У доповіді проведено аналіз проблем, що виникають при відпрацюванні пологих вугільних пластів механізованими комплексами, пов'язаних з управлінням труднообрушающіміся покрівлями. розглянуто вплив опорного тиску на різні технологічні операції та запропоновано рекомендації щодо його зниження, контрольованої посадці труднообрушающейся покрівлі.

Анотація наукової статті з енергетики та раціонального природокористування, автор наукової роботи - Леконцев Юрій Михайлович, Сажин Павло Васильович


PROBLEMS OF CONTROL OF HARDLY FALLING ROOFS AT DEVELOPMENT OF FLAT COAL SEAMS

In the work the analysis of the problem, appearing at development flat coal seams by machinery complexes related to control of hardly falling roofs is shown. The influence of bearing pressure on various technological procedures is considered. Recommendations for its reduction and controlled caving of hardly falling roofs are proposed.


Область наук:

  • Енергетика і раціональне природокористування

  • Рік видавництва: 2019


    Журнал: Інтерекспо Гео-Сибір


    Наукова стаття на тему 'ПРОБЛЕМИ УПРАВЛІННЯ ТРУДНООБРУШАЮЩІМІСЯ покрівлі при відпрацюванні ПОЛОГИХ вугільних ПЛАСТІВ'

    Текст наукової роботи на тему «ПРОБЛЕМИ УПРАВЛІННЯ ТРУДНООБРУШАЮЩІМІСЯ покрівлі при відпрацюванні ПОЛОГИХ вугільних ПЛАСТІВ»

    ?УДК 622.23.05

    DOI: 10.33764 / 2618-981Х-2019-2-4-162-169

    ПРОБЛЕМИ УПРАВЛІННЯ ТРУДНООБРУШАЮЩІМІСЯ покрівлі при відпрацюванні ПОЛОГИХ вугільних ПЛАСТІВ

    Юрій Михайлович Леконцев

    Інститут гірничої справи ім. Н. А. Чінакала СО РАН, 630091, Росія, Новосибірськ, Червоний пр., 54, кандидат технічних наук, і. о. зав. лабораторією підземної розробки вугільних родовищ, тел. (383) 205-30-30, доп. 178, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Павло Васильович Сажин

    Інститут гірничої справи ім. Н. А. Чінакала СО РАН, 630091, Росія, Новосибірськ, Червоний пр., 54, кандидат технічних наук, старший науковий співробітник, тел. (383) 205-30-30, доп. 177, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    У доповіді проведено аналіз проблем, що виникають при відпрацюванні пологих вугільних пластів механізованими комплексами, пов'язаних з управлінням труднообрушающімі-ся покрівлями. Розглянуто вплив опорного тиску на різні технологічні операції та запропоновано рекомендації щодо його зниження, контрольованої посадці труднообру-шує покрівлі.

    Ключові слова: спрямований гідророзрив, герметизатор, щелеобразователь, опорний тиск, динамічний вплив.

    PROBLEMS OF CONTROL OF HARDLY FALLING ROOFS AT DEVELOPMENT OF FLAT COAL SEAMS

    Yuri M. Lekontsev

    Chinakal Institute of Mining SB RAS, 54, Krasny Prospect St., Novosibirsk, 630091, Russia, Ph. D., Head of Underground Development of Coal Deposits Laboratory, phone: (383) 205-30-30, extension 178, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Pavel V. Sazhin

    Chinakal Institute of Mining SB RAS, 54, Krasny Prospect St., Novosibirsk, 630091, Russia, Ph. D., Senior Researcher, phone: (383) 205-30-30, extension 177, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    In the work the analysis of the problem, appearing at development flat coal seams by machinery complexes related to control of hardly falling roofs is shown. The influence of bearing pressure on various technological procedures is considered. Recommendations for its reduction and controlled caving of hardly falling roofs are proposed.

    Key words: directed hydraulic fracturing, sealer, presplitter, bearing pressure, dynamic

    impact.

    В даний час в Кузбасі, що є основним регіоном видобутку вугілля, як енергетичного, так і коксівного в Росії повністю припинена відпрацювання потужних крутих пластів підземним способом. Очисні роботи ведуться або відкритим способом, або відпрацьовуються пологі вугільні пласти підземним способом.

    Виробництво і продуктивність лав щороку зростає завдяки зростанню продуктивності очисних комплексів і розвитку технологій, що забезпечують безпечну вуглевидобуток довгими забоями.

    Технологічно, відпрацювання виїмкового стовпа можна розділити на три етапи: монтаж комплексу і вихід його з монтажною камери, безпосередньо відпрацювання пласта і демонтаж механізованого комплексу. На кожному з цих етапів нерідко виникають складнощі, пов'язані з управлінням труднооб-Руша покрівлями. Основною проблемою є зависання покрівлі, що веде до зростання опорного тиску на пласт і охоронні цілики. На етапі виходу з монтажною камери зависання основної покрівлі веде до збільшення кроку її первинної посадки і підвищення ймовірності динамічних впливів на механізоване кріплення з катастрофічними наслідками. Зростання навантажень при відпрацюванні виймальних стовпа може привести до руйнування охоронних ціликів і деформацій гірських виробок, а зависання покрівлі при демонтажі механізованого комплексу може привести до його задавливания "насухо" і незворотної втрати.

    Динамічні явища, спровоковані зависанням основної покрівлі та її майданних обваленням, призводить до руйнування гірничих виробок і зниження безпеки ведення очисних робіт. Виходячи з цього, управління процесами обвалення основної покрівлі, з метою виключення її зависання і перерозподілу навантажень до безпечного рівня є першочерговим і необхідної технологією при веденні очисних робіт механізованими комплексами підземним способом.

    Ці технологічні завдання вирішуються різними способами, але досвід робіт ИГД СО РАН на шахтах Кузбасу показує, що найбільш перспективним і ефективним способом вирішення таких завдань є метод спрямованого гідророзриву [1 - 2].

    Суть методу, особливості та обладнання, необхідне для його реалізації, широко відомі і описані в ряді публікацій і в правоохорони документах [3 -5].

    Розглянемо, яким чином вирішуються, описані вище проблеми, із застосуванням методу гідророзриву і його різновидів.

    При виході механізованого комплексу з монтажною камери, пов'язані з управлінням труднообрушающіміся покрівлями, проблеми обумовлені їх зависанням або їх низькою стійкістю.

    На шахті "Березовська" при виході механізованого комплексу з монтажною камери № 44 вугільного пласта XXVI була успішно апробована технологія спрямованого гідророзриву (НГР) по зміцненню смолами блоків порід безпосередньої покрівлі [6].

    Безпосередня покрівля пласта, за даними геологічної служби шахти, слабостійких і являє собою темно-сірий великоблочний алевроліт потужністю до 4.4 м і міцністю 5 за шкалою Протод'яконова. Очисні роботи в лаві періодично ускладнювалися утворенням заколовши і куполообра-тання по грудях забою. Спроби превентивного закріплення покрівлі смолами

    за загальноприйнятою схемою не давали позитивних результатів, так як смола, володіючи низькою плинністю, що не продавлювати з пробурених шпурів в природні тріщини крупноблочного масиву покрівлі.

    Застосування попереднього гідророзриву (ГР) з пробурених шпурів поєднувалося з нагнітанням рідини в режимі гідрорасчлененія (рис. 1). Як показали виконані дослідження, в покрівельному масиві формувалися не тільки штучні макротріщини, а й збільшувалися природні до розмірів достатніх для подальшого заповнення їх смолою за стандартною методикою.

    Мал. 1. Технологічна схема гідророзриву і просочення закріплюють смолами безпосередньої покрівлі пласта XXVI: А - безпосередня покрівля; 1, 2, 3 - природна і штучна тріщини

    В результаті послідовного застосування перерахованих вище технологічних прийомів досягнуто зміцнення покрівлі, що запобігає утворенню заколовши і куполообразованій по грудях очисного забою. Всі передбачувані за прогнозом осередки порушень покрівлі були пройдені зі значним зниженням простою очисних робіт, що підтвердило високу ефективність технології гідророзриву.

    Набагато частіше при виході механізованого комплексу з монтажною камери відбувається зависання труднообрушающейся покрівлі на значній площі.

    Співробітниками ИГД СО РАН накопичений великий досвід по знеміцнення труднообрушающіхся покрівель на шахтах Кузбасу [7 - 8]. Наприклад, в рамках експериментальних робіт на шахті "Березовська" в лаві №79 вирішувалися два завдання: були проведені роботи по зниженню кроку первинної посадки покрівлі при виході механізованого кріплення з монтажною камери, а також роботи по збереженню конвеєрного штреку при відпрацюванні виймальних стовпа для його повторного використання.

    Виходячи з гірничо-геологічних умов залягання пласта, була розроблена схема розташування шпурів (рис. 2) та визначено їх параметри.

    Висота закладення ініціює щілини від поверхні оголення покрівлі (2, м), що забезпечує подбучіваніе покрівлі обвалюються породами, розраховувалася за відомою формулою [7]. Однак, в результаті проведення шахтних досліджень було встановлено, що при кутах падіння вугільних пластів 12 - 18 °, глибина шпурів, що розраховується за цією формулою, неточна, тому вона була уточнена:

    2 ту - К (к1о - 1) ^ . ,

    2 = - ^ к1о '

    (Ко - Осое ^

    де ф - кут падіння пласта, град; ту - виймаємо потужність пласта, м; до -Потужність легкообрушающейся покрівлі, м; к1о, ко - коефіцієнти розпушення порід відповідно легко- і труднообрушающіхся порід.

