Управление горным давлением при интенсивной отработке свит угольных пластов на шахтах ОАО "СУЭК-Кузбасс" тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.20, кандидат технических наук Пальцев, Анатолий Иванович

• Пальцев, Анатолий Иванович
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Пальцев, Анатолий Иванович

Введение.

Глава 1. Актуальность вопроса. Состояние изученности

Цель, задачи и методы исследований.

1.1 Анализ исследований по оценке влияния горных работ в свите угольных пластов на напряженное состояние углепородного массива.

1.2. Сравнение вариантов последовательности отработки пластов с использованием показателя защитного действия.

1.3. Классификации зон ПГД.

1.4. Обзор экспериментальных методик оценки удароопасности.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Управление горным давлением при интенсивной отработке свит угольных пластов на шахтах ОАО "СУЭК-Кузбасс"»

Планирование горных работ в свитах угольных пластов, склонных к горным ударам, является важной задачей при отработки угольных месторождений Кузнецкого бассейна. От правильного выбора порядка отработки зависит как размерь потерь угля в оставленных целиках, так и безопасность и эффективность отработки. Нерациональный выбор порядка отработки ведет к образованию интенсивных зон повышенного горного давления (зон ПГД), большим потерям угля, а также затратам на проведение противоударных мероприятий.

В настоящее время в соответствии с нормативными требованиями очередность отработки пластов регламентируется перспективными геомеханическими схемами регионального управления выбросо- и удароопасным состоянием массива при разработке свит угольных пластов. Однако в действующих нормативно-методических документах основополагающим технологическим принципом является бесцеликовая разработка угольных пластов, залегающих в свите и оптимальный порядок их отработки устанавливается, исходя из оценки применения региональных мер управления горным давлениям по максимальным параметрам защитной разгрузки. Опыт применения бесцеликовой технологии показал хорошую эффективность такого подхода при разработке маломощных пластов и пластов средней мощности. Объемы добычи на таких пластах обеспечивались одновременной разработкой нескольких пластов в свите.

На шахтах ОАО «СУЭК - Кузбасс » при разработке угольных пластов мощностью 3-5 м экономически целесообразным является интенсивная разновременная отработка пластов по технологическим схемам с оставлением междулавных целиков. Однако, оставленные в выработанном пространстве угольные целики в силу своего продавливающего влияния формируют на смежных пластах свиты зоны ПГД, в которых осложнено ведение горных работ. Для технологических схем подготовки и интенсивной

Глава 3. Исследования по геомеханическому обоснованию мероприятий на основе регионального управления горным давлением при разработке пластов в свитах. 88

3.1. Исследования закономерностей формирования границ зон ПГД в зависимости от времени оставления междулавных целиков. 88

3.1.1. Изучение условий нагружения угольного целика на модели из эквивалентных материалов. 89

3.1.2. Прогнозная оценка влияния целиков на смежных пластах свиты. 100

3.2. Исследования порядка отработки пластов с учетом формирования зон ПГД в условиях разгрузки от очистных выработок смежных пластов.103

3.3.Выводы по главе.112

Глава 4. Разработка рекомендаций по безопасному ведению горных работ в свитах угольных пластов на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс». 113

4.1. Формирование особо сложных условий ведения горных работ на шахтах -ОАО «СУЭК-Кузбасс». ИЗ

4.2. Инженерная методика построения границ зон ПГД. 113

4.3.Разработка рекомендаций по безопасному ведению горных работ в зонах ПГД. 119

4.4 Выбор порядка отработки по критерию степени защитного действия с учетом влияния зон ПГД. 120

4.5 Сравнительный экономический анализ работы лавы с учетом разработанных рекомендаций по прогнозу удароопасности участков пластов. 125

4.6. Выводы по главе. 129

Заключение. 130

Список используемых источников. 132

Приложение. Акт об использовании результатов. 141 отработки угольных пластов с оставлением целиков выбор порядка выемки пластов в свите на основе региональных мер управления горным давлением в настоящее время не достаточно изучен.

