CC BY
24
ГЕОТЕХНОЛОГИЯ
УДК 622.261
А.П. Андрианов, М.С. Вагапов, А.И. Набоков, В.Н. Хомченко
ТИПИЗАЦИЯ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ВЕДЕНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ГОРНЫХ РАБОТ
Шахты Кузнецкого бассейна характеризуются сложными и разнообразными горногеологическими условиями разработки пластов.
По мере увеличения глубины ведения горных работ количественно изменяются -газоносность, геологическая нарушенность и другие характеристики, осложняющие эксплуатацию месторождения. Знание характера отрицательного влияния этих факторов на условия ведения горных работ позволяет оценить степень сложности шахты при разработке угольных пластов.
Для выявления характера и степени влияния осложняющих факторов на подземные горные работы сотрудниками отраслевой лаборатории № 2 с участием авторов был собран и обработан обширный материал по горно-геологическим факто-
работки шахтопластов положены 11 факторов, оказывающих наибольшее отрицательное влияние на условия производства подземных горных работ: глубина разработки; мощность пласта и ее изменчивость; угол падения пласта и его изменчивость; дизъюнктивная нарушенность; устойчивость пород непосредственной кровли и почвы; обрушаемость пород основной кровли; газоносность пласта; опасность пласта по внезапным выбросам; опасность пласта по горным ударам; опасность угля пласта по самовозгоранию. Оценку сложности разработки шахтопластов предложено производить по интегральному (многофакторному) показателю, полученному с учетом всех 11 факторов. Для этого разработана специальная типизация шахтопластов Кузбасса, позволяющая
Таблица 1
Категория сложности шахтопластов по мощности и углам падения
Мощность пласта, м Категория сложности по мощности (в баллах) Угол падения пласта, град Категория сложности по углу падения (в баллах)
До 0,7 1 (простая) 0-18 1 (простая)
0,71-1,2 2 (средней сложности) 19-35 2 (средней сложности)
1,21-3,5 3 (сложная) 36-55 3 (сложная)
Более 3,5 4(весьма сложная) Более55 4(весьма сложная)
рам и явлениям по 351 шахтопласту Кузбасса.
В число исследуемых факторов включались: морфология угольных пластов; мощность и изменчивость мощности за счет выклинивания, расщепления, размывов, раздувов и пережимов; степень пликативной и дизъюнктивной нарушенно-сти пластов, изменение гипсометрии пласта, мелкоамплитудные разрывные нарушения, трещино-ватость; литологический состав, строение, физико-механические свойства углей и углевмещаю-щих пород, которые в значительной степени оказывают влияние на устойчивость пород непосредственной кровли и почвы и обрушаемость пород основной кровли; газоносность угольных пластов, а также опасность угольных пластов по внезапным выбросам и горным ударам; глубина ведения горных работ.
Все собранные по шахтопластам данные обрабатывались и сводились в соответствующие таблицы.
В основу типизации шахт по сложности раз-
количественно (в баллах) оценить каждый шахто-пласт по сложности разработки.
Оценка категории сложности шахтопластов по мощности и углам падения приведена в табл. 1, по глубине разработки в табл. 2.
