CC BY
23
Геотехнология
47
ГЕОТЕХНОЛОГИЯ
УДК 622. 342. 1. 037
В.В. Першин, О.В. Верхотуров, Е.А. Волкова, В.М.Волков
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ОТВАЛОВ ПОРОДЫ ПРИ СООРУЖЕНИИ УСТЬЕВ НАКЛОННЫХ СТВОЛОВ
Техническое развитие предприятий угольной промышленности России в последние годы осуществляется в условиях крайне неудовлетворительного состояния шахтного фонда. На шахтах Кузбасса из-за отставания в реконструкции и подготовке новых горизонтов более 40 % шахт практически не имеют запасов на действующих горизонтах и отрабатывают прирезанные запасы полей соседних шахт или ведут работы в уклонных полях по временным схемам.
Объемы проведения наклонных стволов значительно возрастут при реализации концепции модульной горнотехнологической структуры угледобывающих комплексов для шахт Кузбасса. Новая концепция легла в основу разработанной «Генеральной схемы развития добычи угля подземным способом в Кузбассе на период до 2010 года», в которой рассмотрены технические решения, определяющие перспективу 48 шахт.
В Кузбассе ликвидировано 36 нерентабельных угольных шахт, для замены которых только в Ерунаковском угольном районе намечено построить 25 шахт. Все шахты вскрываются наклонными стволами (по нижнему пласту - три центральных и два фланговых, по вышележащим - два центральных и два фланговых).
Горногеологические и гидрогеологические условия проходки устьев наклонных стволов являются в большинстве случаев неблагоприятными, т.к.
прогнозные параметры наносов следующие: мощность наносов составляет 10-40 м; состав наносов - обводненные глины и суглинки; наличие двух водоносных горизонтов - верховодка с притоком воды до 10 м3/ч и напорные воды (2-3 атм.) песчано-гравийного горизонта в нижней части наносов с водо-притоком до 40 м3/ч.
Так как горногеологические и гидрогеологические условия строительства наклонных стволов в наносах относятся к сложным, наиболее целесообразно сооружение их с поверхности до коренных пород выполнять открытым способом. Примером этому является строительство наклонных стволов на ш. «Кост-ромовская» в наносах (конвейерный, путевой и вентиляционный) с расстоянием между осями стволов в 40 м. При неудачной попытке строительства конвейерного ствола подземным способом (произошло 5 аварий с разрушением металлобетонной крепи с суммарными вывалами около 900 м3) пришлось разрабатывать котлован открытым способом. При этом размещение функциональных зданий и сооружений на промплощадке стволов пришлось менять.
При разработке проектов строительства наклонных стволов в наносах большое значение имеет качество инженерных изысканий. При этом необходимо отразить не только сложность строения природных массивов наносов, но и качественные показатели каждого слоя слагающих пород. Кроме плотности, пластичности, пористо-
сти, набухаемости, сжимаемости, просадочности как характеризующих признаков сложности горногеологических условий, необходимо определить следующие расчетные значения предельных (мин. - макс) и нормативные значения показателей для каждого слоя: природная влажность, влажность на границе текучести, влажность на границе раскатывания, число пластичности, показатель текучести, плотность частиц грунта, плотность грунта, плотность сухого грунта, плотность водонасыщенного грунта, коэффициент пористости, степень влажности, грансостав, %: песчаные, пылевые, глинистые; угол внутреннего трения, удельное сцепление, модуль деформации (лабораторный и рекомендуемый), расчетное сопротивление по СНиП 2.02.01-83.
Для условий месторождений угля Ерунаковского района с повышенными водопритоками при строительстве наклонных капитальных выработок необходима детальная разведка вдоль трассы стволов, проведение мероприятий по водоподав-лению с предварительным и последующим инъектированием пород.
