Методика расчета среднего объема отжатого угля в очистной заходке при гидравлической выемке угля пластов слоевой структуры Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

А.Н.Кочуров

МЕТОДИКА РАСЧЕТА СРЕДНЕГО ОБЪЕМА ОТЖАТОГО УГЛЯ В ОЧИСТНОЙ ЗАХОДКЕ ПРИ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ВЫЕМКЕ УГЛЯ ПЛАСТОВ СЛОЕВОЙ СТРУКТУРЫ

Приведен анализ результатов хронометражных наблюдений за продолжительностью гидравлического разрушения пласта, который покаказывает, что в зависимости от схемы подготовки и требований к объему подготовленного фронта выемочная выработка может проходить несколько циклов нагружения опорным горным давлением с различной интенсивностью, и определяется удаленностью пройденных выработок от перемещающейся зоны опорного давления, связанной с перемещением очистного фронта. Ключевые слова: методика, расчет, объем отжатия, уголь, гидравлическая выемка, пласт, слоевая структура.

Хронометражные наблюдения за гидравлической выемкой угля на пластах крутого падения показывают, что полное время на отработку очистных заходок не постоянно по длине отрабатываемых подэтажей. Время затраченное на основные операции забойного пульпоформирования Тпф (разбивку негабаритов и смыв отбитого угля) практически не меняется, а время, затраченное на гидравлическое разрушение угольного массива То изменяется в широком диапазоне, при этом:

• значительно возрастает у межучасткового целика;

• снижается в центральной части выемочного участка;

• не значительно возрастает у надквершлажного целика. Исследования отжима угольного массива по периметру под-

этажных штреков в очистных заходках по длине отрабатываемых подэтажей, включающие:

• замеры параметров естественного свода обрушения отжатого угля, производимые после срезания стоек деревянной рамной крепи струей;

ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. № 4. С. 367-374. © 2017. А.Н. Кочуров.

УДК 622.51.72

• расчеты объема отжатого угля Уот по периметру выемочных выработок по результатам замеров параметров естественного свода обрушения, которые показывают, что объем отжатого угля Уот не постоянен, изменяется в широком диапазоне:

— имеет нулевое значение у межучасткового целика;

— возрастает в центральной части выемочного участка;

— незначительно снижается у надквершлажного целика.

Анализ результатов хронометражных наблюдений за продолжительностью гидравлического разрушения и замеры объема отжатого угля показывает наличие обратно пропорциональной зависимости между рассмотренными процессами: чем больше объем отжатого угля, тем меньше затраты времени на гидравлическое разрушение угля в очистных заходках.

Основными причинами изменения показателей по длине отрабатываемых подэтажей являются:

• снижение горного давления на угольный массив, в зоне расположенной вдоль межблоковых целиков;

• специфичность гидротехнологии, заключающаяся в цикличном пространственно-временном перемещении подготовительных и очистных забоев.

Исследования процесса обрушения угольного массива под действием сил горного давления показали, что по длине отрабатываемых подэтажей объем первой зоны полного отжима, колеблется в широком диапазоне от нулевого до максимального значения (рисунок, схема А) и выражается условием

0 ^ (1)

где Уот — текущее значение объема отжатого угля по периметру выемочной выработки за время ее ожидания очистных работ; [ ^от1] — предельный объем первой зоны полного отжима угля по периметру выемочной выработки.

Диапазон изменения объема отжатого угля (1) означает, что оставленные пустоты по периметру податливой рамной крепи выработок не приводят к полному отжиму угля.

Одной из основных причин изменения объема зоны отжима является колеблемость времени ожидания очистных работ Тож с каждым метром пройденной выемочной выработки и изменение времени воздействия горного давления на угольный массив.

Минимальное время ожидания выемочной выработкой очистных работ характерно для части выработки расположенной у межучастковых целиков, где очистные работы начинаются сразу после проведения выемочной выработки при максимальной их длине

Результаты экспериментальных исследований и схемы к расчету объема отжатого угля по периметру заходок в очистном контуре выемочного блока (участка)

T » 0, при l » L ; (2)

ож ' в оч' 4 '

где Тож — общее время ожидания выемочной выработкой очистных работ; 1в — текущая длина выработки, как расстояние от границы надквершлавого целика до отрабатываемой очистной заходки (ее координаты); Lm — длина очистного (извлекаемого) контура на выемочном участке.

Максимальное время ожидания характерно для части выработки расположенной у надквершлавого целика, которое складывается из двух отрезков времени: продолжительности проведения выработки и времени ее погашения

T » t + t при l » 0, (3)

ож пр от г в ' 4 '

где t — продолжительность проведения выработки на длину очистного контура; tm — продолжительность погашения выработки по длине очистного контура, т.е. время отработки полосы или подэтажа.