Категорийность сложности пластов в табл. 1 приведена на основании классификации пластов по мощности и углу падения в соответствии с ПТЭ, а в табл. 2 - исходя из опыта работы шахт
Таблица 2
Категория сложности шахтопластов по глубине ведения горных работ
Глубина ведения горных работ, м Категория сложности по глубине разработки (в баллах)
До 150 1 (простая)
150-350 2 (средней сложности)
350-550 3 (сложная)
Более 550 4 (весьма сложная)
46
А.П. Андрианов, М.С. Вагапов, А.И. Набоков, В.Н. Хомченко
Таблица 3
Категории сложности шахтопластов по основным горно-геологическим факторам
Горно-геологические факторы и определяющие их показатели Категории сложности шахтопластов (в баллах )
1 (простая) 2 (средней сложности) 3 (сложная) 4 (весьма сложная)
Изменчивость мощности пласта Коэффициент вариации по мощности У,„ , % Слабоизменчивый До 10 Среднеизменчи-вый 10-15 Изменчивый 15-20 Весьма изменчивый Более 20
Изменчивость угла падения пласта Среднеквадратическое отклонение угла, град Слабоизменчивый До 5 Среднеизменчи-вый 5-10 Изменчивый 10-15 Весьма изменчивый Более 15
Дизъюнктивная нарушенность К1 ,км1 Кп, шт/км2 Слабонарушенный До 0,5 До 0,5 Средненарушен-ный 0,5-1,0 0,5-1,0 Нарушенный 1,0-2,0 1,0-2,0 Весьма нарушенный Более 2,0 Более 2,0
Устойчивость непосредственной кровли Допускаемая площадь обнажений, м2 Допускаемое время обнажений, мин Прочность непосредственной кровли (7СЖ, МПа С устойчивой кровлей 15-20 60-120 Более 45 Со средней неустойчивой кровлей 10-15 20-60 25-45 С неустойчивой кровлей 5-10 5-20 10-25 С весьма неустойчивой кровлей До 5 До 5 До ю
Обрушаемость основной кровли СТсж, МПа Количество выделяемого газа метана, м3/т С легкообрушае-мой кровлей До 25 До 5 Со среднеобру-шаемой кровлей 25-45 5-10 С труднообру-шаемой кровлей 45-70 10-15 С весьма трудно-обруш. кровлей Более 70 Более 15
Газоносность пласта Слабогазоносный Среднегазоносный Газоносный Сильногазоносный
Опасность по внезапным выбросам Неопасный Угрожаемый Опасный Весьма опасный
Опасность по горным ударам Неопасный Угрожаемый Опасный Весьма опасный
Опасность по самовозгоранию угля Неопасный Малоопасный Опасный Весьма опасный
Кузбасса, достигших соответствующих глубин ведения горных работ. Градации в табл. 3 (интервал изменения количественных показателей) установлены на основе изучения степени влияния каждого фактора на сложность разработки угольных пластов. При этом влияние изменчивости мощности пласта определялось коэффициентом вариации (в процентах).
Изменчивость угла падения пласта определялась величиной стандартного отклонения <7а .
Дизъюнктивная нарушеность шахтопластов определялось показателями К\ (км"1), Кп (шт/ км2).
Методика определения сложности пластов разработки отдельных шахтопластов изложена в работах [1,2].
Категорию пластов по устойчивости пластов пород непосредственной кровли и почвы, по об-рушаемости пород основной кровли определяли с учетом типизации, принятой в Кузнецком бассейне.
Категории опасности пластов по глубине разработки, внезапным выбросам и горным ударам приведены в соответствие с категориями опасно-
сти, определяемыми инструктивно-нормативными документами.
В табл. 4 в графах 3-13 дана итоговая характеристика категории сложности по отдельным факторам, а в графе 14 дана интегральная оценка сложности шахты и экономико-промышленного района по разрабатываемым пластам.
На основании проведенного анализа предложена следующая классификация интегральной оценки сложности шахты по разрабатываемым пластам:
- шахта «простая», количество баллов 1-1,5;
- шахта «средней сложности», количество баллов 1,5-2,0;
- шахта «сложная», количество баллов 2,1-2,5;
- шахта «весьма сложная», количество баллов >2,5.
Анализ табл.4 показал, что «простых» шахт в Кузнецком бассейне нет, а «средней сложности» только 10,3%.
Большинство шахт относятся к «сложным» -41,7% и «весьма сложным» - 48%.
