, который варьируется для технических систем как пренебрегаемый (0...0Д5), приемлемый (0,16...0,30) или чрезмерный (0,31.1,00). Анализ риска технологической системы шахты при отработке угольных пластов с изменчивыми параметрами можно осуществлять в соответствии с требованиями ГОСТ Р 51901-2002.

Однако методика количественной оценки риска возникновения аварий и инцидентов на угольных шахтах России и некоторых других стран пока не обеспечивает прогноз и реализацию технологических и технических решений, обеспечивающих риск не выше приемлемого. Это подтверждается групповыми несчастными случаями на угольных шахтах России, Украины, Китая и др.

По результатам анализа риска возникновения аварии или инцидента при отработке угольных пластов с изменчивыми параметрами геомассива необходимо решить следующие задачи:

1) выявить, какой признак изменчивости параметров геомассива может привести к отклонению показателей, инциденту или аварии технологической системы;

2) осуществить прогноз вероятности (риска), с которой произойдёт отклонение показателей, инцидент или авария технологической системы шахты;

3) установить, к каким изменениям и последствиям траектории развития предприятия приведет изменчивость параметров геомассива (анализ последствий);

4) обосновать технологические и технические решения для корректировки проектных решений с целью обеспечения рентабельности производства и уровня промышленной безопасности в пределах приемлемого риска.

Методика исследований. Уровень риска для технологической системы шахты предлагается определять по двум индикаторам:

1) экономический риск (критерий), определяющий соответствие изменчивости параметров геомассива принятым проектным решениям, то есть способам и схемам вскрытия и подготовки шахтного поля, транспорта, вентиляции. Количественное значение этого индикатора проявляется в соответствии с требованиями инвестора к количеству и качеству угольной продукции, экономическим показателям;

2) риск возникновения опасной производственной ситуации, определяющий вероятность отклонений технологических

процессов от требований действующих нормативных документов [10].

Результаты исследования. Сложность создания методики оценки рисков возникает в связи с необходимостью формализации субъективных мнений о вероятных отклонениях индикаторов от нормативных в виде единого количественного показателя при разных качественных воздействиях на геотехнологию. Учитывая, что отклонения технологических процессов от требований действующих нормативных документов существенно влияют на экономический риск посредством снижения производительности очистных и подготовительных забоев при их внеплановых остановках, в качестве основного показателя принят риск добычи из очистного забоя ниже проектного уровня [8; 9].

В общем виде уровень ожидаемой фактической добычи угля из очистного забоя или в целом по шахте при варьировании параметров изменчивости геомассива можно определить по следующей формуле:

N

'ПБ

;=1

(1)

где Dф — объём фактической добычи угля при совокупном влиянии комплекса изменчивых параметров геомассива;

DП — объём плановой (проектной) добычи угля;

N — количество изменяющихся г-х характеристик геомассива, 0 < г < N;

— функция влияния г-й характеристики геомассива на объём добычи;

Рп. — численное значение параметра геомассива, принятого в проекте строительства шахты или в паспорте выемочного участка;

Рф — фактическое численное значение параметра геомассива в отрабатываемом выемочном участке или по шахте в целом;

DПБ — предельно допустимый объём добычи при ограничениях по требованиям нормативных документов.

Для применения формулы (1) необходимо установить вид функции влияния г-й характеристики геомассива на объём добычи, что представляет определённые трудности, особенно на стадии разработки проектной документации и при отсутствии сведений об изменчивости параметров геомассива [1—3]. Поэтому для практического применения предлагается использовать разработанную на основе многолетнего производственного опыта классификацию признаков изменчивости параметров геомассива с оценкой её влияния на отклонения объёмов добычи и промышленной безопасности. В качестве базовой принята проектная производительность очистного длинного комплексно-механизированного забоя. При разработке классификации использованы результаты многочисленных исследований, опубликованные в первоисточниках [1; 2; 5; 6; 8; 10], а также обобщённые авторами субъективные мнения специалистов и накопленный горный опыт ведения горных работ в сложных горно-геологических условиях шахт Кузбасса (см. таблицу).

