Обоснование геометрических параметров выемочных участков в пределах околоствольных дворов строящихся шахт Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

------------------------------------- © С.Г. Страданченко, В.И. Сарычев,

2004

УДК 622.268.7

С.Г. Страданченко, В.И. Сарычев

ОБОСНОВАНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВЫЕМОЧНЫХ УЧАСТКОВ В ПРЕДЕЛАХ ОКОЛОСТВОЛЬНЫХ ДВОРОВ СТРОЯЩИХСЯ ШАХТ

Семинар № 11

Эффективный выбор системы разработки, ведения очистных работ, системы транспорта и проветривания имеют большое значение при выборе варианта околоствольного двора и в целом при проектировании и строительстве горного предприятия. Исходя из рационально выбранного варианта околоствольного двора, определяется размер участков околоствольных целиков.

Одним из важнейших показателей, предопределяющим корректный выбор той или иной системы разработки, технологической схемы ведения очистных работ, направления подви-гания очистного фронта, системы транспорта и проветривания, являются размеры подготавливаемых к отработке запасов. В традиционном понимании такие размеры устанавливаются на стадии подготовки пластов, в результате чего все шахтное поле делится по простиранию и по падению на части, удобные для последующего разделения на выемочные участки, а определение данных размеров осуществляется на основе технико-экономических расчетов, например с помощью хорошо зарекомендовавшего себя метода вариантов.

В отличие от традиционной раскройки шахтных полей определение размеров выемочных участков в пределах околоствольных целиков имеет свои специфические особенности, суть которых сводится к следующим объективным обстоятельствам [1, 2]:

• максимальные размеры запасов по падению и по протиранию ограничены размерами околоствольного целика, контуры которого в зависимости от сдвижения и глубины устанавливаются по нормативным документам

[3, 4];

• в пределах целика сооружается око-лоствольный двор, каждый тип двора характеризуется своими габаритными размерами и сетью околоствольных и вскрывающих вырабо-

ток, охрана которых осуществляется предохранительными целиками шириной не менее 30 м;

• к околоствольному двору примыкают магистральные откаточные (конвейерные) и вентиляционные выработки общешахтного назначения, которые также охраняются предохранительными целиками.

Таким образом, на стадии строительства и подготовки шахты для сдачи ее в эксплуатацию отработке подлежит только часть околоствольного целика, ограниченная с внешних сторон его контуром, а внутри границами предохранительных целиков, в пределах которых располагается комплекс выработок околоствольного двора с примыкающими к нему магистральными выработками. В связи с этим задача определения размеров выемочных участков в околоствольных целиках может быть реализована только при взаимной увязке всех отмеченных выше геометрических параметров.

К настоящему времени, исходя из типа обслуживаемых стволов, вида транспорта и типа транспортных средств, направления поступления грузов и схем грузопотоков, производственной мощности, угла падения и числа рабочих пластов и др., известны различные варианты околоствольных дворов, отличающиеся своей конфигурацией и размерами [5, 6]. Однако при их анализе оказалось возможным сформировать обобщенную (абстрагированную) схему двора, на которой в полной мере отражается совокупность всех геометрических характеристик, включающая:

т и тп , - максимальные габариты

ok.de р~у,ok.de ^

околоствольного двора по простиранию и по падению-восстанию соответственно;

Таблица 1

Геометрические характеристики околоствольных дворов (м)

№схемы L8,ok .д L р-у,ок. L8 ,ств L Р-у,ст L Р,ок.дв Lу,ок.дв т л,тах L 8,ок.дв т л.,тіп L 8,ок.дв гпр.,тах L 8,ок.дв гпр.,тіп L 8,ок.дв

1 200 132 8 62 36 34 116 -24 76 76

2 320 56 52 41 0 15 144 0 124 32

3 360 106 60 58 0 48 128 40 172 0

4 135 250 52 50 106 94 0 0 83 83

5 356 56 52 41 0 15 170 0 134 32

6 470 205 0 85 27 93 287 172 183 80

7 80 172 0 82 60 30 36 36 44 44

15,ствИ ЬР-у,ств - РаССТОЯНИЯ Между верТИкальными стволами по простиранию и по падению-восстанию соответственно;

^Р,ок.де и 1у,ок.дв - Расстояния от ствола д° крайней выработки околоствольного двора в направлении по восстанию и по падению соответственно;

тл.,тах Тл., '

^5,ок.дв и ^&л

гл.,тт

''ок.дв

максимальное и мини-

мальное расстояния слева от ствола до крайней выработки околоствольного двора в направлении по простиранию;

гпр.,шах гпр.,шт

^5,ок.дв и

^8, ок.дв

максимальное и мини-

мальное расстояния справа от ствола до крайней выработки околоствольного двора в направлении по простиранию.