Шахты Анжерского района относятся к категории «сложных» (балл 2,34). Наибольшей слож-
Таблица 4
Интегральная оценка категории сложности шахты и экономико-промышленного района по разработке
пластов
Шахта количеству разрабатываемых п пягтгн* Категория сложности разработки пластов в шахтном поле в баллах по: Интегральная оценка категории сложности шахты и рай-
глубине разработки мощности углу падения изменчивости мощности изменчивости угла падения дизъюнктивной нарушенное™ устойчивости непосредственной кровли обрушаемости основной кровли опасности по внезапным выбросам опасности по горным ударам опасности по самовозгоранию угля
1. Судженская 7 3,0 3,4 3,4 2,7 2,4 3,0 ] 1,7 3,2 2,0 2,0 1,7 2,5
2. Анжерская 5 3,6 3,4 3,0 1,4 2,2 3,8 2,8 2,0 1,4 2,2 1,0 2,3
3. Физкультурник 3 3,0 2,7 2,0 3,3 1,3 4,0 3,0 3,0 1,0 2,3 1,0 2,3
По Анжерскому району 2,58 3,1 2,62 2,38 1,84 3,38 2,30 2,54 1,28 2,1 1,14 2,34
4. Первомайская 4 2,0 3,0 2,8 1,5 1,0 2,2 1,8 3,8 1,0 2,5 2,0 2,3
5. Березовская 4 2,0 3,2 1,8 1,5 1,2 1,2 1,5 3,5 1,5 2,2 2,5 2,2
По Кемеровскому району 2,10 3,16 2,63 2,63 1,86 2,58 2,25 3,19 1,31 2,15 2,65 2,45
6. Им. С.М.Кирова 7 2,1 3,0 1,6 2,4 1,6 1,3 3,0 3,3 1,0 2,0 1,0 2,3
7. Им. 7 Ноября 5 1,4 3,4 1,0 1,8 1,0 1,0 2,4 2,6 1,0 2,0 1,0 2,2
8. Комсомолец 5 2,2 3,4 1,8 1,4 1,0 2,0 2,2 3,0 1,0 2,4 1,4 2,3
9. Полысаевская 3 2,0 3,7 1,3 2,3 1,0 1,0 1,3 3,7 1,0 1,7 2,0
10. Октябрьская 9 1,6 3,7 1,0 1,6 1,0 1,0 1,8 2,8 1,0 2,0 1,4 1,9
По Ленинскому району 1,79 3,49 Л,21 2,0 1,07 1,39 1,95 3,11 1,0 1,94 1,72 2,11
11. Чертинская 4 3,0 3,2 1,8 2,2 2,2 1,2 1,5 3,5 1,8 2,0 1,0 2,5
12. Новая 4 2,0 3,2 1,5 2,2 2,0 3,2 1,8 3,0 1,0 2,0 1,0 2,5
По Беловскому району 2,20 3,32 1,82 1,98 1,75 2,35 1,80 3,15 1,2 1,75 1,25 2,35
1 З.Киселевская 11 2,0 4,0 3,5 3,3 3,0 4,0 2,0 2,7 1,0 1,6 4,0 2,6
14.Дальние Горы 6 2,2 4,0 4,0 2,5 1,5 4,0 1,8 3,3 1,0 1,8 4,0 2,6
15.№12 6 2,0 4,0 4,0 2,7 2,0 4,0 1,5 4,0 1,0 1,7 3,5 2,6
1 б.Краснокаменская 8 2.0 4,0 4,0 2,1 2,8 4,0 1 1,4 3,8 1,0 1,8 2,8 2,5
По Киселевскому району 2,0 3,82 3,62 2,26 2,11 4,0 2,03 3,36 1,0 1,59 3,14 2,52
17.3иминка 8 2,0 3,8 4,0 2,0 2,5 4,0 2,4 3,5 1,5 1,6 2,5 2,5
18.№ 5-6 10 2,0 3,9 4,0 2,7 2,8 4,0 ] 4,0 3,5 2,4 1,9 4,0 3,0
19.Коксовая 7 3,0 4,0 4,0 2,0 2,7 4,0 2,7 2,1 2,4 3,0 3,0 2,9
20.Им. Ф.Э.Дзержинского 11 2,0 3,4 4,0 2,0 2,2 4,0 3,1 3,1 1,0 1,4 2,9 2,6