Классификация признаков изменчивости природных условии и их влияния на производительность длинного комплексно-механизированного забоя (КМЗ)

Classification of natural conditions variability and their impact on the performance of a long complex-mechanized slaughter (CMS)

Наименование признака или параметра изменчивости геомассива, размерность Диапазоны изменчивости параметра или варианты состояния геомассива Изменение добычи из КМЗ в диапазоне, рост +, снижение -, % Изменение уровня безопасности в диапазоне, рост +, снижение -, %

Угол падения пласта, градус 0...10 +20 +5

11...18 0 0

19.35 -25 -25

Более 35 -70 -70

Продолжение таблицы

Наименование признака или параметра изменчивости геомассива, размерность Диапазоны изменчивости параметра или варианты состояния геомассива Изменение добычи из КМЗ в диапазоне, рост +, снижение -, % Изменение уровня безопасности в диапазоне, рост +, снижение -, %

Вынимаемая мощность пласта, м 0,70...1,20 -32 -25

1,21...2,00 -10 -15

2,01.3,50 0 0

3,51.4,50 +20 +15

Более 4,50 +45 +5

Глубина залегания пласта, м 50.300 +10 +5

301.600 0 0

601.900 -10 -5

Более 900 -15 -20

Водоприток в КМЗ, м3/ч 0 - 20 0 0

21 - 100 -20 -5

Более 100 -40 -50

Опасность пластов по горным ударам Не склонные (базовый вариант) 0 0

Угрожаемые -10 -5

Опасные -15 -15

Опасность пластов по внезапным выбросам угля (породы) и газа Не склонные (базовый вариант) 0 0

Угрожаемые -10 -5

Опасные -15 -15

Особо выбросоопасные -20 и более -30

Газоносность, м3/т 0 (негазовые) 0 0

До 13 -15 -15

13,1.20 -25 -30

Больше 20 -50 -70

Класс кровли по управляемости Легкоуправляемые (базовый вариант) 0 0

Среднеуправляемые +25 +10

Трудноуправляемые -10 -10

Класс кровли по устойчивости Весьма устойчивая (базовый вариант) 0 0

Устойчивая +10 -10

Среднеустойчивая +10 -15

Слабоустойчивая -5 -25

Неустойчивая -15 -45

Класс кровли по обрушаемости I Легкообрушаемые (базовый вариант) 0 0

II Средней обрушаемости +15 +10

III Труднообрушаемые -10 -10

IV Весьма труднообрушаемые -25 -20

V Склонные к плавному опусканию +25 +15

Класс почвы по устойчивости Неустойчивые -25 -10

Среднеустойчивые 0 0

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Устойчивые 0 +50

Мощность пород между отрабатываемым и надрабатываемым пластами, м Меньше 1 -25 -25

1,01.2,00 -15 -15

2,01.4,00 -5 +15

4,01.10,00 0 0

Больше 10 +10 +50

Мощность пород между отрабатываемым и подработанным пластами, м 1,01.2,00 -20 -35

2,01.4,00 -10 -25

4,01.10,00 0 0

Больше 10 +10 +25

Отсутствует 0 0

Переходимое -15 -30

Дизъюнктивное нарушение Труднопереходимое -50 -50

Непереходимое, с перемонтажом мехкомплекса -25 -60

Склонность к самовозгоранию Склонен -5 -15

Не склонен 0 0

По результатам экспертной оценки, приведённой в таблице, а также анализа показателей работы очистных комплексно-механизированных очистных забоев, полученных при производственной деятельности шахт ОАО «УК «Южкузбас-суголь» за последние пять лет, построены графики функций влияния по изменениям соответствующих показателей относитель-

40

но показателей базового варианта. В базовом варианте изменения показателей в таблице приняты равными нулю. Знак минус по вертикальной оси ординат на приведённых рисунках соответствует негативному влиянию параметра изменчивости геомассива на объём добычи или уровень промышленной безопасности.

