Современные технологические и технические решения отработки угольных пластов
Покупка
Издательство:
Горная книга
Автор:
Логинов Александр Кимовоч
Под ред.:
Михеев Олег Витальевич
Год издания: 2012
Кол-во страниц: 392
Дополнительно
Уровень образования:
Дополнительное профессиональное образование
ISBN: 978-5-98672-305-1
Артикул: 424780.02.99
Доступ онлайн
В корзину
Одним из основных факторов, осложняющих разработку пластов Вор-
кутского месторождения на глубине 900⎯1000 м, являются горные удары в
кровле, которая сложена мощными слоями прочных пород, склонных к зави-
саниям на больших площадях. Превентивные меры, регламентированные ин-
струкциями по борьбе с горными ударами, очаг которых формируется в уголь-
ном пласте, в данных условиях не гарантируют безопасность горных работ, а
методы прогноза не обладают достаточной надежностью.
Решение совокупности указанных проблем возможно при условии использования современных достижений и информационных ресурсов в области
геотехнологии: многоштрековая подготовка, тросовая анкерная крепь, автоматизированные системы контроля проявлений горного давления в масштабе реального времени, цифровые модели шахт и экспертные системы.
Проектирование подготовки выемочных участков при охране выработок
околоштрековыми целиками должно производиться исходя из условий предотвращения горных ударов в кровле, динамических разломов почвы и снижения потерь угля.
Для инженерно-технического персонала ОАО «Воркутауголь» и других
угольных компаний и шахт c аналогичными горно-геологическими условиями
при разработке пространственно-планировочных решений по вскрытию, подготовке и отработке угольных месторождений.
Кафедра «Подземной разработки пластовых месторождений» Московского государственного горного университета рекомендует разработанные
технологические и технические решения для внедрения.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- 21.00.00: ПРИКЛАДНАЯ ГЕОЛОГИЯ, ГОРНОЕ ДЕЛО, НЕФТЕГАЗОВОЕ ДЕЛО И ГЕОДЕЗИЯ
- ВО - Специалитет
- 21.05.04: Горное дело
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
УДК 622.26:622.83 ББК 33.31 Л 69 Книга соответствует «Гигиеническим требованиям к изданиям книжным для взрослых. СанПиН 1.2.1253⎯03», утвержденным Главным государственным санитарным врачом России 30 марта 2003 г. Рецензент заслуженный деятель науки Российской Федерации, доктор технических наук В.Н. Вылегжанин Л 69 Логинов А.К. Современные технологические и технические решения отработки угольных пластов / Под ред. О.В. Михеева. ⎯ М.: Издательство «Горная книга», 2012. ⎯ 392 с. ISBN 978-5-98672-305-1 (пер.) Одним из основных факторов, осложняющих разработку пластов Воркутского месторождения на глубине 900⎯1000 м, являются горные удары в кровле, которая сложена мощными слоями прочных пород, склонных к зависаниям на больших площадях. Превентивные меры, регламентированные инструкциями по борьбе с горными ударами, очаг которых формируется в угольном пласте, в данных условиях не гарантируют безопасность горных работ, а методы прогноза не обладают достаточной надежностью. Решение совокупности указанных проблем возможно при условии использования современных достижений и информационных ресурсов в области геотехнологии: многоштрековая подготовка, тросовая анкерная крепь, автоматизированные системы контроля проявлений горного давления в масштабе реального времени, цифровые модели шахт и экспертные системы. Проектирование подготовки выемочных участков при охране выработок околоштрековыми целиками должно производиться исходя из условий предотвращения горных ударов в кровле, динамических разломов почвы и снижения потерь угля. Для инженерно-технического персонала ОАО «Воркутауголь» и других угольных компаний и шахт c аналогичными горно-геологическими условиями при разработке пространственно-планировочных решений по вскрытию, подготовке и отработке угольных месторождений. Кафедра «Подземной разработки пластовых месторождений» Московского государственного горного университета рекомендует разработанные технологические и технические решения для внедрения. УДК 622.26:622.83 ББК 33.31 ISBN 978-5-98672-305-1 © А.К. Логинов, 2006, 2012 © Издательство «Горная книга», 2006, 2012 © Дизайн книги. Издательство «Горная книга», 2006, 2012
ПРЕДИСЛОВИЕ Угольная промышленность России в настоящее время находится в периоде реконструкции, основной особенностью которого является поиск путей модернизации производства с целью обеспечения конкурентоспособности шахт на рынке угля. Осуществление этой задачи в современных условиях часто требует технических решений, в которых нетрадиционные подходы становятся нормой. Учитывая длительный период спада производства 1990⎯2000 годов, для форсирования отставания представляется необходимым в максимальной степени использовать информационные ресурсы, созданные отечественной горной наукой, и достижения в данной области развитых угледобывающих стран. В указанный период в США, Канаде, Австралии, ЮАР происходило наращивание добычи угля и соответственно интенсивно развивались научные исследования. В этих странах суточная нагрузка по участку 10⎯15 тыс. т и более в последние годы стала нормой. Обеспечение такой производительности ⎯ итог целого комплекса организационнотехнических и технологических мероприятий, среди которых особого внимания заслуживают применение многоштрековой подготовки, тросовых анкерных крепей, оперативных методов прогноза и предотвращения опасных проявлений горного давления поддержание и охрана выработок угольными целиками. Это в значительной степени инициировалось экономическими проблемами. В США, например, около 80 % электроэнергии вырабатывается на угле, добываемом в основном подземным способом. На мировом рынке энергоносителей на ведущие позиции выходят Австралия, Китай, Вьетнам, Индонезия. Планируется освоение месторождений, которые ранее не разрабатывались, например крутые мощные пласты в западных штатах США. Благодаря этому, в сочетании с одновременным совершенствованием технических средств по добыче, технологических мероприятий по управлению горным давлением и внедре
нием автоматизированных систем контроля за его проявлениями решение проблем добычи угля выходит на уровень высоких технологий. На шахтах России, и в частности на Воркутском месторождении, иного пути решения проблемы резкого повышения производительности очистных работ не существует и поэтому для преодоления длительного отставания представляется целесообразным обратиться к опыту зарубежному стран. В настоящее время в данной области наметился определенный прогресс. Одной из первых по этому пути пошла «Распадская угольная компания» в Кузбассе. ОАО «Воркутауголь» приступило к реализации проекта освоения на современном научно-техническом уровне мульдовой части Воркутского месторождения путем объединения действующих шахт «Северная», «Заполярная», «Комсомольская» и «Воркутинская» в одно мощное предприятие по добыче и обогащению угля — шахту «Воркута». На Воркутском месторождении внедрение современных технологий осложняется тем, что разработку угольных пластов в ближайшие десятилетия предстоит вести на глубинах 900— 1100 м. В бывшем СССР проблема управления горным давлением на угольных шахтах изучалась на протяжении почти 70 лет во всех угольных месторождениях. Научные школы, сформировавшиеся в отраслевых, академических научно-исследовательских институтах и университетах и созданные на этой основе информационные ресурсы были в состоянии решать задачи управления состоянием массива горных пород практически любой степени сложности. Полученные данные были опубликованы и обобщены в нормативно-технических и методических документах. По-видимому, в связи с этим в середине 1980-х годов у некоторых руководителей угольной отрасли сложилось ошибочное представление о том, что все проблемы по управлению горным давлением решены и развивать исследования в этой области нецелесообразно. Однако из нашей недавней истории хорошо известно, что любые административные ограничения на научные исследования неизбежно ведут к отставанию в экономике. Поэтому без пополнения новыми экспериментальными
данными научные принципы и положения, заложенные в Инструкциях, Руководствах и других нормативных технических документах, в России остались на уровне 1970-х годов. Но в то же самое время в развитых угледобывающих странах (США, ЮАР, Канада, Австралия) исследования по рассматриваемому в данной монографии направлению интенсивно развивались. Ежегодно в разных странах проводятся международные конференции по горному давлению, в которых принимают участие крупнейшие специалисты. Активное использование информации, содержащейся в материалах этих конференций, для шахт России представляется в современных условиях чрезвычайно важным. Использованные при составлении монографии зарубежные публикации отражают условия, характерные для большинства угольных месторождений, в том числе, отечественных, на которых существуют проблемы по управлению геомеханическими процессами: достаточно большие по сравнению с прочностью пород напряжения; наличие главных максимальных горизонтальных напряжений, превышающих вертикальные; тектоническая нарушенность и зоны ослабления массива тектоническими трещинами; динамические формы проявлений горного давления — пучение и разломы почвы, горные удары и выбросы, отжим угля и откольные явления в краевых частях целиков и пластов; глубина от нескольких десятков метров до 1 км и более, мощность пластов до 2—3 м, типы кровель ⎯ трудно- и легкообрушающиеся, склонные к пучению породы почв, системы разработки ⎯ длинные столбы с обрушением и камерно-столбовая, очистное оборудование ⎯ механизированные комплексы и короткозабойные комбайны, способы охраны выработок ⎯ угольные целики, в том числе многорядные, и бутовые полосы. Изучение современного состояния подземной добычи угля в российских шахтах и зарубежного опыта вызывает необходимость уточнения ряда положений, содержащихся в нормативнотехнических и методических документах, по вопросам применения бесцеликовой схемы подготовки выемочных полей, крепления выработок анкерными крепями, исключения способа охра
ны подготовительных выработок целиками, применения камерно-столбовой системы, обязательности опережающей выемки защитных пластов на пластах, опасных по горным ударам. В первую очередь это относится к способам подготовки выемочных полей и охраны подготовительных выработок. С ростом глубины горных работ стали обнаруживаться принципиальные недостатки бесцеликовой технологии [142]: возросли смещения контура выработок до величин, превышающих конструктивную податливость крепей, вследствие чего участились ситуации, при которых требуется ремонт и восстановление крепления. Для уменьшения смещений возникла необходимость применения мощных посадочных крепей на границе с выработанным пространством (железобетонные тумбы, многорядная органная крепь и др.), активных способов управления горным давлением (торпедирование кровли, щелевая разгрузка и др.), специальных крепей усиления, устанавливаемых в зонах интенсивных проявлений горного давления впереди и позади очистных забоев. Все эти мероприятия приводят к увеличению себестоимости угля. Кроме того, обострилась проблема крепления сопряжений лав с конвейерным и вентиляционным штреками. На основании опыта развитых угледобывающих стран можно утверждать, что решение проблемы заключается в применении охраны подготовительных выработок целиками. Однако, очевидно, что при проектировании целиков должна обеспечиваться не только надежная охрана выработок собственного пласта, но и предотвращение горных ударов, снижение их вредного влияния на выработки сближенных пластов, уменьшение потерь угля в недрах. В такой постановке проблема представляется комплексной, включающей не только расчет прочностных и деформационных свойств целиков, обеспечение оптимального в данных горно-геологических условиях и горно-технических ситуациях режима их взаимодействия с боковыми породами, но и вопрос применения комбинированной системы отработки выемочных участков, при которой выемочные поля для механизированных комплексов подготавливаются по многоштрековой схеме, а целики между штреками отрабатываются обратным ходом короткозабойными комбайнами.
