CC BY
11
Reference
1. Instructions for the construction of a waterproofing device (keylkranz) when sinking shafts in potash deposits (second edition). Perm-Berezniki, 1974. 39 p.
2. Method for control of surface roughness of mine shafts in salt rocks: Pat. 2612755 RF; G01N 27/22; application 23.10.2015; publ. 13.03.2017. Byul. 12.
3. Olkhovikov Yu. P. Support of capital mining potash and salt mines. Moscow: Nedra, 1984, 238 p.
4. Olkhovikov Yu. P., Tarasov V. V., Pestrikova V.C Review of emergency situations that occurred at the Verkhnekamskoye potash Deposit during the sinking of mine shafts // Gorny information and analytical Bulletin. 2015. no. 5. Pp. 23-29;
5. Litvin A. Z., Polyakov N. M. Sinking of mine shafts by special methods. Moscow: Nedra, 1974, 250 p.
6. Schilder R, Scheneshofer M, Zagvozdkin I. V. Introduction of advanced experience in sealing the lower part of the tubing column in the construction of the Ust-yayvinsky mine shafts // labor Safety in industry. 2016. no. 7. Pp. 24-27.
УДК 622.272.031:622.833.33
РАЗУПРОЧНЕНИЕ КРОВЛИ НА МОЩНЫХ ПОЛОГИХ ПЛАСТАХ УГЛЯ ПУТЁМ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ИХ ОТРАБОТКИ СЛОЯМИ ПО ПОЧВЕ
В.О. Торро, А.В. Ремезов, В.П. Тациенко, Е.В. Кузнецов
Крупноблочное обрушение тяжёлых пород кровли обуславливает наличие повышенных силовых нагрузок на механизированную крепь при отработке первых слоёв пластов III и IV - V Томусинского угольного месторождения. Кроме того, дополнительные трудности при отработке этих пластов слоями в нисходящем порядке вызываются сложной морфологией пласта. Всё это обуславливает необходимость обоснования технологии отработки мощных пологих пластов угля длинными очистными забоями слоями по их почве как альтернативы любому виду искусственного разупрочнения кровли.
Ключевые слова: труднообрушаемые породы кровли, мощные пологие пласты, срез непосредственной кровли, разупрочнение кровли, технология отработки слоями по почве пласта, подсечной слой, подкровельная пачка угля, блочное деформирование подрабатываемого углепородного массива, безуступное (псевдопластическое) смещение подрабатываемого массива.
В угольных бассейнах СНГ более 170 шахтопластов с углом падения до 35° имеют труднообрушаемые породы основной кровли, которые в периоды проявления осадок основной кровли создают повышенные нагрузки на крепи очистных выработок. Наибольшее число пластов с тяжёлыми кровлями расположены в Кузнецком и Донецком бассейнах - 53 и 58 соответственно [1]. При этом лидерство по количеству мощных пластов с тяжёлыми кровлями остаётся за Кузнецким бассейном.
Основным геологическим признаком тяжелой кровли, относящейся к классу трудноуправляемых, является величина отношения суммарной мощности легко - и среднеобрушающихся пород непосредственной кровли Инк к вынимаемой мощности пласта тв при наличии в основной кровле трудно- и весьма труднообрушаемых пород, представленных крепкими песчаниками, известняками и реже алевролитами [2]. В соответствии с единой классификацией кровли пологих пластов ВНИМИ [3] условием отношения к типу тяжелых кровель является
3...4 > кнк /тв > 0. (1)
В зависимости от величины соотношения выделяются четыре подтипа кровли: 3А1 , 3А2 , 3А3 , 3А4 и 3Б1 , 3Б2 , 3Б3 , 3Б4 . К ЗА отнесены породы с пределом прочности на сжатие 60...80 МПа, а к типу 3Б - более 80 МПа (индекс 3 в соответствии с Единой классификацией боковых пород ВНИМИ характеризует класс трудноуправляемых кровель, к которым отнесены и тяжелые). По выбранному подтипу кровли и сопротивлению секций механизированной крепи по табл. 1 [2] определяется необходимость разупрочнения кровли, которая может осуществляться либо только в зоне первичной осадки, либо по всему полю. Увеличение сопротивления крепи снижает необходимость применения разупрочнения. Исключение разупрочнения кровли допускается при применении механизированных крепей с высоким сопротивлением, но не для всех подтипов кровли. Особенно тяжелые проявления осадок основной кровли наблюдаются при первом и втором подтипах (3А1 , 3Б1 и 3А2 , 3Б2). При первичных осадках, даже если крепи имеют высокое сопротивление, наблюдаются частые случаи посадки секций "нажестко", катастрофические деформации их элементов.
