Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса. цели и задачи исследований 8
1.1 Анализ горно-геологических и горнотехнических условий отработки угольных пластов на шахтах ОАО «СУЭК» 8
1.2 Анализ технологических схем отработки свит пластов на шахтах РФ 25
1.3 Анализ нормативных документов, учитывающих влияние сближенных пластов 30
1.4 Анализ мирового опыта отработки сближенных пластов 33
1.5 Выводы по главе. Цель и задачи исследований 39
2 Натурные исследования влияния параметров зон пгд и их расположения относительно отрабатываемого выемочного участка на устойчивость выемочных выработок 42
2.1 Выбор методов проведения исследований 42
2.2 Исследование влияния параметров зон ПГД и их расположения относительно отрабатываемого выемочного участка на устойчивость выемочных выработок 43
2.3 Исследование влияния параметров зон ПГД и их расположения относительно отрабатываемого выемочного участка на технико-экономические показатели очистных забоев 49
2.4 Исследование трудоемкости перехода очистными и подготовительными забоями скважин, пробуренных с поверхности 60
Выводы по главе 64
3 Эксприментально-аналитические исследования влияния зон пгд на состояние выемочных выработок и кровли в лавах при различных параметрах технологических схем 66
3.1 Выбор методики проведения исследований 66
3.2 Исследование влияния параметров технологических схем на форму и размеры зон ПГД при отработке сближенных пластов 66
3.4 Исследование влияния параметров зон ПГД, основных стохастических горногеологических и горнотехнических параметров на устойчивость непосредственной кровли в очистных забоях 76
3.5 Выводы по главе 84
4 Обоснование параметров интенсивной отработки пологих угольных пластов на шахтах ОАО «суэк-кузбасс» в зонах ПГД
4.1 Обоснование параметров расположения выемочных участков относительно зон ПГД 86
4.2 Обоснование параметров способа подготовки выемочных участков 92
4.3 Обоснование параметров паспортов крепления выемочных выработок 93
4.4 Оценка экономической эффективности разрабатываемых рекомендаций 93
4.5 Экономическое обоснование параметров рекомендуемых схем отработки запасов в зонах ПГД 100
Выводы по главе 109
Заключение 111
Список литературы
- Анализ технологических схем отработки свит пластов на шахтах РФ
- Исследование влияния параметров зон ПГД и их расположения относительно отрабатываемого выемочного участка на устойчивость выемочных выработок
- Исследование влияния параметров технологических схем на форму и размеры зон ПГД при отработке сближенных пластов
- Обоснование параметров способа подготовки выемочных участков
Введение к работе
Актуальность работы. Широкое распространение как в России, так и за рубежом получила технология подземной отработки пологих угольных пластов высокопроизводительными комплексно-механизированными длинными очистными забоями с оставлением между выемочными участками неизвлекаемых ленточных целиков. При отработке свит пластов это приводит к формированию зон повышенного горного давления (ПГД) на сближенных пластах, что делает неизбежным практически для всех шахт отработку части запасов в таких зонах. Даже при реализации структуры «шахта-лава», когда угледобыча обеспечивается работой одного очистного забоя, при переходе горных работ на соседние пласты возникает необходимость ведения работ в зонах ПГД. Как показывает опыт отработки свит пологих угольных пластов на шахтах Кузбасса, ведение горных работ в зонах ПГД существенно осложняется повышенными нагрузками на крепь очистных забоев и выемочных выработок, сопровождается повышенным газовыделением на выемочных участках. В ряде случаев это приводило к формированию вывалов в очистных забоях, разрушению выемочных выработок и необходимости проведения дополнительной (третьей) выработки за пределами зон ПГД, снижению нагрузок на очистные забои.
Решению задач обеспечения эффективной разработки свит пластов посвящены работы А.А. Борисова, Я.А. Бича, В.В. Зубкова, В.П. Зубова, М.А. Иофиса, О.И. Казанина, О.В. Ковалева, С.Т. Кузнецова, А.М. Линькова, И.М. Петухова, А.Н. Шабарова и др. На основе результатов исследований разработаны отраслевые нормативные документы, регламентирующие вопросы построения зон ПГД, определения параметров паспорта крепления выработок, порядок ведения горных работ в опасных зонах. В то же время четких рекомендаций о взаимном расположении очистных и участковых подготовительных выработок относительно зон ПГД на сближенных пластах, оценки влияния параметров технологических схем на эффективность отработки пластов в зонах ПГД в работах и документах не представлено.
