CC BY
29
бот, отображенной на мониторе компьютера, в системе производится настройка датчиков, позволяющая задать предупредительный и аварийный пороги срабатывания сигнализации, а в случае аварийной ситуации указывается, кому следует отправлять сообщения. Шаблоны сообщений (например, «Горное давление превы-
1. Хямяляйнен В.А. Геоэлектрический контроль разрушения и инъекционного упрочнения горных пород/В. А Хямяляйнен, С.М. Простов, П.С. Сыркин. — М.: Недра, 1996. - 288 с.
2. Простое С.М. Электромагнитный бесконтактный геоконтроль/ С.М. Простов, В.В. Дырдин, В.А. Хямяляйнен. — Кемерово: ГУ КузГТУ, 2002. — 132 с.
3. Методологические основы создания автоматизированной системы комплексного геоконтроля
Рис. 2. Главное окно программы
сило первый порог», или «Влажность превысила критическое значение» и др.) отправляются через список абонентов соответствующим получателям информации. Сообщения могут отправляться как на сотовые телефоны различных стандартов и операторов, так и на пейджеры по соответствующим протоколам обмена.
В блоке настроек программного обеспечения системы предусмотрена настройка последовательных портов, параметров сети, сервера базы данных.
Разработанная автоматизированная система прошла лабораторные испытания. В качестве имитатора сигналов датчиков использовался персональный компьютер, информация с которого подавалась на сервер базы данных. Сообщения отправлялись на сотовые телефоны стандарта GSM оператора Би Лайн GSM.
---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
устойчивости бортов карьеров/В.В. Демьянов, С.М. Простов, Р.Ю. Сорокин// Горный информационноаналитический бюллетень. - М.: Изд-во МГГУ. — 2003. — №7. - С. 109-110.
4. Подэрни Р.Ю. Системы автоматизированного оповещения в горной промышленности/ Р.Ю. Подэрни, А.Б. Шныров, С.Н. Тюренков// Горная промышленность. — 2001. — №5. — С. 23-24.
— Коротко об авторах ---------------------------------------------------------------------------
Демьянов Владимир Васильевич - кандидат физико-математических наук, доцент кафедры электропривода и автоматизации,
Простое Сергей Михайлович - доктор технических наук, профессор кафедры теоретической и геотехнической механики,
Сидельцев Сергей Владимирович — старший преподаватель кафедры электропривода и автоматизации,
Сорокин Роман Юрьевич — инженер кафедры электропривода и автоматизации Кузбасский государственный технический университет.
© С.Г. Страданченко , 2004
УДК 622.272
С. Г. Страданченко
К ОБОСНОВАНИЮ ОТРАБОТКИ ОКОЛОСТВОЛЬНЫХ ЦЕЛИКОВ КОРОТКИМИ ОЧИСТНЫМИ ЗАБОЯМИ НА СТАДИИ СТРОИТЕЛЬСТВА ШАХТ
Семинар № 11
Уровень потерь угля является одним из главных критериев проектируемой технологической схемы шахты. Общеизвестно, что при определении потерь, последние могут характеризоваться как безвозвратные (забалансовые), проектные и сверхпроектные. В общей структуре проектных потерь максимальные приходятся на потери в околоствольных целиках, размеры которых находятся в зависимости от глубины заложения ствола, параметров деформирования и разрушения пород в пределах мульды сдвижения.