Опыт применения механизированных крепей высокого сопротивления показывает, что в условиях слабых пород почвы, что характерно для слоевой отработки мощных пологих пластов, при значительном зависании пород кровли в выработанном пространстве, крупноблочном обрушении, на пластах с вынимаемой мощностью более 3,0 м, склонных к отжиму, и в ряде других случаев они не в состоянии предотвратить аварийные ситуации в очистных забоях [2].
Альтернативным способом любого вида искусственного разупрочнения на мощных пологих пластах является технология отработки угля длинными очистными забоями слоями по их почве.
Отработку длинными очистными механизированными забоями (ДОМЗ) мощных пологих пластов слоями по их почве можно рассматривать, как случай восходящего порядка выемки весьма сближенных пластов. Подработка пласта возможна, если он не расположен в зоне беспорядочного обрушения кровли подрабатывающего пласта [4 - 7]. Следовательно, возможность применения подработки определяется мощностью
междупластья, для определения допустимой величины которой существует ряд формул, приведённых в таблице.
_ Формулы для определения величины междупластья_
№ п/п Автор формулы Формула
1 Канлыбаева Ж.М. М > (6 - 8) т
2 Кузнецов Г.Н. М > 3 т2 / (Кр -1) ^ а
3 Петухов И.М. М > 6 т Св8 а
4 Казахский филиал ВНИМИ М > 12 т
5 Слесарев В.Д. М > (1,38 - 1,75) т/ (Кр -1)
6 Килячко А.П. М > 12 т + 3,5 т22
Результат вычислений с использованием этих формул, полученный для одних и тех же значений вынимаемой мощности, изменяется в широких пределах. Это указывает на существенную зависимость зоны беспорядочного обрушения от состава и строения кровли пластов [8, 9]. Поэтому для технологии отработки слоями по почве пласта необходимо установить мощность оставляемого в кровле слоя угля, при котором смещение пород кровли пласта будет происходить упорядоченно без внедрения породных блоков в угольную пачку и без среза угольной пачки - безуступно (псев-допластически).
Рассмотрим практический порядок обоснования и определения основных технологических параметров технологии и параметров обрушения подрабатываемого массива для условий тяжёлой основной кровли пласта IV - V шахты «Усинская».
Пласт IV - V средней мощностью 9,6 м, углом падения 7.. .10°. Непосредственная кровля пласта представлена конгломератом мощностью 0 - 0,6 м. Основная кровля сложена песчаником средней мощностью 10,0 м с пределом прочности на сжатие 6 сж= 120.140 МПа. Выше песчаников залегает переслаивание алевролитов и песчаников суммарной мощностью 18 - 20 м с пределом прочности на сжатие 6сж. = 40.60 МПа. Дополнительную сложность при отработке пласта слоями в нисходящем порядке на данном участке шахтного поля представляет волнистая гипсометрия кровли. Это проявляется в виде наличия в кровле пласта ленточных размывов эпигенетического (руслового) характера. Размывы представлены прочными соединениями галечников с песчаником. Глубина вклинивания размывов в пласт достигает 2,5 м, ширина размывов до 10 м. Связь пород размыва с углем и породами кровли слабая, вследствие чего уголь между размывами, при обнажении выпадает и обрушается, осложняя взаимодействие механизированных крепей с кровлей. Уголь пласта IV - V полублестящий с пределом прочности на сжатие 6сж. = 8.15 МПа. Строение пласта сложное, в 0,8 - 1,0 м от кровли присутствует прослой углистого аргиллита мощностью 0,6 - 0,8 м с пределом прочности на сжатие 6 сж. = 15.20 МПа.