    Мал. 2. Схема розташування шпурів:

    1, 3, 5, 6, 7 - похилі; 2, 4, 8, 9 - пробурені нормально до площини залягання пласта

    У відповідності зі схемою (рис. 2), шпури 1-5, виконані з монтажною камери, призначалися для скорочення кроку первинної посадки покрівлі. Шпури 2, 4 бурились перпендикулярно до пласту на глибину 5-6 м. Шпури 1, 3, 5, глибиною 6-8 м бурились під кутом 40-45 ° до площини залягання пласта. Для зниження навантажень на охоронний цілик з конвеєрного штреку вищерозміщених лави №77, в сторону вентиляційного штреку відпрацьовується лави №79, постійно, з випередженням лави на 50-70 м бурились шпури 6-9 з інтервалом 25-30 м і глибиною 8-10 м.

    В ході проведення шахтних експериментів, за допомогою самописця годинного типу, записані значення тиску рідини в часі при проведенні гідророзривів. На рис. 3 показані найбільш характерні графіки зміни тиску робочої рідини (?), Що нагнітається в ізольовані ділянки шпурів № 4 і № 9.

    ^ З ^ з

    а) б)

    Мал. 3. Зміна тиску рідини при гідророзриві труднообрушающейся покрівлі на шахті "Березовська": а) з шпуру № 4; б) з шпуру № 9

    Аналіз записів осциллограмм поточного тиску показав, що характер гідроразривов вироблених з шпурів, розташованих на різних ділянках вироблення, змінюється незначно. Деякі відмінності (початку процесу розвитку штучної тріщини і стабілізації тиску робочої рідини) пояснюються локальним станом масиву (неоднорідністю по міцності і т. Д.) В місці проведення робіт. Раніше при відпрацюванні даного пласта, крок первинної посадки покрівлі при виході механізованих кріплень з монтажних камер становив 35-40 м і обвалення супроводжувалося значними динамічними навантаженнями на секції кріплення. Після проведення гідророзривів в монтажній камері № 79 крок первинної посадки скоротився до 15-20 м. При цьому посадка покрівлі сталася за механізованим кріпленням без динамічного впливу на комплекс.

    Паралельно зі зниженням навантаження на секції механізованого кріплення, в ході проведення досліджень, встановлювали можливість зменшення розмірів охоронного цілика конвеєрного штреку вищерозміщених лави. З цією метою був розроблений проект, згідно з яким схема розташування шпурів передбачала буріння шпурів 6-9 (див. Рис. 2), з конвеєрного штреку № 77 вздовж вентиляційного штреку відпрацьовується стовпа. Ці шпури бурились черзі на глибину 8-10 м.

    Проведення гідророзривів по штреку здійснювалося з випередженням очисного забою на 30-50 м. Це зумовлювалося тим, що при посадці основної покрівлі за механізованим комплексом в прилеглій до охоронного цілика зоні, порушується монолітність покрівлі і створюється хаотична трещінова тости в її товщі. Внаслідок цього, значно знижується ефективність методу НГР, так як, досягаючи зони порушення монолітності масиву, розвиток створюваних штучних тріщин припиняється.

    Спостереження зрушень покрівлі, за якими оцінювалася величина навантаження на охоронний цілик, проводилася спільно з Центром анкерного кріплення Кузбасу (ЦАК). На рис. 4 представлена ​​схема закладення вимірювальних станцій.

    Заміри проводилися конвергометром (телескопічна лінійка з індикатором годинникового типу з точністю лінійних вимірів 0,1 мм), який одним кінцем встановлювали на торець репера, поглибленого в грунт на 2,5 м, і вимірювали відстань до контрольного анкера, закріпленого в покрівлі. Останній гідророзрив був здійснений з шпуру, розташованого в конвеєрному штреку № 77 між 1-ої і 3-ої станції вимірів, на відстані 170 м від вантажного бремсберга № 36 біс (рис. 4).

    На рис. 5 представлені залежності зміщення покрівлі від відстані до лави під час її відпрацювання. Вимірну станцію № 3 лава пройшла в зоні проведення гідророзривів, а при проходженні станції № 1 разупрочнения покрівлі не проводилося.

