Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Анализ опыта применения известных технологий демонтажа очистных механизированных комплексов при отработке пологих мощных пластов 9
1.1 Технологии формирования демонтажной камеры 9
1,1 Л Заблаговременное формирование демонтажной камеры в предварительно
пройденной выработке 11
1.1.2 Формирование демонтажной камеры при помощи очистного комплекса 16
1.2 Демонтаж оборудования механизированных комплексов 21
1.3 Причины увеличения продолжительности демонтажа очистных механизированных комплексов при отработке пологих пластов. 38
1.4 Анализ способов повышения устойчивости пород непосредственной кровли в лавах пологих пластов 43
1.4.1 Устойчивость непосредственной кровли 44
1.4.2 Способы повышения устойчивости кровли в очистных забоях 46
1.5 Выводы по главе 1 56
ГЛАВА 2 Шахтные исследования эффективности технологий демонтажа лав, применяемых при разработке пологих угольных пластов кузбасса 58
2.1 Современные технологии демонтажа лав, оборудованных очистными механизированными комплексами 58
2.2 Особенности горн о-геологических условий отработки пластов и демонтажа лав на шахтах Кузнецкого бассейна 62
2.3 Исследование параметров демонтажиых работ в зависимости от применяемой технологии демонтажа 66
2.4 Оценка затрат времени на операции при демонтаже механизированных комплексов...83
2.5 Влияние скорости подвигания очистного забоя на интенсивность обрушений пород кровли в демонтажной камере 89
2.6 Выводы по главе 2 91
ГЛАВА 3 Аналитические исследования напряженно- деформированного состояниямассива горных пород на концевых участках демонтажной камеры 93
3.1 Обоснование метода моделирования 93
3.2 Методика обоснования параметров технологических схем при демонтаже механизированных комплексов на пологих мощных пластах 97
3.3 Разработка численной горно-геомеханической модели и расчётных схем 104
3.4 Резулыаты аналитических исследований 111
3.5 Выводы по главе 3 120
ГЛАВА 4 Рекомендуемая технология демонтажа лав при отработке мощных пологих угольных пластов и ее технико-экономическая оценка 123
4.1 Технологическая схема демонтажа механизированного комплекса и ее основные параметры 123
4.1.1 Мероприятия по разгрузке массива в месте формирования демонтажной камеры 125
4.1.2 Монтаж сетчатого перекрытия при формировании демонтажной камеры 128
4.2 Последовательность и организация работ при демонтаже очистного механизированного комплекса 133
4.2.2 Крепление зоны обрушения 137
4.2.3 Схемы проветривания демонтажной камеры и энергоснабжения 139
4.2.4 Обеспечение безопасности труда горнорабочих при выполнении демонтажних работ 141
4.3 Оценка экономической эффективности применения рекомендуемой технологии 143
4.3.1 Методика расчета экономической эффективности рекомендуемой технологии... 144
4.3.2 Резулыаты расчета экономической эффекгивности рекомендуемой гехнологии 149
4.4 Выводы по главе 4 153
Заключение 154
Список литературы
- Формирование демонтажной камеры при помощи очистного комплекса
- Особенности горн о-геологических условий отработки пластов и демонтажа лав на шахтах Кузнецкого бассейна
- Методика обоснования параметров технологических схем при демонтаже механизированных комплексов на пологих мощных пластах
- Монтаж сетчатого перекрытия при формировании демонтажной камеры
Введение к работе
Актуальность работы. Внедрение высокопроизводительного надежного очистного оборудования при подземной разработке угольных пластов мощностью 2,5-5 м в настоящее время позволяет достигать высоких нагрузок на очистной забой, равных производственной мощности шахты. Предприятия с такой формой организации горных работ, обеспечивающей высокий уровень производительности труда и низкую себестоимость добываемого угля, наиболее конкурентоспособны в рыночных условиях. Примерами «шахт-лав» являются эффективно работающие перспективные шахты Кузбасса «Талдинская-Западная-1», «Талдинская-Западная-2», «Котинская».
Из-за высокой стоимости современных высокопроизводительных очистных механизированных комплексов на «шахтах- лавах» не предусматривается резервный фронт очистных работ. В связи с этим, для таких шахт актуальными являются вопросы, связанные со снижением продолжительности монтажно-демонтажных работ при переходе на отработку очередного выемочного столба.