Необходимо отметить, что тенденция к расширению области применения бесцеликовой технологии на шахтах основных угольных бассейнов России, Казахстана и Украины привела к свертыванию исследований по охране выработок целиками. В то же время на шахтах США, ЮАР, Австралии, Канады и других стран подобные исследования экспериментальными и теоретическими методами проводятся постоянно и в больших объемах. Необходимость таких исследований была продиктована случаями внезапного массового разрушения целиков (коллапса), иногда с трагическими последствиями. Поэтому проблема разрушения целиков остается актуальной в связи с охраной труда и безопасностью во всех странах применительно к системам разработки с длинным очистным забоем и камерно-столбовой. Во-вторых, опыт применения штанговой сталеполимерной и клинораспорной анкерной крепи в качестве основной в подготовительных выработках угольных шахт показал необходимость использования удлиненных анкеров, закрепляемых в основной кровле. В этом направлении перспективным является использование тросовых крепей. В-третьих, это касается проблемы горных ударов. Для угольных пластов в границах шахты «Воркута» в соответствии с «Каталогом…» [4] минимальная глубина, с которой пласты отнесены к угрожаемым или опасным по горным ударам, составляет в блоке № 1 для пласта «Мощный» 720 м, для пласта «Пятый» 880 м, для пластов «Тройной» и «Четвертый» 470— 500 м. В блоке № 2 в границах полей № 1 и 2 пласты «Тройной» и «Четвертый» с глубины 350—375 м и в поле № 3 пласт «Четвертый» с глубины 205 м и пласт «Тройной» с глубины 455 м отнесены к удароопасным. В блоке № 3 пласты «Тройной» и «Четвертый» отнесены к склонным к горным ударам с глубины 350—375 м. Однако концепции «минимальной глубины», представленной в работах [9, 10, 11], противоречат многочисленные случаи сильных горных ударов, которые, как будет показано в VII главе, происходят в угольных шахтах на глубинах всего несколько десятков метров.
Следует также учитывать, что одной из главных особенностей продуктивной части Воркутского месторождения является наличие в кровле пластов мощных слоев прочных пород. В таких условиях, несмотря на проведение всех регламентных профилактических мероприятий, на шахтах продолжают происходить горные удары в кровле и динамические разломы почвы (см. VI главу). Это означает, что такие меры, как опережающая отработка защитных пластов и локальная разгрузка в условиях шахты «Воркута», могут оказаться неэффективными. Поэтому устанавливаемые действующими в России правилами [2—8] ограничения, в подобных горногеологических условиях не гарантируют повышение безопасности, но приводят к неоправданным экономическим затратам. Так, например, «Инструкция…» [7] содержит правильные указания и рекомендации по прогнозу и предотвращению горных ударов, вполне соответствующие требованиям аналогичных документов, принятых в других странах. Однако все существующие методы оценки удароопасности не обеспечивают получения прогноза надежнее, чем 50 на 50 %, что нельзя считать приемлемым ни с точки зрения обеспечения безопасности, ни с экономических позиций. Разрешение этого противоречия в практике работы шахт развитых угледобывающих стран осуществляется посредством применения автоматизированных систем контроля геомеханических процессов в очистных и подготовительных выработках в реальном времени. В монографии предлагается принцип предотвращения динамических проявлений горного давления на основе автоматизированного геомеханического мониторинга в масштабе реального времени. Такой подход получает все большее распространение в зарубежных шахтах, но для отечественной угольной промышленности он является новым. Применение его в шахтах позволяет проводить мероприятия, основываясь на оперативных данных о физическом состоянии массива в каждой конкретной выработке в каждый момент времени. Такой подход диктуется необходимостью создания условий для рентабельной работы шахт в современной экономической ситуации при безусловном обеспечении безопасности труда шахтеров. Изложенное выше определило содержание данной работы.
Доступ онлайн
В корзину