CC BY
52
- © О.И. Казанин, А.А. Сидоренко,
А.Ю. Ермаков, О.В. Ванякин, 2015
УДК 622.281
О.И. Казанин, А.А. Сидоренко, А.Ю. Ермаков, О.В. Ванякин
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЗОН ПОВЫШЕННОГО ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ НА ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ ДЛИННЫХ ОЧИСТНЫХ ЗАБОЕВ ПРИ ОТРАБОТКЕ СВИТ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ
Для условий шахты «им. 7 ноября» представлены результаты расчета параметров зон повышенного горного давления (ПГД): «зоны повышенной опасности» (ЗПО), «опасной зоны» (ОЗ), «прогнозной зоны» (ПЗ). Применительно к условиям шахт «им. 7 ноября», «Комсомолец», «им. С.М. Кирова» ОАО «СУЭК-Кузбасс» проведена оценка влияния краевых частей и целиков, сформированных первоочередной отработкой сближенных пластов на смещение кровли и пучение почвы в выработках выемочного участка, а также показатели работы очистных забоев. Выполнен анализ влияния подработки, вызванной отработкой запасов выемочного участка № 1732 пласта «Бреевский» шахты «Комсомолец» на работу лавы при отработке запасов выемочного участка № 1380 по пласту «Байкаимский» шахты «им. 7 ноября». Представлены результаты шахтных наблюдений за состоянием участковых выработок при их различном расположении относительно зон ПГД. Выполнен сопоставительный анализ условий отработки запасов на рассматриваемых участках № 2591-2594 в условиях шахты «им.С.М. Кирова» и достигнутых нагрузок на очистные забои. Сделаны выводы относительно влияния зон ПГД на эффективность отработки запасов в зонах ПГД при различном расположении выработок выемочного участка относительно их границ. Показано, что основным фактором, определяющим технико-экономические показатели при отработке запасов выемочных участков пласта «Поленовский» в зонах ПГД, сформированных целиками, оставленными по надрабатывающему пласту «Болдыревский», является расположение подготовительных выработок выемочных участков относительно зон ПГД. Установлено, что при работе лавы в зоне ПГД, при условии расположении выемочных выработок за ее пределами, при использовании современных механизированных комплексов существенного негативного влияния зон ПГД на показатели работы очистных забоев не проявляется. Ключевые слова: отработка свит пластов, длинные очистные забои, зоны повышенного горного давления, участковые выработки, показатели работы забоев.
Эффективность работы длинных очистных забоев при подземной разработке пологих угольных пластов определяется целым рядом горно-геологических и горнотехнических факторов, что обуславливает широкий диапазон изменения технико-экономических показателей работы лав в пределах шахтного поля или даже по мере отработке запасов одного выемочного столба. В данной работе рассматривается влияние зон повышенного горного давления (ПГД), формирующихся вследствие первоочередной отработки
выемочных участков по над- или подрабатывающему пласту, на эффективность ведения очистных работ в лавах, соответственно над- или подработанного пласта. В качестве критерия влияния целиков при отработке пластов не опасных по горным ударам и внезапным выбросам принимается снижение скорости подвигания очистных забоев при проходе зон повышенного горного давления (ПГД), и как следствие существенное снижение технико-экономических показателей работы лав. В соответствии с документом «Указания по
управлению горным давлением ...» [1] выделяются три зоны: зона повышенной опасности (ЗПО), опасная зона (ОЗ), прогнозная зона (ПЗ).
Следует отметить, что давность разработки документа «Указания по управлению горным давлением .» [1] и произошедший с момента его введения в действие значительный прогресс техники и технологии очистной выемки - совершенствование конструкций, существенное повышение надежности и улучшение характеристик лавного оборудования (в том числе параметров механизированной крепи) и, как следствие, многократное повышение интенсивности отработки запасов с использованием комплексно механизированных очистных забоев, приведшее, в конечном итоге, к изменению интенсивности и параметров протекания геомеханических процессов, обуславливают необходимость проведения исследований, направленных на уточнение положений рассматриваемого документа с целью его использования для обеспечения эффективности и безопасности очистных работ в зонах ПГД.
Для изучения влияния зон ПГД на работу длинных очистных забоев в условиях шахт: «Шахта имени 7 ноября», «Комсомолец», «им. С.М. Кирова» ОАО «СУЭК-Кузбасс», был проведен комплекс исследований, включающий анализ горно-геологических условий и горнотехнической документации, шахтные наблюдения за состоянием участковых выработок, а также анализ показателей работы очистных забоев.
В условиях шахты «Шахта имени 7 ноября» Рис. 1. Выкопировка из плана горных выработок по и «Комсомолец» представ- пласту «Байкаимский»
ляет интерес отработка выемочного участка № 1380, длина лавы - 290 м, длина столба в границах отработки 2340 м. Глубина ведения горных работ 210-280 м. Средняя мощность пласта 4,54 м. Вышележащие пласты Полыса-евский-2, Полысаевский-1 и Надбайка-имский-2 отработаны. В соответствии с планами развития горных работ шахты «Комсомолец», с ноября 2013 по март 2014 г. столб лавы № 1380 подрабатывался лавой № 1732 (рис. 1). На участке в 820 м от границы остановки на всем протяжении лава № 1380 работала в зоне, подработанной при отработке выемочного участка № 1729 (отработан в 2008 г.) и выемочного участка № 1728 (отработан в 2006 г.) шахтой Комсомолец по пласту «Бреев-ский» (вынимаемая мощность 2,80 м, мощность междупластья 185-190 м).
