CC BY
15
- © О.И. Казанин, М.Г. Мустафин,
Ле Ван Хау, 2015
УДК 622.272: 502.65
О.И. Казанин, М.Г. Мустафин, Ле Ван Хау
ВЫБОР ТЕХНОЛОГИИ ОТРАБОТКИ ПЛАСТОВ НА ШАХТЕ НАММАУ (ВЬЕТНАМ), ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЙ БЕЗОПАСНОСТЬ ПОДРАБАТЫВАЕМЫХ ОБЪЕКТОВ
Представлены сведения о запасах угля в бассейне Куангнинь Вьетнама, залегающих под охраняемыми объектами на поверхности. В соответствии с Правилами охраны сооружений показаны основные параметры, характеризующие сдвижение подрабатываемой толщи, приведены критические значения параметров с точки зрения сохранности объектов на поверхности. Приведены результаты натурных исследований процессов сдвижения поверхности, проведенных в 2011 году сотрудниками Научно-технологического Горного Института Вьетнама для шахт бассейна Куангнинь. Полученные в результате натурных наблюдений данные по шахте Наммау, определяющие параметры сдвижения пород, взяты за основу при проведении численных исследований процесса деформирования массива горных пород при его подработке с использованием различных технологий. Для расчетов использовался программный комплекс «Массив», в котором реализована методика, содержащаяся в действующих правилах охраны сооружений от вредного влияния подземных горных работ на угольных месторождениях. В результате численных исследований установлено, что отработка пласта 7 с полным обрушением в условиях шахты Наммау приведет к разрушению объектов на поверхности. Ключевые слова: запасы угля, технология отработки, полное обрушение, закладка, сдвижение поверхности, сохранность объектов.
По данным Научно-технологического Горного Института Вьетнама запасы угля под охраняемыми объектами в бассейне Куангнинь составляют 663,4 млн тонн. Подробный анализ расположения участков месторождений, показал, что запасы угля в пластах, разрабатываемых комбинацией подземного и открытого способа, составляют 284,8 млн тонн и сосредоточены на участках месторождений Хечам ¡НУ, Хечам
III и Нуйбео. Разработка угольных пластов подземным способом в таких условиях влияет как на состояние бортов разрезов вследствие оседаний поверхности, воздействия буровзрывных работ, и наоборот, накапливающиеся в разрезе воды создают опасность для шахт, расположенных под ними. В случае разработки угольных пластов под сооружениями, нужно обеспечить условия, обеспечивающие как подземную добычу, так и функционирование наземных объектов.
При определении границ зоны влияния подработки по данным наблюдений на целом ряде месторождений [1] приняты следующие значения деформаций земной поверхности при расстояниях между реперами 15-20 м: наклоны i=0,5-10-3, растяжение в = 0,5-103. Границы зоны влияния подработки определяются по граничным углам:
• в наносах (четвертичные и третичные горизонтально залегающие породы, не вмещающие разрабатываемые пласты) ф0, которые принимаются одинаковыми во всех направлениях и учитываются при мощности наносов более 5 м;
• в мезозойских отложениях на месторождениях палеозойского возраста — 50м; ß0м; у0м;
• в коренных породах, к которым относятся породы того же возраста, что и разрабатываемые угольные пласты — 50, ß0, у0, ß01; углами 50 и 50м определяются границы зоны влияния подземных разработок по простиранию пласта; углами ß0; ß0м; у0 и у0м — вкрест простирания пласта соответственно со стороны падения и восстания; углами ß01 определяется граница зоны влияния в лежачем боку пласта при углах падения а больше предельных значений ап.
Различают граничные углы при выемке одиночных пластов и свит. При выемке свит пластов в зависимости от взаимного расположения границ выработок в разных пластах граничные углы могут быть как меньше, так и больше их значений от влияния отдельной выработки в одном пласте.
В пределах зоны влияния подработки выделяют зону опасного влияния. Для определения границ зоны опасного влияния в Правилах охраны [1] приняты следующие значения деформаций земной поверхности: наклон i = 4-10-3; кривизна К = 0,2-10-3 1/м; растяжение в = 2-10-3 (при среднем интервале 15-20 м).