Планирование горных работ на угольных пластах свиты должно исходить из условий формирования под и над целиками опасных зон, их «продавливающего» действия и минимизации особо сложных условий ведения горных работ. Поэтому, для обеспечения высоких скоростей проходки выемочных выработок и нагрузок на очистные забои актуальной является задача установления границ опасных зон и контроля их напряженного состояния при интенсивной разработке свит сближенных угольных пластов.

Цель диссертационной работы. Выбор оптимального порядка интенсивной отработки свит сближенных угольных пластов, склонных к горным ударам с оставлением междулавных целиков на основе разработки способов прогноза горного давления и установления границ опасных зон ПГД.

Идея диссертационной работы. Устранение или уменьшение опасного влияния зон ПГД, формируемых междулавными целиками, достигается с помощью выбора порядка отработки пластов в свите и мест расположения целиков, прогноза, управления и контроля НДС углепородной толщи. Задачи исследований.

1. Экспериментально исследовать параметры зон ПГД в условиях разработки свит угольных пластов на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс» и разработать методику экспресс методов проведения измерений.

2. Определить критерии установления границ опасных зон на угольных пластах с помощью разработанных экспресс-методов.

3.Исследовать закономерности формирования опасных условий в подготовительных и очистных выработках на участках зон ПГД.

4. По результатам исследований разработать профилактические мероприятия и рекомендации по выбору безопасного и рационального порядка интенсивной разработки свит угольных пластов.

Методика исследований. Использован комплексный метод исследований, состоящий из экспериментальных наблюдений в шахтных условиях за изменениями горного давления, лабораторных исследований геомеханических процессов на физических моделях из эквивалентных материалов и аналитических расчетов напряженного состояния с применением программных средств.

Научная новизна.

1.Установлены закономерности изменения границ зон ПГД и величины горного давления от времени формирования междулавных целиков на смежных пластах свиты.

2. Установлены зависимости и критерии изменения удельного электрического сопротивления углей, характеризующие напряженно-деформированное состояние пластов, склонных к горным ударам в зоне влияния целиков.

Основные защищаемые положения.

1.Размеры и интенсивность зон ПГД на сближенных пластах, вызванных продавливающим действием целиков, существенно зависят от очередности их формирования и соотношения расположения на различных пластах.

2.Для получения оперативной информации о напряженном состоянии пластов в зонах ПГД следует измерять удельное сопротивление углей с помощью электромагнитного профилирования, при этом участки, где амплитуда сигнала уменьшилась относительно базового значения более, чем на 40%, необходимо рассматривать как опасные зоны по горному давлению.

3.При выборе очередности интенсивной разработки в свите угольных пластов, склонных к горным ударам, и контроле безопасного ведения горных работ должно учитываться пространственное распределение повышенных величин горного давления, формируемое междулавными целиками.

Практическая значимость работы. Результаты исследований используются при составлении планов ведения горных работ (в т.ч. порядка отработки пластов на шахте «Котинская»), контроля НДС при ведении очистных работ, выбора параметров профилактических противоударных мероприятий. Кроме того, выводы и практические рекомендации вошли в «Методическое руководство по порядку и контролю безопасного ведения горных работ в опасных зонах при высоких скоростях проходки подготовительных выработок и ведения очистных работ на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс».

Достоверность и обоснованность. Научных положений и рекомендаций подтверждается большим объемом экспериментальных данных (более 10 км обследованных горных выработок), полученных в натурных и лабораторных условиях и удовлетворительной сходимостью результатов аналитических, лабораторных и шахтных исследований и согласованностью с данными других исследователей.