20

Д= -0,0568а2-0,3362а + 21,663

ш -20

-40

-60

Б = -0,0909а2 + 1,5065а - 0,"

-80

Угол падения пласта, град.

- Изменение объема добычи

-Изменение уровня безопасности

Полиномиальная (изменение объема добычи)

- Полиномиальная (изменение уровня безопасности)

Рис. 1. Изменение объема добычи (Д, %) и уровня безопасности (Б, %) в зависимости от угла падения пласта (а, градус)

Fig. 1. Changes in production volume (D, %) and safety (B,%), depending on the angle of incidence of the formation (a, degrees)

Как следует из таблицы и рис. 1, увеличение угла падения в пределах выемочного участка негативно влияет на производительность очистного забоя и безопасность труда. Установлено, что интенсивность снижения объёмов добычи и вероятности возникновения аварий и инцидентов повышаются на 0,5 %/градус при пологом падении пласта и до 5 %/градус при наклонном залегании.

Изменения вынимаемой мощности угольного пласта в пределах 0,70...4,00 м

(рис. 2) однозначно приводят к повышению уровня безопасности труда и производительности очистного забоя. Наиболее высокий уровень безопасности соответствует средней мощности пласта, что можно объяснить наличием серийно выпускаемого оборудования комплексно-механизированного для этого диапазона мощности пласта, а также комфортными для персонала условиями выполнения процессов и операций.

60

-20

-40

Д = -0,789т2 + 20т - 46,994 R2 к 0,9781

Б= -3,1146 т2 + 28J2_2_8_m - 51,448 R2 = 0,9/61

Вынимаемая мощность пласта, м

-Изменение объема добычи

-Изменение уровня безопасности

-Полиномиальная (изменение объема добычи)

- Полиномиальная (изменение уровня безопасности)

Рис. 2. Изменение объема добычи (Д, %) и уровня безопасности (Б, %) в зависимости от вынимаемой мощности пласта (m, м)

Fig. 2. Changing production volumes (D, %) and the security level (B,%), depending on a removable bed thickness (m, m)

Неоднократные попытки применить отечественные и зарубежные аналоги очистного оборудования на пластах мощностью 4.6 м привели к росту уровня аварийности. Достигнутые относительно высокие пиковые нагрузки на очистной забой сопровождались снижением уровня безопасности при интенсивном отжиме угля в краевой части пласта, формировании крупных блоков угля с последующим осложнением конвейерного транспорта горной массы. Как правило, под разными предлогами (неустойчивые породы кровли или почвы, интенсивный блочный отжим угля, отклонения секций от нормального положения при углах падения более 18 о и др.), на мощных пластах оставляют в кровле или почве угольную пачку или применяют выпуск угля из подкровельной пачки на завальный конвейер. Следствием применения таких технологий является возникновение эндогенного пожара в выработанном пространстве, что приводит к консервации выемочного участка или шахты в целом на 2...4 года.

Глубина разработки является одним из факторов, определяющих границу применения открытого и подземного способов разработки угольных месторождений. При высокой угленосности угольных месторождений Кузбасса и наличии высокопроизводительной карьерной техники глубина

открытого способа угледобычи приближается к 300 м, а на глубине 150.300 м эффективным является открыто-подземный способ (без учёта затрат на рекультивацию нарушенных земель). Изменчивость горно-геологических параметров геомассива при применении этих способов угледобычи имеет второстепенное значение. Поэтому для анализа приняты показатели работы угольных шахт, отрабатывающих угольные пласты на глубине более 200 м. Согласно рис. 3, увеличение глубины разработки (Н) негативно влияет на объёмы добычи (Д) и уровень безопасности горных работ (Б).