В общем случае проведения и погашения выемочных выработок условия (2) и (3) преобразуются в диапазон изменения продолжительности отжима угля и соответствующий ему диапазон изменения длины выемочной выработки

0 < T < (t + t ), при L > l > 0. (4)

ож пр от оч в

Согласно рассмотренному условию (1—4) начальная часть выемочной выработки, расположенная у межучастковых целиков, практически не подвергается воздействию горного давления и никогда не подвергается воздействию опорного горного давления, что практически исключает отжим угля по ее периметру Vm« 0.

Учитывая условия (1) и (4), погашаемую выемочную выработку и очистной выемочный контур по длине разделят на два участка по фиксируемому объему отжатого угля:

• на первом участке до некоторой переходной длины выемочной выработки l = L — l объем зоны полного отжима на-

в оч п

растает от нулевого значения Уот = 0 до своего первого придельного значения V = [ V ,1

от L от^

0 < V< [V Л, при L < l < (L - l); (5)

от L от^' ^ овчочп/' ч/

• на втором участке объем зоны полного отжима не меняется по длине погашаемой выработки, если не нарушается крепь опорным горным давлением

Vm = [ VJ = const, при (Lm - ln) < lB < 0, (1-7), (6)

где 1п — длина переходной части очистного контура, в которой изменяется первый придельный объем зоны полного отжима угля.

В зависимости от схемы подготовки и требований к объему подготовленного фронта выемочная выработка может проходить несколько циклов нагружения опорным горным давлением с различной интенсивностью. Интенсивность цикличного нагружения зависит от удаленности пройденных выработок от перемещающейся зоны опорного давления, связанной с перемещением очистного фронта.

Средний объем отжатого угля Уотс в отрабатываемой очистной заходке определяется для двух возможных случаев влияния горного давления на состояние крепи выемочных выработок.

1. Средний объем отжатого угля в очистной заходке при отработке пластов без разрушения крепи выемочных выработок опорным горным давлением (при 1о2 = 0, рисунок, схема А). Определяется как произведение длины очистной заходки Ьз на приведенный полный объем первой зоны полного отжима [ Гт1] к полной длине Lоч очистного контура

V _ Ь \УотЛ _ Ь 1а! _ [ С ]( Т - Л5/ ) (7)

Уошс1~ из т ~ из т ~ т \-Сош1Точ "> °

04 04 04

[V ,] = [£ ,]1 ,; I, = L — 0,51, (8)

отР от1 о1' о1 оч ' и' 4 '

где Vmс1 — средний объем отжатого угля в очистной заходке при отработке пластов без разрушения крепи выработок опорным горным давлением; Ьз — длина очистной заходки; ^от1] — площадь поперечного сечения первой зоны полного отжима угля по периметру выемочной выработки, с крепью, не разрушенной опорным горным давлением при Vот = [^т1]; 1о1 — средняя длина первой зоны полного отжима угля по длине очистного контура выемочного участка (блока).

2. Средний объем отжатого угля в очистной заходке при отработке пластов с разрушением крепи выемочных выработок опорным горным давлением (при 1о2 ^ 0 рисунок, схема Б). Определяется как произведение длины очистной заходки Ьз на приведенный полный объем первой и второй зон полного отжима [Гт1] и [Гт2] к полной длине Хоч очистного контура:

т7 _ и [^от1] + [Уот2] _ и [^от1] (1о1 - О + [^от2 ] 1о2 _

отс2 з т з т

^оч ^оч (9)

= ^ [ ^отЖч - 0,5 1п - /о2> + [5от21 102 ]

^ = Щ ^ 1о2 = 1о1 - (101.1 + 1о1.2) =

= ^ч - 0,51п - (1о1.1 + 1о1,)'

где Гтс2 — средний объем отжатого угля в очистной заходке при отработке пластов с разрушением крепи выработок опорным горным давлением; [^от2] — площадь поперечного сечения второй зоны полного отжима по периметру выемочной выработки с крепью разрушенной опорным горным давлением при Кт = [ ^от2]; 1о2 — общая длина второй зоны полного отжима по длине очистного контура выемочного участка (блока); 1о11 и 1о12 — длина частей очистного контура с первым придельным объемом зоны полного отжима V = [V ,] соответственно со

от от1

стороны межучасткового и надквершлавого целика.

Если общую длину второй зоны полного отжима принять равной нулю 1о2 = 0, то в выражении (9) преобразуется в выражение (7), поэтому уравнение (9) применимо для расчета среднего объема отжатого угля по периметру выемочной выработки в приделах длины одной очистной заходки.

Выражение (9) можно использовать для расчета параметров схем отработки выемочных участков с отработкой межгори-зонтного целика как обычного подэтажа. На пластах крутого падения межгоризонтный целик угля оставляется для противопожарной защиты нижнего отрабатываемого горизонта. При оставлении межгоризонтного целика снижается горное давление на верхний подэтаж (первый под межгоризонтным целиком), что приводит к снижению отжима угля.