После подработки лавы № 1380 от краевых частей и целиков пласта Бре-евского сформировалась зона повышенного горного давления на пласте
Рис. 2. Зоны ПГД от целиков по пласту «Бреевский
Рис. 3. Выемочные выработки по пласту Поленов-ский и зоны ПГД
Байкаимском, которая может оказывать негативное влияние на выработки выемочного участка. В соответствии м «Указания по управлению горным давлением ...» [1] было выполнено построение зон ПГД (рис. 2) и установлено, что на рассматриваемом участке выемочного столба участковые выработки и лава находятся в опасной зоне.
Для исследования влияния зон ПГД были проведены шахтные исследования, включающие визуальные наблюдения и инструментальный контроль за сдвижением пород кровли с использованием наблюдательных станций РГ (глубинные реперные станции) и ВЗС (визуальные замерные станции), которые с шагом 35-40 м
располагались в конвейерном штреке № 1380, вентиляционном штреке № 1380, промежутоной печи № 1380 в пределах зон влияния (рис. 1). Проведенные наблюдения выявили незначительное (до 20 мм) смещение кровли выработок в зоне влияния очистных работ при работе лавы № 1380, а также пучение почвы в выработках до 300 мм. Однако указанные смещения и пучение почвы выработок являются характерными не только для рассматриваемой зоны ПГД, а для большей части выработок по их протяженности в пределах выемочного столба № 1380. Таким образом, в рассматриваемой горнотехнической ситуации - при отработке запасов по пласту «Байка-имский» в зоне подработки пластом «Бреевским», определяемой в соответствии с документом [1] как «опасная зона», негативное влияние на состояние подготовительных выработок и работу очистного забоя шахтными наблюдениями не выявлено, что объясняется в первую очередь значительной мощностью междупла-стья (185-190 м).
На шахте «им. С.М. Кирова» в 2011-2012 гг. были проведены натурные наблюдения за состоянием выработок пласта при отработке выемочных столбов № 2591-2594 пласта «Поленовский» (рис. 3) в зоне влияния ПГД от краевых частей массива и ленточных межстолбовых целиков, оставленных по ранее отработанному пласту «Болдыревский». Мощность разрабатываемого пласта «Поленов-ский» 1,6-1,8 м, угол падения от 9°
Покупатели Выемочные участки
Л-2591 ЛШ92 >42593 ЛЙ2594
Г неположен не выработок выемочного участка относительно ив ПГД
вентиляционной в юне ПГД в 1(111 с ПГ Д в зове ПГД в мне [ГГ'Д
конпейернон В 10не ПГД в те ПГД а юис ПГД он« юны Ш'Д
очистного тбоя вне юны ПГД вне ЮНЫ ПГД 01К юны ПГД и т не ПГД
11 [10изводи I(мьнос !ь очистных шбоев, т/мес
МИНЦаММ 9446 5398 ^29687 р-67470
максимальная 125157 99856 129542 128193
средняя 1^79967 [ 78521 ^«795
Рис. 4. Условия ведения горных работ и производительность очистных забоев
до 2° в оси складки. Пласт отнесен к угрожаемым по горным ударам, опасным по взрывчатости угольной пыли, не склонен к самовозгоранию. Мощность междупластья пластов «По-леновский» и «Болдыревский» составляет 48 м. Пласт «Поленовский» отнесен к угрожаемым по горным ударам. На рис. 3 серым цветом с пунктиром представлены зоны ПГД, построенные в соответствии с положениями «Инструкция по безопасному ведению горных работ ...» [2].
В результате наблюдений в выемочных выработках в зонах ПГД выявлены зоны повышенных расслоений пород кровли и угля, характеризующиеся снижением прочностных свойств угля и вмещающих пород в процессе эксплуатации выработок с образованием свода естественного обрушения в зонах расслоения, достигающего 3,5-4,0 м и превышающего глубину анкерования.
Сопоставительный анализ условий отработки запасов на рассматриваемых участках и нагрузок на соответствующие очистные забои (рис. 4), а также результаты шахтных наблюде-
ний за состоянием участковых подготовительных выработок позволили сделать выводы о влиянии зон ПГД на эффективность работы очистных забоев:
1. Основным фактором, определяющим технико-экономические показатели при отработке запасов выемочных участков пласта «Поленовский» в зонах ПГД, сформированных целиками, оставленными по надрабатывающему пласту «Болдыревский», является расположение подготовительных выработок выемочных участков относительно зон ПГД. Расположение выемочных выработок в зонах ПГД, как правило, приводит к потере устойчивости выработок, необходимости проведения дорогостоящий ремонтных работ или проведения новой выработки, а также к простоям высокопроизводительного очистного оборудования.