К числу факторов, оказывающих наиболее существенное влияние на продолжительность демонтажных работ, относятся самопроизвольные обрушения пород кровли в демонтажных камерах. Как показывает практический опыт, продолжительность демонтажа лав может возрастать в 1,5-2 раза и более, по сравнению с соответствующим показателем, рассчитанным без учета времени, затрачиваемого на ликвидацию последствий обрушений кровли.
Значительный вклад в решение вопросов, связанных с предотвращением обрушений пород кровли в очистных забоях и совершенствованием технологий демонтажа лав, внесли: А. А. Борисов, С.Т. Кузнецов, С.Н. Комиссаров, В.П. Зубов, Г.Л. Фисенко, Ю.А. Коровкин, Ф.П. Глушихин, Ю.Н. Кузнецов, Ю.В. Громов, Б.К. Мышляев, С.Г. Баранов, Д. Ойлер, Д. Фрит, Д.Р. Долинар, С. Тадолини.
Вместе с тем, как следует из практического опыта, продолжительность монтажно-демонтажных работ, как правило, значительно превышает технически необходимую. Так на перспективных шахтах Кузнецкого бассейна фактическая продолжительность простоев лав при перемонтаже механизированного комплекса составля-
ет 20-150 суток и более. При этом экономический ущерб, связанный с невосполнимыми потерями добычи, достигает 1-1,2 млн. долларов США в сутки.
Цель работы. Разработка технологии демонтажа очистных механизированных комплексов, позволяющей уменьшить продолжительность демонтажных работ в лавах, при отработке пологих пластов мощностью 2,5-5,0 м в условиях высокой концентрации горных работ.
Идея работы. Для сокращения продолжительности демон- тажных работ при подходе лавы к месту её остановки необходимо производить перекрытие кровли в призабойном пространстве лавы сеткой из полимерных материалов в сочетании с мероприятиями, снижающими степень разрушения пород непосредственной кровли в зоне опорного давления до обнажения их очистными работами.
Основные задачи исследований:
-
Оценка эффективности использования известных технологических схем демонтажа очистного оборудования при отработке пологих угольных пластов механизированными комплексами.
-
Установление основных причин низкой эффективности известных способов предотвращения вывалов пород кровли в демон- тажных камерах.
-
Оценка степени влияния горно-геологических и горнотехнических факторов на состояние кровли в демонтажных камерах.
-
Разработка технологии выполнения демонтажных работ в лавах, обеспечивающей устойчивое состояние непосредственной кровли на всех этапах проведения демонтажа очистного механизированного комплекса.
-
Определение области рационального использования рекомендуемой технологии демонтажа лав, оборудованных механизированными комплексами.
Методы исследований. При выполнении работы принят комплексный метод исследований, включающий: анализ и научное обобщение ранее опубликованных в горнотехнической литературе работ, связанных с совершенствованием технологий демонтажа лав; шахтные исследования состояния пород кровли в демонтажных ка-
мерах; аналитические исследования напряженно-деформированного состояния пород непосредственной кровли впереди забоя лавы.
Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующем:
-
Установлена гиперболическая зависимость интенсивности обрушений пород непосредственной кровли в демонтажной камере от скорости подвигания лавы в период подхода ее к месту демонтажа.
-
Установлена зависимость структуры затрат времени на основные операции по демонтажу очистных механизированных комплексов от принятой технологии демонтажа.
Основные защищаемые положения:
-
-
При использовании систем разработки длинными столбами основной причиной увеличения продолжительности демонтажа лав и повышения опасности труда горнорабочих являются обрушения пород непосредственной кровли в демонтажной камере, связанные с их переходом в предельное состояние и разрушением в зоне опорного давления, формирующейся впереди забоя лавы. В условиях шахт Кузбасса, разрабатывающих пологие угольные пласты мощностью 2,5-5,0 м, потери времени, связанные с этим фактором, достигают 74 % от общей продолжительности демонтажа лав.
-
При применении технологий демонтажа, основанных на использовании полимерных сетчатых перекрытий, наиболее опасные обрушения кровли происходят, в основном, в местах нахождения над сетчатым перекрытием полостей, образовавшихся в результате вывалов пород на этапе формирования демонтажной камеры. При отработке пологих пластов мощностью 2,5-5,0 м образование таких полостей наиболее вероятно при скорости подвигания лавы менее 3-4 м/сут.
3. Снижение продолжительности демонтажных работ на 2030 % достигается при использовании технологии демонтажа, включающей: монтаж у кровли демонтажной камеры сетчатого перекрытия; опережающую разгрузку непосредственной кровли пласта на участках выемочного столба, прилегающих к подготовительным выработкам, в месте расположения демонтажной камеры; подвигание
лавы на завершающем этапе отработки столба со скоростью не менее 3 м/сут.
Практическая значимость работы:
-
Разработана технология демонтажа лав, оборудованных механизированными комплексами, позволяющая уменьшить продолжительность демонтажных работ при отработке пологих пластов мощностью 2,5-5,0 м на 20-30 % и более.
-
Установлены технологические процессы, оказывающие наиболее существенное влияние на интенсивность обрушений пород кровли в демонтажных камерах, и месторасположение участков де- монтажных камер опасных по данному фактору.
Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается использованием современных апробированных методов исследований; значительным количеством данных, проанализированных при проведении шахтных исследований процессов деформирования и разрушения пород кровли в демонтажных камерах; подтверждением основных выводов и рекомендаций фактическими результатами, полученными при проведении демонтажей механизированных комплексов при отработке пологих пластов на шахтах Кузнецкого бассейна.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на: Всероссийской конференции-конкурсе студентов выпускного курса (г. Санкт-Петербург, 2010 г.); ежегодной Международной конференции на базе Краковской горно-металлургической академии (г. Краков, Польша, 2010 г.); Международном научном симпозиуме «Неделя горняка - 2012» (г. Москва, 2012 г.); Международной конференции на базе Фрайбергского технического университета (г. Фрайберг, Германия, 2012 г.); научных семинарах кафедры разработки месторождений полезных ископаемых Национального минерально-сырьевого университета «Горный».
Личный вклад автора. Сформулированы задачи исследований, разработана методика и проведены шахтные исследования состояния кровли в демонтажной камере, установлены основные параметры рекомендуемой технологии демонтажа очистных механизированных комплексов, сформулированы основные защищаемые положения и выводы.
Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 4 печатных работах, из них 2 - в изданиях, рекомендуемых ВАК Минобрнауки России.
Структура и объем работы. Диссертационная работа объемом 165 страниц состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 104 источников, включает 71 рисунок и 15 таблиц.
Автор выражает благодарность научному руководителю д.т.н., проф. В.П. Зубову за помощь в определении общей идеи работы и интерпретации полученных данных; сотрудникам кафедры Разработки месторождений полезных ископаемых за ценные замечания при выполнении работы; инженерно-техническим работникам шахт «Котинская», «Талдинская-Западная - 1», «Талдинская- Западная - 2» за оказанную помощь при проведении шахтных исследований.
Формирование демонтажной камеры при помощи очистного комплекса
Фактически демонтаж очистного механизированного комплекса начинается задолго до момента остановки лавы в конечном положении. В статье [104] (1991 год) описывается скоростной метод перевода механизированного комплекса на новый выемочный участок на шахте «Плато» - штат Юта, США. В среднем, на полный перевод комплекса в новую лаву тогда потребовалось 4,37 суток. Рекордное, время перемонтажа в США, на тот период, составляло 52 ч. Среди слагаемых успеха на этой шахте особенно выделялось тщательное планирование всех этапов перемонтажа и обеспечение резерва основного оборудования - энергопоезда, забойного конвейера и очистного комбайна.
Перевод комплекса осуществлялся в четыре этапа. Первый этап начинается приблизительно за шесть недель до фактического перемонтажа. Горные мастера проводят еженедельные встречи со всеми участниками монтажно-демнотажных работ. Таким образом, каждый рабочий знает, что ему делать. Все работы планируются до последнего болтового соединения. Основной частью первого этапа работ является формирование демонтажной камеры. На завершение первого этапа [104] требуется около 100-120 ч. Извлечение приводов лавного конвейера, затем дробилки, перегружателя, комбайна и конвейерного става производится на втором этапе и занимает 24-36 ч. После извлечения электрооборудования, кабелей, шлангов, комбайна и конвейерного става начинается третий, самый ответственный этап - демонтаж секций механизированной крепи с последующей их транспортировкой в новую монтажную камеру. Продолжительность данного этапа составляет от 24 до 36 ч при длине лавы 98 м и сред 10 ней мощности пласта. При демонтаже и перевозке секций крепи применяется три дизельные погрузо-доставочные машины (ПДМ) фирмы «Eimco» и самоходный кран тягач «Petitto Mule», изображенные на рисунке 1.1. Четвертый этап включает в себя окончательный монтаж и наладку оборудования в новой лаве и, как было сказано выше, занимает сравнительно немного времени и не сопряжен с повышенной опасностью, либо трудоемкостью выполняемых работ [100, 104].
Несомненно, одним из ключей к успешному проведению демонтажа на шахте является грамотное, с точки зрения выбора технологии, и качественное, с точки зрения выполнения работ, формирование демонтажной камеры [100-104]. Неправильный выбор технологии может стать причиной увеличения длительности данного периода более чем до ПО суток при длине лавы 210 метров [104]. Существуют технологии формирования демонтажной камеры, позволяющие осуществить данную операцию за одни или двое суток. Их применение требует очень качественного составления более сложного проекта и безупречного выполнения всех подготовительных работ. Принципиально различают два вида технологии формирования демон-тажной камеры:
Данный способ был разработан в начале 1980-х годов [100] с целью сокращения продолжительности периода низкой производительности очистного забоя при формировании демонтажной камеры. Сущность данного способа заключается в том, что в месте остановки очистного комплекса на границе выемочного участка параллельно лаве проходится опережающая выработка, как правило, именуемая демонтажной печью, в которую заводится очистной комплекс но мере его подвигания в процессе выемки угля. Кровля и бока опережающей выработки надежно закрепляются, причем бок, находящийся со стороны приближающегося забоя, крепится анкерами, поддающимися резанию шнеками выемочного комбайна. В связи с тем, что демонтажная печь всегда попадает в зону действия опорного давления лавы, в ней устанавливается вспомогательная крепь с целью сохранения целостности пород кровли [100J.
В качестве дополнительной крепи могут использоваться различные поддерживающие конструкции, как жесткие, так и поддающиеся резанию шнеками комбайна. В процессе входа очистного механизированного комплекса в демонтажную камеру вспомогательная крепь может, как демонтироваться, для по 12 вторного использования при демонтаже секций крепи, так и срезаться комбайном с целью экономии времени и трудозатрат [102, 103].
Типы вспомогательной крепи демонтажних камер
На шахтах Кузбасса, отрабатывающих пологие мощные угольные пласты, при входе очистного механизированного комплекса в заранее подготовленную демонтажную камеру (рисунок 1.2) одним из методов её охраны служит применение стоек индивидуальной крепи и деревянных или металлических подхватов [1, 38, 39, 41, 99, 100, 102, 103]. По мере подвигания комплекса подхваты заводятся за перекрытия секций механизированной крепи и, в последующем, служат элементами крепи демонтажной камеры. Также возможно усиление крепи при помощи костров из круглого леса или шпального бруса. На шахтах США, Австралии и Китая [102, 103] применяются иные типы вспомогательной крепи, например, тумбы из твердеющего материала, поддающиеся резанью, или костры типа Link-n-Lock. Частота установки и конструктивные особенности элементов вспомогательной крепи, устанавливаемой в демонтажной камере, уточняются согласно известным методикам для конкретных горно-геологических условий и, как правило, на производстве осуществляется их комбинированное применение.
Причиной высокой опасности обрушения пород кровли в демонтажной камере при приближении к ней механизированного комплекса является действие опорного давления [102]. На рисунке 1.3 изображен случай, имевший место на шахте в штате Колорадо, при демонтаже очистного комплекса, заводимого в панельную выработку. В качестве вспомогательной крепи демонтажной камеры использовались армобетонные костры с деревянными блоками толщиной пятнадцать сантиметров. Кроме того, кровля была закреплена стальными анкерами длиной 2,4 метра с шагом установки 0,65 м. Непосредственная кровля, сложенная слабыми породами, имела мощность от 3 до 4 м и состояла из слоев алевролита я песчаника
Особенности горн о-геологических условий отработки пластов и демонтажа лав на шахтах Кузнецкого бассейна
Для крепления кровли в демонтажных камерах 5а-6-14 и 4-10-21 использовались сталеполимерные анкера длиной 2,2-2,4 метра, шаг установки и расстояние между рядами составляли 1 м. В качестве затяжки использовалась сварная металлическая решетка длиной 2,3м. и шириной 1,3м., выполненная из проволоки диаметром 6-8 мм. Длина и ширина демонтажных камер в обоих случаях составляла 250 и 9 метров соответственно.
