Введение к работе
Актуальность работы. Освоение угольными шахтами России новых технологий и внедрение высокопроизводительного оборудования большой единичной мощности позволило перейти к ведению горных работ 1-2 лавами с производительностью очистного забоя 3-4 млн.т угля в год. Однако такая организация производства затруднена на шахтах, отрабатывающих месторождения в сложных гидрогеологических условиях, присущих северовосточному и дальневосточному регионам страны. Эти условия характеризуются значительной неравномерностью водопритоков в горные выработки, обусловленной обводненностью массива, сезонностью атмосферных осадков и наличием вечной мерзлоты. Водоприток может изменяться в 2-2,5 раза в течение года и достигать 3000-3500 м3/ч.
Производственный опыт показывает, что интенсификация очистных работ предопределяет высокий уровень требований к таким процессам как подготовительные работы и водоотлив. Применение единичных технологических решений по поверхностному водоотведению, строительству гидросооружений, корректировке технологических параметров не приводит к ожидаемому результату - повышению эффективности и безопасности производства. В связи с этим актуальной становится разработка комплекса взаимосвязанных во времени и пространстве решений, позволяющего существенно сократить затраты на подготовку фронта очистных работ, что определило выбор темы и постановку цели диссертационной работы.
Целью работы является разработка комплекса организационно-технологических решений по совершенствованию подготовки фронта очистных работ для повышения эффективности и безопасности функционирования угольных шахт в сложных гидрогеологических условиях.
Идея работы состоит в определении зависимостей скорости проведения горных выработок от водопритоков и сезонного характера их формирования в условиях вечной мерзлоты и их использовании при разработке решений по подготовке фронта очистных работ.
Объект исследования - процесс подготовки фронта очистных работ на угольных шахтах, отрабатывающих месторождения в сложных гидрогеологических условиях.
Предмет исследования - влияние гидрогеологических условий на скорость проведения горных выработок при подготовке фронта очистных работ на угольной шахте.
Основные задачи исследования:
- анализ и обобщение опыта подготовки фронта очистных работ на
угольных шахтах в сложных гидрогеологических условиях;
- оценка влияния гидрогеологических условий на скорость
подготовки фронта очистных работ при интенсификации отработки
запасов;
установление зависимости скорости проведения горных выработок от водопритока;
разработка комплекса организационно-технологических решений, соответствующего гидрогеологическим условиям и обеспечивающего необходимую скорость, эффективность и безопасность подготовки фронта очистных работ на угольных шахтах;
- апробация в производственных условиях разработанного комплекса
решений, направленного на совершенствование подготовительных работ.
Положения, выносимые на защиту:
Основными факторами, определяющими технологические решения по обеспечению необходимой скорости подготовки фронта очистных работ на угольных шахтах в сложных гидрогеологических условиях, являются структура и сезонность водопритоков, площадь, вовлеченная в отработку, а также наличие зоны вечной мерзлоты.
Скорость проведения нисходящих горных выработок в сложных гидрогеологических условиях при увеличении водопритока снижается по логарифмической зависимости - от максимальной по техническим возможностям оборудования, до значения, при котором необходима разработка и реализация специальных организационно-технологических решений.
Обеспечение необходимой скорости, эффективности и безопасности подготовительных работ в сложных гидрогеологических условиях осуществляется комплексом решений, включающим меры по снижению водопритока на поверхности, применение технологических схем разработки пластов, учитывающих значительные водопритоки, планирование порядка проведения горных выработок с учетом пиковых водопритоков.
Научная новизна исследования заключается в следующем:
выявлены и количественно оценены факторы, определяющие влияние гидрогеологических условий на скорость подготовки фронта очистных работ при интенсификации отработки запасов угольных шахт;
установлена зависимость скорости проведения нисходящих горных подготовительных выработок от водопритока, имеющая логарифмический вид;
разработан и обоснован комплекс организационно-технологических решений, обеспечивающий необходимую скорость проведения выработок в сложных гидрогеологических условиях и своевременную подготовку фронта очистных работ.
Методы исследований. В работе использован комплексный подход, включающий анализ параметров технологических процессов, календарное планирование подготовки фронта очистных работ, методы системного и структурно-функционального анализа, научного обобщения, математической статистики, экспертных оценок, экономико-математического моделирования.
Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются применением современных методов исследований, представительным объемом экспериментальных данных, удовлетворительной сходимостью теоретических положений и результатов с результатами практической реализации разработанного комплекса решений в условиях действующей шахты «Северная» ОАО «Ургалуголь».
Практическая значимость работы состоит в увеличении на 25-30% скорости проведения подготовительных горных выработок, сокращении на 5-10% времени оконтуривания лавы в условиях шахты «Северная» ОАО «Ургалуголь», за счет реализации разработанного комплекса организационно-технологических решений по совершенствованию подготовки фронта очистных работ.
Реализация работы. Результаты исследований использованы при разработке и внедрении рабочих проектов отработки месторождений и подготовки фронта очистных работ в ОАО «Ургалуголь», рекомендованы к применению во всех территориальных подразделениях ОАО «СУЭК».
Апробация работы. Результаты исследований и основные научные положения работы докладывались на симпозиуме «Неделя горняка» (Москва, 2011 г.), научных семинарах ОАО «НТЦ-НИИОГР» (Челябинск, 2007-2011 гг.), научно-технических советах предприятий и компаний ОАО «СУЭК», ОАО «Ургалуголь» и др.
Публикации. Основные положения диссертации отражены в 5 работах, 4 из которых опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из ПО наименований и содержит 125 страниц машинописного текста, 23 рисунка, 15 таблиц.