Поскольку более половины шахт Кузбасса отрабатывают свиты пластов, все большее количество шахт переходит на структуру «шахта-лава», вопросы обоснования параметров технологических схем, обеспечивающих эффективность и безопасность их совместной отработки, являются актуальными.
Цель работы. Повышение экономической эффективности и безопасности подземной отработки сближенных пологих угольных пластов в зонах повышенного горного давления.
Идея работы. Выбор параметров технологических схем отработки сближенных пологих угольных пластов в зонах ПГД необходимо осуществлять на основе оценки напряженно-деформированного состояния массива внутри зон с учетом затрат на проведение и поддержание выемочных выработок, технико-экономических показателей работы очистных забоев, ущерба от потерь угля в целиках.
Основные задачи исследований:
1. Анализ мирового опыта отработки пластов в зонах ПГД.
2. Натурные исследования влияния параметров
технологических схем на эффективность отработки пластов в зонах
ПГД.
-
Экспериментально-аналитические исследования влияния зон ПГД на состояние выемочных выработок и кровли в лавах при различных параметрах технологических схем.
-
Разработка рекомендаций по определению параметров технологических схем при отработке пологих угольных пластов в зонах ПГД.
5. Оценка эффективности и определение области
применения разработанных рекомендаций.
Методы исследований. Для решения поставленных задач использован комплексный метод, включающий обобщение и анализ теории и практики отработки свит пластов длинными столбами; натурные исследования влияния параметров технологических схем на эффективность отработки пластов в зонах ПГД; экспериментально-аналитические исследования влияния зон ПГД на состояние выемочных выработок и кровли в лавах при различных
параметрах технологических схем; компьютерная обработка данных.
Научная новизна:
Установлены условия обеспечения эксплуатационного состояния выемочных выработок в зонах ПГД в горногеологических условиях шахты «им. СМ. Кирова» ОАО «СУЭК-Кузбасс».
Установлены зависимости затрат на отработку выемочных участков в зонах ПГД от расположения и параметров крепления выемочных выработок для условий шахты «им. СМ. Кирова» ОАО «СУЭК-Кузбасс».
Основные защищаемые положения:
1. В условиях шахты «им. СМ. Кирова» ОАО «СУЭК-
Кузбасс» эксплуатационное состояние выемочных выработок в
зонах ПГД обеспечивается при их расположении относительно
проекции краевой части межстолбового целика по
надрабатывающему пласту со смещением, величина которого
определяется типом крепи и параметрами паспорта крепления.
2. При использовании для отработки выемочных участков в
зонах ПГД механизированных комплексов с крепями повышенного
сопротивления, передвигаемых с активным подпором, наиболее
значимым фактором, определяющим технико-экономические
показатели работы очистных забоев, является состояние выемочных
выработок в течение всего срока их эксплуатации.
3. Выбор параметров технологических схем отработки
выемочных участков длинными столбами с оставлением
межстолбовых угольных целиков следует осуществлять с учетом
влияния на выемочные выработки зон ПГД от сближенных пластов,
места расположения геологоразведочных скважин и потерь
полезного ископаемого в межстолбовых угольных целиках.
Практическая значимость работы:
Разработаны рекомендации по выбору расположения очистных и выемочных выработок относительно зон ПГД, сформированных целиками на сближенных пластах.
Разработаны рекомендации по выбору параметров паспортов крепления выработок в зонах ПГД.
Достоверность и обоснованность научных положений и рекомендаций. Достоверность защищаемых положений, основных выводов и рекомендаций обеспечивается представительным объемом данных натурных наблюдений, использованием современных апробированных методов исследований; удовлетворительной сходимостью результатов натурных и численных исследований.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на: Международной научно-практической конференции «Подземные горные работы – 21 век. Пути повышения эффективного и безопасного освоения пластовых месторождений полезных ископаемых подземным способом» (Ленинск-Кузнецкий,
-
г.); семинаре Международного научного симпозиума «Неделя горняка - 2013» (Москва, 2013 г.); XV международной научно-практической конференции «Энергетическая безопасность России: новые подходы к развитию угольной промышленности» (Кемерово,
-
г.); научных семинарах кафедры разработки месторождений полезных ископаемых Национального минерально-сырьевого университета «Горный» (2012-2015 гг.).
Личный вклад автора. Сформулированы цель и задачи исследований, выбраны методики и проведены экспериментально-аналитические и натурные исследования, обобщены результаты исследований, сформулированы основные научные положения и выводы.
Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 8 печатных работах, из них 2 - в изданиях Перечня, рекомендуемого ВАК Минобрнауки России, получены 2 патента на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертационная работа общим объемом 139 страниц состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 108 источников, включает 54 рисунка и 36 таблиц.
Анализ технологических схем отработки свит пластов на шахтах РФ
Следует отметить, что зоны ПГД имеют различную ориентацию относительно выемочного столба и различную долю в площади отрабатываемых (планируемых к отработке) выемочных столбов. Рассмотрим более подробно горнотехнические ситуации, имеющие место на шахтах ОАО «СУЭК». На рисунке 1.2 приведена выкопировка из плана ведения горных работ по пласту 66 шахты «Талдинская-Западная-1» ОАО «СУЭК-Кузбасс» с указанием зон ПГД от целиков пласта 67.
После подработки лавы №1380 от краевых частей и целиков пласта «Бреев-ский» сформировалась зона повышенного горного давления на пласте «Байкаим-ский», которая может оказывать негативное влияние на выработки выемочного участка 1380.
Проведенные в условиях шахты «Шахта им.7 ноября» наблюдения выявили незначительное (до 20 мм) смещение кровли выработок в зоне влияния очистных работ при работе лавы №1380, а также пучение почвы в выработках до 300 мм. Однако, указанные смещения и пучение почвы выработок являются характерными не только для рассматриваемой зоны ПГД, а для большей части выработок по их протяженности в пределах выемочного столба №1380. Таким образом, в рассматриваемой горнотехнической ситуации, определяемой в соответствии с нормативным документом как «опасная зона», негативное влияние на состояние подготовительных выработок и работу очистного забоя шахтными наблюдениями не выявлено.
В связи наличием в кровле пласта «Байкаимский» шахты «имени 7 Ноября» пород с коэффициентом крепости 4-6 были зафиксированы осложняющие факторы в процессе ведения очистных работ в части посадки кровли после подвигания очистного забоя, особенно при выходе механизированного комплекса из монтажной камеры. В качестве мер по посадке кровли осуществлялась ее искусственная посадка с применением буровзрывных работ.
Выкопировка из плана ведения горных работ по пласту Надбайкаимский шахты «им. А.Д. Рубана» ОАО «СУЭК-Кузбасс» В процессе ведения подготовительных и очистных работ в границах пласта «Надбайкаимский» шахты «им. А.Д. Рубана» наблюдались вывалообразования вместе с существующей анкерной крепью на участках выработок, находящихся в зоне выветрелых пород при расстоянии от дневной поверхности до 70 м, а также в зонах ПГД. Протяженность участков вывалообразования составляла до 8-10 м, высота – до 3,5 м, ширина участков равна ширине выработок.
При отработке выемочных столбов по пласту «Поленовский» шахты «им. С.М. Кирова» наблюдались процессы пучения почвы, как выработок собственного выемочного столба, так и вентиляционного штрека нижележащего выемочного столба в зоне влияния очистных работ. По мере подвигания очистного забоя вышележащего выемочного столба, с отставанием 150-250 м при ширине целика 25 м развивался процесс пучения почвы в вентиляционной печи нижележащего выемочного столба, сопровождающийся увеличением конвергенции «кровля-почва» и «бок-бок», что в дальнейшем привело в непригодное для эксплуатации состояние вентиляционной печи и принятию решения о проведении дополнительной вентиляционной выработки для отработки нижележащего выемочного столба.
На рисунке 1.7 приведена выкопировка из плана ведения горных работ по пласту «Поленовский» шахты «им. С.М. Кирова» ОАО «СУЭК-Кузбасс» с изображением зон ПГД от пласта «Болдыревский» при мощности междупластья 48 м.
При проведении выемочных выработок по пласту «Бреевский» шахты «По-лысаевская» наблюдался отжим угля боков выработок, что повлекло необходимость установки анкерной крепи при условии отсутствия ее установки в соответствии с расчетами, выполненными по действующим инструкциям.