Важно отметить, что демонтажная камера 4-10-21 находилась в относительно благоприятных горно-геологических условиях, тогда как камера 5а-6-14 находилась зоне распространения неустойчивых пород непосредственной кровли. Анкерная крепь в данном случае не обеспечивала надежного крепления, в результате чего демонтаж механизированного комплекса из лавы 5а-6-14 сопровождался обрушениями пород кровли. Отмечены случаи [19], когда протяженность участков обрушенной кровли демонтажной камеры достигала 40м. Данные о продолжительности непроизводительных простоев, вызванных поломками оборудования, приведены в таблице 1.2. Таблица 1.2 - Затраты времени на демонтаж [19/41]
При сравнении затрат времени видно, что в камере 5а-6-14 на демонтаж было затрачено в 2,57 раза больше времени чем в камере 4-10-21, причем 65% времени (72,5 суток) ушло на перекрепление кровли при выходе из-под завала. Затраты времени на ремонт доставочной техники и непосредственно на демонтаж оборудования оказались примерно равными в обоих случаях.
Оценка интенсивности демонтажа определялась авторами [41] как количество секций крепи, демонтированных за сутки из каждой камеры. На рисунке 1.18 представлены полигоны распределения данного параметра при демонтаже механизированных комплексов в лавах 5а-6- камеры 4-10-21 полигон распределения интенсивности демонтажа в камере 5а-6-14 имеет ярко выраженную асимметрию. Пределы вариации интенсивности составили 1-5 сут 1 (в среднем 1,8 сут"1) и 1-6 сут"1 (в среднем 3,5 сут"1) в камерах 5а-6-14 и 4-10-21 соответственно [19].
В статье [19] также подчеркивается, что суточный объем вывозимой за весь период демонтажа породы варьировался в широких пределах и изменялся пропорционально изменению затрат на поддержание демонтажной камеры. Степень влияния данного показателя на интенсивность демонтажа оценивалась авторами как значительная. Гистограммы, изображенные на рисунке 1.19 [19], отражают вариации объемов породы, вывозимой из демонтажной камеры 5а-6-14. 0.5 вывезенной из демонтажной камеры 5а-6-14 за весь период демонтажа очистного комплекса (слева) и за производительные по демонтажу рабочие сутки (справа) [19]
Из гистограммы распределения суточных объемов породы, вывезенной за весь календарный период демонтажа, видно, что среднее значение составило 9,2 м /сут., а пределы вариации составили 2,8-27,8 м /сут. Средняя величина суточного объема породы, вывозимой за производительные по демонтажу рабо-чиє сутки, составила 7,6 м /сут., а пределы вариации составили 2,8-15 м /сут.
Данный пример, как и другие, подчеркивает, что обрушения пород кровли в демонтажной камере относятся к числу основных причин увеличения продолжительности простоя механизированного комплекса при демонтаже лав на пологих угольных пластах. Таким образом, для достижения поставленной цели необходимо подробно изучить существующие способы обеспечения устойчивости непосредственной кровли в длинных очистных забоях пологих угольных пластов. Большой вклад в изучение данного вопроса внесли следующие ученые: А.А. Борисов, СТ. Кузнецов, СИ. Комиссаров, В.П. Зубов, Г.Л. Фисенко, Ю.А. Коровкин, Ф.П. Глушихин, Ю.Н. Кузнецов, Ю.В. Громов, Б.К. Мышляев, С.Г. Баранов. рушению от сжатия в зоне повышенных напряжений и от расслоения (при изгибе) над призабойным пространством [71].
Устойчивость непосредственной кровли Устойчивость пород - способность пород сопротивляться обрушению в горных выработках и буровых скважинах [85]. Зависит от физико-механических свойств горных пород, их структур и текстур, степени и характера нарушенности их сплошности, величины и габаритов незакрепленной части выработки.
В горном деле устойчивость пород непосредственной кровли в очистном забое рассматривается с позиции функции площади ее обнажения в призабойном пространстве [90, 97, 101]. Опираясь на эту позицию, была разработана классификация пород бывшего ВУГИ, а впоследствии и классификация С/Г. Кузнецова, представленная в таблице 1.3 [17, 71]: класс весьма устойчивые кровли Допускают обнажения шириной 1,2-1,5 м по всей длине забоя (80—120 м) в течение 3-4 ч Затяжка кровлиприменяетсятолько у заколови трещин
В условиях подземной разработки месторождений любых полезных ископаемых массив горных пород (МГП) имеет системы как природной (естественной), так и эксплуатационной (технологической) трещиноватости, возникающей в результате техногенного воздействия. Сочетание данных систем трещиноватости МГП определяет его устойчивость [3, 21, 22, 43, 69, 88, 90]. Следовательно, надежная оценка параметров устойчивости МГП обеспечивается только при наличии достоверной информации о параметрах его трещиноватости [17, 35,71].
Основным фактором, определяющим форму разрушения пород, при прочих равных условиях, следует считать преобладающий тип трещиноватости,
До момента проведения выработок горный массив нарушен системой естественной (природной) трещиноватости. Природа возникновения данных систем трещин довольно сложна при описании т.к. они включают в себя трещины кливажа, трещины, возникающие в результате протекания тектонических процессов и пр. Параметры естественной трещиноватости могут быть изучены на стадии разведки месторождения и уточняются в процессе проведения горных выработок. Их необходимо учитывать при выборе системы разработки и способа управления кровлей в очистном забое.
Методика обоснования параметров технологических схем при демонтаже механизированных комплексов на пологих мощных пластах
Основное отличие данных методов друг от друга заключается в том, что при решении задач методом конечных элементов аппроксимируется само решение, а при решении методом конечных разностей - производные искомых функций.
Метод конечных разностей чаще применяется при решении задач, функции которых имеют прямолинейные границы, т.к. особенности геометрии областей при построении регулярных сеток учитываются только в околограничных узлах. Данный метод чаще всего применяется для исследования течения различных флюидов в каналах, трубах с учетом теплообмеиных процессов и т.д.
При решении задач методом конечных элементов в процессе разбиения модели на элементы учитываются геометрические особенности ее областей. Процесс построения сетки производится в направлении от границы для обеспечения лучшей аппроксимации ее геометрии. Алгоритм построения включает возможности по увеличению плотности сетки в местах сопряжения элементов модели, а также позволяет сохранять пропорции между длинами сторон каждой из треугольных ячеек, что практически исключает погрешности расчетов, связанные с самой разбивкой области на элементы. Отмеченные особенности позволяют использовать метод конечных элементов при расчете прочности деталей, узлов конструкций различного типа, а также параметров НДС различных сред, в том числе геологических.
Напряженно-деформированное состояние массива горных пород в окрестности горных выработок изучается, в основном, в упругой постановке, при которой в качестве уравнения среды выступает закон Гука в объемной постановке. Это вызвано относительной простотой используемого в аналитических расчетах математического аппарата.
При этом, однако, следует отметить, что многие горные породы обладают высокой пластичностью, следствием чего является образование вокруг них зон предельного состояния (зон нелинейных деформаций)[47, 48, 50, 56, 58, 87, 101]. По этой причине использование упругой модели поведения МГП в расчетах приводит к результатам, порой сильно разнящимся с натурными наблюдениями.
Выбранный в качестве основного метода исследований метод конечных элементов в своем математическом аппарате позволяет учитывать нелинейность поведения горных пород. Следовательно, для определения напряженно-деформированного состояния массива горных пород в исследуемой области с учетом геометрических параметров технологической схемы и свойств среды следует применять метод конечных элементов в упругопластической постановке исследуемой задачи. Эффективность решения геомеханических задач методом конечных элементов [2, 13, 24, 58, 63, 86] подтверждает целесообразность и достаточность его применения для исследования напряженно деформируемого состояния массива горных пород в рамках настоящей работы.
Методика обоснования параметров технологических схем при демонтаже механизированных комплексов на пологих мощных пластах
Согласно алгоритму, представленному на блок-схеме (рисунок 3.3), определение параметров зоны ослабления угольного пласта и перераспределения напряжений в породах непосредственной кровли требует последовательного выполнения действий, каждому из которых соответствует отдельный этап.
На первом этапе определения параметров рекомендуемого способа разгрузки непосредственной кровли от напряжений производится сбор исходных данных, представляющих из себя набор конкретной информации о горногеологических и горнотехнических параметрах разработки угольного пласта, прочностных и деформационных характеристиках разрабатываемого пласта и пород вмещающего массива. 1 Сбор исходных дойных
На втором этапе производится разработка горно-геомеханической модели и расчетных схем для последующего вычисления искомых величин. Третий этап - расчет параметров зон нелинейных деформаций угольного пласта и пород непосредственной кровли, требуемых для определения размеров зон разгрузки и расстояния между разгрузочными скважинами.
На четвертом этапе производится оценка полученных результатов моделирования. В случае получения удовлетворительных результатов осуществляется переход к следующему этапу. В противном случае осуществляется переход обратно к третьему, либо ко второму этапу. На пятом этапе производится расчет параметров рекомендуемой технологии, исходя из результатов, полученных при проведении численного моделирования.
Первый этап, в свою очередь, имеет структуру, которая может быть представлена в виде следующей схемы (рисунок 3.4).
Этап сбора исходных данных для определения величины безопасного ослабления угольного пласта и перераспределения напряжений в породах непосредственной кровли осуществляется последовательно в три подэтапа:
В первую очередь необходимо установить горно-геологические и горнотехнические параметры разработки угольного пласта на исследуемом участке (глубина разработки, вынимаемая мощность пласта, мощности основной и непосредственной кровли и почвы, размеры участковых выработок и ориентация их в пространстве, угол падения пласта, длина лавы и т.п.);
Во-вторых, установить значения физико-механических характеристик угольного пласта и пород вмещающего массива (объемный вес пород, модуль Юнга, коэффициент Пуассона, прочность пород на растяжение, сжатие и сдвиг, коэффициент сцепления, угол внутреннего трения, коэффициенты структурного ослабления);
В-третьих, в завершении этапа сбора исходных данных необходимо произвести расчет величин и соотношения главных компонент напряжений, действующих в нетронутом массиве.
Схемы, отражающие структуру 2-го, 3-го и 4-го этапов с учетом их взаимосвязи, представлены на рис.3.4.
На втором этапе с учетом исходных данных производится компоновка горно-геомеханической модели и разработка расчетных схем. В рамках настоящих исследований расчет производится по двум схемам:
Поперечное сечение выемочного столба, отрабатываемого с применением системы разработки длинными столбами по простиранию при восходящем порядке отработки шахтного поля. Подготовка выемочного участка производится спаренными штреками. Глубина разработки - 182-200 м. Длина лавы -200 м. Ширина целиков, предназначенных для охраны участковых штреков -40 м.
Продольное сечение выемочного столба по трассе участкового штрека в вышеописанных горно-геологических и горнотехнических условиях. В зоне запланированного расположения демонтажной камеры угольный пласт ослаблен скважинами, пробуренными из выработки параллельно очистному забою.
После построения расчетных схем необходимо произвести выбор критериев оценки результатов компьютерного моделирования с точки зрения эффективности рекомендуемого мероприятия.
На третьем этапе производится присвоение элементам горно-геомеханической модели физико-механических свойств, соответствующих параметрам элементов массива, и непосредственный расчет напряженно-деформированного состояния массива для определения искомых величин.
Монтаж сетчатого перекрытия при формировании демонтажной камеры
По мере выемки полосы угля очистным комбайном рулон полимерного сетчатого перекрытия опускается, а обнажившаяся кровля «подхватывается» при помощи противоотжимных козырьков. Секции механизированной крепи не передвигаются. Далее, после выемки полосы угля, когда козырьки каждой секции выдвинуты и полимерное сетчатое перекрытие прижато к кровле лавы, осуществляется последующий цикл анкероваиия и передвижки секций механизированной крепи.
На трех последних циклах камеры (условно обозначим их как 3-й, 2-й и 1-й соответственно) формирования демонтажной с использованием полимерного сетчатого перекрытия осуществляется оборудование демонтажной дорожки шириной 2,4 м. На данном этапе производится монтаж подвесного монорельсового пути по длине лавы вдоль забоя. Главной отличительной особенностью этого этана также является то, что подвигание линейных секций механизированной крепи не производится. После подвигания конвейерного става домкраты передвижки линейных секций крепи отсоединяются от рештаков и сокращаются. Затем при помощи отрезков СВП-22, используемых в качестве проставок между конвейером и домкратами передвижки, длиной 0,8 и 1,6 м осуществляется передвижка лавного конвейера в ходе 2-го и 1-го циклов формирования демонтажной камеры соответственно.