2. При работе лавы в зоне ПГД, при условии расположении выемочных выработок за ее пределами, при использовании современных механизированных комплексов существенного негативного влияния зон ПГД на показатели работы очистных забоев не выявлено.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Инструкция по безопасному ведению горных работ на шахтах, разрабатывающих угольные пласты, склонные к горным ударам:
РД 05-328-99: утв. Постановлением Госгор-технадзора Рос. Федерации 29.11.99: ввод в действие с 01.10.2000.
2. Указания по управлению горным давлением в очистных забоях под (над) целиками и краевыми частями при разработке свиты угольных пластов мощностью до 3,5 м с углом падения до 350. - Л., 1984. - 62 с.
3. Казанин О.И., Сидоренко А.А., Ермаков А.Ю., Ванякин О.В. Обоснование параметров подготовки выемочных участков при отработке свит пластов длинными забоями //
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_
Горный информационно-аналитический бюллетень. Отдельная статья (специальный выпуск). - 2014. - № 10. - 12 с.
4. Syd S. Peng. Coal Mine Ground Control. - West Virginia University, 2008. - 750 p.
5. Tati B.B. Multi-seam coal mining // The Journal of The Southern African Institute of Mining and Metallurgy. - Vol. 111. - April 2011. - P. 231-242. ЕШ
Казанин Олег Иванович - доктор технических наук, Сидоренко Андрей Александрович - кандидат технических наук, Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»; Ермаков Анатолий Юрьевич - кандидат технических наук, Ванякин Олег Владимирович - горный инженер, ООО «Сибнииуглеобогащение».
UDC 622.281
RESEARCH OF THE STRESS SHADOW ZONES INFLUENCE ONTO LONGWALL PRODUCTIVITY INDICATORS DURING MULTI-SEAM MINING
Kazanin O.I.1, Doctor of Technical Sciences, Sidorenko A.A.1, Candidate of Technical Sciences, Ermakov A.Yu.2, Candidate of Technical Sciences, Vanyakin O.V.2, Mining Engineer,
1 National Mineral Resource University «University of Mines», 199106, Saint-Petersburg, Russia,
2 JSC «Sibniiugleobogatscheniye», Russia.
The results of parameters calculation for stress shadow zones (SSZ) in conditions of mine «November 7» are presented: «zones of the increased danger» (ZID), «a dangerous zone» (DZ), «an expected zone» (EZ). In relation to conditions of mines «November 7», «Komsomolets», «S.M. Kirov» JSC SUEK Kuzbass carried out an assessment of influence of the coal seams ribs and pillars, created during first seam extraction, on roof displacement and floor heaving in longwall panels entries, as well as productivity indicators of longwalls. The analysis of the advance mining of 1732 longwall panel of Breevsky seam at Komsomolets mine influence on longwall No.1380 productivity at Baykaimsky seam of mine «November 7» is made. Results of field studies of panel entries statement at their various arrangement concerning zones SSZ are presented. The comparative analysis of working conditions on the considered panels No. 2591-2594 of mine «S.M. Kirov» and the achieved longwall productiveness is made. Conclusions concerning influence of SSZ on mining efficiency at various locations of longwall entries concerning SSZ borders are made. It is shown that the main factor that determine the technical and economic longwall indicators of Polenovsky seam in the SSZ created by the pillars on Boldyrevsky seam is the location of longwall panel entries concerning SSZ. It is established that during the longwall advancing in SSZ, if the longwall entries located out of SSZ borders and longwall equipped with modern mechanized roof support, the essential negative influence of SSZ on longwall productivity indicators it isn't shown.
Key words: multi-seams mining, longwalls, stress shadow zones, panel entries, longwall productivity indicators.
REFERENCES
1. Instruktsiya po bezopasnomu vedeniyu gornykh rabot na shakhtakh, razrabatyvayushchikh ugol'nye plasty, sklonnye k gornym udaram: RD 05-328-99: utv. Postanovleniem Gosgortekhnadzora RF 29.11.99: vvod v deistvie s 01.10.2000 (Instruction for safely mining development at mines, extracting coal seams, liable to rock bursts: RD 05-328-99: accepted by Resolution of MSHA of RF 29.11.99: valid since 01.10.2000).
2. Ukazaniya po upravleniyu gornym davleniem v ochistnykh zaboyakh pod (nad) tselikami i kraevymi chastyami pri razrabotke svity ugol'nykh plastov moshchnost'yu do 3,5 m s uglom padeniya do 350 (Definition for ground control in longwalls under (above) pillars and coal seams ribs during multi-seam mining the seams with thickness up to 3,5 m and inclination up to 350), Leningrad, 1984, 62 p.
3. Kazanin O.I., Sidorenko A.A., Ermakov A.Yu., Vanyakin O.V. Gornyi informatsionno-analiticheskii byulleten'. Special edition. 2014, no 10, 12 p.
4. Syd S. Peng. Coal Mine Ground Control. West Virginia University, 2008. 750 p.
5. Tati B.B. Multi-seam coal mining. The Journal of The Southern African Institute of Mining and Metallurgy. Vol. 111. April 2011. P. 231-242.