Исследование влияния параметров зон ПГД и их расположения относительно отрабатываемого выемочного участка на устойчивость выемочных выработок
Для проведения натурных исследований и детальной оценки вмещающих пород кровли оконтуренного горными выработками выемочного столба нами выбраны следующие визуальные и инструментальные методы: - визуально-инструментальные методы с замером по длине подготовительных выработок на пикетах: прогибов верхняков, деформаций шайб анкерной крепи, смещений закреплённых в скважинах глубинных реперов, отжима угля с боков подготовительных выработок, притоков воды в выработку и др.; - определение азимута, угла наклона и интенсивности трещин в углепород-ном массиве на контуре подготовительной выработки, в скважине оптическим методом; по результатам оценки и систематизации полученных данных - уточненные вертикальные разрезы по оси оконтуривающих выработок с фактической структурой и мощностью вмещающих пород на глубину отбора керна.
Основными задачами проведения исследований являлись: - проведение геомеханического анализа с детальной оценкой вмещающих пород кровли для уточнения параметров очистного забоя и мер безопасности по управлению горным давлением при разработке паспортов выемочных участков, оборудованных механизированными комплексами, обеспечивающими темпы по-двигания очистного забоя более 100 метров в месяц; - определение в пределах выемочного столба зон дислокации геологических нарушений, величину амплитуды разрывных нарушений и величину уменьшения мощности пласта в зонах ручьевых геологических размывов; - определение зон расслоения и трещиноватости пород кровли в подготовительных выработках. Натурные наблюдения состояния выработок были проведены в 2011-2012 гг. на пласте «Поленовский» шахты им. С.М. Кирова ОАО «СУЭК-Кузбасс». Исследовались следующие выработки: вентиляционная печь 2592, конвейерная печь 2592, вентиляционная печь 2593, вентиляционная печь 2593бис, вентиляционная печь 2594.
Поле шахты им. С.М. Кирова ОАО «СУЭК-Кузбасс» расположено в северозападной части Ленинского геолого-экономического района Кузбасса. В настоящее время на шахте отрабатываются пологие пласты «Болдыревский» и Поленов-ский, средней мощностью 2,5 м и2,1 м соответственно. Отработка ведется длинными столбами по простиранию, выемочные участки подготовлены спаренными выработками с оставлением между ними неизвлекаемых ленточных целиков. Таким образом, ведение очистных и подготовительных работ по пласту Поленов-скому предусмотрено в зоне ПГД от целиков, оставляемых при отработке вышележащего пласта Болдыревского; мощность междупластья составляет 50-70 м.
В результате проведения в 2011-2012 г. натурных наблюдений состояния выработок пласта «Поленовский» шахты им. С.М. Кирова ОАО «СУЭК-Кузбасс» выявлены следующие специфические особенности горно-геологических условий залегания пласта 25 (в районе отработки выемочных столбов 25-93 и 25-94): - мощность пласта «Поленовский» 1,6-1,8 м. В юго-западной части выемочного столба 25-94 установлено утонение пласта до 0,3-0,6 м на протяжении 60 м. В целом, строение пласта «Поленовский» простое, однако, в юго-западной части присутствует породный прослоек (аргиллит, f=2,5) мощностью до 0,15 м в нижней части пласта; - уголь пласта «Поленовский» блестящий, с преобладанием компонентов группы витринита. Крепость угля f = l,5-2. Угол падения пласта от 8-9 до 2 в оси складки. Гипсометрия пласта волнистая с наличием мульд; - основная система трещин расположена под углом 50 к штрекам с углом падения 80. В тектоническом отношении - возможна встреча разрывных нарушений с амплитудой до 2 м; - пласт «Поленовский» не склонен к самовозгоранию, отнесен к угрожаемым по горным ударам и опасным по взрывчатости угольной пыли, Шахта им. С.М. Кирова отнесена к сверхкатегорной; - мощность ложной кровли составляет 0,1-0,3 м, коэффициент крепости f=2,5. Непосредственная кровля пласта «Поленовский» состоит из аргиллитов и алевролитов мощностью 2-6 м средней крепости f=3-4. Кровля отнесена от неустойчивой (I класса) до средней устойчивой (II класса). Не исключено наличие локальных участков с пониженной устойчивостью, обусловленной проявлением плитчатой отдельности, что не исключает внезапное обрушение пород кровли на высоту до 0,5-0,7 м. Основная кровля мощностью до 20-30 м представлена крепкими песчаниками f=5-7. Почва пласта «Поленовский» состоит из аргиллитов и алевролитов средней крепости (f=3-4); - гидрогеологические условия осложнены в оси синклинали за счет обводненности и наличия мульд.