Анализ опыта отработки целиков показал, что наибольший эффект при извлечении угля из околоствольных целиков на стадии строительства шахты, обеспечивающий минимальное влияние на изменение напряженно-деформированного состояния крепи и арми-ровки эксплуатируемых стволов, достигается только при частичной отработке этих целиков, включая и элеэлементы гармоничной выемки. Необходимость применения таких вариантов отработки диктуется также специфическими, обусловленными периодом строительства, особенностями, совокупность которых формируется на основе ряда следующих технологических, геомеханически и геотехнических требований:
• частичность отработки запасов регламентируется необходимостью возведения околоствольных дворов и вскрывающих выработок, проведения выработок главных направлений и их охраной;
• угол падения пласта, глубина его залегания и углы сдвижения, по которым строятся околоствольные целики, а также тип около-ствольного двора предопределяют различные размеры планируемых к отработке выемочных участков по восстанию, падению и простиранию, что вызывает необходимость адекватного реагирования направлений подвигания очистного фронта, размеров и количества очистных забоев;
• для обеспечения полноты извлечения полезного ископаемого, снижения степени пожароопасности, уменьшения вредного влияния очистных работ на капитальные выработки в
определенных горно-геологических и горнотехнических условиях (увеличение угла падения, мощности и глубины залегания пласта; на пластах, опасных по внезапным выбросам и склонным к самовозгоранию; в условиях трудноуправляемых кровель) необходимо предусматривать закладку выработанных пространств;
• схемы транспортировки извлекаемого угля, доставки вспомогательного оборудования и закладочного материала, а также схемы проветривания должны быть адаптированы к типам околоствольных дворов, в частности к движению грузопотоков, к общей схеме вентиляции, к расположению ветвей и способам доставки;
• в пределах околоствольных целиков должны быть учтены неизвлекаемые предохранительные целики угля около выработок околоствольного двора и выработок главных направлений, размеры которых в зависимости от глубинны и прочности пресекаемых пород строго регламентируются, что приводит к общему сокращению планируемых к отработке размеров выемочных участков;
• оборудование, применяемое на очистных и подготовительных работах при отработке целиков, должно соответствовать номенклатуре оборудования, используемого на стадии строительства шахты и ввода ее в эксплуатацию; применяемые технологии должны обеспечивать высокие техникоэкономические показатели при минимальных затратах труда и материальных ресурсов.
Выполнение данных требований невозможно при привлечении традиционных столбовых систем разработки, базирующихся на длинных комплексно-механизирован-ных очистных забоях. На основании обзора существующих систем разработки угольных пластов короткими очистными забоями и анализа условий их применения, сопоставления организации и механизации работ по добыче и сравнения их технико-экономи-ческих показателей, выполненного по работам, из данных систем были выделены камерные и камерностолбовые системы, а также системы разработ-
ки короткими столбами, как наиболее соответствующие требованиям частичной отработки с элементами гармоничной выемки околоствольных целиков.
При камерной системе разработки от основных штреков на всю мощность пласта до границ выемочных участков проводят длинные параллельные выработки (камеры) с оставлением между ними неизвлекаемых целиков угля, обычно меньшей ширины, чем сами камеры. В пределах участка шахтных полей камеры располагаются регулярно (междукамерные целики одинаковых размеров) или периодически (кроме междукамерных целиков периодически оставляют более широкие целики).
Параметрами камерной системы являются ширина целиков, размеры камер и выемочных участков. Как отмечается в работе, понятие выемочных участков при камерной системе характеризует одну или группу разделенных одинаковыми междукамерными целиками камер. При этом добыча полезного ископаемого во всех камерах ведется одновременно, схема вентиляции является общей, возможно объединение схемы транспортировки угля и доставки материалов, а обслуживание осуществляется одной бригадой. Участки отделяются более широкими целиками - участковыми.
Выемка полезного ископаемого в камерах осуществляется буровзрывным или механизированным способом.
Как правило, ширина междукамерных целиков - от 2 до 15 м, участковых - от 5 до 30 м. Ширина камер (длина короткого забоя) 4-15 м, длина - в основном 50-150 м (максимум 300 м). Вентиляционные сбойки соединяют между собой через каждые 20-25 м. В каждом конкретном случае параметры камерных систем обосновываются геомеханически. В частности, для определения размеров целиков и пролетов камер в пределах выемочных участков за основу может быть взят метод, разработанный в Тульском государственном университете.
Область применения системы - пологие пласты в основном с устойчивыми боковыми породами с небольшой глубиной залегания, средней мощности и газоносностью не более 10 м3/т. При наличии в кровле менее устойчивых пород камеры закрепляют анкерами, реже индивидуальной стоечной крепью. Возможно применение системы на наклонных пластах (до 35°), очистные работы при этом ведут по падению или восстанию.
Достоинством системы являются высокая производительность выемочных участков (особенно с группой камер), малый расход крепежных материалов, низкая энергоемкость, простота организации работ и управления кровлей. Недостатки - значительные потери полезного ископаемого, доходящие в ряде случаев до 4050 %, и высокая пожароопасность, степень которой, однако, может быть снижена за счет своевременной изоляции отработанных выемочных участков.