Реализация работы. Результаты исследований внедрены на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс» при разработке паспортов выемочных участков, ведении горных работ на сближенных пластах и планировании порядка отработки пластов.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на международных конференциях «Современные проблемы геомеханики, горного производства и недропользования», Санкт-Петербург, 2009; «Инновационные направления в проектировании горнодобывающих предприятий», Санкт-Петербург, 2010, «Неделе горняка», Москва, 2009; рабочих совещаниях и технических советах ОАО «СУЭК-Кузбасс». Личный вклад автора:

- сформулированы цель, идея и задачи исследований;

- сформулированы основные защищаемые положения и выводы;

-разработана методика наблюдений и проведены исследования по оценке горного давления в выработках при разработке свит сближенных угольных пластов на ряде шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс»;

- выбраны программные средства и параметры физических моделей для решения задач по оперативной оценке напряженно-деформированного состояния массива горных пород при моделировании интенсивной разработки свит сближенных угольных пластов для условий на шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс»;

- проведена камеральная обработка, интерпретация и анализ полученных результатов;

- разработаны практические рекомендации.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликованы 3 статьи в изданиях, входящих в Перечень ВАК Минобрнауки России.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 141 странице машинописного текста, содержит 4 главы, введение, заключение, список используемой литературы из 90 наименований, 69 рисунков, 13 таблиц, 1 приложение.

Заключение диссертации по теме «Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика», Пальцев, Анатолий Иванович

4.6. Выводы по главе

Разработанная инженерная методика выделения в зонах ПГД подзон с различным уровнем горного давления позволяет дифференцировать комплекс прогнозно-профилактических мероприятий на угрожаемых и опасных по горным ударам пластах. Периодичность проведения прогноза в зоне ПГД может быть изменена в зависимости от мощности междупластья и направления ведения горных работ в свите сближенных пластов относительно расположения границ междулавных целиков.

Разработанные рекомендации представлены для совершенствования разделов по региональным мерам управления горным давлением в инструкции по горным ударам и внезапным выбросам и направлены на обеспечение интенсивной разработки в свите угольных пластов.

Разработанная методика расчета и построения границ зон ПГД вошла в «Методическое руководство по порядку и контролю безопасного ведения горных работ в опасных зонах при высоких скоростях проходки подготовительных выработок и ведения очистных работ на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс».

Полученные выводы и результаты использованы при разработке проектной документации на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс» в части выбора оптимального порядка отработки свиты сближенных пластов, склонных к горным ударам и комплекса прогнозно-профилактических мероприятий по контролю удароопасности на выемочных участках.

130

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация представляет собой законченную научно-квалификационную работу, в которой содержится решение актуальной задачи по выбору порядка отработки сближенных угольных пластов, залегающих в свитах. На основе полученных закономерностей формирования напряженного состояния в углепородном массиве и метода регионального управления горным давлением разработаны подходы по обеспечению безопасности ведения горных работ при интенсивной разработке свит угольных пластов с применением современных технологически схем подготовки и выемки запасов в горногеологических условиях шахт ОАО «СУЭК - Кузбасс».

Основные научные и практические результаты выполненных исследований следующие:

1. По результатам аналитических расчетов при моделировании различной очередности разработки пластов в свите установлены варианты, при которых, путем изменения взаимного расположения границ междулавных целиков и очистных выработок на сближенных пластах, уменьшаются площади с особо сложными условиями ведения горных работ.

2. Характер распределения принимаемого сигнала амплитуды наведенного электромагнитного поля - А, указывает о необходимости проведения геофизических электромагнитных измерений на глубину зондирования не более ширины защитной зоны. Началом проведения экспериментальных исследований должна являться граница опасной прогнозируемой зоны.

3. Прием и интерпретация измеренных параметров электромагнитного поля обеспечивает получение оперативной информации о состоянии пластов в зонах влияния повышенного горного давления. Уменьшение сигнала амплитуды наведенного электромагнитного поля на 40% позволяет устанавливать границу опасной зоны проявления горного давления.

4. Разработанные рекомендации представлены для совершенствования разделов по региональным мерам управления горным давлением в инструкции по горным ударам и внезапным выбросам.