При разработке проектов строительства наклонных стволов по наносам в сложных горно- и гидрогеологических условиях открытым способом большое значение имеет определение параметров подотвальных площадей за контуром наклонных стволов, так как от значений этих параметров зависит расположение временных
Таблица
План эксперимента для определения Вз
% е Ьк Вк а Одв Вз В -^з. расч. +Д, %
1 1 50 12 100 29,5 31,4 +6
2 2 50 12 100 39,5 39,9 +1
3 3 50 12 130 51 48,7 -5
4 4 60 12 130 60,7 57,5 -6
5 5 60 12 130 70,3 66 -7
6 6 60 12 130 78,9 74,5 -6
7 7 70 12 180 90 83,9 -7
8 8 70 12 180 96 92,4 -4
9 9 70 12 180 106 100,9 -5
10 10 80 12 180 115 109,7 -5
11 1 50 16 250 22,5 23,9 +6
12 2 50 16 250 30,4 32,4 +6
13 3 50 16 250 38 40,9 +7
14 4 50 16 250 47 49,4 +5
15 5 60 16 330 60 59 -2
16 6 60 16 330 68 67,5 -1
17 7 60 16 330 79 76 -4
18 8 60 16 450 92 85,9 -7
19 9 70 16 450 100,7 94,7 -6
20 10 70 16 450 110 103,2 -7
21 1 50 22 250 10,5 10,1 -4
22 2 50 22 250 19 18,6 -2
23 3 50 22 250 27 27,1 0
24 4 50 22 330 35 36,4 +4
25 5 60 22 330 43 45,2 +5
26 6 60 22 330 52 53,7 +3
27 7 70 22 450 61 63,9 +5
28 8 70 22 450 68 72,4 +6
29 9 80 22 500 78 81,7 +5
30 10 80 22 500 85 90,2 +6
функциональных зданий и сооружений, таких как раскомандировка, бытовой комбинат, склад материалов, слесарная мастерская, котельная, противопожарный резервуар с насосной, здание калориферной установки и распедпунтка электроэнергии, компрессорная станция, вентиляторная установка, трассы трубопроводов, электроснабжения, подъездных дорог и др. Необходимо определить место складирования почвеннорастительного слоя, т.к. при обратной засыпке использованных при строительстве котлованов этот грунт нужно распределить по поверхности грунтов наносов.
Определение параметров законтурных площадей приобретает важное значение при расчете границ земельного отвода. Шарина законтурных площадей (Вз) зависит от глубины котлована (кк), от расчетной ширины котлована по дну разработки (Вк), от угла пологого выезда и отвалообразования (а) и от типа бульдозера при бульдозерной разработке котлована, который характеризуется мощностью его двигателя (бдв).
Задача определения ширины законтурных площадей в данном случае отнесена к области статистических методов моделирования производственных процессов. Такая модель позволяет использовать не только детерминированные уравнения, но и учитывать вероятностный характер различных факторов, значений отдельных параметров, возможности проявления тех или иных состояний исследуемой системы [1].
В данной работе для построения оценки ширины законтурных площадей отвалооб-разования используется множественный регрессионный анализ [2]:
1=¥(ХЪ Х2 ...Х{ ... Хр),
где р - количество факторов.
Исходными данными в работе являются обработанные
стандартными статистическими методами [3] показатели параметров разработки котлованов открытым способом: «Новоса-лаирский» карьер; «Христинов-ская яма»; устья наклонных стволов ш. «Томусинская 5-6», ш. «Костромовская» и графические построения.
Параметры законтурных площадей (Вз) характеризуются зависимостью
Вз Р(кК! Вк а, Qдв), м.
Ограничивающими условиями значений параметров являются: Нк=10 м (максимальная экономически выгодная при бульдозерной вскрыше); а=12-22° (для бульдозеров на базе тракторов Т-100, Т-130, Т-18012°; ДЭТ-250, Т-330-16°; Д-450-
22°); Вк=80 м (один наклонный ствол - 10 м, два стола - 50 м, три ствола - 80 м; 2дв=100-500 л.с.).
При мощности наносов более 10 м необходимо применять смешанную конструкцию отвалов - плоский бульдозерный отвал и вертикальный драглай-новый.
Аппроксимация фактических данных таблицы позволила получить эмпирическую оценку:
Вз=47,9+8,5ИК+2,3а+
+о,озвК+о,о1Щде, м
Отклонение расчетных результатов от табличных составляют от +7 до -7 %, то есть не превышают +10 %, что допустимо.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Борисенко Л.Д., Занина Л.Н. Статистическое моделирование шахтных производственных процессов. - М.: Наука, 1982. - 102 с.
2. Львовский Е.Н. Статистические методы построения эмпирических формул. - М.: Высшая школа, 1982. - 224 с.
3. Ашмарин И.П., Васильев Н.Н., Амбросов В.Л. Быстрые методы статистической обработки и планирования эксперимента. - Л.: Ленинградский университет, 1975. - 76 с.
□ Авторы статьи:
Першин Владимир Викторович
- докт. техн. наук, проф., зав. каф. строительства подземных сооружений и
Верхотуров Олег Викторович
- директор ООО “Куз-бассшахтопроходка”
Волкова
Екатерина Анатольевна -канд. физ.-мат. наук, доцент каф. прикладной математики
Волков Владимир Матвеевич
- канд. физ.-мат. наук, доцент каф. прикладной математики
шахт