Непосредственная почва пласта - алевролит мощностью 2 - 4 м с пределом прочности на сжатие 6 сж. = 30...50 МПа. Глубина горных работ изменялась от 165 до 302 м.
Тип кровли по нагрузочным свойствам определяется согласно [2] в зависимости от отношения (1). Отношению hнк / тв = 0 соответствует подтип кровли 3Бь при котором отработка первого слоя мощного пласта может быть осуществлена с обязательным искусственным разупрочнением кровли в зоне первичной осадки, даже при условии применения механизированных крепей высокого сопротивления.
Альтернативным вариантом разупрочнению кровли является технология отработки мощных пологих пластов угля длинными очистными забоями слоями по их почве. В этом случае искусственное разупрочнение кровли может быть реализовано за счёт подработки при выемке подсечного слоя пласта.
Согласно методики КузНИУИ [10,11] высота зоны разупрочнённой кровли в зависимости от вынимаемой мощности первого (подсечного) слоя пласта и рабочего сопротивления применяемой механизированной крепи определяется по номограмме (рисунок) [10]. Для механизированной крепи М-130, применяемой на шахте, высота разупрочнения составляет: при тв = 2 м Мраз = 52 м, при тв = 3 м Мраз = 62 м, при тв = 4 м Мраз = 68 м.
Согласно методики ВНИМИ [2] высота зоны разупрочнения принимается в зависимости от вынимаемой мощности пласта по табл.5 [2] и составляет: при тв = 2 м Мраз = 55 м, при тв = 3 м Мраз = 65 м, при тв = 4 м Мраз = 73 м.
Для условий пласта IV -V согласно исследованиям [10] кровлю необходимо разупрочнить на высоту 14 - 16 м.
Таким образом, разупрочнение кровли гарантировано достигается, при мощности первого (подсечного) слоя 2 - 4 м.
Одним из основополагающих условий применения технологии отработки мощных пологих пластов угля длинными очистными забоями слоями по их почве является исключение возможности «среза» непосредственной кровли (верхнего слоя пласта, подкровельной пачки угля). В этом случае характер обрушения углепородной толщи должен быть максимально приближен к плавному опусканию, то есть безуступным (псевдопластическим).
В условиях зависания и крупноблочного обрушения основной кровли, характерного для отработки пласта IV - V, возможно динамическое нагружение секций механизированной крепи в случае «среза» непосредственной кровли. «Срез» может возникнуть при превышении нагрузки, от зависающего блока основной кровли, сопротивления на срез верхнего слоя пласта. Схема нагружения кровли показана на рисунке.
Минимальная мощность пород непосредственной кровли (пачки угля) препятствующая срезу, определяется по формуле
т
Уг
к у
зав I
т
бл
т
(2)
ср.у
где тср.у - предел прочности угля на срез, тср.у =2,2 МПа; у - объёмный вес пород основной кровли у= 0,026 МН/м3; тбл - ожидаемая высота блоков основной кровли, принимается равной мощности слоя основной кровли, тбл =10,0 м; Нзав - длина зависания нижних слоёв основной кровли, определяется из расчёта консольной балки на изгиб по формуле
К
0,58
ГтблР рЛ
V
У
у
где 6Р - предел прочности на растяжение, МПа.
(3)
Схема безуступного (псевдопластического) обрушения кровли
Длина зависания нижних слоёв основной кровли составит И зав=23 м.
Результаты расчётов показали, что при мощности подкровельной пачки, превышающей 2,7 м, её «срез» маловероятен.
Следовательно, при вышеуказанных параметрах возможно формирование безуступного (псевдопластического) обрушения кровли, что обосновывает возможность применения технологии отработки мощных пологих пластов угля длинными очистными забоями слоями по их почве как технологии, позволяющей эффективно отрабатывать мощные пологие пласты при наличии тяжёлых кровель, требующих обязательного предварительного разупрочнения [12 - 17].
Выводы
1. Применение технологии отработки мощных пологих пластов угля длинными очистными забоями слоями по их почве должно производиться в условиях, когда смещение пород кровли происходит безуступно (псевдопластически) и характер обрушения подрабатываемой толщи должен быть максимально приближен к плавному опусканию.
2. Альтернативой любого вида искусственного разупрочнения на мощных пологих пластах является технология отработки угля длинными очистными забоями слоями по их почве.
Список литературы
1. Клишин В.И. Адаптация механизированных крепей к условиям динамического нагружения. Новосибирск: Наука, 2002. 200 с.
2. Инструкция по выбору способа и параметров разупрочнения кровли на выемочных участках. Л.: ВНИМИ, 1991. 102 с.
3. Временные указания по управлению горным давлением в очистных забоях угольных шахт. Л.: ВНИМИ, 1982. 136 с.
4. Якоби О. Практика управления горным давлением / пер. с нем. Ф.Ф. Эйнера. М.: Недра, 1987. 566 с.
5. Борисов А.А. Механика горных пород и массивов. М.: Недра, 1980. 360 с.
6. Коровкин Ю.А., Савченко П.Ф. Теория и практика длиннолавных систем. М.: Горное дело, 2012. 808 с.
7. Указания по управлению горным давлением в очистных забоях под (над) целиками и краевыми частями при разработке свиты угольных пластов мощностью до 3,5м с углом падения до 35°. Л.: ВНИМИ, 1984. 62с.
8. Разработать и провести испытания экспериментальных технологических схем, принять участие в подготовке проектов на отработку выемочных столбов по новой технологии: отчёт о НИР / Ю.И. Морозов, В.О. Торро и др. Прокопьевск: КузНИУИ, 1991. 63 с.
9. Торро В.О., Ремезов А.В., Рябков Н.В. Опыт отработки мощных пологих пластов в Кузбассе. Кемерово: ООО «ОФСЕТ», 2015. 898 с.
10. Разработать предложения по управлению тяжёлой кровлей пласта IV-V на шахтах Томусинского угольного района: отчёт о НИР / В.П. Белов, Ю.И. Морозов и др. Прокопьевск: КузНИУИ, 1989. 68с.
11. Дъяконов С.Г. Выбор рациональных способов и параметров управления горным давлением в очистных забоях при отработке свиты пологих угольных пластов с тяжёлой кровлей: дис. ... канд. техн. наук. Кемерово, 1989. 171 с.
12. Разработать экспериментальные технологические схемы отработки пологих угольных пластов мощностью 4 - 6 м слоями в восходящем порядке: отчёт о НИР / Ю.И. Морозов [и др.]. Прокопьевск: КузНИУИ, 1990. 38 с.
13. Провести эксплуатационные испытания технологии отработки пласта 21 в условиях филиала ОАО «Южный Кузбасс» шахта «Ольжерас-ская-Новая» с выпуском подкровельной пачки угля: отчёт о НИР / С.И. Калинин [и др.]. Прокопьевск: (филиал КузГТУ), 2007.
14. Исследование проявлений горного давления при отработке мощного пласта с выпуском из подкровельной пачки / В.О. Торро [и др.] // Уголь. 2009. №1. С. 64- 67.
15. Исследование проявлений горного давления при отработке мощного пологого пласта наклонными слоями в восходящем порядке в шахтных условиях / В.О. Торро, Ю.И. Морозов, Н.Г. Сердобинцев, А.В. Ремезов // Вестник КузГТУ. 2011. № 6. С.15 -17.
16. Торро В.О., Ремезов А.В. Разработка технологических схем отработки мощных пологих пластов наклонными слоями с восходящим порядком выемки слоев // Сб. науч. тр. II Междунар. науч.-практич. конф., 29-30 сентября 2014 г. Уфа: РИО ИЦИПТ, 2014. С. 131-143.
17. Торро В.О., Ремезов А.В. Определение приоритетности различных параметров в обосновании возможности применения способа отработки мощных пологих пластов угля наклонными слоями. Ч. 1, Ч. 2 // Сб. науч.тр. II Междунар. науч.-практич. конф., 29-30 сентября 2014 г. Уфа: РИО ИЦИПТ, 2014. С. 143 -169.
Торро Виктор Оскарович, ст. преподаватель, torrovo@,mail.ru, Россия, Кемеровская область, Междуреченск, Кузбасский государственный технический университет имени Т. Ф. Горбачева,
Ремезов Анатолий Владимирович, д-р техн. наук, проф., lion742@mail.ru, Россия, Кемерово, Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева,
Тациенко Виктор Прокопьевич, д-р техн. наук, проф., директор ИПЭБ, ipeb@,kuzstu.ru, Россия, Кемерово, Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева,
Кузнецов Евгений Владимирович, канд. техн. наук, зам. директора по науке, kevlad@,mail.ru, Россия, Кемеровская область, Междуреченск, Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева
WEAKENING OF ROOF IN THICK FLAT-LYING COAL SEAMS BY IMPLEMENTING SEAM FLOOR LAYERED MINING METHODS
V.O. Torro, A.V. Remezov, V.P. Tatsienko, E.V. Kuznetsov
Heavy rock falls of coal roof cause increased pressure load on powered roof support systems during the mining of first layers in seams III and IV-V of Tomusinsky coal field. Moreover, the complex morphology of the seam creates additional difficulties in downward working of seam layers. All these factors call for validation of thick flat-lying coal seams mining methods that involve longwall face layered floor mining as an alternative to any kind of artificially induced weakening of coal roof.
Key words: Hard roof/poorly caving roof, roof rock, thick flat-lying seams, immediate mine roof cutting, roof weakening, seam floor layered mining methods, undercut layer, top coal, block deformations in undermining coal-bearing area, ungraded (pseudo-plastic) movement of undermined coal.
Torro Victor Oskarovich, senior teacher, torrovo@mail. ru, Russia, Kemerovo region, Mezhdurechensk, Kuzbass State Technical University after T.F. Gorbachev, Mezhdurechensk Branch,
Remezov Anatoly Vladimirovich, doctor of technical sciences, professor, lion742@, mail.ru, Russia, Kemerovo, Kuzbass State Technical University after T.F. Gorbachev,
Tatsienko Victor Prokopievich, doctor of technical sciences, professor, director of the IIES, ipeb@,kuzstu. ru, Russia, Kemerovo, Kuzbass State Technical University after T.F. Gorbachev,
Kuznetsov Evgeniy Vladimirovich, candidate of technical sciences, vice tor, kevlad@,mail. ru, Russia, Kemerovo region, Mezhdurechensk, Kuzbass State Technical University after T.F. Gorbachev
Reference
1. Klishin V. I. Adaptation of mechanized supports to dynamic loading conditions. Novosibirsk: Nauka, 2002, 200 p.
2. Instructions for choosing the method and parameters of softening the roof on the excavation sites. L.: VNIMI, 1991. 102 p.
3. Temporary instructions for managing mountain pressure in the clean-up faces of coal mines. L.: VNIMI, 1982. 136 p.
4. Yakobi O. Practice of management of mountain pressure / TRANS. with him. F. F. Einer. M.: Nedra, 1987. 566 p.
5. Borisov A. A. Mechanics of rocks and massifs, Moscow: Nedra, 1980, 360 p.
6. Korovkin Yu. a., Savchenko P. F. Theory and practice of long-head systems. Moscow: Mining, 2012, 808 p.
7. Instructions for managing rock pressure in treatment faces under (above) the tse-likami and edge parts in the development of a Suite of coal seams with a capacity of up to 3.5 m with a drop angle of up to 35°. L.: VNIMI, 1984. 62 p.
8. Develop and conduct tests of experimental technological schemes, take part in the preparation of projects for the development of cutting pillars using a new technology: research report / Yu. I. Morozov, V. O. TORRO, etc. Prokopyevsk: Kuzniui, 1991. 63 p.