С целью определения степени влияния подработки на состояние поверхности в 2011 году сотрудниками Научно-технологического Горного Института Вьетнама были проведены наблюдения за сдвижением поверхности на нескольких шахтах бассейна Кунгнинь, включая шахту Наммау [2]. Шахта Наммау расположена в культурно-туристической зоне Йен Ты, значительная часть запасов расположена под охраняемыми объектами на поверхности. На шахте отрабатывается пласт 7 средней мощностью 2,0 м, углом падения от 25 до 30 градусов на глубине от 180 до 220 м при мощности наносов — 10 м. Отработка пласта ведется с применением системы разработки длинными столбами по простиранию. Отбойка угля в лаве длиной 80 м осуществляется с помощью БВР, крепление приза-бойного пространства — индивидуальной крепью, управление кровлей - полным обрушением. Длина выемочного участка по простиранию составляет 160 м. Технологическая схема отработки пласта представлена на рис. 1. Суточная нагрузка на очистной забой составляет 300 т/сут.
В результате проведенных натурных наблюдений получены углы сдвижения пород, которые приведены в табл. 1.
Таблица 1
Углы сдвижения пород Угольной шахты Наммау
- Коэффициент крепо- Расчетные углы Углы сдвижения по-
сти пород участка: f = 5,7 - Угол падения пласта: сдвижения порол рол по замерам и наблюдениям
Назва- Значе- Назва- Значе-
а =230 -270 ние углов ния (градус) ние углов ния (градус)
80 65 80 71
у0 65 у0 60
Р0 46 в0 53
8 75 8 76
Y 75 Y 76
в 54 в 60
ф0 45 ф0 45
¥1 54 ¥1 48
¥2 69 ¥2 85
¥3 58 ¥3 79
0 70 0 70
Рис. 1. Технологическая схема разработки пласта 7 на шахте Наммау
Полученные в результате натурных наблюдений данные по шахте Наммау, определяющие параметры сдвижения пород, были использованы в дальнейшем для проведения численных исследований процесса деформирования массива горных пород при его подработке с использованием различных технологий.
Для определения параметров сдвижения использовался программный комплекс (ПК) «Массив» [8], результаты расчета с указанием опасных с точки зрения сохранности объектов поверхности значений, приведены на рис. 2.
На рис. 2 выделены опасные и максимальные значения: наклонов 1=4,87-103, кривизны К = 0,5-10-3 и растяжений в = =3,15-10-3. Как видно из рис. 2, в ряде случаев (в, г, е) расчетные величины превысили опасные значения параметров
сдвижения пород, установленные в Правилах охраны [1] при работе с полным обрушением или с частичной закладкой выработанного пространства с небольшим коэффициентом заполнения. Таким образом, для обеспечения сохранности объектов на поверхности необходимо выбрать другую технологию отработки, обеспечивающую сдвижение земной поверхности менее критических параметров.
Одним из способов разработки участков месторождений под гражданскими и промышленными сооружениями, водными объектами (река, ручей, озеро) и т.д. является технология с управлением кровлей полной закладкой выработанного пространства с целью максимального ограничения степени оседания поверхности. Например, чтобы охранить участки поселений на поверхности в угольной шахте Wujeck района Katowice Польши, угольные пласты на глубине 360 м разрабатывают с полной закладкой выработанного пространства. Закладка подается гидравлическим способом. Выемочные участки отрабатываются очистными механизированными комплексами, средняя производительность лавы достигает 400 тыс. т/год.
В угольных шахтах Донбасса для обеспечения сохранности сооружений на поверхности применялись технологические схемы с полной закладкой выработанного пространства самотёком [4]. В Кузбассе с полной гидравлической закладкой отрабатывались мощные крутые пласты горизонтальными (наклонными) слоями в восходящем порядке.
В 2006 году Научно-технологический Горный институт Вьетнама в сотрудничестве с угольной компанией Маохе и японскими специалистами, исследовали технологию разработки длинными столбами по простиранию с управлением кровлей полной закладкой выработанного пространства. В результате испытаний технологии с управлением кровлей полной закладкой выработанного пространства были получены удовлетворительные результаты по ограничению оседания поверхности, что уменьшило потерю запасов, залегающих под охраняемыми сооружениями. Несмотря на то, что затраты по эксплуатации превысили цену продажи угля, применение закладки выработанного пространства открыло направления исследований по выемке угля под охраняемыи объектами на поверхности.
а — зона оседания пород шахты Наммау (управление кровлей полным обрушением)
— наклоны земной поверхности шахты Наммау
в
О ?0 100
П'Жие ифушени? — — ?эглздкэ т к =0 6
б — оседание земной поверхности на шахте Наммау
i *
! V
t
—i <—
t
-i f-
t f V
4 -A
J- ,■ * — "s > 4 *
te If Л а* * —4 4 ■t V
О 2D 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 Полное обрушение ~~ ■ Закладка с к = 0.8 Закладка с к = 0.7
— — Закладка с к = 0.6 ......Закладка с к = 0.5
г — кривизна земной поверхности шахты Наммау
es
—N Y > . . , /// 1'/ П
fe /
д — горизонтальные сдвижения земной поверхности е — горизонтальные деформации земной поверхности шахты Наммау шахты Наммау
Полное обрушение • Закладка с к =0.8 Закладка с к = 0.7
— — Закладка с к =0.6 Закладка с к= 0.5
Рис. 2. Параметры сдвижения земной поверхности на шахте Наммау (одиночная выработка)
Для условий шахты Наммау были проведены численные исследования процессов сдвижения поверхности при отработке пласта с полной закладкой выработанного пространства. Мировой опыт подземной разработки угольных пластов с закладкой выработанного пространства показывает, что коэффициент заполнения выработанного пространства может достигать от 0,8-0,95 (в зависимости от способа закладки). Для обеспечения безопасности сооружений на поверхности шахты Нам-мау, в расчетах использован коэффициент заполнения выработанного пространства равный 0,8. Полученные результаты параметров сдвижения земной поверхности приведены на рис. 2.
Расчетные параметры сдвижения земной поверхности при применении полной закладки выработанного пространства с коэффициентом заполнения 0,8 существенно ниже опасных значений, что свидетельствует об обеспечении безопасности сооружений на поверхности и возможности разработки угольных запасов под охраняемыми объектами. Дальнейшие численные исследования показали, что безопасные для объектов поверхности значения сдвижений для условий шахты Наммау обеспечиваются при коэффициенте заполнения выработанного пространства, превышающим 0,7. При более низких значениях коэффициента показатели кривизны земной поверхности в зоне подработки превышают предельно допустимые значения (рис. 2 г). Таким образом, установленные предельные значения коэффициента заполнения позволяют определить набор технологических схем отработки пласта с полной либо частичной закладкой, обеспечивающих сохранность поверхностных объектов.
Опыт использования закладки выработанного пространства во Вьетнаме и в других странах мира показывает возможность разработки угольных пластов под охраняемыми объектами в условиях угольных шахт бассейна Куангнинь. Обоснование параметров технологических схем, обеспечивающих эффективность разработки при обеспечении сохранности объектов на поверхности является задачей следующих этапов исследований.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях. -СПб.: ВНИМИ, 1998. - 291 с.
2. PGS.TS Phùng Manh Dac — Вбо сбо tong ket khoa hoc уа ky tuât de tаi: «Nghiran cúu lúa chon сбс giai phбp ky thuât уа сфпд nghê hap 1э de khai Шбс than à c6c khu vyc cу di tech ljch sfr van hуa, cфng tranh cфng nghiêp уа <1вп dung». Viên Khoa hoc Сф^ nghê Mo, На Nôi, nam 2011.
3. Акимов. А.Г., Громов. В.В., Геомеханические аспекты сдвижения горных пород при подземной разработке угольных и рудных месторождений. Санкт-Петербург, 9 линия, 2003.
4. Гребенкин С.С., Мельник В.В. Прогрессивные технологии подземной отработки запасов месторождений полезных ископаемых с закладкой выработанных пространств. Донецк «ВИК» 2013.
5. Nguyen Anh Tuan, Truing Due Du, Dang Hong Thang, Вбо сбо tong ket de tаi «Nghirn euu бр dung eфng nghe khai thбe ehиn 1т phue vu eфng tбe dieu khien dб vбeh vа bao ve c6c doi tuang eфng trMnh be mat trong dieu kien c6c mo ham 1т vrnng Quang Ninh». Vien Khoa hoe Сф^ nghe Mo, На Noi, nam 2006.
6. Brady, B. and Brown, E., 2004. Rock Mechanics for Underground mining, Third edition, Kluwer academic Publishers, Dorrecht/Boston/London.
7. Palarski, J., 1999. Multi-slice Longwalling with backfill, 2th International underground Coal Conference — Underground Coal Mining Global Experience — Lessons for Survival, The Australian Coal Industry Research Laboratories (ACIRL) and the University of New South Wales, Sydney, pp. 37-46.
8. Мустафин М.Г., Наумов А. С. Контроль допустимых деформаций земной поверхности при строительстве вертикальных выработок в условиях застроенных территорий. Записки Горного института, том 198, СПб, 2012 г.с.194-197.
9. TS. Nguyrn Anh Tuan, TS. Dаo Hong Quang — Kha nang 6p dung giai phбp сф^ nghe chиn 1т trong khai Ш6с than tai c6c mo than ham 1т vrnng Quang Ninh. ^ф^ tin khoa hoe сф^ nghe mo — Vien Khoa hoe Cфng nghe Mo, Ha Noi, nam 2011. ИШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Казанин О.И. — доктор технических наук, профессор, [email protected], Мустафин М.Г. — доктор технических наук, Ёе Ван Хау — аспирант,
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный».