В процессе отработки выемочного столба 2593 пласта «Поленовский» производились систематические обследования и наблюдения за состоянием выработок выемочного участка 2593, а также за состоянием выработок, оконтуривающих выемочный столб 2594 и других выработок, находящихся в зоне влияния, либо возможного влияния опорного горного давления консоли (толщи пород), зависающей над выработанным пространством отработанной части выемочного столба 2593.
Исследование влияния параметров технологических схем на форму и размеры зон ПГД при отработке сближенных пластов
Особенностью данных исследований являлось последовательное моделирование различного месторасположения выработок относительно краевых частей. Так, на рисунке 3.5 представлены изолинии горизонтальных деформаций в окрестности участковых подготовительных выработок пласта Поленовский, располагаемых на различном расстоянии от проекции кромки целика, оставленного по пласту «Болдыревский». Как видно из рисунка 3.5 наибольший уровень деформаций массива в окрестности выработки имеет место при ее расположении под центральной частью целика (рисунок 3.5, б) и в меньшей степени деформации проявляются в массиве при расположении выработок надработанного пласта в створе с выработками надрабатывающего пласта. Минимальным уровнем деформаций в данном случае характеризуется расположение выработок со смещением на 10 м под выработанное пространство надрабатывающего пласта. демонстрирует распределение горизонтальных деформаций в области непосредственно прилегающей к участковым подготовительным выработкам пласта Поленовский, располагаемых на различном расстоянии от краевой части массива по пласту «Болдыревский». Минимальный уровень напряжений в данном случае характерен для выработки, располагаемой со смещением под выработанное пространство, однако для положений выработки в створе с вышерасположенными и со смещением под краевую часть на 10 м он значительно меньше, что объясняется пространственной конфигурацией зоны ПГД (см. рисунок 3.2, б). Следует отметить, что расположение выработки с более значительным смещением под краевую часть массива приведет к существенному росту деформаций на ее контуре.
Таким образом, при условии правильного расположения выработок в массиве, выбора рациональных способов и средств поддержания с учетом деформационно-прочностных характеристик вмещающих пород может быть обеспечено устойчивое эксплуатационное состояние выработок в течение всего срока их использования с минимальными затратами на их проведение и поддержание и потерями угля в целиках.
Исследование влияния параметров зон ПГД, основных стохастических горно-геологических и горнотехнических параметров на устойчивость непосредственной кровли в очистных забоях В настоящее время остается актуальной задача исследования влияния зон ПГД на достоверность прогнозируемых геомеханических параметров выемочного участка. Потребность в проведении указанных исследований вызвана рядом факторов, включающих необходимость: - повышения качества проектной документации, разрабатываемой для нужд угольной промышленности, в целях снижения риска возникновения аварийных ситуаций и инцидентов; - создания безопасных условий труда при разработке месторождений полез 77 ных ископаемых подземным способом; - разработки «Рекомендаций по безопасному ведению горных работ в целях определения допустимого риска при механизированной отработке выемочных столбов». Для прогноза шагов обрушения пород кровли использованы следующие исходные данные: - скорость подвигания очистного забоя при выходе из монтажной камеры до первичного шага обрушения пород основной кровли; - скорость подвигания очистного забоя после первичного шага обрушения пород основной кровли; - скорость подвигания очистного забоя в зонах горно-геологических нарушений; - тип, конструкция и параметрыспециальной крепи усиленияна сопряжениях очистного забоя с выемочными штреками; - ширина вынимаемой очистным комбайном полосы («стружки») в очистном забое; - типы механизированных комплексов, адаптивных длягорно-геологических условий горного отвода шахты.
В горной науке и практике используютсязависимости шагов обрушения пород кровли от горно-геологических условий, установленные А.А. Борисовым, Г.Н. Кузнецовым, специализированными организациями – ВНИМИ, ВостНИИ, и др. Однако указанные зависимости не учитывают совместное влияние скорости подвигания очистного забоя и стохастичность распределения свойств пород.
Для установления зависимости шагов обрушения пород кровли в зонах ПГД и вне зон ПГД от основных стохастических горно-геологических и горнотехнических параметров и скорости подвигания очистного забояпредлагается модель взаимодействия слоистой подрабатываемой толщи и механизированной крепи (рисунок 3.7).