9. TORRO V. O., Remezov A.V., Ryabkov N. V. Experience of working out powerful flat layers in Kuzbass. Kemerovo: OFFSET LLC, 2015. 898 p.
10. Develop proposals for managing heavy roof formation IV-V in the mines of the Tomusinsky coal district: research report / V. P. Belov, Yu. I. Morozov, etc. Prokopyevsk: Kuzniui, 1989. 68s.
11. Dyakonov S. G. the Choice of rational methods and parameters for controlling the mountain pressure in the treatment faces when working out the formation of flat coal seams with a heavy roof: dis. ... Cand. tech. sciences'. Kemerovo, 1989. 171 p.
12. Develop experimental technological schemes for processing flat coal seams with a capacity of 4-6m layers in ascending order: research report / Yu. I. Morozov [et al.]. Prokopyevsk: Kuzniui, 1990. 38 p.
13. Conduct operational tests of technology of working off layer 21 in terms of the branch of OJSC "southern Kuzbass" mine "Olzherasskaya-New" with the release of the un-
derlay pack of coal: research report / S. I. Kalinin [et al.]. Prokopyevsk branch KuzGTU in Pro-copies, 2007.
14. Investigation of the manifestations of mountain pressure in the development of a powerful reservoir with the release of a podkrovelnoy pack / V. O. TORRO [et al.] // Coal. 2009. no. 1. Pp. 64-67.
15. Research of manifestations of mountain pressure when working out a powerful flat formation with inclined layers in ascending order in mine conditions / V. O. TORRO, Yu. I. Morozov, N. G. Serdobintsev, A.V. Remezov // Bulletin Of KuzSTU. 2011. no. 6. Pp. 15 -17.
16. TORRO V. O., Remezov A.V. Development of technological schemes for working out powerful flat layers with inclined layers with an ascending order of excavation of layers // SB. nauch. Tr. II mezhdunar. scientific and practical Conf. September 29-30, 2014 Ufa: RIO ICIPT, 2014. Pp. 131-143.
17. TORRO V. O., Remezov A.V. Determining the priority of various parameters in the justification of the possibility of applying the method of working out powerful flat coal layers with inclined layers. Part 1, Part 2 // SB. nauch. Tr. II mezhdunar. scientific and practical conference, September 29-30, 2014 Ufa: RIO ICEPT, 2014. Pp. 143 -169.
УДК.622.271
ТЕХНОЛОГИЯ РАЗРАБОТКИ СЛОЖНОСТРУКТУРНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ УСОВЕРШЕНСТВОВАННОГО ДОБЫЧНОГО КОМПЛЕКСА
А.Ю. Чебан
Селективную выемку кондиционной и некондиционной руды взорванного слож-ноструктурного блока предлагается вести с применением усовершенствованного добычного комплекса, оборудованного классификационной решеткой с поворотными колосниками и дробилкой с регулируемым размером разгрузочной щели, что позволит обеспечить один из базовых принципов ресурсосбережения - не дробить ничего лишнего. Предлагаемое технико-технологическое решение позволит существенно повысить производительность ведения добычных работ, увеличить извлечение минерального сырья из разрабатываемого сложноструктурного блока за счет выделения из некондиционной руды полезного компонента рудной мелочи, а также уменьшить пыление и снизить потери минерального сырья от выдувания и просыпания во время погрузки и транспортировки.
Ключевые слова: взрывное рыхление, рудная масса, гидравлический экскаватор, бункер, дробилка, виброгрохот, мелкие фракции руды, покусковая сепарация.
Интенсивное освоение месторождений твердых полезных ископаемых ведет к качественному и количественному ухудшению минерально-сырьевой базы, в связи с чем добывающие предприятия вынуждены переходить на отработку сложноструктурных месторождений и участков, содержащих в отрабатываемых блоках одновременно кондиционные и некондиционные руды. Экономическая целесообразность освоения таких за-