Средний объем отжатого угля в очистной заходке с учетом его снижения в первом подэтаже при оставлении межгоризонт-ного целика определяется по формуле

V = Ь

втс

Ь (

\Уот\ ] + \Уот2 ] ^ + [^т\ ] + [ ^от2 ] (п — \)

\ -

Ь„„п, \ - к

оч п

\

Ьп„

( [Кт\] + [Vт']) =

\ -

\-к

= (11)

= [ №от\]( Кч - 0,5 1п - и + [^от2 ] О ]

где Vотс — средний объем отжатого угля по периметру выемочной выработки в приделах одной очистной заходки; Ксн — коэффициент, учитывающий снижение отжима угля в первом подэтаже при оставлении межгоризонтного целика (по хро-

нометражным наблюдениям составляет Ксн = 0,5); пп — общее количество подэтажей в выемочном блоке.

Параметры пп и Lоч, входящие в формулу (11), выражаются через общепринятые параметры технологических схем

Н

п„ =

П К ВШ

г - (12)

а

где Нг — высота отрабатываемого горизонта; hн — наклонная высота подэтажа, выбранная из условия эффективной дальности действия струи гидромонитора Lоч.

4ч = Ь6л - , (13)

где Lбл — высота отрабатываемого горизонта; / — ширина над-квершлавого целика угля; /мц — ширина межблокового целика угля.

После подстановки формул (8), (10), (12) и (13) в формулу (11) получаем конечное выражение для определения среднего объема отжатого угля в очистной заходке

к

V =

2Ь6 -1 - I

6л нц мц

1 -(1 - КСн ) ^ а

(14)

Нг

= [ ((2^6л - 1нц - 1 мц - к - 21о2 ) + 2[^от2] 1о.

Полученное выражение (4.14) применимо для расчета среднего объема отжатого угля в очистной заходке при любой технологической схеме отработки выемочных участков и соблюдении условий расчета.

1. При отработке пластов без разрушения крепи выемочных выработок опорным горным давлением в схемах принимается:

• отработкой межгоризонтного целика

Ксн = 1,0 и /о2 = 0; (15)

• без отработки межгоризонтного целика

К = 0,5 и /. = 0. (16)

сн о2

2. При отработке пластов с разрушением крепи выемочных выработок опорным горным давлением в схемах принимается:

• с отработкой межгоризонтного целика

Ксн = 1,0 и 102 = Ьбл - Ц-к - 0,51п - 1оХЛ - 1оХЛ ; (17)

• в схемах без отработки межгоризонтного целика

Ксн = 0,5 и lo2 = Lë - Ц^0 - 0,5ln - loiA -10,2. (18)

В формулах (14), (17) и (18) значения параметров 1п, 1о11 и lol 2 рассчитываются с использованием имперических зависимостей полученных по экспериментальным данным

l = loií = loi.2 = . (19)

КОРОТКО ОБ АВТОРЕ

Кочуров Андрей Николаевич — инженер-технолог технологической службы крепления горных выработок,

ООО «Сибнииуглеобогощение», e-mail: kochurovan@suek.ru

Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2017. No. 4, pp. 367-374. A.N. Kochurov

EVALUATION PROCEDURE OF PRODUCTION HEADING FACE SLIP VOLUME UNDER HYDRAULIC MINING IN LAYERED-STRUCTURE COAL BEDS

В статье приведен анализ результатов хронометражных наблюдений за продолжительностью гидравлического разрушения. Замеры объема отжатого угля показывает наличие обратно пропорциональной зависимости между рассмотренными процессами: чем больше объем отжатого угля, тем меньше затраты времени на гидравлическое разрушение угля в очистных заходках. Основными причинами изменения показателей по длине отрабатываемых подэтажей являются:

- снижение горного давления на угольный массив, в зоне расположенной вдоль межблоковых целиков;

- специфичность гидротехнологии, заключающаяся в цикличном пространственно-временном перемещении подготовительных и очистных забоев. В зависимости от схемы подготовки и требований к объему подготовленного фронта выемочная выработка может проходить несколько циклов нагружения опорным горным давлением с различной интенсивностью. Интенсивность цикличного нагружения зависит от удаленности пройденных выработок от перемещающейся зоны опорного давления, связанной с перемещением очистного фронта. В результате работы методики видно, что в зависимости от схемы подготовки и требований к объему подготовленного фронта выемочная выработка может проходить несколько циклов нагружения опорным горным давлением с различной интенсивностью, которая зависит от удаленности пройденных выработок от перемещающейся зоны опорного давления, связанной с перемещением очистного фронта.

Key words: methodology, calculation, fall volume, coal, hydraulic mining, seam, layered structure.

AUTHOR

Kachurov A.N., Engineer-Technologist, Engineering-Technological Service

of Excavation Support, e-mail: kochurovan@suek.ru,

LLC «Sibniiugleobogaschenie», 653000, Prokopyevsk, Russia.

UDC 622.51.72