Характерной особенностью угольных месторождений Кузбасса является высокая природная газоносность углепородной толщи, которая увеличивается почти пропорционально глубине залегания угольных пластов и достигает на отдельных месторождениях 25 м3/т (рис. 4). Формирование газовых коллекторов в очистном выработанном пространстве при периодических обрушениях породных слоёв кровли приводит к загазиро-ванию прилегающих к очистному забою выработок. Для предотвращения этой опасной производственной газодинамической ситуации в проектах и на практике осуществляется ограничение нагрузки на очистной забой, так как возрастает риск возникновения аварии или инцидента.

20 т-

10 ------

-10 --

-20 --

-30

ДМ 2Е-05Н2 - 0,0533Н + 20,04 "R1 = 679995 "

1500

Б= -4Е-05Н2 + 0.0142Н + 2,8985 R2 = 0,976

- Изменение объема добычи

■ Изменение уровня безопасности

Полиномиальная

(изменение объема добычи)

- Полиномиальная (изменение уровня безопасности)

-40 -J-

Глубина залегания отрабатываемого пласта, м

Рис. 3. Изменение объема добычи (Д, %) и уровня безопасности (Б, %) в зависимости от глубины залегания отрабатываемого пласта (H, м)

Fig. 3. Changing production volumes (D, %) and the security level (B, %), depending on the depth of the worked out layer (H, m)

-50

-60

-70

25

10 15 20

~ ТаТонбсность~ мЗ/f ~~

Д = -0,0335x2 - l,0295x - 1,830^ R2~ = 0,9695

H

30

<u

ш -40 --------------------------------

6 = -0,0884x2 - 0,422x - 2,295 R2 = 0,9767

-Изменение объема добычи

-Изменение уровня безопасности

-Полиномиальная

(изменение объема добычи)

-Полиномиальная (изменение уровня безопасности)

-80 ±-

Рис. 4. Изменение объема добычи (Д, %) и уровня безопасности (Б, %) в зависимости от метаноносности (x,, м3/т)

Fig. 4. Changing production volumes (D, %) and the security level (B, %), depending on the methane content(xg, m3/t)

При высокой угленасыщенности угольных месторождений Кузбасса свиты угольных пластов характеризуются пространственной изменчивостью мощности пород между соседними пластами. При любом варианте отработки весьма сближенных

пластов, то есть совмещении или последовательном расположении очистных забоев, происходит взаимное, как правило, негативное, влияние горных выработок и дезинтегрированных вмещающих пород на объём добычи и уровень безопасности. Со-

гласно рис. 5, при мощности пород между весьма сближенными пластами до 3 м (точка максимума на графике рис. 5) осуществляется одновременная отработка двух пластов в одном очистном забое. При большей мощности проводится последовательная отработка соседних пластов в свите пластов 60

Б = 0,02291тг + 4,112911 - 18,514 Н2 = 0,8108

40

двумя очистными забоями. Если мощность пород между пластами более 7 м, то уровень безопасности повышается, а объём добычи зависит от степени дезинтеграции и устойчивости подработанных пород и увеличивается незначительно.

20

-20

-40

..-■'■ ' 5 10

Д= -0,206h2 + 5,3234h --ft?—0-, 9424-

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

15 23,982

- Изменение объема добычи

Изменение уровня безопасности

• Полиномиальная (изменение объема добычи)

- Полиномиальная (изменение уровня безопасности)

Мощность пород между отрлбитымемым и надрабатываемым пластами, м

Рис. 5. Изменение объема добычи (Д, %) и уровня безопасности (Б, %) в зависимости от мощности пород между отрабатываемым и надрабатываемым сближенными пластами (h, м)

Fig. 5. Changes in production volume (D, %) and safety(B, %), depending on the power of rock between worked out and pre-worked out close beds (h, m)

Выводы. 1. Влияние изменчивости горно-геологических и горнотехнических параметров геомассива на параметры технологической системы угольной шахты предлагается оценивать показателем эффективности работы предприятия или его структурных элементов при обеспечении безопасности горных работ в пределах приемлемого риска.

