Определение шагов обрушений горных пород при их подработке подземными горными работами Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 622.02

Ю.А.Степанов

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ШАГОВ ОБРУШЕНИИ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ ИХ ПОДРАБОТКЕ ПОДЗЕМНЫМИ ГОРНЫМИ РАБОТАМИ

В процессе реструктуризации угольной промышленности и закрытии шахт выявлены негативные процессы выделения метана из выработанного пространства на земную поверхность и подтопления инженерных сооружений и жилых домов.

Интенсивность миграции метана и фильтрации подземных вод в подрабатываемом массиве горных пород существенно зависит от характера и параметров дискретизации породных слоев на блоки.

Максимальные размеры блоков, обрушаю-щихся за крепью или шаг обрушения непосредственной кровли можно определить, например, как [ 1, 2, 3 ]

обр

^кгН н.к

3Г

(1)

где аизг - предел прочности пород кровли на изгиб;

Нн.к - толщина слоя непосредственной кровли,

м ;

у - удельный вес пород непосредственной кровли, кг/м 3 .

Использование данной формулы встречает ряд трудностей. Одной из них является то, что в различных справочниках , например [4], нет величины аизг , а есть предел прочности на сжатие стсж. Поскольку

&изг = О-Зо'сж , (2)

то

т _ сжН н.к ~ 1°.1(^сжНн.к

обР ~У 3у :

У

( 3 )

Контрольный расчет по формуле (3) при у =

2500 кг/м 3 , Ннк = 3м, асж = 30 Мпа дает длину обрушающегося блока :

Ьобр

^0.1-3000-3

_ 19]

В действительности размеры блоков непосредственной кровли, обрушающиеся за механизированной крепью, в несколько раз меньше расчетных, но размеры блоков вышележащих слоев, т.е. основной кровли, примерно соответствуют этим значениям. Это дает основание предполагать, что предложенная формула (3) позволяет определять шаг обрушения основной кровли.

Поскольку горные инженеры в своих расчетах часто используют такой параметр как коэффициент крепости породы, то для определения шага обрушения непосредственной кровли можно предложить формулу

Ьобр

Г - к - Нн 3Г

( 4 )

где / - коэффициент крепости породы,

К - поправочный коэффициент, определяя-емый подстановкой в формулу [4] значения параметров, полученных в реальных шахтных условиях

К _

3 • Ьоб 'У _ 3-52-2.

Нн

_ 3-5 -2.5 _ 20.8 « 20

3-3

н.к ■ /

Окончательно формула для определения размеров блоков непосредственной кровли, обрушающихся за механизированной крепью, будет иметь вид

обр

20 / - Ннж

3У

( 5 )

В таблице приведены размеры блоков, рассчитанные по формуле (5). Их значения близки к реальным, полученным в шахтных условиях.

Таблица 1. Шаг обрушения пород непосредственной кровли

Коэффициент крепости пород по шкале Протодьяконова Шаг обрушения при мощности слоя непосредственной кровли, м

0,5 1 2 3 5 10 15 20

1 1,1 1,6 2,3 2,8 3,6 5,1 6,3 7,3

2 1,6 2,3 3,2 4,0 5,2 7,3 9,0 10,3

3 2,0 2,8 4,0 4,9 6,3 8,9 11 12,6

4 2,3 3,3 4,6 5,6 7,3 10,3 12,6 14,6

6 2,8 4,0 5,6 6,9 8,9 12,6 15,5 17,9

8 3,3 4,6 6,5 8,0 10,3 14,6 17,9 20,6

10 3,6 5,2 7,3 8,9 11,5 16,3 20,0 23,0

12 4,0 5,66 8,0 9,8 12,6 17,9 21,9 25,3

16 4,6 6,5 9,2 11,3 14,6 20,6 25,3 29,2

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Борисов А. А. Механика горных пород и массивов. - М.: Недра, 1980.- 360 с.

2. КоровкинЮ.А. Механизированные крепи очистных забоев. - М.: Недра, 1990.- 416 с.

3. Проектирование и конструирование горных машин и комплексов. / Г.В.Малеев, В.Г.Гуляев, Н.Г.Бойко и

др./ - М.: Недра, 1988.- 368 с.

4. Физико-технические свойства горных пород и углей Кузнецкого бассейна. / Г.Г. Штумпф, Ю.А. Рыжов, В.А. Шаламанов, А.И. Петров/ - М.: Недра, 1994.- 447 с.

□Автор статьи:

Степанов Юрий Александрович, канд.техн.наук, доцент каф. информационных систем и управления НФИ КемГУ (г.Новокузнецк)

Email: [email protected]

УДК 622.273

А. А. Сысоев, Я. О. Литвин

О ПЛАНИРОВАНИИ ОБЪЕМОВ АВТОМОБИЛЬНОЙ ВСКРЫШИ ДЛЯ РАЗМЕЩЕНИЯ ВО ВРЕМЕННЫХ ОТВАЛАХ

Формирование производственного плана на разрезах производится с учетом горногеологических и горнотехнических условий, эксплуатационных возможностей оборудования, состояния рынка угля и других факторов, которые могут быть спрогнозированы с той или иной точностью. Однако, недостаточная разведанность отрабатываемых запасов, изменчивость горногеологических параметров пластов, аварийные остановки оборудования, изменения рыночных условий и другие непредвиденные обстоятельства привносят в планирование необходимость текущей и оперативной корректировки производственной программы, что приводит к объективным трудностям выполнения плана. Поэтому нередко выполнение плановых заданий входит в противоречие с существующими средствами на их выполнение. Это характерно для большинства карьеров и, тем более, разрезов Кузбасса, разрабатывающих сложноструктурные месторождения.

Размещение вскрышных пород во временных отвалах, находящихся в границах карьерного поля, может если не исключить, то смягчить указанное противоречие путем интенсификации подготовки запасов к выемке в нужные периоды времени при экономически обоснованном переносе затрат на вскрышные работы на более поздний период времени.

Обоснованность временного отвалообразова-ния при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом впервые в отечественной литературе была сформулирована проф. В.С. Хохряковым [1]. В своей монографии он рассматривает принципиальную возможность поэтапного перемещения вскрышных пород в связи с расширением границ рабочей зоны карьера.

Предлагаемое технологическое решение рас-

сматривается на стадии проектирования карьера в комплексе с другими основополага-ющими технологическими решениями, связанными со вскрытием месторождения, главными параметрами карьера и т. д.

Вместе с тем, на стадии эксплуатации месторождения, временное складирование вскрыши в границах карьерного поля, не предусмотренное проектом, является довольно распространенным явлением и в некоторых случаях (в зависимости от горнотехнических условий) может быть экономически целесообразным.

На разрезах Кузбасса преобладающим является производство вскрышных работ с использованием автомобильного транспорта.

Одна из идей временного отвалообразования в этом случае заключается в том, что часть транспортной работы возможно перенести на более поздний период времени, а в текущий момент времени высвобожденную транспортную работу использовать для создания условий более полного выполнения производственной программы.

Условия целесообразности создания временного отвала при использовании автомобильного транспорта на обоих этапах перемещения вскрыши нами рассмотрены в [2]. В этой статье показано, что экономическая обоснованность временного складирования вскрыши зависит, главным образом, от технологически допустимого срока су-ществова-ния отвала, сокращения расстояния транспорти-рования, расстояния от временного до будущего постоянного отвала, а также от текущего коэффициента вскрыши и цены на реализуемый уголь.

Существование на горном участке временного отвала не означает, что там возможно складировать вскрышу из любого забоя и в течение всего

Остаточный срок существования временного отвала, лет

Характерная зависимость минимального сокращения расстояния транспортирования от остаточного срока технологического существования временного отвала при различных значениях дальности

перемещения в будущем

технологического периода его существования. Со временем изменяются горнотехнические условия его формирования, а также стоимостные показатели производства, предопределяющие совокупность забоев или экскаваторных блоков из которых целесообразно временное складирование вскрыши.

