Научная статья на тему 'Обоснование пространственно-планировочных решений при отработке свит пологих пластов, склонных к самовозгоранию'

Обоснование пространственно-планировочных решений при отработке свит пологих пластов, склонных к самовозгоранию Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
60
16
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СБЛИЖЕННЫЕ ПЛАСТЫ / ВЫРАБОТАННОЕ ПРОСТРАНСТВО / САМОВОЗГОРАНИЕ УГЛЯ / SPONTANEOUS COMBUSTION / ЭНДОГЕННЫЙ ПОЖАР / ENDOGENOUS FIRE / АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ / COAL SEAMS SERIES / GOB / AERODYNAMIC COHERENCY

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Казанин Олег Иванович, Сидоренко Андрей Александрович, Тюрнин Владимир Алексеевич

Проведена оценка влияния пространственно-планировочных решений на формирование очагов самовозгорания в выработанных пространствах выемочных участков сближенных пластов. На примере шахты «Алардинская» показана возможность снижения пожароопасности при изменении порядка отработки и схем подготовки выемочных участков.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Казанин Олег Иванович, Сидоренко Андрей Александрович, Тюрнин Владимир Алексеевич

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

FOUNDATION OF MINE PLANNING DECISIONS FOR THE MINING OF COAL SEAMS SERIES PRONE TO SPONTANEOUS COMBUSTION

Mine planning decisions influence on spontaneous combustion forming in longwall gobs during multi seams mining was estimated. On example of Alardinskaya mine the forming of aerodynamic connection between gobs of surrounding mined seams was shown as one of an endogenous fire reasons. Aerodynamic connection appearance between upper seam gob and daily surface also leads to increasing of spontaneous combustion danger. On the bases of field data the geomechanical models that allows estimate the stress-strain statement as well as direction and sizes of cracks above gob of mined seam were developed. Models researches has allow to determine the mining technology parameters influence onto shape and sizes of cracks zones during multi-seams mining. It is shown that forming big sizes gobs during pillarless mining of upper seam in Alardinskaya mine condition leads to appearance sustainable connection between gob and daily surface. The replacing pillarless mining technology for upper seam onto technology with chain pillars between longwall panels significantly decreasing the possibility of aerodynamic connection appearance between gob and surface. Possibility of endogenous fire appearance reduction by the changing of seams mining sequence and longwall panels design was showed.

Текст научной работы на тему «Обоснование пространственно-планировочных решений при отработке свит пологих пластов, склонных к самовозгоранию»

© О.И. Казанин, A.A. Сидоренко, В.А. Тюрнин, 2014

УДК 622.822.34:622.822.22

О.И. Казанин, А.А. Сидоренко, В.А. Тюрнин

ОБОСНОВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННО-ПЛАНИРОВОЧНЫХ РЕШЕНИЙ ПРИ ОТРАБОТКЕ СВИТ ПОЛОГИХ ПЛАСТОВ, СКЛОННЫХ К САМОВОЗГОРАНИЮ

Проведена оценка влияния пространственно-планировочных решений на формирование очагов самовозгорания в выработанных пространствах выемочных участков сближенных пластов. На примере шахты «Алардинская» показана возможность снижения пожароопасности при изменении порядка отработки и схем подготовки выемочных участков.

Ключевые слова: сближенные пласты, выработанное пространство, самовозгорание угля, эндогенный пожар, аэродинамическая связь.

При разработке пологих угольных пластов наиболее сложными условиями ведения горных работ характеризуется отработка запасов свит газоносных угольных пластов, склонных к самовозгоранию. Одной из причин повышенной аварийности горных работ в таких условиях является возможность формирования аэродинамической связи между отрабатываемыми участками и перетока газовоздушной смеси между пластами, что в конечном итоге может послужить причиной возникновения эндогенного пожара в выработанном пространстве. Следует отметить, что возможность и интенсивность перетока газовоздушной смеси в таких условиях определяются, в первую очередь, пронипае-мостью массива и ее изменением под влиянием очистных работ, а также разностью давлений.

30.07.2010 и 25.02.2011 на шахте «Алардинская» ОАО «ОУК «Южкуз-бассуголь» произошли взрывы мета-новоздушной смеси в выработанных пространствах угольных пластов 1 и 3-3а. На шахте велась отработка свиты пологих угольных пластов, склонных к самовозгоранию. По нижнему в свите пласту 6 отработка велась в два слоя с оставлением межлавных и меж-

слоевых пеликов. По пласту 3-3а отработка велась в один слой с оставлением межлавных пеликов. Наиболее вероятным источником воспламенения метановоздушной смеси явились очаги самовозгорания угля, возникшие в выработанных пространствах пластов 1 и 3-3а.

Вывод о наличии взаимного аэродинамического влияния выработанных пространств пластов 1 и 3-3а, 6 и возможных перетоков газовоздушной смеси под влиянием депрессии, развиваемой газоотсасываюшими вентиляторами, был сделан на основе расчета гранип зоны трешин в соответствии с Приложением 4 «Правил охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях» [1].

В соответствии с [1], высота зоны водопроводяших трешин зависит от вынимаемой мошности пласта, ли-тологического состава и структуры подрабатываемой толши, физико-механических свойств, слагаюших ее горных пород. Высоту зоны определяют спепиальными методами в конкретных условиях, а при отсутствии фактических данных принимают равной безопасной глубине разработки

а)

1-48

1-47

1-46

1-45

3-1-24 3-1-26 3- 1-27 -■-ч

6-1-12 6-1 -10 6-1- 14

б)

3-1-24 3-1-26 3- 1-27

6-1-12 6-1-10 6-1- 14

Рис. 1. Рассматриваемые варианты отработки свиты пластов на шахте «Алардинская»: а) без оставления целиков по пласту 1 (реализовано на шахте), б) с оставлением двух неразрушаемых межлавных целиков на пласте 1

Нб угольного пласта под водным объектом.

Расчеты по методике [1] показали, что безопасная глубина разработки двух пластов составляет 113 м, что превышает величину междупластья пластов 1, 3-3а и 6. Выполненный расчет показывает возможность формирования аэродинамической связи между выработанными пространствами отрабатываемых пластов, но не позволяет количественно оценить увеличение проницаемости массива и определить места расположения трещин. При этом исследования возможности формирования аэродинамической между выработанным пространством верхнего пласта в свите и земной поверхностью не проводились.

Для оценки влияния параметров технологических схем на возможность формирования аэродинамической связи как между выработанными пространствами разрабатываемых пластов в свите, так и между выработанным пространством верхнего пласта в свите с поверхностью, были проведены исследования напряженно-деформированного состояния углепородно-го массива и его изменений в процессе отработки выемочных участков по пластам 1, 3-3а, 6 методом конечных элементов (МКЭ). На рис. 1 представлены рассматриваемые варианты от-

работки свиты пластов на шахте «Алардинская» без целиков и с оставлением целиков по пласту 1. Мощности разрабатываемых пластов 1, 3-3а и 6 равны 2; 5,5 и 7,1 м соответственно; мощности междупластья 1 - 3-3а и 3-3а - 6 равны 40 и 27 м; глубина верхней границы шахтного поля - 250 м.

Для рассматриваемых вариантов выполнены расчеты НДС массива и оценка формирования аэродинамической связи при нисходящем и восходящем порядках отработки пластов.

Результаты моделирования последовательной нисходящей отработки пластов 1, 3-3а, 6 представлены на рис. 2 и 3. Как видно из рис. 2 зоны предельных растягивающих деформаций охватывают междупластье пластов 1, 3-3а и 6 в районе краевых частей, а также формируются между выработанными пространствами пластов 3-3а и 6 в районах оставления межлавных целиков. Кроме того, вследствие отработки запасов угля по пласту 1 без оставления межлавных целиков, образовалось большепролетное (более 850 м) выработанное пространство, способствующее возникновению зон предельного состояния между выработанным пространством пласта 1 и земной поверхностью над краевыми частями. Таким образом, формирование аэродинамической связи между выработанными пространствами пластов 6 и 3-3а наиболее вероятно над выработанными пространствами лав 6-1-10 и 6-1-14.