2. Увеличение угла падения пласта в пределах выемочного участка негативно влияет на производительность очистного забоя и безопасность труда. Установлено, что интенсивность снижения объёмов добычи и вероятности возникновения аварий и инцидентов повышаются на 0,5 % /градус при пологом падении пласта и до 5 %/гра-дус при наклонном залегании пласта.

3. Изменения вынимаемой мощности угольного пласта в пределах 0,70.4,00 м однозначно приводят к повышению уровня

безопасности труда и производительности очистного забоя. Наиболее высокий уровень безопасности соответствует средней мощности пласта, что можно объяснить наличием серийно выпускаемого оборудования комплексно-механизированного для этого диапазона мощности пласта, а также комфортными для персонала условиями выполнения процессов и операций.

4. При мощности пород между весьма сближенными пластами до 3 м предлагается одновременная отработка двух пластов в одном очистном забое. При большей мощности рекомендуется последовательная отработка соседних пластов в свите пластов двумя очистными забоями. Если мощность пород между пластами более 7 м, то уровень безопасности повышается, а объём добычи зависит от степени дезинтеграции подработанных пород и увеличивается незначительно.

Список литературы_

1. Технология разработки запасов мощных пологих пластов с выпуском угля / В. И. Клишин [и др.]. Новосибирск: Наука, 2013. 248 с.

2. Баскаков В. П., Розенбаум М. А., Калинин С. И., Семенцов В. В., Добровольский М. С. Отработка мощных угольных пластов, опасных по газодинамическим явлениям, системой коротких забоев / / Уголь. 2015. № 11. С. 17-20.

3. Смирнов О. В., Кулик А. И., Лапин Е. А. Прогноз геологических нарушений по параметрам акустического сигнала // Уголь. 2015. № 11. С. 76-79.

4. Полевщиков Г. Я. Исследования газодинамики разрабатываемых угольных месторождений // ГИАБ. 2013. № 5. С. 252-258.

5. Клишин В. И., Опрук Г. Ю., Сентюрёв А. В., Николаев А. В. Опыт направленного гидроразрыва основной кровли при выводе механизированного комплекса из монтажной камеры / / Уголь. 2015. № 11. С. 12-16.

6. Азаров А. В., Сердюков А. С. Моделирование микросейсмических событий в активной геофизической среде // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. Новосибирск: ИГД СО РАН, 2015. С. 52-56.

7. Хачай О. А., Хачай О. Ю. Геосинергетика: теория, методы, эксперименты при решении проблем отработки горных масссивов // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. Новосибирск: ИГД СО РАН, 2015. С. 45-51.

8. Методические указания по созданию систем контроля состояния горного массива и прогноза горных ударов как элементов многофункциональной системы безопасности угольных шахт / Д. В. Яковлев [и др.]. СПб.: ВНИМИ, 2012. 83 с.

9. Захаров В. Н., Забурдяев В. С., Артемьев В. Б. Углепородные массивы: прогноз устойчивости, риски, безопасность. М.: Горное дело, 2013. 280 с.

10. Фрянов В. Н. Робот в очистном забое. Перспективы развития и внедрения технологий подземной угледобычи без постоянного присутствия людей // Уголь Кузбасса. 2014. № 6 (039). С. 32-35.

11. Волошин В. А., Риб С. В., Исаченко А. А. Прогнозирование пучения горных пород в окрестности подготовительных выработок при отработке весьма сближенных угольных пластов // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов: сб. науч. ст. Новокузнецк: Сиб. гос. индустр. ун-т, 2015. С. 129-132.

List of literature_

1. Tehnologiya razrabotki zapasov moshhnyh pologih plastov s vypuskom uglya [Technology development reserves of thick flat seams with the release of carbon]; V. I. Klishin [et al.]. Novosibirsk: Nauka, 2013. 248 p.

2. Baskakov V. P., Rosenbaum M. A., Kalinin S. I., Sementsov V. V., Dobrovolsky M. S. Ugol (Coal), 2015, no. 11, pp. 17-20.

