Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время на территории Российской Федерации добывается порядка 325 млн. т угля в год, при этом более 65% добычи приходится на открытую разработку. В то же время на действующих шахтах отмечается сокращение запасов угля, пригодных к эффективной отработке по традиционным технологиям, существуют сложности по отводу новых земельных участков для глубоких разрезов.
Перспективным направлением добычи угля является вовлечение в отработку запасов подземным способом, вскрытых разрезами, что позволяет повысить полноту извлечения запасов из недр и продлить срок службы действующих горнодобывающих предприятий. Актуальность разработки этих запасов подтверждается эффективностью применения открыто-подземной технологии на угледобывающих и горнорудных предприятиях.
Формирование и развитие открыто-подземной технологии нашли отражение в трудах научных коллективов МГТУ, ИГД им. А.А. Скочинского, ИПКОН РАН, Института угля и углехимии СО РАН, ИГД СО РАН, СПбГГУ, ВНИМИ, КузГТУ, СибГИУ и многих других научных и учебных организаций. Результаты проведенных исследований составляют теоретическую и практическую базу для дальнейшего развития открыто-подземной технологии отработки запасов угольных пластов в сложных горно-геологических и горнотехнических условиях.
Разработка способов открыто-подземной разработки угольных месторождений, выявление закономерностей взаимовлияния открытых и подземных горных выработок, совершенствование методической базы для разработки технологических схем угледобывающих предприятий, определение и оптимизация их параметров позволят осуществлять строительство и эксплуатацию угледобывающих предприятий комбинированного типа при соблюдении требований промышленной и экологической безопасности.
В связи с изложенным научные исследования по обоснованию параметров открыто-подземной технологии добычи угля, обеспечивающих эффективную разработку угольных пластов, являются актуальными.
Цель диссертации - обоснование параметров эффективной и безопасной открыто-подземной технологии отработки запасов угольных пластов с учетом установленных зависимостей смещений и напряжений пород кровли, границы опасного влияния буровзрывных работ (БВР) и характера обрушения пород кровли.
Идея работы заключается в обеспечении полноты отработки запасов угольных пластов за счет применения вариантов открыто-подземной технологии с учетом геомеханического состояния породного массива.
Научные положения, выносимые на защиту:
-
Предложенный подход к освоению угольных месторождений заключается в совмещении во времени и разделении в пространстве разработанных вариантов технологии ведения открытых и подземных горных работ при осуществлении геомеханического мониторинга и использовании единой инфраструктуры угледобывающего предприятия.
-
Установленные закономерности распределения напряжений и смещений в углепородном массиве при взаимном влиянии открытых и подземных работ позволяют выявить зону разгрузки, в которой происходит равномерное увеличение шагов обрушения пород кровли при сохранении устойчивости подготовительных горных выработок.
-
Разработанная методика расчета границы опасного влияния буровзрывных работ и определения характера обрушения пород кровли позволяет обосновать параметры крепления горных выработок, ширину вынимаемой полосы угля и барьерного целика при открыто-подземной разработке пологих угольных пластов.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций работы подтверждаются:
корректностью использования современных научных методов для разработки новых вариантов открыто-подземной технологии разработки угольных пластов, математических методов для обоснования параметров технологии и их адаптации к реальным условиям;
сходимостью результатов моделирования закономерностей изменения смещений горного массива вне зоны влияния открытых горных выработок и ранее полученных результатов экспериментов (отклонения не превышают 10%).
Научная новизна работы заключается в:
формировании структурно-функциональной схемы комбинированного (открыто-подземного) способа освоения угольных месторождений;
разработке методики расчета границы зоны опасного влияния буровзрывных работ с учетом особенностей обрушения пород кровли при открыто-подземной разработке угольных пластов, позволяющей формировать рекомендации по определению параметров крепей горных выработок и стабилизации нагрузки на очистной забой;
- создании технологической схемы открыто-подземного способа отработки запасов угольных пластов в сложных горно-геологических, горнотехнических условиях Южного Кузбасса.
Научное значение работы. Проведенные исследования составляют теоретическую базу для дальнейшего развития открыто-подземного способа отработки пологих угольных пластов на основе полученных зависимостей изменения геомеханического состояния углепородного массива.
Практическое значение заключается в возможности вовлечения в разработку подземным способом угольных пластов, вскрытых разрезами, что позволяет повысить полноту извлечений запасов из недр и продлить срок службы действующих угледобывающих предприятий.
Реализация выводов и рекомендаций. Научные результаты и практические рекомендации использованы при выполнении научно-исследовательской работы по теме: «Обоснование технологических и геомеханических параметров открыто-подземного способа разработки свиты угольных пластов» в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы».
Апробация работы. Основные положения диссертации и результаты исследований докладывались и получили одобрение на Международных научно -практических конференциях «Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых» (Новокузнецк, 2007, 2008 гг.) и «Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов» (Новокузнецк, 2008 г.); Всероссийской конференции-конкурсе студентов выпускного курса (Санкт-Петербург, 2008 г.); конкурсе научно-технических и инновационных проектов «Ты - можешь» (Кемерово, 2010 г.); семинарах кафедры разработки пластовых месторождений СибГИУ (2009-2011 гг.); семинарах кафедры подземной разработки пластовых месторождений МГГУ (2010-2011 гг.).
Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 8-ми печатных трудах, в том числе 3-х статьях в изданиях, входящих в перечень ВАК Минобр-науки России, и в 2-х патентах на изобретения.
Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 53 рисунка, 13 таблиц и список литературы из 114 наименований.
Автор выражает благодарность д.т.н., проф. Мельнику В.В. и Фрянову В.Н. за методическую помощь в проведении исследований, полезные замечания и ценные советы.