Для определения зависимости шага обрушения от свойств пород кровли и скорости подвигания забоя применен метод теории размерности. Согласно этому 78 методу разработана следующая формула: Модель взаимодействия слоистой подрабатываемой толщи и механизированной крепи гдеперв.обрмг. -мгновенный первичный шаг обрушения породной плиты (непосредственной или основной кровли, налегающей толщи), м; А - безразмерный эмпирический коэффициент, А = 150; В - безразмерный эмпирический коэффициент, В = 0,3; С - предельная кривизна изгиба породных плит, м"1; Кразм - эмпирический коэффициент, для условий Кузбасса/ =160 МПа;F - показатель, учитывающий мощность слоев породкровли, F= 3; Nk - количество контактов между слоями в породной плите, при одном породном слое в породной плите Nk=0; при двух породных слоях в плите Nk=1; при трех породных слоях в плите Nk=2; и т.д.;стсж -предел прочности пород при сжатии (МПа) пакета породных плит слоев, опреде ляется по формуле: гдеегсжя - предел прочности при сжатии пород / - того породного слоя, МПа; hi - мощность пород / - того породного слоя, м; h - мощность (толщина) породной плиты, м; - объемный вес пород в плите, кг/м3; у- коэффициент Пуассона пород в плите; Я- глубина разработки, м; /л - длина очистного забоя, м (lл1,6H).
Для определения коэффициентов А, В, С, Кразм, F был проведен анализ исследований, проведённых СИ. Калининым, Р.В. Орловым, СТ. Кузнецовым, Г.Н. Кузнецовым и др. На основании результатов анализаисследований установлены численные значения указанных коэффициентов, кроме коэффициента С. Физический смысл коэффициента С соответствует предельной кривизне пород кровли, при которой происходит образование трещин, заколов.
Мощность породной плиты налегающей толщи, состоящей из нескольких слоев пород, вычисляется по формуле для определения цилиндрической жесткости для каждого слоя в массиве пород по формуле: (3.3) гдесы - цилиндрическая жесткость породного слоя N-ой плиты, МПа -м3; EN - модуль упругости пород слоя, МПа;/ - нормальная мощность породного слоя, м;VN - коэффициент Пуассона пород слоя.
По формуле (3.3) определена цилиндрическая жесткость породных плит в кровле. Одна плита может включать несколько подрабатываемых породных слоёв алевролита, песчаника, алевролита, угольного пласта.
Количество слоев пород кровли, слагающих мощность породной плиты (рисунок 3.8), определяется посредством сравнения жесткости породных плит и слоёв по следующим условиям: DNi+i DN– условие «расслоения» слоев пород кровли; DNi+i DNi- условие «пригрузки» слоев пород кровли. На рисунке 3.8 представлена схема взаимодействия породных слоёв и плит с механизированной крепью. Далее определяется уточненная предельная кривизна изгиба породных плит (К_пРед = х) для слоев пород кровли различной мощности.
Обоснование параметров способа подготовки выемочных участков
Таким образом, величина прибыли может быть определяющим фактором при выборе места заложения выемочной выработки.
Вместе с тем оценка величины возможного суммарного ущерба позволяет сделать вывод о необходимости исключения расположения выработок в зоне ПГД.
Анализ влияния совокупности рассматриваемых факторов показал, что для применения в условиях шахты «им.С.М.Кирова» при отработке пласта «Поленов-ский» в зоне влияния горных выработок и целиков пласта «Болдыревский» могут быть рекомендованы схемы взаимного расположения горных выработок, представленные на рисунке 4.15.
Рекомендуемая схема №1 (рисунок 4.15, а) характеризуется расположением выемочных столбов на сближенных пластах в шахматном порядке, что позволяет исключить влияние зон ПГД на выемочные выработки и связанные с таким влиянием дополнительные затраты и ущербы, рассмотренные выше. Однако, в ряде случаев применение такой схемы может оказаться невозможным, например, в случае оставления целиков значительных размеров по одному из пластов или существенного изменения параметров технологических схем по сближенному пласту. В таких случаях может быть рекомендовано применение схемы №2 (рисунок 4.15, б). Данная схема предусматривает расположения выемочных выработок в зонах ПГД за пределами зоны опасных расчетных смещений с учетом затрат на проведение выработок и ущерба от дополнительных потерь угля.
Достоинствами Схемы №2 (рисунок 4.15, б) являются: - минимизация влияния зон ПГД на состояние участковых выемочных выработок и как следствие обеспечение их эксплуатационного состояния в течение всего срока службы; - исключение влияния на работу очистного забоя ранее пройденных геологоразведочных скважин.
Вместе с тем, следует отметить, что недостатком рекомендуемого способа (рисунок 4.15, б) является повышение потерь подготовленных запасов полезного ископаемого в результате увеличения ширины межстолбовых угольных целиков более чем на 60 м и, как следствие, сокращение длины лавы по надработанному пласту на туже величину.
Ущерб от дополнительных потерь подготовленных запасов таким образом составляет порядка 55 млн руб на выемочный столб (при величине прибыли 100 руб/тонну). Однако, следует учесть, что применение данной схемы обеспечивает сохранение минимальных нагрузок на очистные забои порядка 60 тыс тонн/месяц и исключает длительные простои оборудования и существен 108 ное снижение темпов подвигания очистного забоя (при которых нагрузка составляла порядка 10 тыс тонн/мес), то есть исключает возможное снижение производства товарной продукции на 50 тыс тонн/мес, стоимость которой зависит от конъюнктуры рынка и составляет не менее 50 млн руб/месяц. Кроме того, следует отметить исключение дополнительных затрат на ремонт выемочной выработки или проведение параллельной выработки с оставлением дополнительного целика, величина которых при расположении выработки в зоне ПГД может составлять от 10 млн рублей (при ремонте выработки) до 150 млн руб (при проведении дополнительной выработки).
Следует отметить, что рекомендуемые схемы позволяют минимизировать или полностью исключать негативное влияние как отдельных из рассматриваемых факторов, так и их совокупности, однако в некоторых случаях исключение влияния одного фактора приводит к росту роли другого. Кроме того, вес отдельных факторов в большинстве случаев является величиной переменной, зависящей от ряда других определяющих условий. Так, например, величина ущерба от потери подготовленных запасов зависит от себестоимости добычи полезного ископаемого и отпускной цены, определяемой конъюнктурой рынка, и может изменяться в широких пределах для одного и того же объема теряемых запасов.
Для удобства восприятия влияния совокупности факторов при применении различных схем отработки запасов составлена таблица 4.3.
Как видно из таблицы 4.3 при применении каждой из схем возможно возникновение ущерба Величина ущерба рассчитана исходя из величины прибыли порядка 100 руб/тонну. Однако, совокупное влияние факторов, как и суммарный ущерб при применении различных схем существенно отличаются, что позволяет рекомендовать лишь некоторые из них для использования в условиях влияния зон ПГД.
Характерные ситуации соосного расположения выработок сближенных пластов для условий шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс», определяющие, по нашему мнению, различный уровень эффективности работы очистных забоев, представлены на рисунке 4.12.
Как видно из рисунка 4.12 работа очистного забоя по пласту «Поленовский» с шириной l2.1 характеризовалась влиянием следующих осложняющих факторов: выемочные выработки 1 и 2 располагались в зонах ПГД, имелись геологоразведочные скважины в зоне ведения очистных работ. Для следующего очистного забоя с шириной l2.2 влияние зон ПГД на выемочные выработки 3 и 4 исключается, а влияние скважин – сохраняется. И, наконец, для очистного забоя с шириной l2.3 отсутствует влияние зон ПГД на выемочные выработки 5 и 6, а также отсутствуют скважины в зоне ведения очистных работ.
Необходимость учета влияния зон ПГД на выемочные выработки и геологоразведочных скважин на работу очистных забоев подтверждается опытом отработки запасов в условиях шахтОАО «СУЭК-Кузбасс».
Влияние зон ПГД на выемочные выработки и, как следствие, на показатели работы очистных забоев было рассмотрено ранее (таблица 2.1). Однако, представленные ранее результаты шахтных наблюдений позволили выделить лишь отдельные горнотехнические ситуации, последствия которых были связаны с разрушением горных выработок или с сохранением их эксплуатационного состояния. Для обоснования места заложения выработок с использованием «Инструкция по расчету и применению анкерной крепи на угольных на угольных шахтах России» были рассчитаны значения смещений пород в горных выработках в зонах ПГД для условий шахты «им.С.М.Кирова» и построены графики влияния места заложения выработок на уровень прогнозных смещений пород (рисунок 4.13).