5. Разработанная методика расчета и построения границ зон ПГД вошла в «Методическое руководство по порядку и контролю безопасного ведения горных работ в опасных зонах при высоких скоростях проходки подготовительных выработок и ведения очистных работ на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс».

6. Полученные выводы и результаты использованы при разработке проектной документации на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс» в части выбора оптимального порядка отработки свиты сближенных пластов, склонных к горным ударам и комплекса прогнозно-профилактических мероприятий по контролю удароопасности на выемочных участках.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Пальцев, Анатолий Иванович, 2010 год

1. Авершин С.Г. Горные удары.-М.: Углетехиздат. 1955. 234 с.

2. Авершин С.Г. К вопросу о защитном действии соседних пластов. -В кн.: Вопросы горного дела. М., 1962. с.391-395.

3. Ардашев К.А., Розенбаум М.А., Рева В.Н., Привалов A.A. Технологии подготовки и отработки пологих угольных пластов. Сб.научн.тр. Горная геомеханикма и маркшейдерское дело. - СПб.: ВНИМИ. 1999. с.236-239.

4. Артемьев В.Б., Коршунов Г.И., Логинов А.К., Шик В.М. Динамические формы проявления горного давления. СПб.: Наука, 2009. 347 с.

5. Артемьев В.Б., Коршунов Г.И., Логинов А.К. и др. Охрана подготовительных выработок целиками на угольных шахтах. СПб.: Наука, 2009.231 с.

6. Аман И. П., Шаманский Г. П., Егоров П. В., Баженов А. И. Влияние подработки пластов на их механические свойства.— «Технология добычи угля подземным способом», М, «Недра», 1969, № 1 (25), с. 34—35.

7. Баклашов И.В.Деформирование и разрушение породных массивов. М.: Недра, 1988. 160с.

8. Баклашов И.В., Картозия Б.А. Механические процессы в породных массивах.-М. Недра, 1986. 270 с.

9. Бесцеликовая отработка пластов/ Ю.Л.Худин, М.И.Устинов, A.B. Брайцев и др.,-М.: Недра, 1983. 280 с.

10. Бич Я.А., Аман И.П., Ефимов И.Х. Исследования условий возникновения горных ударов на шахтах Кузбасса и разработка мер борьбы с ними.- В кН. Вопросы горного давления/ АН СССР СО. Ин-т горного дела. Новосибирск. 1964.С.37-53.

11. Борисов A.A. Механика горных пород и массивов.-М.: Недра, 1980.360с.

12. Вайсман А. М., Соснина Э. Г., Змиева А. А. О взаимном влиянии выработок при совместной разработке двух сближенных пластов. Алма-Ата, 1965. 239 с.

13. Временные методические указания по прогнозу степени удароопасности участков пластов угля геофизическими методами (для шахт Кузбасса). -Прокопьевск, 1989. 29 с.

14. Геодинамическое районирование недр: Метод, указание / И.М.Петухов, И.М.Батугина, В.В.Зубков и др.; ВНИИ горн, геомех. и маркш. дела. Л., 1990. 129 с.

15. Грицко Г. И. Вопросы разработки пластов, подверженных внезапным выбросам угля и газа в Кузбассе. Томск, 1958. 57с.

16. Грицко Г.И., Шалауров В.А. Горное давление при групповой разработке пластов. Наука. Сиб. отд. 1978. 94 с.

17. Давидянц В. Т. Совершенствование способов и средств управления кровлей и крепления. М.: Госгортехиздат, 1961. 358с

18. Дахнов В.Н. Электрические и магнитные методы исследования скважин. М., Недра, 1981. 344с.

19. Егоров П.В., Долгополова Т.И. О разработке мер борьбы с горными ударами на шахтах Кузбасса. Тр. ВНИМИ, № 68, 1968.С. 24-29.

20. Егоров П. В., Аман И. П., Яковлев Н. И. Одновременная разработка сближенных крутых пластов.— «Технология добычи угля подземным способом», М., «Недра», 1971.с. 19-20.

21. Егоров П. В. Исследование проявлений горного давления в районах дизъюнктивных нарушений.— «Технология добычи угля надземным способом», 1967, № 1, с. 51-55.

22. Зборщик М.П., Ильяшов М.А. Геомеханика подземной разработки угольных пластов. Донецк, «ДонНТУ» 2007. 262 с.

23. Зубков B.B. Программа расчета напряженного состояния горных пород около очистных выработок при отработке свиты пластов (SUIT2D). РосАПО, Свид. об официальной регистрации программы для ЭВМ № 960011 от 10.01.1996.

24. Зубов В.П. Динамика напряженно-деформированного состояния пород между пластами при работе лав под целиками. В кн.: Новые исследования в горном деле. Л.: ЛГИ, 1974, с. 20-25.

25. Зубов В.П., Лазченко К.Н. Особенности деформирования подготовительных выработок в зонах влияния целиков. В кн.: Новые исследования в горном деле. Л.: ЛГИ, 1974, с. 26-30.

26. Ильяшов М.А. Безопасная разработка свит угольных пластов, склонных к газодинамическим явлениям, в зонах повышенного горного давления. -Донецк: Донбасс, 1998.178с.

27. Исследование горного давления геофизическими методами. Под ред. Ю.В.Ризниченко, С.Д.Виноградова. М.: Наука, 1967, 214 с.

28. Инструкция по безопасному ведению горных работ на шахтах, разрабатывающих угольные пласты, склонные к горным ударам ( РД 05-32899). М., НТЦ "Промышленная безопасность", 2004 г. 96 с.

29. Инструкция по безопасному ведению горных работ на пластах, склонных к внезапным выбросам угля ( породы) и газа.( РД05-350-00) М., Госпредприятие НТЦ по безопасности в промышленности Госгортехнадзор России, 2000 г.

30. Инструкция по выбору способа и параметров разупрочнения кровли на выемочных участках.-Л., ВНИМИ, 1991. 102 с.

31. Кротов Н.В., Сидоров В.С, Сидоров Д.В. и др. Текущий прогноз динамической опасности при разработке угольных месторождений. Сборник научных трудов.-СПб.:ВНИМИ, 1999. с. 400-406.

32. Кротов Н.В., Костромин В.П., Вовк А.И., Вьюнников A.A., Осипов А.Н. Анализ и типизация особо сложных условий ведения горных работ на шахтах

33. ОАО«Воркутаголь» / Современные проблемы безопасной разработки угольных месторождений. СПб., ВНИМИ, 2006. с.96-102.

34. Кузнецов Г. Н. Общие основания к определению условий, допускающих разработку сближенных пластов в восходящем порядке. М., Углетехиздат, 1959 (Труды ВНИМИ, вып. XIX). с.23-27.

35. Кузнецов В.П., Кротов Н.В. Гребенщиков А.А.Региональное управление горным и газовым давлением при разработке свит угольных пластов. Журнал Уголь, №7, 1997. с.6-11.

36. Кузнецов В.П. Анализ и планирование защитного действия при разработке свит пластов.-Уголь, №5. 1982. с.26-28.

37. Кузнецов С. Т., Ардашев К. А., Тихомиров Ю. Е. Влияние глубины на проявления горного давления при разработке свит сближенных пластов Прокопьевского месторождения Кузбасса. Л., Тр. ВНИМИ, вып. 2. 1964. с.17-19.

38. Кузнецов С.Т., Сычев В.В. Прогноз влияния целиков и краевых частей на состояние кровли в очистных забоях надработанных и подработанных пластов / Механика горн.пород и горное давление.-JI., ВНИМИ.1981. с.3-7.

39. Леонтьев Н. К. О системе разработки сближенных пластов.— В кн.: Угольный Донбасс. М., Углетехиздат, 1962. 318 с.

40. Мазуренко В. В. Результаты инструментальных наблюдений за проявлениями горного давления в районах нарушений. Л., 1968, № 64. (Труды ВНИМИ), с. 91- 101.

41. Матвеев Б.К. Интерпретация электромагнитных зондирований. М.: Недра, 1974, 232 с.

42. Мельник В.В., Шулятьева Л.И., Шабловский A.B. Обоснование параметров дегазации при отработке пластов высокопроизводительными очистными комплексами. / Горный информационно-аналитический бюллетень. М. Изд. «Горная книга». №1, 2010. с.171-176.

43. Методические указания по расчету напряжений в зонах влияния очистных выработок. / Под ред. И.М.Петухова. Л.,. ВНИМИ, 1989. 56 с.

44. Методические указания по оценке газодинамического состояния выбросоопасных угольных пластов в зонах влияния горных работ на смежных пластах свиты. / Под ред. И.М. Петухова.-Л., ВНИМИ, 1986. 30 с.

45. Методические указания по прогнозу ударо- и выбросоопасных зон вблизи разрывных нарушений.-Л., ВНИМИ. 1990. 46 с.

46. Методические указания по прогнозу степени удароопасности участков массива горных пород, руд и угля по разделению керна на диски и выходу буровой мелочи. Л., ВНИМИ, 1985. 24 с.

47. Методические указания по оценке напряженного состояния угля и пород электрометрическим методом. -Л.; ВНИМИ, 1974, 59 с.

48. Методические указания по сейсмоакустическим и электромагнитным методам получения критериев степени удароопасности. Л., ВНИМИ, 1986. -32 с.

49. Новичихин И.А., Ильяшов М.А., Кротов Н.В. и др. Оценка выбросоопасности угольных пластов в зонах повышенного горного давления. М., ЦНИЭИуголь. 1987. 34с.

50. Прокофьев В. П., Заика К. П. Рациональные способы разработки сближенных пластов. М., Углетехиздат, 1959. 105 с.

51. Проскуряков В.М., Шабаров А.Н., Фрид В.И. и др. Экспресс-оценка динамических явлений на угольных пластах методом ЭМИ. Кемерово, 1991. -96 с.

52. Петухов И.М. и др. Теория защитных пластов. М.: Недра. 1976. 270 с.

53. Петухов И.М. Горные удары на угольных шахтах. / СПб, МНЦ ВНИМИ. 2004. 238 с.

54. Петухов И.М., Смирнов В.А., Винокур М.Ш. и др. Геофизические исследования горных ударов. М., Недра, 1975. 136 с.

55. Петухов И.М., Смирнов В.А. Методика геофизического прогноза удароопасности участков угольных пластов и рудных залежей. М., Недра, 1980. -88 с.

56. Петухов И.М., Кузнецов В.П. и др. Перспективные геомеханические схемы регионального управления выбросо- и удароопасным состоянием массива при разработке свит угольных пластов. Л., ВНИМИ, 1989. 28 с.

57. Петухов И.М. и др. Перспективные геомеханические схемы регионального управления выбросо- и удароопасным состоянием массива при разработке свит угольных пластов на шахтах Кузнецкого бассейна, Л., ВНИМИ, 1990. 94 с.

58. Петухов И.М., Шабаров А.Н., Кротов Н.В., Зубков В.В., и др. Управление геомеханическим состоянием массива горных пород. Справочное пособие, СПб, ВНИМИ, 1994. 259 с.

59. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях (ПБ 07-269-98).СПб., ВНИМИ, 1998. 290с .

60. Положение о порядке и контроле безопасного ведения горных работ в опасных зонах. СПб., ВНИМИ, 1993. 28 с.

61. Расчетные методы в механике горных ударов и выбросов. Справочное пособие./ Петухов И.М. и др. М.: Недра, 1992. 256с.

62. Рева В.Н., Мельников О.И., Райский В.В. Поддержание горных выработок. М. Недра, 1995. 270с

63. Регламентация порядка перехода на региональное управление выбросо-и удароопасностью свит угольных пластов при проектировании и эксплуатации глубоких шахт. Л., ВНИМИ.1991. 38 с.