На рис. 3 представлена картина распределения предельных растягивающих деформаций на стадии доработки пласта 6 при оставлении двух межлавных целиков шириной 28 м по пласту 1. Как видно из рис. 3, области

Рис. 2. Предельные растягивающие деформации в массиве после отработки запасов пластов 1, 3-3а и 6 на рассматриваемом участке

предельных растягивающих деформаций формируются в междупластьях пластов 1, 3-3а и 6, а так же между выработанным пространством пласта 1 и земной поверхностью по линиям, соответствующим углам полных сдвижений и граничным углам. Наиболее выраженные предельные рас-

тягивающие деформации формируются над выработанным пространством лавы 6-1-14 и над краевой частью выработанного пространства лавы 3-127. Однако, необходимо учесть, что при отработке запасов пласта 1 с оставлением межлавных целиков, максимальные значения растягивающих

Рис. 3. Предельные растягивающие деформации в массиве после отработки запасов пластов 1, 3-3а и 6 на рассматриваемом участке с оставлением межлавных целиков на пласте 1

деформапий в 12 раз меньше, чем в варианте отработки запасов, при котором формируется большепролетное выработанное пространство. Результаты моделирования отработки свиты пластов в восходяшем порядке в вариантах с наличием пеликов по пласту 1 и с их отсутствием показали, что значения формируюшихся предельных растягиваюших деформапий в между-пластьях пластов в 29 раз больше чем в вариантах отработки свиты в нисхо-дяшем порядке.

Анализ результатов выполненных исследований позволил сделать сле-дуюшие выводы:

1. В условиях шахты «Алардинская» отработка пласта 1 без оставления межлавных пеликов привело к образованию большепролетного (более 850 м) выработанного пространства и, как следствие, устойчивой аэроди-

намической связи выработанного пространства пласта 1 (верхнего пласта в свите) с поверхностью.

2. Отработка верхнего пласта в свите с оставлением межлавных пе-ликов шириной 28 м обеспечивает в условиях шахты снижение значений предельных растягиваюших дефор-мапий, формируюших аэродинамическую связь с поверхностью, в 12 раз по сравнению с отработкой без оставления пеликов.

3. Нисходяший порядок отработки сближенных пластов в свите на глубинах порядка 300-350 м при мошно-сти междупластья 30 м может обеспечивать более благоприятные условия для снижения вероятности формирования аэродинамической связи между выработанными пространствами выемочных участков смежных пластов.

1. ПБ 07-269-98. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях.

2. Инструкция по предупреждению и тушению подземных эндогенных пожаров в шахтах Кузбасса. Кемерово. 2007.

3. Сергеев И.В. Оценка технологических схем разработки пласта по самовозгоранию угля и рекомендации по его предупреждению // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2001. - № 5. - С. 21-26.

4. Чеховских A.M., Бобнев Ю.Н., Коли-ков К.С. К вопросу выбора безопасных параметров высокопроизводительной отработки углей, склонных к самовозгоранию // Горный информационно-аналитический бюллетень. ОВ «Метан». - 2006. - С. 362-369.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

5. Завьялова Е.Л. Роль горно-геологических факторов в формировании очагов самонагревания измельченного угля // Горный информапионно-аналитический бюллетень. ОВ «Безопасность». - 2006. - С. 234240.

6. Белавенцев Л.П., Каминский А.Я. Формирование очагов самовозгорания угля в шахтах // Вестник Научного пентра по безопасности работ в угольной промышленности. - 2006. - № 2.

7. Каминский А.Я., Потапов П.В., Слас-толюбов В.В., Макаров Н.В. Способы опенки эндогенной пожароопасности горных работ на пологих и наклонных пластах угля // Вестник Научного пентра по безопасности работ в угольной промышленности. -2008. - № 2. ЕШ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_

Казанин Олег Иванович - доктор технических наук, профессор, декан горного факультета, e-mail: kazanin@spmi.ru,

Сидоренко Андрей Александрович - кандидат технических наук, доцент, e-mail: sidorenkoaa@mail.ru,

Тюрнин Владимир Алексеевич - аспирант, e-mail: kalser@mail.ru, Национальный минерально-сырьевой университет «Горный».

UDC 622.822.34:622.822.22

FOUNDATION OF MINE PLANNING DECISIONS FOR THE MINING OF COAL SEAMS SERIES PRONE TO SPONTANEOUS COMBUSTION

Kazanin O.I., Doctor of Technical Sciences, Professor, Dean of Mining Faculty, e-mail: kazanin@spmi.ru, Sidorenko A.A., Candidate of Engineering Sciences, Assistant Professor, e-mail: sidorenkoaa@mail.ru, Tyurnin V.A., Graduate Student, e-mail: kalser@mail.ru, National Mineral Resource University «University of Mines».

Mine planning decisions influence on spontaneous combustion forming in longwall gobs during multi seams mining was estimated. On example of Alardinskaya mine the forming of aerodynamic connection between gobs of surrounding mined seams was shown as one of an endogenous fire reasons. Aerodynamic connection appearance between upper seam gob and daily surface also leads to increasing of spontaneous combustion danger. On the bases of field data the geomechanical models that allows estimate the stress-strain statement as well as direction and sizes of cracks above gob of mined seam were developed. Models researches has allow to determine the mining technology parameters influence onto shape and sizes of cracks zones during multi-seams mining. It is shown that forming big sizes gobs during pillarless mining of upper seam in Alardinskaya mine condition leads to appearance sustainable connection between gob and daily surface. The replacing pillarless mining technology for upper seam onto technology with chain pillars between longwall panels significantly decreasing the possibility of aerodynamic connection appearance between gob and surface. Possibility of endogenous fire appearance reduction by the changing of seams mining sequence and longwall panels design was showed.

Key words: coal seams series, gob, spontaneous combustion, endogenous fire, aerodynamic coherency.

REFERENCES

1. PB 07-269-98. Pravila ohrany sooruzhenij i prirodnyh ob#ektov ot vrednogo vlijanija podzemnyh gornyh razrabotok na ugol'nyh mestorozhdenijah (PB 07-269-98. Guidance on protection of installations and natural bodies from harmful impact of coal mining).

2. Instrukcija po preduprezhdeniju i tusheniju podzemnyh jendogennyh pozharov v shahtah Kuzbassa (Spontaneous underground fire prevention and combating manual for Kuzbass mines), Kemerovo, 2007.

3. Sergeev I.V. Gornyj informacionno-analiticheskij bjulleten', 2001, no 5, pp. 21-26.

4. Chehovskih A.M., Bobnev Ju.N., Kolikov K.S. Gornyj informacionno-analiticheskij bjulleten', OV «Metan», 2006, pp. 362-369.

5. Zav'jalova E.L. Gornyj informacionno-analiticheskij bjulleten', OV «Bezopasnost'», 2006, pp. 234-240.

6. Belavencev L.P., Kaminskij A.Ja. Vestnik Nauchnogo centra po bezopasnosti rabot v ugol'noj promy-shlennosti, 2006, no 2.

7. Kaminskij A.Ja., Potapov P.V., Slastoljubov V.V., Makarov N.V. Vestnik Nauchnogo centra po bezopasnosti rabot v ugol'noj promyshlennosti, 2008, no 2.

Q

Новые технические идеи редко встречают всеобщее одобрение. Спокойно отнеситесь к этому и продолжайте работу, со временем вас поймут.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.