На рисунке 4.13,а под цифрой 1 представлен график прогнозных смещений в выработке вне зоны влияния опорного давления от лавы смежного столба по пласту «Поленовский» в зоне ПГД от целика, оставленного по пласту «Болдырев-ский», при этом значения смещений рассчитаны для условий шахты «им.С.М.Кирова» при различном ее расположении относительно границ целика. Как видно из рисунка 4.13 (график 1) даже вне зоны влияния имеется область, незначительно превышающая по ширине размеры целика, в пределах которой уро б) вень смещений превышает допустимый для применения анкерной крепи (300 мм). При ширине оставленногоцелика 25 м протяженность области предельных смещений составляет 45 м. На рисунке 4.13 под цифрой 2 представлена зависимость уровня смещений в аналогичной выработке, охраняемой целиком угля шириной 25 м и располагаемой как в зоне ПГД, так и в зоне влияния опорного давления, формируемой при работе смежной лавы. а)
Рисунок 4.13 – Зависимость уровня смещений в горной выработке от ее расположения в пределах зоны ПГД: а - зона ПГД у межстолбовых целика; б - зона ПГД у краевой части массива.
Как видно из графика 2 (рисунок 13, а) ширина зоны опасных смещений для такого случая составляет 93 м, то есть превышает ширину целика на 68 м. Следу 103 ет также отметить, что полная протяженность зоны ПГД в пределах пласта «По-леновский» составляет 135 м.
Таким образом, при расположении выработки 3 (рисунок 4.13) в зоне опасных смещений выработка может быть разрушена уже на этапе ее эксплуатации вне зоны влияния очистных работ. Очевидно, что для исключения разрушения выработки ее следует располагать либо как выработку 4 (рисунок 4.13) – в зоне ПГД за пределами зоны опасных смещений на расстоянии более 35 м от проекции границы целика на плоскость разрабатываемого пласта, либо как выработку 5 – за пределами зоны ПГД.
На рисунке 4.13, б представлены графики смещения в выработке, располагаемой в зоне ПГД от краевой части массива. Указанная зона отличается лишь протяженностью и уровнем прогнозных смещений, в связи с чем принципы расположения выработок в ней не отличаются от зоны ПГД, формируемой целиками (рисунок 4.13, б).
Следует отметить что при расположении в пределах зоны ПГД для крепления выработок в ряде случаев требуется увеличение затрат на их проведение и поддержание, связанное с необходимостью применения дополнительной прикон-турной анкерной крепи и анкеров глубокого заложения (канатных анкеров), что значительно увеличивает издержки производства [17, 18]. В тоже время в крайней части и за пределами зоны ПГД в условиях шахты «им.С.М.Кирова» возможно использование анкерной крепи только первого уровня.
Расчет анкерной крепи для условий шахты «им.С.М.Кирова» показал, что в крайней части зоны ПГД при уровне прогнозных смещений менее 105 мм возможно использование анкерной крепи первого уровня,далеепри смещениях до 202 мм следует применять крепь с повышенной плотностью установки анкеров, с 202 мм до 300 мм необходимомприменение крепи второго уровня (канатных анкеров).
При обеспечении эксплуатационного состояния выработок в зонах ПГД, путем их расположения в краевых частях указанных зон или при исключении расположении выработок в таких зонах – расположении выработок за их пределами зачастую возникает необходимость в оставлении целиков с шириной, существенно превосходящей ширину межстолбовых целиков, применяемых на над- или подрабатывающих пластах. Необходимость учета потерь полезного ископаемого предопределяется как политикой государства в области недропользования, так и затратами, понесенными собственником при вскрытии и подготовке запасов, а также ущербом в результате неполучения прибыли от их извлечения.
Следует отметить, что ущерб от потери запасов в данной работе учитывается только в случае дополнительных потерь, которые не предусмотрены проектом и могут быть исключены при рациональном планировании горных работ. Ущерб от потерь подготовленных запасов рекомендуется приближенно оценивать, как величину упущенной выгоды (прибыли) при их неизвлечении. Таким образом, ущерб зависит от себестоимости добычи угля по шахте и отпускной цены угля и определяется как разность указанных величин.
Учитывая, что изменение места расположения выемочной выработоки приводит к изменениею как уровня потерь и соответствующего ущерба, так и паспорта крепления и как следствие затрат на проведении выработок, то следует рассматривать эти величины совместно.