21 .Зенковская 10 2,0 4,0 4,0 1,8 1,9 4,0 ] 1,9 2,7 3,0 1,4 1,5 2,4
По Прокопьевскому району 2,18 3,79 4,0 2,26 2,58 4,0 2,63 3,04 1,66 1,66 3,18 2,74
22.Капитальная 12 3,0 3,0 1,8 1,0 1,8 1,0 2,8 2,8 2,2 1,0 1,4 2,1
23.Алардинская 7 1,8 3,6 2,8 2,1 1,3 3,3 1,6 3,0 1,0 2,1 2,8 2,4
24. Высокая 9 2,7 3,4 3,6 1,1 3,6 2,0 2,7 3,8 1,0 2,0 1,0 2,4
По Осинниковском району 2,37 3,35 2,78 1,42 2,20 2,20 2,52 3,1 1,30 1,78 1,80 2,35
25.Байдаевская 4 2,2 3,6 2,0 1,0 1,5 1,8 4,0 3,0 1,0 2,0 2,5 2,3
26.Абашевская 5 2,0 2,8 1,4 2,0 1,4 2,0. 2,7 3,0 1,0 1,8 1,0 2,1
27.3ыряновская 4 2,7 4,0 1,3 1,0 1,7 1,3 4,0 2,0 1,0 2,0 3,0 2,3
По Новокузнецкому району 2,32 3,63 2,25 1,58 2,0 2,35 3,45 2,63 1,37 1,97 2,48 2,42
28.Им. В.И.Ленина 9 2,0 3,8 1,0 1,4 1,0 3,7 2,1 3,3 1,0 1,3 2,0 2,0
29.Им. Л.Д.Шевякова 8 1,4 3,5 3,0 2,3 1,1 3,2 2,5 3,6 1,0 2,0 2,0 2,2
ЗО.Томская 4 1,2 3,7 1,0 1,5 1,0 2,5 3,2 2,0 1,0 2,0 2,7 2,0
31 .Распадская 7 1,6 3,8 1,0 1,1 1,0 3,7 2,4 4,0 1,0 1,8 3,0 2,1
По Томь-Усинскому району 1,84 3,76 1,40 1,62 1,0 3,42 2,64 3,30 1,40 1,82 2,74 2,20
ностью отличаются шахты «Судженская» и «Физкультурник» с количеством баллов 2,5. На шахте «Судженская» при ведении горных работ на глубине более 500 м к наиболее сложным отнесены пласты по изменчивости мощности (средний балл 3,4), и углу падения (3,4), дизъюнктивной нарушенное™ (3,9) и обрушаемости основной кровли
(3,2), а на шахте «Физкультурник» - по изменчивости мощности пластов (3,3), разрывным нарушениям (4,0), устойчивости пород непосредственной кровли (3,0) и обрушаемости основной кровли (3,0).
На шахтах «Анжерская», «Сибирская» и «Таежная» интегральная оценка категории сложности
48
А.П. Андрианов, M.C. Вагапов, А.И. Набоков, В.Н. Хомченко
разработки пластов соответственно составляет: 2,3; 2,2 и 2,2.
Все шахты Кемеровского района по категории сложности также относятся к «сложным» (балл сложности по району 2,45) с колебаниями балла сложности по отдельным шахтам от 2,2 до 2,7.
Большинство шахт Ленинского района примерно одинаковые по сложности разрабатываемых пластов, их степень сложности составляет от 2,2 до 2,3 балла.
Шахты «Полысаевская» и «Октябрьская» по степени сложности разработки имеют баллы 1,8 и 2,0.На этих шахтах отсутствует дизъюнктивная нарушенность пластов, довольно устойчивые породы непосредственной кровли и почвы пластов и низкая опасность углей по самовозгоранию.
