Матричный метод идентификации схем забоев обратных гидравлических лопат Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

------------------------- © А.В. Стрельников, М.А. Тюленев,

В.Г. Проноза, 2011

А.В. Стрельников, М.А. Тюленев, В.Г. Проноза

МАТРИЧНЫЙ МЕТОД ИДЕНТИФИКАЦИИ СХЕМ ЗАБОЕВ ОБРАТНЫХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЛОПАТ

Разработан матричный метод идентификации схем забоев по элементам слоев, с учетом технологической взаимоувяжи смежных породного и угольного забоев. Матрица представляет стандартную таблицу, включающую информацию о разрабатываемом объекте (уступ, траншея) и алгоритм поэлементного анализа каждого слоя.

Ключевые слова: матричный метод, схема забоя, слоевая разработка уступов и проходка траншей, моделирование послойной разработки.

Ту азработанные схемы забоев обратной гидравлической лопа-

.мГ ты для условий послойной проходки траншей и разработки уступов в угленасыщенной зоне позволяют определять необходимый состав схем забоев для всего многообразия условий залегания пластов и широкого типоразмерного ряда экскаваторов. Для этого необходимо идентифицировать схему забоя для каждого элемента слоя с учетом технологической увязки с разработкой смежных элементов.

Для решения задачи предложен матричный метод, заключающийся в разработке структуры стандартной таблицы (матрицы), заполнив которую, получаем перечень и порядок отработки элементов по каждому слою и в целом по траншее или уступу.

Матрица включает (табл. 1):

• схему объекта разработки (траншея, заходка);

• базу данных (параметры залегания пластов, параметры тран-

шеи или заходки, параметры экскаватора и систему ограничений);

• определение числа и высоты слоев;

• послойные схемы с обозначением элементов и их параметра-

ми;

• блок поэлементного анализа каждого слоя.

При работе с матрицей необходимо учитывать следующее:

1. Поэлементный анализ слоев производится, начиная с верхнего слоя и до нижнего, применяя термины: верхний слой, средний (-ие) и нижний слои. Схемы забоев породных элементов верхнего слоя отли-

чаются операцией формирования рабочей трассы экскаватора с использованием верхнего черпания.

Отработка нижнего слоя, прилегающего к нижней рабочей площадке уступа, снимает условия по размещению транспортной полосы и созданию предохранительного вала.

2. Перед поэлементным анализом слоя каждому элементу присваивается номер в следующем порядке: цифровая нумерация производится с начального элемента в направлении порядка выемки пластов, т.е. со стороны кровли (висячего бока).

Каждому элементу присваивается номер слоя, которому он принадлежит. Например, верхний (первый) слой: 1і, 2і, Зі, 4і, ...; средний и нижний - 1п, 2П, Зп, 4П, ..., где п - номер слоя. Число элементов по каждому слою одинаковое, но размеры их верхних и нижних площадок, за редким исключением, разные.

1. Применение матрицы рекомендуется для видов строения траншей и заходок, установленных при решении первой научной задачи.

2. Оценка технологической взаимоувязки смежных породного и угольного забоев необходима в зонах с переменной шириной породных элементов.

Возможны ситуации, когда ширина породных площадок оказывается меньше допустимых (рис. 2, а, б). Такие ситуации чаще имеют место при разработке крутых пластов.

Поскольку поэлементная идентификация забоев в слоях производится со стороны кровли пластов, то породный элемент с переменной шириной площадки всегда конечный, а смежный, впереди расположенный элемент (угольный пласт) уже идентифицирован.

В таких случаях принятое решение по угольному элементу отменяется, а породная площадка расширяется за счет площадки угольного пласта, т.е. (аі + тг.2 )> Штп или (ап + шг.2 )> ШШ1П на рис. 2, а; (ап + шг1) > ШКк и (ап+1 + шг1) > ШКк на рис. 2, б. Породный и угольный

элементы разрабатываются сложным забоем.

Если такого расширения окажется недостаточно, то следует прибавлять площадки других (предыдущих) элементов.

Следует отметить следующее. Небольшая ширина площадок определяется радиусом дробления заряда скважины. Поэтому граница зоны переменной ширины площадок со стороны массива определяется радиусом зоны дробления заряда отбойного ряда скважин.

При проектировании разработки уступов (траншей) можно предусмотреть в рассматриваемых зонах более широкие площадки. Для этого в проекте массового взрыва надо заложить дополнительный ряд скважин. С использованием матрицы проведено моделирование послойной

разработки уступов для изучения влияния ряда факторов на выбор типовых схем забоев при разработке слоев и всего уступа в целом. К изучаемым факторам относятся:

36

Таблица 1 Форма матрицы

Объект разработки (траншея или заходка)

База данных

Пример 1. Траншея.

