Прогноз горно-геологических осложнений в угольных шахтах Восточного Донбасса и оценка их влияния на работу очистных забоев Коберник, Александр Иванович

Введение к работе

Актуальность работы. Уголь является одним из важнейших видов топливно-энергетического сырья, важность которого особенно возрастает в связи с прекращением строительства Ростовской АЭС и дефицитом нефти и газа на юге России. В критическом положении находятся добыча угля дорогостоящим подземным методом, которая в силу своей убыточности всегда находилась на государственной дотации. Из-за низкой рентабельности ряд шахт Восточного Донбасса находится под угрозой полной или частичной остановки. В тоже время остро стоит вопрос об открытии новых крупных рентабельных тахт с наиболее благоприятными горно-геологическими условиями. Поэтому особенно велико значение оценки степени влияния горно-геологических осложнений на работу очистных забоев, достоверного прогноза этих осложнений с целью их предотвращения или снижения отрицательных последствий, уменьшения общих затрат на угледобычу. Актуальность работы определяется разработкой и практической апробацией новой комплексной методики прогноза и оценочных критериев влияния геологических осложнений на эффективность угледобычи.

Цель исследований: разработка научно обоснованной методики прогноза условий отработки угольных пластов для оптимального планирования производственных показателей работы лав. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Типизация и ранжирование горно-геологических осложнений, оказы
вающих вредное влияние на добычу угля.

1. Разработка методов объективной количественной оценки горногеологических осложнений.

2. Обоснование комплекса методов прогнозирования условий разработки угольных пластов.

Фактический материал, положенный в основу диссертации собирался автором в 1974-1983 годы и анализировался в последующее время. Непосредственным фактическим материалом для исследований послужила выполненная лично автором геологическая документация 50 км подготовительных выработок, 42 очистных забоев, а также собранная им информация шахтных геологических и экономических служб производственных объединений "Гуковуголь" по 110 очистным забоям и "Ростовуголь" по 30 очистным забоям. Кроме того, было отобрано и изучено 365 образцов горных пород, выполнено 500 определений фациалыюй принадлежности осложнений, описано 68 прозрачных шлифов литологических разностей горных пород. Все расчеты, результаты которых приведены в форме таблиц и картографического материала, а также графика выполнены лично автором. Составлено 11 прогнозных карт устойчивости и обрушаемости кровли угольных пластов, литолого-фациальных карт, прогнозных карт горно-геологических условий и три комплекта геолого-морфологических разрезов шахтных полей ПО "Ростовуголь" и ПО "Гуковуголь" (С 1992 г. ПО "Гуковуголь" и с 1993 г. ПО "Ростовуголь" реорганизованы в акционерные общества "Гуковуголь" и "Ростовуголь").

Научная новизна работы заключается в следующем: а) разработан новый геолого-экономический способ прогнозирования условий разработки угольных пластов на основе количественной оценки влияния различных горно-геологических факторов; б) впервые для Восточного Донбасса разработана новая классификация завалов лав как крайней степени отрицательного влияния кровли на отработку угольных пластов, увязанная как с геологическими особенностями углевмещающей толщи, так и с технологией отработки угольных пластов; в) установлена взаимосвязь между устойчивостью кровли, фациальными особенностями углевмещающих пород, структурной позицией шахтных полей и тектоническим строением района; г) установлена взаимосвязь между кливажной трещиноватостью пород и устойчивостью непосредственной и обруглаемостью основной кровель угольных пластов; д) классифицированы и ранжированы основные типы горно-геологических осложнений, оказывающих наиболее существенное влияние на работу лав в шахтах Восточного Донбасса; е) приведена новая, максимально приближенная к технологии ведения очистных работ, типизация пород непосредственной кровли по устойчивости.

Практическое значение. Созданный на основе проведенного комплекса исследований оценочный геолого-экономический метод прогнозирования горно-геологических условий разработки угольных пластов позволяет получать достаточно достоверные результаты и способствует повышению эффективности использования горнодобывающей техники, росту производительности труда, улучшению условий труда и техники безопасности при ведении очистных работ, а также общему удешевлению горных работ.