3. Smirnov O. V., Kulik A. I., Lapin E. A. Ugol (Coal), 2015, no. 11, pp. 76-79.

4. Polevshchikov G. Ya. GIAB (GIABA), 2013, no. 5, pp. 252-258.

5. Klishin V. I., Opruk G. Yu., Sentyurev A. V., Nikolaev A. V. Ugol (Coal), 2015, no. 11, pp. 12-16.

6. Azarov A. V., Serdyukov A. S. Modelirovanie mikroseysmicheskih sobytiy v aktivnoy geofizicheskoy srede [Modeling of microseismic events in the active geophysical environment]: Fundamental and Applied Problems of Mining Sciences. Novosibirsk: IGD SO RAN, 2015, pp. 52-56.

7. Khachay O. A., Khachay O. Yu. Geosinergetika: teoriya, metody, eksperimenty pri reshenii problem otrabotki gornyh masssivov [Geosynergetics: theory, methods, experiments in the process of solving mining massives working off]: Fundamental and Applied Problems of Mining Sciences. Novosibirsk: IGD SO RAN, 2015, pp. 45-51.

8. Metodicheskie ukazaniya po sozdaniyu sistem kontrolya sostoyaniya gornogo massiva i prognoza gornyh udarov kak elementov mnogofunktsionalnoy sistemy bezopasnosti ugolnyh shaht [Guidelines for the creation of condition monitoring systems of the rock mass and prediction of rock bursts as elements of the multifunctional safety of coal mines]; D.V. Yakovlev [et al.]. St. Petersburg: VNIMI, 2012. 83 p.

9. Zakharov V. N., Zaburdyaev V. S., Artemyev V. B. Ugleporodnye massivy: prognoz ustoychivosti, riski, bezopasnost [Coal rock mass: sustainability outlook, risks, safety]. Moscow: Mining, 2013. 280 p.

10. FryanovV. N. Ugol (Coal), 2014, no. 6 (039), pp. 32-35.

11. Voloshin V. A., Rib S. V., Isachenko A. A. Naukoyomkie tehnologii razrabotki i ispolzovaniya miner-alnyh resursov (High-tech development and utilization of mineral resources): Collected scientific articles. Novokuznetsk: Sib. State. Industry. University Press, 2015, pp. 129-132.

Коротко об авторах_

Исаченко Алексей Александрович, заместитель главного инженера по технологии филиала «Шахта «Ерунаковская-УШ», ООО «Распадская угольная компания», г. Новокузнецк, Россия. Область научных интересов: геотехнология подземных горных работ metall_kuzbass@mail.ru

Фрянов Виктор Николаевич, зав. кафедрой «Геотехнология», Сибирский государственный индустриальный университет, г. Новокузнецк, Россия. Область научных интересов: геотехнология подземных горных работ zzz338@rdtc.ru

Петров Александр Анатольевич, главный специалист по анкерной крепи, ООО «Распадская угольная компания»,

г. Новокузнецк, Россия. Область научных интересов: геотехнология подземных горных работ

ptrvt@mail.ru

Briefly about the authors_

Aleksey Isachenko, deputy of chief engineer on technology branch, Mine «Erunakovskaya-VIII», «Raspadskaya coal company», Novokuznetsk, Russia. Sphere of scientific interests: geotechnology of underground mining operations

Viktor Fryanov, head of the Geotechnology department, Siberian State Industrial University, Novokuznetsk, Russia. Sphere of scientific interests: geotechnology of underground mining operations

Aleksandr Petrov, chief specialist in roof bolting, «Raspadskaya coal company», Novokuznetsk, Russia. Sphere of scientific interests: geotechnology of underground mining operations

Образец цитирования_

Исаченко A.A., Фрянов В.Н., Петров А.А. Идентификация параметров и признаков изменчивости геомассива по уровню добычи и промышленной безопасности выемочных участков угольных шахт // Вестн. Забайкал. гос. ун-та. 2016. Т. 22. № 9. С. 4—14.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.