Шаг установки и тип анкеров необходимо принимать согласно паспорту крепления кровли в демонтажной камере в зависимости от горно-геологических и горнотехнических условии разработки. Плотность установки анкеров на различных этапах формирования неодинакова. Рекомендуемая средняя площадь поддерживаемой кровли для сталеполимерных анкеров длиной 2,75 м на участках кровли, поддерживаемых перекрытием секций, и демонтажной дорожке не более 1,4 м2.
На участках кровли, находящихся за оградительным перекрытием, допускается устанавливать 1 анкер на 2,7 м2 поддерживаемой кровли. Для канатных анкеров глубокого заложения (до 7,5 м) площадь кровли, поддерживаемой од 133 ним анкером рекомендуется принимать не более чем 5 м2 с установкой их под подхват из СВП. При креплении демонтажной дорожки в качестве подхватов рекомендуется использовать металлические штрипсы. Расстояние между рядами анкеров, устанавливаемых в кровле демонтажной камеры, не должно превышать 0,8 м. После завершения последнего цикла крепления кровли необходимо произвести крепление борта демонтажной камеры (бывшего очистного забоя) анкерами длиной на 0,5 м больше глубины зоны отжима, но не менее 1,5 м. Шаг установки крепи необходимо уточнять в зависимости от горногеологических и горнотехнических условий разработки, но. не рекомендуется принимать более чем 1,5x1,5 м. Устойчивое состояние кровли над демонтажной дорожкой и борта демонтажной камеры играют одну из основных ролей в осуществлении скоростного демонтажа механизированных комплексов.
Работы по демонтажу механизированного комплекса могут производиться как комплексной бригадой выемочного участка, так и подрядными организациями, однако рекомендуется производить данные работы силами сотрудников шахты. Как показывает опыт демонтажей механизированных комплексов на шахтах Кузбасса, привлечение подрядных организаций негативно сказывается на качестве выполняемых работ.
Распределение обязанностей внутри звена производится горным мастером и бригадиром (звеньевым) с учетом опыта и квалификации каждого рабочего. Ответственность за согласованность операций по демонтажу оборудования несет звеньевой (старший рабочий), назначенный лицом, выдающим наряд горному мастеру. На рис
В работах по демонтажу очистного комбайна занято звено, состоящее из восьми рабочих (МГВМ, ГРОЗ) под руководством механика выемочного участка. Работы должны производиться согласно нормативным документам, упомянутым ранее в главе TV.
Демонтаж очистного комбайна производится в верхней части демонтаж-ной камеры на расстоянии 10-15 м от сопряжения с вентиляционным штреком. В первую очередь демонтируются узлы резания, состоящие из шнеков, поворотных редукторов и погрузочных щитков. Демонтированные узлы комбайна транспортируются по монорельсовой дороге. Далее производится демонтаж навесного оборудования: электрических кабелей, гидравлических шлангов и т.д. Концы шлангов должны быть заглушены для предотвращения попадания в них грязи при транспортировке. При демонтаже шнеков под ними выкладываются деревянные костры для предотвращения их падения, нахождение людей ниже очистного комбайна при производстве данных работ запрещается.
Демонтажем става лавного конвейера занимается звено, состоящее из четырех человек (ГРОЗ). В первую очередь демонтируется верхняя ветвь тяговой цепи, затем - нижняя. Для удобства транспортирования цепь разделяется на отрезки длиной 20 м. Затем, от става конвейера отсоединяется главный привод: демонтируется электродвигатель, редуктор, переходный рештак, при необхо 135 димости, производится разборка до более мелких деталей. Элементы лавного привода транспортируются по демонтажной камере и затем по выработкам шахты. Далее производится демонтаж рештачного става лавного конвейера при помощи лебедки ЛПК-1 ОБ с последующей транспортировкой аналогично по монорельсовой дороге. Рештаки лавного конвейера демонтируются попарно. Сопутствующие элементы и узлы механизированного комплекса, такие как кабели, оросительный трубопровод, линия подачи воздуха, траковая цепь и т.п. демонтируются и выдаются на рештачном ставе.
Похожие диссертации на Обоснование технологии демонтажа очистных механизированных комплексов при высокой концентрации горных работ
-