На стадии текущего планирования выбор соответствующих забоев (экскаваторных блоков или более крупных частей рабочей зоны, запланированных для отработки) необходимо производить в зависимости от сокращения расстояния транспортирования вскрыши (АЬ , км), расстояния транспортирования до будущего постоянного отвала (Ь2 , км), а также остаточного срока технологического существования временного отвала (Тост , лет).

Остаточный срок технологического существования - продолжительность времени от начала реализации текущего годового плана с учетом формирования временного отвала до начала погрузки и перемещения вскрыши в постоянный отвал. Если под текущим планированием понимать годовое планирование, то в каждый последующий плановый период остаточный срок технологического существования будет на 1 год меньше предыдущего. Этот текущий параметр отвала со временем объективно уменьшается.

Из результатов оценки срока окупаемости временного отвала, представленных в [2], следует условие, при котором вскрышу из конкретного экскаваторного блока можно включать в план по ее размещению во временном отвале:

АЬ > АЬт

1

Ьср ^пор (аЬ2 + Ь) + сэ

а ^пор^в Ьср

((расч сдоб )

где АЬтт - минимальное сокращение расстояния транспортирования, при котором обеспечивается эффективность временного складирования из рассматриваемого забоя, км.; Е - норма дисконта, дол. ед.; Ьср - среднее расстояние транспортиро-

вания горной массы, км; Црасч - расчетная цена угля, руб./т; сдоб - себестоимость добычи угля, руб./т; Ь2 - расстояние транспортирования

вскрыши из временного отвала в будущий постоянный отвал, км; а, Ь - постоянные коэффициенты, зависящие от грузоподъемности автосамосвалов; сэ., сотв - себестоимость выемочно-

погрузочных и непосредственно отвальных работ, руб./м3.

На рисунке показана характерная зависимость минимального сокращения расстояния транспортирования от остаточного срока технологического существования временного отвала при некоторых усредненных по разрезам Кузбасса исходных данных. Из анализа приведенных графиков следует, что чем больше остаточный срок существования отвала, равно как и чем больше расстояние перемещения вскрыши из временного в постоянный отвал, тем большее количество забоев попадают в план вскрышных работ для размещения породы во временном отвале.

Остаточный технологический срок существования временного отвала объективно уменьшается с течением времени. Из графиков видно, что по мере уменьшения остаточного срока Тост увеличивается минимально допустимое сокращение расстояния АЬтт. Следовательно, наступит такой момент времени, когда ни один из забоев не будет удовлетворять условию эффективности, что означает, в свою очередь, окончание активного по экономическим критериям периода существования временного отвала. Образно выражаясь, нужно вовремя остановиться.

Активный период может быть ограничен и технологическими факторами, например, вместимостью временного отвала. Таким образом, активный период существования временного отвала - продолжительность времени, в течение которого экономически целесообразно и технологически возможно складирование в нем вскрышной поро-

ды.

В основе планирования рассматриваемых объемов лежит выбор забоев или экскаваторных блоков, из которых вскрышу целесообразно транспортировать во временный отвал в соответствии с записанным выше критерием в пределах каждого годового этапа. Объемы определяются в соответ-

ствии с режимом горных работ и запланированной годовой производительностью экскаваторно-

автомобильных комплексов в рабочей зоне горного участка. При этом существенным является схема карьерных автодорог, от которой зависят все виды расстояния транспортирования вскрыши.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Хохряков, В. С. Проектирование карьеров: учеб. для вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1992. - 383 с.

2. Сысоев, А. А. Влияние горнотехнических факторов на срок окупаемости временных автомобильных отвалов / А. А. Сысоев, Я. О. Литвин, К. А. Голубин // Материалы международной научнотехнической конференции «Сибресурс - 2010». - Кемерово, - 2010.- С. 132 - 133.

□ Авторы статьи:

Сысоев

Андрей Александрович, докт. техн. наук, профессор каф. открытых горных работ КузГТУ.

E-mail: [email protected]

Литвин Ярослав Олегович, зам. директора по производству разреза «Кедровский» УК «Кузбассразрезуголь» E-mail: [email protected]