Среди множества различных околоствольных дворов в данной работе было выделено 7 типовых схем, в максимальной степени удовлетворяющих как условиям пологого и наклонного залегания угольных пластов, так различной производственной мощности шахт. Обязательным являлось наличие главной откаточной выработки, проводимой по пласту или в непосредствен-^ ной близости от него в направлении простирания. Такие схемы характеризуют следующие типы дворов:

1) диагональный круговой при транспортировании грузов в вагонетках с глухим кузовом;

2) челноковый при транспортировании грузов в вагонетках с глухим кузовом;

3) круговой с поточным движением составов из вагонеток с глухим кузовом с параллельным расположением ветвей;

4) круговой с поточном движении составов из вагонеток с глухим кузовом с перпендикулярным расположением ветвей;

5) тупиковый при транспортировании грузов в вагонетках с глухим кузовом;

6) круговой при транспортировании угля секционными поездами и вагонетками с откидными днищами;

7) при транспортировании горной массы конвейерами. Геометрические параметры выбранных типов околоствольных дворов, необходимые для последующего определения размеров выемочных участков, сведены в табл. 1.

В соответствии с Указаниями [4] ширина предохранительных угольных целиков для охраны выработок околоствольного двора и выработок главных направлений принимается исходя максимальных размеров зоны вредного влияния опорного давления от очистных работ L0, значения которых для пологих и наклонных пластов и при среднеобрушающихся породах основной кровли и закреплении жесткой крепью приведены в табл2. Эти данные корректируются коэффициентами, учитывающими изменение типа основной кровли ко6р и крепление выработок податливыми крепями кпод [4]:

- при труднообрушающейся и лекгообру-шающейся основной кровле - Ко6р = 2 и Кпод = 0,8 соответственно;

- при податливости крепей не менее 300 мм и не менее 500 мм - Ко6р = 0,75 и Кпод = =0,65 соответственно.

Анализируя данные табл. 2, можно отметить, что размеры целиков для различных глубин и прочности пресекаемых пород изменяются в диапазоне - от 30 до 130 м. Столь широкий разброс ширины предохранительных целиков может существенно повлиять на размеры планируемых к отработке в пределах околоствольных целиков запасов, а в определенных горно-геологи-ческих условиях - полностью исключить саму возможность погашения (даже

Рис. 1. Номограмма для определения размеров участков отработки по восстанию, для L0 - 1, 2,

3, 4, 5, 7, 8 и 9 при Rc менее 20 МПа, равно 30, 40, 50, 60, 80, 100,

Рис. 2. Номограмма для определения размеров участков отработки по падению: для L0 - 1, 2,

3 ,4, 5, 7, 8 и 9 при И менее 20 МПа, равно 30,40,50,60,80 100,120

120 МПа; дляL

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 МПа; для L

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 и 8

Рис. 3. Номограмма для определения размеров участков отработки по простиранию:

для L0 - 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8 и 9 при Ис менее 20 МПа, равно 30, 40, 50, 60, 80, 100, 120 МПа

и 8 при а = 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30 при а = 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30 и

и 35и

350

частичного) околоствольных целиков на стадии строительства шахты.

Как отмечалось выше, размеры околоствольных целиков определяются по углам сдвижения и глубине залегания угольного пласта и в значительной степени зависят от его угла падения. Так, например для условий Российского Донбасса если размеры целиков при горизонтальном залегании могут изменяться от 55 до 196 м, то уже при а = 35° размер по падению для данных глубин увеличивается с 77 до 250 м (независимо от глубины является постоянным при 20° ( а < 45°), а по восстанию в диапазоне глубин 200-1000 м - от 144 до 656 м. Все размеры характеризуют расстояние от одного из стволов до ближайшего контура околоствольного целика в направлении по про-Т аблица 2

стиранию Lд , по восстанию L 3 и по падению L у .

Анализ показывает, что на глубинах 200300 м габариты околоствольных дворов даже с минимальными размерами предохранительных целиков сопоставимы с размерами околоствольных целиков, что исключает отработку последних;

• максимум запасов, планируемых к выемке, сосредоточен со стороны восстания, объемы которых значительно возрастают при увеличении угла пария пласта;

• в направлении падения размеры выемочных участков, ввиду ограниченности околоствольных целиков ^ < 250 м), зависят, главным образом, от размеров предохранительных целиков, при уменьшении которых площадь возможной подработки существенно

Глубина рас-

Расчетное сопротивление приеекаемых пород сжатию Rc, МПа

положения выработки Н„„ м до 20 30 40 50 60 80 100 120 более 120

До 200 70 55 45 40 35 30 30 30 30

300 85 65 55 45 40 35 35 35 35

400 100 80 65 50 45 40 40 40 40

500 110 90 75 60 50 45 45 45 45

600 120 100 85 70 60 50 50 50 50

800 125 110 95 80 70 65 60 60 55

1000 130 120 105 90 80 70 65 60 55

возрастает.

Для определения размеров участков околоствольных целиков, планируемых к отработке в различных горно-геологических, были построены номограммы (рис. 1 - 3). На рисунках сплошными линиями показана грунна кривых, характеризующих изменение ширины предохранительных целиков, соответствующая данным табл. 2, а штриховыми линиями - зависимости размеров околоствольных целиков но восстанию (см. рис. 1) и падению (см. рис. 2) для 8 значений угла залегания угольного нласта. Размер около-ствольного целика но простиранию (см. рис.

3) не зависит от угла падения. Графики выполнены в диапазоне глубины 200-1000 м.

Использование номограмм позволяет определять размеры планируемых к отработке участков исходя из разницы между размерами околоствольных и предохранительных целиков нри заданной глубине разработки, прочности вмещающих нород и креплении выработок жесткой кренью. Так, нанример, нри Нт = З00 ми Rc = 40 МПа размеры участков отработки составят но восстанию L p -

L0 = 17З м, но падению L у - L0 = 48 м и но

простиранию Ls — Lo = 33 м. Однако данные размеры будут корректными только в том случае, когда ось стволов пересекает ось крайних выработок двора. В конкретной же ситуации необходимо учитывать взаимное расположение стволов и выработок, обусловленное конфигурацией околоствольного двора и соответствующими, геометрическими параметрами, приведенными на основании обобщенной схемы в табл. 2. В итоге, нри учете также характеристики кровли но обрушаемости и податливости креней, размеры планируемых к отработке участков но всем направлениям могут быть определены на основании следующей группы выражений.

Т — Т — K К Т — Т ■

p, y p об-p тд o р,ок.дв>

Т — Т — К К Т — Т *

У, У У об-p тд o у,ok .дв’

тл.max ___ т тт тт т тл.max .

LS,y — LS КoбpКnoдLo LS,oк.дв;

ТЛ.тт — т — К К Т — Т^™ *

S, y S o6p тд o S^o^-дв^

np . max np . max

LS,y — LS КoбpКnoдLo LS,oк.дв;

rnp.mln __ т тт тт т rnp.mln

LS,y — S КoбpКnoдLo S.o^-дв,

где LS y , Ly y , LS

r^,max тл^т rnp,max rnp,mm Sy , Ly,y , LS,y , LS,y , LS,y , LS,y

размеры участков в направлении восстания, падения, слева (максимальный и минимальный) и справа (максимальный и минимальный) от двора по простиранию. Отрицательные значения, которые могут быть получены в процессе расчета, говорят об исключении возможности отработки околоствольного целика в данном направлении.

Таким образом, формируется следующий алгоритм определения размеров участков отработки в пределах околоствольного целика на стадии строительства шахты,

• по заданным глубине залегания и углу падения пласта, а также расчетной прочности пресекаемых выработками пород на основании номограмм определяются размеры околоствольных и предохранительных целиков (при промежуточных значениях прочности и угла падения размеры определяются методой аппроксимации);

• исходя из характеристики основной кровли по обрушаемости и типа применяемых крепей соответствующими коэффициентами корректируется ширина предохранительных целиков;

• на основании типа околоствольного двора находятся геометрические параметры, характеризующие расстояния от стволов до крайних выработок по четырем направлениям;

• при использовании универсальных выражений (1) рассчитываются искомые параметры.

1. Бурчаков А.С., Гринько Н.К., Черняк И.Л. Процессы подземных горных работ: учеб. для ВУЗов. - М.: Недра, 1982. - 423 с.

2. Задачник по подземной разработке угольных месторождений. Учебное пособие для ВУЗов/ К.Ф. Сапиц-

----------------- СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ

кий, Д.В. Дорохов, М.П. Зборщик. - М.: Недра, 1981. -311 с.

3. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях/ Минуглепром СССР. - М.: Недра, 1981. - 288 с.

4. Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР/ Минуглепром СССР, ВНИМИ. - Л., 1986. - 222 с.

5. Малышев М.А., Страданченко С.Г. Проблемы охраны вертикальных стволов в условиях отработки око-лоствольных предохранительных целиков// Совершенст-

вование проектирования и строительства угольных шахт: Сб. науч. тр. - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2001. - С. 143 - 148.

6. Проектирование предприятий с подземным способом добычи полезных ископаемых: Справочник/ А. С. Бурчаков, А. С. Малкин и др. - М .: Недра, 1991. - 300 с.

— Коротко об авторах -------------------------------------------------------

Страданченко С.Г. - доктор технических наук, доцент, Шахтинский институт ЮРГТУ (НПИ). Сарычев В.И. - доктор технических наук, Тульский государственный университет.

-4-