В Беловском районе по степени сложности разработки пластов шахты относятся к «сложным» (2,1-2,5 баллов). Особо необходимо отметить шахты «Чертинская» и «Новая», имеющие балл сложности 2,5. На шахте «Чертинская» ведутся горные работы на глубине более 400 м на пластах с труднообрушаемыми породами основной кровли, высокой газоносностью (20,8-27,0 м3/т), угрожаемыми по внезапным выбросам и горным ударам, а на шахте «Новой» отрабатываемые пласты имеют разрывные нарушения, коэффициент которых колеблется в пределах:
К1=2.5- 5.63 ,Кп=1.5- 3.1 .
К «весьма сложным» по разработке пластов относятся районы Киселевский с количеством баллов 2,52 и Прокопьевский - 2,74. Оба района характеризуются большим разнообразием условий залегания пластов. Например, на отдельных шахтах изменчивость мощности пластов колеблется от 6 до 25 %, изменчивость углов падения - от 5 до 20°, а дизъюнктивная нарушенность шахтного поля достигает величин Кп=159 шт/км2.
Шахты Осинниковского района относятся к «сложным». Балл сложности по отдельным шахтам колеблется от 2,1 до 2,4.
В Томь-Усинском районе две шахты (им. В.И Ленина и «Томская») относятся к «средней слож-
ности», две шахты (им. Шевякова и «Распад-ская»)- к «сложным» и шахта «Усинская»- к «весьма сложным».
Анализ данных по исследованным шахтопла-стам показывает, что 72 % из них являются угрожаемыми по горным ударам; 10,6 %- угрожаемыми по внезапными выбросами угля и газа; 4,5 % - опасными по внезапным выбросам угля и газа и 4,5 % - опасными по горным ударам. Кроме того, 10,8 % шахтопластов одновременно опасны или угрожаемы, как по горным ударам, так и по внезапным выбросам угля и газа.
Анализ условий разработки угольных пластов Кузбасса позволяет сделать следующие выводы.
1. Установленная типизация шахт по сложности разработки пластов показывает необходимость подготовки горняков высокой квалификации для работы в особо сложных условиях угольных месторождений Кузбасса.
2. При установлении норм выработки и расценок на различные виды горных работ необходимо учитывать установленную сложность шахты.
3. При проектировании средств для создания безопасных условий работы необходимо учитывать индекс сложности разработки шахты и отдельных пластов.
4. В сложных горно-геологических условиях залегания угольных пластов с наличием неуправляемых факторов трудно, а часто невозможно использовать серийно выпускаемые горные машины, что отрицательно сказывается на экономических показателях шахты. В таких условиях целесообразно рассмотреть возможность применения гидродобычи.
5. При планировании развития горных работ и нагрузки на очистной забой и выемочное поле в первую очередь необходимо учитывать отрицательное влияние неуправляемых природных факторов на условия разработки того или иного пласта, степень сложности которого определяется по изложенной методике.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Каталог шахтопластов Кузнецкого, Карагандинского и Печерского бассейнов с характеристикой горно-геологических факторов и явлений / ИГД им. A.A. Скочинского. - М., 1982. - 180 с.
2. Каталог горно-геологических факторов, влияющих на устойчивость подготовительных выработок шахт Кузбасса / Кузбасс, гос. техн. ун-т. - Кемерово, 1983. - 70 с.
□ Авторы статьи:
Андрианов Александр Павлович - канд. техн. наук, доц. каф. "Разработка месторождений полезных ископаемых подземным способом"
Набоков Анатолий Иванович - канд. техн. наук, доц. каф. "Разработка месторождений полезных ископаемых подземным способом"
Вагапов
Мидахат Сайфутдинович - канд. техн. наук, доц. каф. "Разработка месторождений полезных ископаемых подземным способом"
Хомченко Валерий Николаевич - канд. техн. наук, доц. каф. "Разработка месторождений полезных ископаемых подземным способом"