UDC 622.272: 502.65
SELECTION OF MINING TECHNOLOGY FOR NAMMAU COAL MINE (VIETNAM) TO PROVIDE UNDERMINED OBJECTS SAFETY
Kazanin O.I., Ph.D., [email protected], National mineral resources university «University of Mines», Russia,
MustafinM.G., Ph.D., National mineral resources university «University of Mines», Russia, Le Van Hau, postgraduate student, National mineral resources university «University of Mines», Russia,
The information about coal reserves located under supervised objects of the surface at the Quang Ninh basin of Vietnam are given. According to constructions preservation rules the main parameters, which characterized undermined rock mass subsiedence are shown and parameters critical value for objects preservation are given. The results of subsiedence field studies executed in 2011 by specialist of Vietnam Research Institute of Mining for Quang Ninh basin coal mines are presented. The field studies results data files for Nammau mine were taken as the base for numerical researches of rock mass deformations after its undermining with using different mining technologies. The «Massiv» program complex where the technique of the existing rules of constructions preservation from an adverse effect of underground mining operations on coal fields is realized was used for calculations. As a result of numerical researches it is established that coal seam 7 mining technology with a roof caving in the conditions of Nammau's mine will lead to destruction of objects on a surface. It is necessary to apply technologies with a full backfill, or a partial backfill with filling ratio to ensuring safety of objects has to be not less than 0,7.
Key words: coal reserves, mining technology, roof caving, backfill, surface subsidence, objects preservation.
REFERENCES
1. Pravila ohrany sooruzhenij i prirodnyh ob#ektov ot vrednogo vlijanija podzemnyh gornyh razrabotok na ugol'nyh mestorozhdenijah (Rules of Constructions and Natural Objects Protection from Harmful Effect of Underground Coal Mining). SPb.: VNIMI, 1998. 291 p.
2. PGS.TS Phmng Manh Dac — B6o c6o tong ket khoa hoc va ky tuat de tai: «NghiKn cuu lua chon c6c giai ph6p ky thuat va c^ng nghe hgp la de khai th6c than a c6c khu vuc cy di tHch lich su van hya, c^ng trMnh c^ng nghiep va dBn dung». Vien Khoa hoc C^ng nghe Mo, Ha Noi, nam 2011.
3. Akimov. A.G., Gromov. V.V., Geomehanicheskie aspekty sdvizhenija gornyh porod pri podzemnoj razrabotke ugol'nyh i rudnyh mestorozhdenij (Geomechanical aspects of the rock mass subsidence during underground coal and ore deposits mining). Sankt-Peterburg, 9 linija, 2003.
4. Grebenkin S.S., Mel'nik V.V. Progressivnye tehnologii podzemnoj otrabotki zapa-sov mestorozhdenij poleznyh iskopaemyh s zakladkoj vyrabotannyh prostranstv (Progressive underground mineral mining technologies with the gobs stowing). Doneck «VIK» 2013.
5. Nguyen Anh Tuan, Truong Duc Du, Dang Hong Thang, B6o c6o tong ket de tai «NghiKn cuu 6p dung c^ng nghe khai th6c chnn It phuc vu c^ng t6c dieu khien d6 v6ch va bao ve c6c doi tuong c^ng trMnh be mat trong dieu kien c6c mo ham It vmng Quang Ninh». Vien Khoa hoc C^ng nghe Mo, Ha Noi, nam 2006.
6. Brady, B. and Brown, E., 2004. Rock Mechanics for Underground mining, Third edition, Kluwer academic Publishers, Dorrecht/Boston/London.
7. Palarski, J., 1999. Multi-slice Longwalling with backfill, 2th International underground Coal Conference — Underground Coal Mining Global Experience. Lessons for Survival, The Australian Coal Industry Research Laboratories (ACIRL) and the University of New South Wales, Sydney, pp. 37-46.
8. Mustafin M.G., Naumov A.S. Kontrol' dopustimyh deformacij zemnoj poverhnosti pri stroitel'stve vertikal'nyh vyrabotok v uslovijah zastroennyh territorij (Acceptable daily surface deformations control during vertical headings construction in the built-up areas). Zapiski Gornogo instituta, tom 198, SPb, 2012. pp.194-197.
9. TS. NguyKn Anh Tuan, TS. Dao Hong Quang — Kha nang 6p dung giai ph6p c^ng nghe chnn It trong khai th6c than tai c6c mo than ham It vmng Quang Ninh. Th^ng tin khoa hoc c^ng nghe mo — Vien Khoa hoc C^ng nghe Mo, Ha Noi, nam 2011.