    лава №79

    Конвеєрний штрек № 79

    Мал. 4. Схема розташування вимірювальних станцій

    100 50 0 -50 -100

    Відстань від лави до вимірювальної станції № 3, м

    а)

    800 750 700 650 600 550 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 -50 -100 -150 -200 Відстань від лави до станції № 1, м

    б)

    Мал. 5. Залежність зміщення покрівлі від відстані до лави:

    а) при проходженні лавою зони проведення гідророзривів; б) після припинення гідроразривов

    20

    150

    З графіків видно, що при проходженні лави щодо вимірювальної станції № 1 величина абсолютного зсуву покрівлі збільшилася на 64%, в порівнянні зі зміщенням покрівлі при проходженні лави щодо вимірювальної станції № 3, в районі якої проводилися гідророзриви.

    Ці дослідження свідчать про зменшення навантаження з боку основної покрівлі на охоронний цілик і про зміну характеру обвалення її після проходження очисного забою. Проведення гідророзривів забезпечує поділ масиву на блоки, які після проходження очисного забою обрушаются убік виробленого простору і подбучівают вищележачі шари покрівлі, тим самим, знижуючи силове вплив на охоронний цілик.

    Завдання зниження навантажень з боку основної покрівлі на механізоване кріплення при її вході в заздалегідь підготовлену демонтажні камеру методом спрямованого гідророзриву вирішувалася при відпрацюванні лави № 45 вугільного пласта XXVI (ш. "Березовська"). Дане завдання було вирішене шляхом проведення серії гідроразривов уздовж демонтажной камери відповідно до проекту, що передбачає розташування свердловин з розрахунковими параметрами (рис. 6).

    В результаті проведення робіт по знеміцнення основної покрівлі методом спрямованого гідророзриву при вході механізованого комплексу в демонтажні камеру № 45 були витягнуті всі секції.

    Досвід вирішення різних завдань, пов'язаних з управлінням труднообру-шує покрівлями при відпрацюванні пологих вугільних пластів показав високу ефективність технології спрямованого гідророзриву, а обладнання -високу надійність. Подальший розвиток даної технології передбачає вдосконалення обладнання і впровадження НГР з метою дегазації вугільних пластів на шахтах, небезпечних за раптового викиду вугілля і газу.

    Мал. 6. Розрахункова схема розташування свердловин НГР для разупрочнения покрівлі в районі демонтажной камери:

    1 - демонтажна камера; 2 - конвеєрний штрек; 3 - вентиляційний штрек; 4 - відсічні свердловини (шпури); 5 - основні стратифікаційних свердловини (шпури); 6 - ініціюють щілини; 7 - очисний вибій; 8 - механізований комплекс; 9 - обвалені породи; 10 - вугільний пласт

    БІБЛІОГРАФІЧНИЙ СПИСОК

    1. Ю.М. Леконцев, П.В. Сажин, А.Ф. Саліхов, В.Ф. Ісамбетов. Розширення сфери застосування методу спрямованого гідророзриву (НГР) // Вугілля. - №4. - 2014. - с. 18 - 22.

    2. В.І. Клішина. Клішина В.І. Адаптація механізованих кріплень до умов динамічного навантаження // Н., "Наука". - 2002. - 199 с.

    3. Патент РФ № 2394991. Спосіб разупрочнения міцних вугілля / Ю.М. Леконцев, П.В. Сажин, В.І. Клішина // Опубл. в БІ. - 2010. - № 20.

    4. Патент РФ № 2400624. Щелеобразователь / Ю.М. Леконцев, П.В. Сажин // Опубл. в БІ. - 2010. - № 27.

    5. Патент РФ № 2433259. Пристрій для гідророзриву порід в свердловині / Ю.М. Леконцев, А.В. Леонтьєв, Е.В. Рубцова // Опубл. в БІ. - 2011. - № 31.

    6. Ю.М. Леконцев, П.В. Сажин. Технологія спрямованого гідророзриву порід для управління труднообрушающіміся покрівлями в очисних вибоях і дегазації вугільних пластів // ФТПРПІ. - 2014. - №5. - с. 137-143.

    7. С.І. Калінін, А.Ф. Лютенко, П.В. Єгоров, С.Г. Дьяконов. Управління гірським тиском при розробці пологих пластів з труднообрушаемой покрівлею на шахтах Кузбасу // Кемерово. - 1991. - 248 с.

    8. П.В. Сажин, Ю.М. Леконцев. Застосування методу спрямованого гідророзриву // ФТПРПІ. - 2008. - № 3. - с. 34-41.

    © Ю. М. Леконцев, П. В. Сажин, 2019


    Ключові слова: спрямованих гідророзрив /герметизатор /ЩЕЛЕОБРАЗОВАТЕЛЬ /опорний тиск /ДИНАМІЧНЕ ВПЛИВ /DIRECTED HYDRAULIC FRACTURING /SEALER /PRESPLITTER /BEARING PRESSURE /DYNAMIC IMPACT

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити