CC BY
2
12. Influence of faulting on a mine shaft - a case study: part I - back-ground and instrumentation / G. Bruneau, D.B. Tyler, J. Hadjigeorgiou, Y. Potvin // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2003(40). P. 95 - 111.
13. Pleshko M., Meskhi B., Pleshko M. A new method for calculating the combined anchor-concrete support of underground structures // MATEC Web of Conferences. 2018(170). 03023.
14. Shokarev D.A., Shaposhnik Yu.N., Konurin A.I. Introduction of the technology of fastening with reinforced combined fasteners during mining at the Artemevskaya mine // Bulletin of Kuzbass State Technical University. 2018. No. 2. pp. 21-29.
15. Kayumova A.N., Balek A.E., Kharisov T.F. Assessment of the safety of sinking of converged capital chamber workings in difficult mining, geological and geotechnical conditions // GIAB (scientific and technical journal). 2022. No. 7. pp. 131 - 147.
16. Korchak P.A., Karasev M.A. Geomechanical substantiation of the formation of zones of brittle fracture of rocks in the vicinity of the interfaces of mining workings of the mines of JSC Apatit // Sustainable development of mountain territories. 2023. vol. 15. No. 1 (55). pp. 67-80.
17. The choice of types and parameters of supports in the conditions of underground processing of apatite-nepheline deposits / V.S. Onuprienko, A.A. Yermenko, Yu.N. Shaposhnik, A.N. Kopytov // Bulletin of the Kuzbass State Technical University. 2023. No. 2. pp.
56-70. 18. Markin I. V. The stress-strain state of the support of vertical trunks in an uneven tectonic stress field: GIAB (scientific and technical journal), 2023. No. 11, 20 p.
19. Markin I. V. Assessment of the bearing capacity of the support and stability of the trunk in an uneven tectonic stress field // Innovations in the construction of deep vertical trunks: GIAB (scientific and technical journal), 2024. No. 1. pp. 25-36.
УДК 622.807.4:622.023
ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РАЗУПРОЧНЕНИЕ ПОДКРОВЕЛЬНОЙ ТОЛЩИ МОЩНОГО УГОЛЬНОГО ПЛАСТА
О.В. Ванякин, П.С. Бородкин, М.О. Курдюков
Показано, что при увлажнении угольного пласта происходит снижение его прочности до 40 %, при этом данная технология позволяет эффективно осуществлять предварительное разупрочнение подкровельной толщи мощного угольного пласта.
Ключевые слова: мощный пласт, разупрочнение, выпуск угля, подкровельная толща, увлажнение.
В настоящее время при отработке угольных пластов мощностью более 5,0 м наибольшее распространение получили две технологии - разработка наклонными слоями, а также с выпуском подкровельной толщи угля.
Опыт отработки мощных пластов в Китае, Германии, Франции и России с выпуском угля из подкровельной толщи показал приоритетность этой технологической схемы по сравнению с технологией отработки мощных пластов наклонными слоями механизированными комплексами, которые предназначены для отработки угольных пластов средней мощности.
Преимущества этой технологии заключаются, прежде всего, в снижении объемов горно-подготовительных работ [1, 2].
Важнейшим условием эффективного обрушения подкровельной пачки угля является обеспечение равномерного его разрушения по всей мощности пласта. Предварительное разупрочнение обрушаемой пачки угля может производиться двумя способами: созданием условий для самообрушения или принудительным обрушением, на основе применения буровзрывного воздействия на угольный массив пневмо или гидровоздействием на угольный пласт.
Актуальность технологии отработки мощных пологих угольных пластов с выпуском подкровельной толщи подтверждается значительным количеством статей, монографий и диссертаций по рассматриваемой тематике [1 -12]. Следует отметить, что за последнее время было защищено три докторские и 9 кандидатских диссертаций, посвященных технологии с выпуском подкровельной толщи [3 - 5, 6 - 11].
Настоящая статья посвящена именно исследованию влияния увлажнения пласта на механические свойства угля при гидровоздействии на пласт при отработке угольных пластов с выпуском подкровельной толщи [12, 13].
При увлажнении угольных пластов их .свойства изменяются. Очевидно, установив степень изменения механических характеристик пласта в процессе его увлажнения, можно использовать этот фактор для выбора параметров нагнетания. Определение механических характеристик пласта в этом случае целесообразно осуществлять экспресс-методом, в качестве которого можно принять разработанную ИГД им. А. А. Скочинского методику определения условной прочности угля в массиве Н с помощью прочност-номера П-1. Однако использовать прочностномер в указанных целях возможно только в том случае, если изменение влажности угольного массива закономерно отражено в соответствующем изменении показателя прочности угля Н.
В теоретико-вероятностном аспекте это положение имеет место, если изменение влажности вызывает переход комплекса условий определения величины Н из состояния <р в состояние ср + Дер. Имеется в виду, что все прочие параметры (прежде всего механические свойства массива и его напряженность), определяющие показатель //, стабилизированы таким образом, что влияние их при комплексах <р и ср + Дср равноценно. Эти параметры можно стабилизировать путем локализации мест определения прочности массива (не более 10 м по падению и простиранию) и учета положения очистного забоя, считая от момента посадки в нем кровли.
Натурные наблюдения были выполнены в условиях пласта 21 на поле шахты «Ольжерасская-Новая». На кромке пласта в очистном забое осуществлено предварительное массовое определение его прочности. Обработка результатов наблюдений показала, что полученные значения Н можно считать распределенными приближенно нормально. Для выборки показателей Н из объема «>200 было рассчитано значение дисперсии о2, которое для данного метода использовали в качестве теоретического зна-
чения рассеивания. Численная величина стандарта наблюдений составила о = 10Д ед. усл. прочности.
После этого на участках очистного забоя с помощью прочностноме-ра П-1 определяли показатели прочности угля на кромке пласта для двух случаев: при естественной влажности угля в пласте и после обработки пласта водой. Воду нагнетали в пласт через шпуры длиной 2 м с глубиной герметизации 1,5 м. Шпуры бурили на расстоянии до 4 м друг от друга. Нагнетание в каждый шпур проводили до момента появления воды в соседних шпурах.
К анализу были приняты выборки значений Н для «сухой» и увлажненной зон, соответствующие рассмотренным условиям стабилизации механических свойств и напряженности пласта. Результаты замеров прочности приведены в таблице.
Результаты замеров прочности
Условия опробования пласта на кромке очистного забоя Средняя влажность угля (по сажистой пачке) \УР, % Отсчет по прочностно- Условная прочность на кромке пласта, ед. усл. прочности
меру ¿гр. мм отдельного замера И1 средняя по зоне Н
33 67
39 61
38 62
Зона, не обработанная нагнетанием воды (комплекс условий <р) 2,60 65 69 46 54 48 67 48 35 31 54 46 52 33 52 49,3
I493
85 15
76 24
68 32
Увлажненная в процессе нагнетания зона (комплекс условий (р + А<р) 4,20 53 53 84 86 78 47 64 47 47 16 14 22 53 36 30,6
X 306
Каждое отдельное определение прочности (Н), приведенное в таблице, соответствует среднему из пяти определений. Значения Н рассчитаны по формуле
#=1000-/, ед. усл. прочности.
В случае, если переход массива из состояния ф в состояние ф + Аф значимо определяет изменение его прочностных характеристик, устанавливаемых с помощью прочностномера, то выборки последних, приведенные в таблице, должны быть неоднородными. Поскольку в обоих случаях имеет место один и тот же вид наблюдений (общая методика, один оператор, один и тот же инструмент), то нет основания предполагать изменение параметра V. В то же время возможно ожидать смещение центра группировки V измеряемой прочности. Результаты наблюдений поэтому могут быть представлены двумя распределениями с нормальными плотностями п1 (Н,у1 ,а) и п2 {Н,у2 ,а), а анализ их неоднородности сводится, таким образом, к определению значимости смещения центра группировки V.
Анализ осуществлялся двумя путями - по размаху варьирования Я„ и путем построения доверительных интервалов для V.
Известно, что верхняя граница размаха варьирования при установленных п и о определяется выражением
Я =с# ,
р.п р.п1
где //; п - табулированные значения квантилей нормированного распределения размаха варьирования, отвечающие вероятности Р.
Размах варьирования рассматриваемой выработки
Я = Н - Н = 53,0.
п тах тт 1
Верхняя же граница при п=20 и надежности а=0,95 составит Я = С70а = 5,01-10,1 = 50,5.
р.п 95,20 * * *
Я>Я ,
Поскольку " при неизменном значении а, то это обстоятельство дает право предположить наличие смещения центра группирования V. Оценку параметра а в этом случае следует производить методом последовательных разностей.
К аналогичному выводу приходим при построении доверительных интервалов для V (раздельно для условий ср и qH-Atp).
Для нормированного отклонения 2 нормально распределенной случайной величины Н от ее центра группирования V, т.е. для величины а / при всякомЕ _ у /100, можно найти такое ^ 2 чтобы
Р (\г\< гч ) = 1 - у/100,
или
Р(я-а/4п <у<Н + а/4п) = 1 -100,
где <7 - уровень значимости; 1(] - табулированное значение верхнего предела нормированной функции Лапласа.
Следовательно, доверительный интервал для V при соответствующей доверительной вероятности 1 Я /100 данном случае будет иметь вид
[и - а / 4п; Н + а / 4п ).
Для рассматриваемого распределения величины Н при 5-процентном уровне значимости доверительная вероятность составит Р=0,95, чему соответствует значение ^=1,96.
Доверительный интервал для выборки значений Н при комплексе условий <р определится так:
+ ^ /4п = 49,3 + 1,96-1,01,
ф Я
или (43,0; 55,6).
Для комплекса условий <р + Д<р
Н Л ±1 / л/л =30,6 + 1,96-1,01,
Ф+АФ я * ' ' ' '
или (24,3; 36,9).
Как видно, доверительные интервалы не перекрываются, поэтому имеется основание считать, что в процессе проведенных наблюдений центр группирования значений прочности Н действительно сместился.
Выполненный анализ позволяет сделать следующие выводы:
- использование экспресс-метода определения механических характеристик пласта в натурных условиях позволяет установить степень влияния увлажнения массива на его прочность;
- использование этого метода возможно для оперативного выбора параметров гидрообработки пласта - установления зон влияния скважин, соответствующего расстояния между ними и т. д.
- увлажнение пласта привело к снижению его прочности на 40 %, что позволяет использовать данный способ для разупрочнения подкровель-ной пачки угля, с целью его эффективного выпуска.
Список литературы
1. Выбор параметров технологии отработки мощных пологих пластов с выпуском межслоевых и подкровельных пачек угля / А.И. Шундули-ди [и др.]. Кемерово: Кемеровское книжное издательство, 1999. 258 с.
2. Управление горным давлением при разработке мощных пологих пластов / Ю.В. Громов [и др.]. М: Недра, 1995. 239 с.
3. Саламатин А.Г. Обоснование и разработка прогрессивных решений по структурному, ресурсному и технологическому развитию шахтного фонда: автореф. дис.... д-ра техн. наук / МГГУ. Москва, 1996. 46 с.
4. Шундулиди И.А. Разработка интегрированных технологических систем двухстадийной отработки запасов мощных угольных пластов: авто-реф. дис.. д-ра техн. наук / ИГД СО РАН. Новосибирск, 2002. 36 с.
5. Ермаков А.Ю. Обоснование аэрологически безопасной одностадийной технологии отработки мощных пологих пластов с управляемым вы-
пуском угля из межслоевых и подкровельных пачек: автореф. дис....д-ра техн. наук. Тула, 2019. 31 с.
6. Ермаков А.Ю. Обоснование параметров технологии разработки мощных пологих пластов с управляемым выпуском подкровельной угольной толщи: автореф. дис... .канд. техн. наук / МГГУ. Москва, 2011. 46 с.
7. Новосельцев С.А. Геомеханическое обоснование технологических решений по управляемому выпуску угля подкровельной толщи мощных пологих пластов: автореф. дис.. канд. техн. наук / МГГУ. Москва, 2013. 20 с.
8. Дочев П.П. Обоснование параметров технологии разработки мощных пологих пластов с управлением процессами разрушения подкровель-ной толщи: автореф. дис..канд. техн. наук. Новокузнецк, 1999. 18 с.
9. Байсаров Р.С. Обоснование параметров устойчивого развития горного производства при освоении запасов крупномасштабного Элегестского каменноугольного месторождения: автореф. дис.. канд. техн. наук: НИТУ МИСиС. Москва, 2018. 23 с.
10. Горностаев В.И. Обоснование параметров технологии разработки мощных пологих пластов с управляемыми разрушением и выпуском угля подкровельной толщи в подсечной слой: автореф. дис. ... канд. техн. Новокузнецк, 2004. 17 с.
11. Опрук Г.Ю. Обоснование параметров подэтажной механизированной отработки мощных крутых пластов с управляемым выпуском угля: автореф. дис..канд. техн. наук / ТулГУ. Тула, 2014. 16 с.