Пример 2. Заходка с несогласным залеганием пластов

1. Параметры залегания пластов

ш1, м

шг1, м

М1, м

ш2, м

шг 2, м

М2, м

Мг1, м Мг2, м Мг3, м

ш3, м

шг 3, м

М3, м

2. Параметры заходки (траншеи)

Н, м

а1, м

А (Втр), м

Ьнж, м Ьр, м

ап, град.

3. Параметры экскаватора (модель)

Яч, м

Яр, м

Шх, м

4. Ограничения

Сбр, м

Шяк, м

(Яч-Сбр), м

Щ4, м

шг4, м

ф, град

ау, град.

Як, м

Ш-р.ш м

Высота слоев: hсл = (^ - Сбр) ■ tg ф (округлять по типоразмерному ряду: Ьсл = 2,5 м; 3 м; 3,5 м; 4 м; 5 м). Число слоев - п = Н/Ьсл.

37

Пример 1. Верхний слой траншеи

1 ЇЇІГ. 1 Мг.1 тг.2

рТЬсд,

Ьз

аз

Пример 2. Средний слой при разработке уступа с согласным залеганием пластов

Шг.1 Мг.1 тг.2

Ьп

Г

1п / 5п > *

ап+1

Пример 3. Нижний слой при разработке уступа с несогласным залеганием пластов

і Ьсл.п

Содержание:

1. Характеристика элемента слоя: номер; объект разработки (порода, уголь); местоположение.

2. Принадлежность к группе типовых схем.

3. Идентификация элемента по условиям ограничений в соответствующей группе.

4. Оценка технологической взаимосвязи с разработкой следующего элемента.

5. Принятие окончательного решения по схеме забоя.

6. Составление формулы разработки слоевой технологической схемы.

38

Рис. 2. Оценка технологической взаимоувязки смежных забоев: а - разработка верхних слоев уступа при несогласном залегании пластов; б - разработка среднего и нижнего слоев при проходке траншеи. Цифрами обозначен порядок отработки элементов слоя

Таблица 2

Моделирование идентификации забоев слоевых технологических схем

39

28 м

22,8 м 23 м 5,2 4

Р.Сг-1

Р.Сг-3

Св-7

Св-7

Р.Сг-2

Р.Сг-2

Р.Сг-6

Св-6

Св-3

Св-3

Св-3

Св-3

Св-3

Св-5

О.У-1

О.У-4

Св-5

Св-5

Св-5

О.У-3

О.У-3

О.У-3

изменение угла падения пластов при согласном их залегании

Р.Сг-1

Р.Сг-5

Р.Сг-6

Св-9

Св-10

Св-9

О.У-1

О.У-3

Св-13

Св-13

Св-13

изменение угла падения пластов при несогласном их залегании

Тр-1

Св-9

Тр-3

Тр-3

Р.Нс-1

Р.Нс-3

Р.Нс-3

1

2

3

4

5

1

2

3

1

2

3

1

2

3

40

3

Тр-3

Тр-3

Тр-3

Р.Нс-1

Р.Нс-3

Р.Нс-3

рассредоточенность и сближенность пластов

Тр-7

Тр-7

Тр-7

Св-7

Св-7

Св-7

Р.Нс-1

Р.Нс-3

Р.Нс-3

Тр-3

Тр-3

Тр-3

Р.Нс-1

Р.Нс-3

Р.Нс-3

1

2

1

2

3

1

2

3

- изменение модели экскаватора для слоевой разработки уступа для одних и тех же условий залегания пластов и параметров уступа;

- изменение угла залегания пластов для разработки свиты при равной нормальной мощности пластов и междупластья при согласном и несогласном залегании пластов;

- рассредоточенность или сближенность пластов, расположенных в заходке одной высоты и ширины, с одним и тем же углом залегания и нормальной мощностью, но разной мощностью междупластья;

Результаты моделирования приведены в табл. 2.

Анализ результатов моделирования показал следующее.

1. Каждый из перечисленных факторов является существенным и оказывает влияние на набор схем забоев для отработки слоя, причем этот набор для каждого слоя индивидуален.

2. При замене экскаватора возможно изменение числа слоев, причем для каждой модели формулы разработки слоев различаются.

3. При изменении угла залегания пластов при согласном их залегании для наклонных пластов формулы разработки слоев различны и требуется большее число схем забоев. При крутом залегании пластов, как частный случай, формула разработки для всех слоев одинаковая, хотя параметры типовой схемы забоя различаются.

Изменения мощности междупластья, так же, как и пластов, в границах одной и той же заходки также приводит к изменению формулы разработки слоев.

Поскольку каждый слой характеризуется, как правило, индивидуальным составом схем забоев, то формулу разработки слоя считаем как «слоевую технологическую схему», являющуюся основной технологической единицей разработки уступов и проходки траншей.

Предложенный матричный метод идентификации забоев в слоях разработки траншей и уступов - достаточно простой и точный исследовательский инструмент, который может быть рекомендован. ШИН

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ----------------------------------------

Тюленев М.А. - кандидат технических наук, доцент кафедры открытых горных работ,

Проноза В.Г., Стрельников А.В. -

Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева.