CC BY
30
© В.В. Мельник, И.С. Кириченко, 2011
УДК 622.272
В.В. Мельник, И.С. Кириченко
ВАРИАНТЫ ТЕХНОЛОГИИ ОТРАБОТКИ МОЩНЫХ ПОЛОГИХ ПЛАСТОВ С ВЫПУСКОМ ПОДКРОВЕЛЬНОЙ ТОЛЩИ НА ОСНОВЕ СКВАЖИННОЙ РАЗГРУЗКИ
Дано научное обоснование выбора способа скважинной разгрузки для дезинтеграции угольного массива подкровельного слоя при отработке мощных пологих угольных пластов с выпуском подкровельной толщи с учетом закономерностей геомеханики. Ключевые слова: угольный массив, дезинтеграция, напряженное состояние, очистной забой, подсечной слой, подкровельная толща.
~ЖЪ настоящее время на основании
-Л# исследований технологии отработки мощных пологих пластов, выполненных в РФ и за рубежом, считается эффективной технологическая схема с одним подсечным слоем, отрабатываемым длинным комплексно-
механизированным очистным забоем с выпуском угля подрабатываемой под-кровельной толщи в призабойное пространство.
Анализ результатов научных исследование и практики отработки пологих мощных угольных пластов показал, что недостаточно изучены закономерности дезинтеграции угольного массива под-кровельной толщи за счет энергии горного давления, что подтверждается ос-ложением ведения добычных работ в забое в условиях интенсивного отжима, обусловленного не столько интенсивностью горного давления, а, главным образом, деформированием массива вблизи обнажения забоя и над ним в подкро-вельной толще.
Одним из перспективных направлений разработки и научного обоснования технологии является использование закономерностей изменения напряженно-деформированного состояния и прочно-
сти угля подрабатываемой подкровель-ной толщи под влиянием горного давления и разгрузочных скважин, обеспечивающих управление дезинтеграцией угля в забое подсечного слоя и в подкро-вельной толще.
В отечественной и зарубежной горной науке уделено значительное внимание проблеме управления горным давлением [1, 2]. Скважинной разгрузке, как эффективному способу борьбы с внезапными выбросами в угольных шахтах посвящены исследования В.В. Ходота, И.В. Боброва, Н.М. Проскурякова и др. [3-7]. Для управления состоянием кровли в длинных очистных забоях этот способ исследовали А.А. Борисов, С.Г. Андрушкевич, В.П. Зубов, Б.П. Овчаренко и др. Возможность охраны подготовительных выработок гидрошахт, управления кровлей и рыхлением пласта для гидромониторной выемки бурением скважин изучали К.И. Иванов и А.Д. Игнатьев и др. Исследования М.М. Комиссарова, А.М. Симановича, М.А. Сребного и др. были посвящены разработке способов охраны подготовительных выработок путем бурения разгрузочных скважин. Для практической реализации скважинной разгрузки в мо-
Рис. 1. Вертикальные напряжения (а, МПа) в углепородном массиве в зоне влияния очистного забоя без управления дезинтеграцией при распоре секций крепи 12000 КН
гут использоваться серийно выпускаемые и вновь разрабатываемые буровые установки и гидромониторы.
Как показали расчеты (рис. 1) вокруг очистной выработки формируется напряженное состояние, в котором участвуют не только сжимающие, но и растягивающие напряжения. Учитывая тот факт, что трещиноватый угольный массив имеет низкую прочность на разрыв, то можно с уверенностью считать, что он будет разрушаться (дезинтегрироваться). Визуальные наблюдения отжима и вывалов в забоях являются фактическим подтверждением закономерности дезинтеграции массива под действием горного давления. Таким образом, управление процессом дезинтеграции угольного массива мощного пласта при его отработке по технологии с выпуском должно обеспечить с одной стороны устойчивость (целостность) массива впереди забоя, а с другой интенсивную его дезинтеграцию (дробление) для обеспечения движения, как сыпучего материа-
ла, под действием собственного веса или с пригрузкой от веса обрушенных пород через выпускные отверстия на конвейер.
Для решения задачи управления состоянием угольного массива в забое -профилактики отжима, одновременно с управлением дезинтеграцией угольного массива подкровельной толщи способ скважинной разгрузки предложен впервые (рис. 2).
Сущность способа управления дезинтеграцией угольного массива разгрузочными скважинами (см. рис. 2) состоит в том, что в верхней части забоя производят бурение параллельных скважин диаметром 150-250 мм между ними оставляют целики шириной, равной диаметру. Как показали исследования дезинтеграция массива вокруг скважин имеет явно выраженный зональный характер и гарантированное разрушение межскважинных целиков горным давлением происходит при условии, что их ширина близка к величине диаметра скважины. Глубина скважин принимается равной ширине зоны возможного отжима.
Изменение распределения вертикальных напряжений при скважинной разгрузке представлено на рис.3.
Представляется важным выделить два варианта способа скважинной разгрузки, когда мощность подкровельной пачки меньше мощности подсечного слоя (см. рис. 2, а) и, когда мощность подкровельной пачки больше мощности подсечного слоя (см. рис. 2, б).
Геомеханические закономерности, положенные в основу скважинной разгрузки состоят в том, что упругие напряжения в массиве (графики су) деформируют угольный массив. В результате при отсутствии скважин происходит развитие не только пластических деформаций, но и дезинтегрирование массива, разрушение его на части, от-
Рис. 2. Способ управления дезинтеграцией угольного массива в забое разгрузочными скважинами: а - мощность подкровельной пачки меньше мощности подсечного слоя; б - мощность подкровельной пачки больше мощности подсечного слоя
жим и обрушение. Характер распределения вертикальных напряжений после реализации пластических деформаций и дезинтеграции имеет вид графика суп. Применение скважинной разгрузки позволяет локализовать пластические деформации в слое вокруг скважин, поскольку перфорирование пласта скважинами вызывает концентрацию напряжений в междускважинных целиках. Таким образом, угольный массив впереди забоя разгружается от вертикальных напряжений и сохраняет целостность, т.е. не дезинтегрируется, не отжимается. Максимум опорного давления смещается вглубь массива (график ор).
Массив, расположенный выше скважин под действием собственного веса и горного давления, а также вследствие наличия перекрытия серий скважин дезинтегрируется более интенсивно, чем без скважин.
----------------------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Катков Г.А. Современные аспекты ИГД им. А.А. Скочинского.- Вып. 224.- Вопро-
управления горным давлением. - Научн. сообщ. сы управления состоянием горного массива. -
Рис. 3. Вертикальные напряжения (а, МПа) в углепородном массиве в зоне влияния очистного забоя при управления дезинтеграцией разгрузочными скважинами при распоре секций крепи 12000 КН
М. 1984.-С. 7-11.
2. Мельников Е.А., Савельева Н.Г. Развитие и достижение в области управления горным давлением. - В кн.: Технология разработки месторождений твердых полезных ископаемых, т.12. - М.: ВИНИТИ.- С. 5-59.
3. Ходот В.В. Внезапные выбросы угля и газа. - М.: Госгортехиздат.- 1961. - 363 с
4. Бобров И.В. Способы безопасного проведения подготовительных выработок на пластах опасных по выбросам. - М.: Госгортехиздат, 1961. - 263 с.
5. Проскуряков Н.М. Влияние передовых скважин большого диаметра на деформации
угольного пологопадающего пласта. - 3ап. ЛГИ.- т.51. Вып. 1.- 1966. - С. 64-69.
6. Проскуряков Н.М., Янишевский А.А. Напряжения в массиве нарушенном скважинами большого диаметра. - Зап. ЛГИ, т.51. Вып. 1.166.- С. 70-77.
7. Павлов А.В. Система разработки пологого пласта с использованием опорного давления для предотвращения выбросов угля и газа при помощи скважин большого диаметра. - В сб.: Борьба с внезапными выбросами в угольных шахтах. - М.: Госгортехиздат, 1962.- С.421-426.
1ИГД=1
— Коротко об авторах ---------------------------------------------------------------------
Мельник Владимир Васильевич - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой ПРПМ,
Кириченко Иван Сергеевич - аспирант кафедры ПРПМ,
Московский государственный горный университет,
Moscow State Mining University, Russia, ud@msmu.ru
Может быть, выпускать книги в двух вариантах: в дорогом шикарном исполнении и в дешевом, на серой бумаге?
Средние тиражи книг по горному делу - 500 экземпляров (специалистов по какому-либо направлению горного дела и студентов обычно немного). При таких тиражах на полиграфию приходится только 1/3 всех расходов, а 2/3 - на издательские процессы. Затраты на бумагу и другие материалы составляет, как правило, 2-5 % от общей стоимости книги. Вопреки распространенному заблуждению, объем продаж ограничен не ценами на книгу, а количеством потенциальных читателей.
Себестоимость научной книги объемом в 20 печатных листов и тиражом в 500 экземпляров в 15-20 раз превышает себестоимость такой же книги тиражом в 10000 экземпляров. «Горная книга» свела цены на свои книги к минимуму, ниже которого они станут убыточными. Загляните в книжный магазин и сравните цены на книги, выпускаемые большим тиражом, с нашими ценами: разницы заметно не будет. Если выпускать книги в двух вариантах, рентабельность только уменьшится. Такая схема имела бы смысл при тираже 20000 экземпляров.