12. Технология одностадийной разработки мощных пологих угольных пластов с выпуском угля на завальный конвейер / А.Ю. Ермаков [и др.]. Новокузнецк, 2013. 257 с.
13. Инструкция по выбору способа и параметров разупрочнения кровли на выемочных участках. Ленинград: ВНИМИ, 1991. 102 с.
Ванякин Олег Владимирович, канд. техн. наук, ген. директор, [email protected], Россия, Новокузнецк, ООО «Сибирская каменноугольная компания»,
Бородкин Павел Сергеевич, исп. директор, bps1976@,mail.ru Россия, Новокузнецк, ООО «Кузбассстроймонтаж,
Курдюков Михаил Олегович, ассистент, [email protected], Россия, Новокузнецк, Сибирский государственный индустриальный университет
PRELIMINARY HYDRAULIC SOFTENING OF THE SUB-ROOF THICKNESS OF A THICK
COAL SEAMS
O.V. Vanyakin, P.S. Borodkin, M.O. Kurdyukov
It has been shown that when a coal seam is moistened, its strength decreases by up to 40 %, while this technology makes it possible to effectively carry out preliminary softening of the under-roof strata of a thick coal seam.
Key words: thick seam, softening, coal release, under-roof strata, moistening.
Vanyakin Oleg Vladimirovich, candidate of technical sciences, general director, [email protected], Russia, Novokuznetsk, Siberian Coal Company LLC,
Borodkin Pavel Sergeevich, executive director, bps19 76@mail. ru Russia, Novokuznetsk, Kuzbassstroymontazh LLC,
Kurdyukov Mikhail Olegovich, assistant, [email protected], Russia, Novokuznetsk, Siberian State Industrial University
Reference
1. The choice of parameters for the technology of mining powerful shallow layers with the release of interlayer and underlay bundles of coal / A.I. Shundulidi [et al.]. Kemerovo: Kemerovo Book Publishing House, 1999. 258 p.
2. Management of rock pressure in the development of powerful polar formations / Yu.V. Gromov [et al.]. Moscow: Nedra, 1995. 239 p.
3. Salamatin A.G. Substantiation and development of progressive solutions for the structural, resource and technological development of the mine fund: abstract. ... Doctor of Technical Sciences. MGSU. Moscow, 1996. 46 p.
4. Shundulidi I.A. Development of integrated technological systems for two-stage mining of reserves of powerful coal deposits: abstract. ... Doctor of Technical Sciences. IGD SB RAS. Novosibirsk, 2002. 36 p.
5. Ermakov A.Yu. Substantiation of an aerologically safe single-stage technology for mining powerful shallow formations with controlled release of coal from interlayer and underlay packs: abstract. ... Doctor of Technical Sciences. Tula, 2019. 31 p.
6. Ermakov A.Yu. Substantiation of the parameters of the technology for the development of powerful shallow formations with controlled release of the underlying coal bed: abstract. ... candidate of Technical Sciences. MGSU. Moscow, 2011. 46 p.
7. Novoseltsev S.A. Geomechanical substantiation of technological solutions for the controlled release of coal from the underlying thickness of powerful shallow layers: abstract. ... candidate of Technical Sciences. MGSU. Moscow, 2013. 20 p .
8. Dochev P.P. Substantiation of the parameters of the technology for the development of powerful shallow layers with control of the processes of destruction of the roofing layer: abstract. ... candidate of Technical Sciences. Novokuznetsk, 1999. 18 p
. 9. Baisarov R.S. Substantiation of the parameters of sustainable development of mining production in the development of reserves of the large-scale Elegest coal deposit: abstract. ... candidate of Technical Sciences: NUST MISIS. Moscow, 2018. 23 p.
10. Gornostaev V.I. Substantiation of the parameters of the technology for the development of powerful shallow formations with controlled destruction and release of coal of the underlying thickness into the cutting layer: abstract. dis. ... candidate of Technical Sciences. Novokuznetsk, 2004. 17 p.
11. Opruk G.Yu. Substantiation of the parameters of the substorey mechanized mining of powerful steep formations with controlled coal release: abstract. dis. ... candidate of Technical Sciences. TulGU. Tula, 2014. 16 p.
12. Technology of single-stage development of powerful shallow coal seams with the release of coal on a block conveyor / A.Y. Ermakov [et al.]. Novokuznetsk, 2013. 257 p.
13. Instructions for choosing the method and parameters of softening the roof on the excavation sites. Leningrad: VNIMI. 1991. 102 p.