Камерно-столбовая система разработки представляет собой комбинацию камерной и столбовой систем. К настоящему времени известно достаточно большое количество разновидностей камерно-столбовой системы разработки, технологические схемы и параметры которой изменяются в зависимости от свойств полезного ископаемого и вмещающих пород, мощности и угла падения пласта, глубины разработки и применяемых средств механизации. Так, например, камеры могут располагаться под прямым или острым углом к штрекам, по одну или по обе стороны от них. Подготовка столбов может осуществляться либо тупиковыми камерами, либо камерами, связывающими откаточные и вентиляционные выработки, что обеспечивает последующее проветривание за счет общешахтной депрессии. Известны варианты камерно-столбовой системы с повторным использованием камер.
Очистная выемка полезного ископаемого производится первоначально в камерах, после чего междукамерные целики (столбы) отрабатывают в обратном направлении, причем погашение их осуществляется либо по непрерывной схеме, что напоминает технологии с обратным расширением при камерной системе, либо с использованием прямых или косых за-ходок, отделяемых друг от друга небольшими целиками угля. В результате практически полностью исключается необходимость в применении специальной крепи для управления горным давлением. Дополнительное крепление используется только для поддержания кровли в протяженных камерах. Шина камер и междукамерных столбов определяется из условия горного давления и составляет соответственно 4-12 и 6-15 м. Кроме того, междукамерные столбы могут нарезаться как парными, так и одиночными камерами. При подготовке столбов одиночными камерами их последующая отработка часто осуществляется двусторонними заходками.
Выемка полезного ископаемого в камерах и заходках осуществляется как буровзрывным, так и комбайновым способом. Доставка основывается на использовании различной комбинации транспортного и погрузочного оборудования, представляемого конвейерами, погрузочными машинами и самоходными вагонами.
Камерно-столбовая система разработки применима в различных горно-геологичес-ких условиях на пологих и наклонных пластах средней мощности при кровлях различной устойчивости, на пластах не свыше второй категории по метану. Относительно глубины разработки камерно-столбовая система имеет большее распространение по сравнению с камерной, достигая горизонта в 500 м. Кроме того, существенно снижаются потери полезного ископаемого в недрах, которые редко превышают 25-35 %.
Кроме камерной и камерно-столбовой систем широкое распространение получила система разработки короткими столбами, при которой выемочные столбы дополнительно разбиваются нарезными выработками на квадратные (реже прямоугольные) участки (короткие столбы) со сторонами от 10 до 30 м.
Отработка выемочных столбов осуществляется в обратном порядке - от границ шахтного поля, а фронт очистных работ (общая линия забоев) располагается, как правило, диагонально, обеспечивая улучшение условий управления кровле. В работе находятся 2-3 коротких столба.
Обязательным является крепление нарезных выработок. Большое внимание уделяется способам погашения коротких столбов, которые зависят от ряда горно-геоло-гических и горнотехнических факторов. К ним относятся мощность, угол падения и устойчивость пород непосредственной кровли, а также тип применяемого оборудования и последовательность отработки столбов. При устойчивых породах выемку предпочитают производить открытыми заходками по веерной схеме или полосами, начиная от завальной части, при неустойчивых -закрытыми. Часто рабочий столб ограждается от выработанных пространств отработанных столбов либо небольшими целиками угля, либо органной крепью.
По условиям применения система разработки короткими столбами наибольшее распространение получила на пластах горизонтального и пологого залегания средней при породах кровли любой устойчивости.
Достоинством системы является высокая производительность труда, низкая трудоемкость по управлению кровлей, постоянный и высокий уровень добычи угля.
К недостаткам можно отнести большой объем нарезных работ, потери угля в недрах, доходящие до 40 %, трудности проветривания глухих забоев сети нарезных выработок.
В итоге проведенного анализа необходимо отметить, что общим, наиболее характерным, для данных систем разработки является следующее:
• небольшие размеры выемочных участков, в максимальной мере вписывающиеся в площадные запасы околоствольных целиков по любому из направлений очистной выемки (простирание, падение, восстание);
• высокая степень адаптации к различным горно-геологическим условиям отличающимися углом падения, мощностью и глубиной залегания пластов, степенью их опасности по самовозгоранию и выбросам, технологическими характеристиками вмещающих пород;
• простота технологических схем выемки, предопределяющая стандартную совокупность процессов и операций, характерную для очистных и подготовительных работ и достаточно высокие технико-экономические показатели;
• однотипность и маневренность применяемого на очистных и подготовительных работах оборудования, позволяющие использовать традиционный для стадии строительства и ввода шахты в эксплуатацию парк проходческих машин, средств транспорта и крепления;
• быстрый ввод в эксплуатацию и низкие капитальными вложениями, обеспечивающие попутную добычу с невысокой себестоимостью продукции; характерный для всех систем недостаток - потери угля (в сравнении с традиционными технологиями добычи) - при решении задачи отработки околоствольных целиков, наоборот, необходимо отнести к разряду достоинств, предотвращающих опасные нарушения целостности вмещающих массивов и снижающих влияние очистных работ на вертикальные шахтные стволы, выработки околоствольных дворов и главных направлений, что также соответствует требованиям частичной выемки охранных целиков;
• наличие незначительных выработанных пространств определяет возможность производить оперативную их закладку, позволяю-
щую в аналогичных условиях увеличить объе- даваемой на поверхность пустой породы.
мы извлекаемого угля и сократить объемы вы-
1. Краткий справочник горного инженера угольной шахты. Под общ. ред. А. С. Бурчакова и Ф.Ф. Кузюкова. - М.: Недра, 1982. - 454 с.
2. Сарычев В.И., Коновалов О.В., Копылов А.Б., Алешин A.A. Сравнительная оценка энерговооруженности технологий ведения очистных работ // Международная научно-техническая конференция «Энергосбережение-98»: Тез. докл./ ТулГУ. - Тула, 1998. - С. 59-60
3. Сидорчук В.К, Сарычев В.И., Шундулиди ИА. Гибкие технологии подземной разработки пологих угольных пластов. - Тула: Изд. ТулГУ, 2001. - 152 с.
---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
4. Роут Г.Н., Потапенко В.А., Цыплаков Б.В., Шапошников В.И., Сарычев В.И. Технологические схемы камерно-столбовой системы разработки пологих угольных пластов с применением крепей КШУ и КСК// Подземная разработка тонких и средней мощности угольных пластов: Сб. науч. Трудов/ ТулГУ. - Тула, 2000. - 4.1. - С. 20-28
5. Козел А.М. Научные основы выбора и расчета крепи вертикальных стволов угольных шахт при влиянии очистных работ: Дис. д-ра техн. Наук. Москва, 1975. 231 с.
— Коротко об авторах -------------------------------------------------
Страданченко С.Г. - доктор технических наук, доцент, Шахтинский институт ЮРГТУ (НПИ).
------------------------------------------- © М.В. Каймонов, В.И. Попов,
А. С. Курилко, 2004
УДК 622.4
М.В. Каймонов, В.И. Попов, A.C. Курилко
О МЕХАНИЗМЕ ПРОЦЕССОВ СМЕРЗАНИЯ ОТБИТОЙ ГОРНОЙ ПОРОДЫ НА РУДНИКАХ СЕВЕРА
Семинар № 11
~ИУ* ак отмечается в работе [1], в настоя-
XV щее время ряд карьеров в России по экологическим и экономическим критериям подходят к предельным глубинам и поэтому рассматриваются возможности их перевода на подземную доработку. В частности, к таким карьерам относятся разрез «Нерюнгрин-ский» и кимберлитовые карьеры Якутии, расположенные в регионах с более жестким холодным климатом: среднегодовая температура наружного воздуха здесь в 2-2,5 раза ниже, чем в карьерах Заполярья европейской части России.
Отрицательный температурный режим горного массива в сочетании с крайне неблагоприятными географическими условиями предъявляют целый ряд специфических требо-
ваний к отработке сосредоточенных в многолетнемерзлых породах запасов полезных ископаемых. Главными среди них являются необходимость максимальной полноты и качества извлечения балансовых запасов в сочетании с минимальной трудоемкостью горных работ в условиях жестких экономических ограничений.
Повысить уровень производства можно за счет внедрения систем разработки, позволяющих значительно снизить потери и разубожи-вание руды с одновременным увеличением производительности труда. Из существующих систем разработки для решения этой проблемы, в частности для алмазодобывающих рудников РС(Я), могут быть рекомендованы системы подземной разработки с обрушением руды и вмещающих пород. При этом в процессе проектиро-