Апробация работы. Отдельные части диссертационной работы и ее выводы докладывались на региональном семинаре по геолого-математическому моделированию в г. Новочеркасске (1983 г.), в отделе методики разведки и прогноза горно-геологических условий месторождений угля и горючих сланцев ВНИГРИуголь (1983 г.), на НТС ВСЕГИНГЕО (1984 г.), на научных конференциях Новочеркасского политехнического института (1984, 1985 гг.), на зональной научной конференции "Проблемы геологии, оценки и прогноза полезных ископаемых юга России" (1995 г.).

Практическая ценность работы определяется разработкой новой методики геолого-экономической оценки, позволяющей осуществлять прогноз условий отработки угольных пластов на основе количественной оценки влияния различных горно-геологических факторов. Разработанная методика была реализована в составленных автором девяти прогнозных картах по шахтным полям Восточного Донбасса. Последующая отработка отдельных шахтных полей АО "Гуковуголь" и "Ростовуголь" показала практически полную сходимость прогнозных данных с производственными показателями.

Основные защищаемые положения. Результаты выполненных автором исследований позволяют сформулировать и представить к защите следующие основные положения:

1. Из числа множества характеристик и свойств угленосной толщи Во
сточного Донбасса, объединяемых под общим названием "Горно
геологические условия разработки угольных пластов", наибольшее влияние
на процесс угледобычи оказывают факторы, приводимые в следующем по
значимости порядке:

=> характер обрушаемости пород основной кровли;

=> степень устойчивости пород непосредственной кровли;

=> устойчивость и несущая способность пород непосредственной почвы;

=> наличие и характер сингенетических размывов угольного пласта;

=> наличие и характер мелкоамплитудпых тектонических нарушений;

=> изменчивость мощности угольного пласта;

=> наличие мелкоамплитудной флексурной складчатости;

=> наличие разрабатываемых пластов -"спутников".

2. Горно-геологические условия разработки угольных пластов в шах
тах Восточного Донбасса возможно и необходимо прогнозировать на осно
ве данных литолого-фациальных и структурно-тектонических параметров
угленосных толщ.

3. Горно-геологические осложнения в угольных шахтах Восточного
Донбасса могут быть оценены количественно в комплексе и каждый в от
дельности с помощью технико-экономических показателей работы очистных
забоев. Для этого рекомендуются специальные горно-геологические коэф
фициенты К„, К_с, являющиеся производными от деления нормативных эко
номических показателей Л_ср1т (производительность труда одного рабочего в
сложных горно-Геологических условиях) и С_срХт (себестоимость добычи угля
в аналогичных условиях) на П_ср№я и С_срШ - соответствующие показатели, до
стигнутые в благоприятных условиях:

П С
ту _ 'ср\ая „ _ ^ср\гн
К_п — , А —

и С

Коэффициенты применимы для количественной оценки любого из горно-геологических осложнений. Характерные формы проявления осложнений определяются геологией района угледобычи и, в первую очередь, литофаци-альными особенностями углевмещающих горных пород и позиции шахтного поля в общей тектонической структуре .

4. Предлагаемый способ геолого-экономического прогнозирования
горно-геологических осложнений в процессе угледобычи может быть ис
пользован как для текущего, так и для перспективного планирования гор
ных работ на шахтах Восточного Донбасса и других угольных бассейнов.
Отрицательный эффект горно-геологических осложнений допустимо экс
траполировать с изученных площадей на прогнозные. Его величина может
быть использована для геолого-промышленной оценки разведуемых шахт
ных полей и их участков.

5. Величина горного давления, возникающего в призабойном пространстве лавы, определяется ее ориентировкой по отношению к простиранию кливажной трещиноватости и степенью развития самой трещинова-тости. Эта величина может быть существенно уменьшена при оптимальном (25-30) угле встречи линий очистного забоя с простиранием кливажа.

6. Разработанная автором типизация завалов на шахтах Гуково-Звсревского района может быть использована для оптимального управления кровлей в очистных забоях Восточного Донбасса.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ; в геологические фонды различных организаций по разведке и добыче угля, а также в ВИНИТИцентр переданы 2 отчета по научно-исследовательским работам с участием в них автора.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав и заключения, общим объемом 156 страниц машинописного текста. Текст сопровождается 11 рисунками, 16 таблицами и 15 демонстрационными графическими приложениями. Список литературы включает 132 названия.