Обґрунтування параметрів конструктивно-технологічної схеми селективного відпрацювання пластів із залишенням породи у виробленому просторі (на прикладі шахт Західного Донбасу)

Abstract

Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуального наукового завдання з обґрунтування параметрів конструктивно-технологічної схеми селективного відпрацювання пластів із залишенням породи у виробленому просторі, яка вирішена шляхом використання виявлених закономірностей зміни напружено-деформованого стану вуглевмісного масиву, параметрів навантаження кріплення очисної та виїмкової виробок, впливу визначальних технологічних параметрів породних смуг, що зводяться механічним способом. Обґрунтовано конструктивне виконання елементів механізованого очисного комплексу, який відрізняється від відомих аналогів застосуванням горизонтально- замкнутого скребкового конвеєра, що дозволяє здійснити організацію потокової технології селективного виймання і розміщення породи у виробленому просторі. Встановлено, що інтенсивність напружень у зоні фронтального опорного тиску знижується за логарифмічною залежністю зі збільшенням відносної потужності породної смуги, що зводиться у виробленому просторі. У діапазоні змін відношення потужності породної смуги до виймальної потужності пласта 0,35 – 0,5 концентрації інтенсивності напружень знижуються у 1,7 – 2 рази. Виявлено, що відносні показники навантажень на секцію механізованого кріплення й опускання її перекриття експоненціально залежать від величини відносної потужності породної смуги. Встановлена закономірність обґрунтовує вибір потужності породної смуги, що забезпечує безаварійну роботу механізованого комплексу і високоефективну роботу очисного вибою.

Диссертация посвящена решению актуальной научной задачи по обоснованию параметров конструктивно-технологической схемы селективной отработки пластов с оставлением породы в выработанном пространстве, которая решена путем использования выявленных закономерностей изменения напряженно- деформированного состояния углевмещающего массива, параметров нагружения крепления очистной и выемочной выработок, влияния определяющих технологических параметров породных полос, возводимых механическим способом.

Для решения поставленных в работе задач выполнено обоснование конструктивных особенностей компоновки оборудования механизированного комплекса, отличающегося от известных применением горизонтально-замкнутого скребкового конвейера с целью осуществления организации поточной технологии селективной выемки и размещения породы в выработанном пространстве. На основании современных требований к технологическим схем отработки тонких пологих угольных пластов, выполнено обоснование технологической схемы селективной отработки пласта, способа и технологии размещения пород в выработанном пространстве путем расчета параметров выемки угля и породы, установления зависимостей технологической зольности от величин присечки и принятой схемы выемки, объема размещаемой породы и степени заполнения выработанного пространства. Сформулированы основные и специфические требования для обеспечения надежного и безопасного функционирования комплекса машин и оборудования с очистными производственными процессами при механизированом размещении пород присечки за секциям крепи. Определена конструктивная высота расположения закладочного конвейерного става, которая находится в прямой зависимости от ширины става рештака, фракций транспортируемых пород и их физико-механических свойств. Определено, что степень заполнения выработанного пространства прямо пропорционально зависит от конструктивной высоты установки закладочной конвейерной линии, угла откоса породы и обратно пропорционально от вынимаемой мощности угольного пласта и позволяет установить технологические параметры селективной отработки пласта. Обосновано конструктивное исполнение элементов механизированного очистного комплекса, который отличается от известных аналогов применением горизонтально-замкнутого скребкового конвейера, позволяющего осуществить организацию поточной технологии селективной отработки и размещение породы в выработанном пространстве. Для проведения вычислительного эксперимента разработаны и обоснованы геомеханические модели поведения горного массива при селективной отработке пласта с оставлением породы в выработанном пространстве и традиционной отработке с полным обрушением пород кровли с учетом изменения геометрических параметров очистной выработки, силовых параметров крепления очистной и выемочной выработок. Установлено, что интенсивность напряжений в зоне фронтального опорного давления снижается по логарифмической зависимости с увеличением относительной мощности породной полосы, которая возводится в выработанном пространстве. В диапазоне изменений отношения мощности породной полосы к вынимаемой мощности пласта 0,35 – 0,5 концентрации интенсивности напряжений снижаются в 1,7 – 2 раза. Многовариантный вычислительный эксперимент по расчету силовых и деформационных параметров нагружения механизированной крепи с разными параметрами возведения породных полос и вариантами сочетаний прочностных характеристик литотипов, характерных для условий Западного Донбасса, позволил установить, что относительные показатели нагрузок на секцию механизированной

крепи и опускания ее перекрытия имеют экспоненциальную зависимость от величины относительной мощности породной полосы. Установленная закономерность обосновывает выбор мощности породной полосы, обеспечивающей безаварийную работу механизированного комплекса и высокоэффективную работу очистного забоя. Ожидаемый экономический эффект от реализации рациональных объемов применения технологической схемы селективной отработки пластов с оставлением породы на шахтах ЧАО «ДТЭК Павлоградуголь» составит 143,8 млн грн/год.

The thesis is devoted to the solution of the current for coal mining industry the scientific and technical problem of substantiation of the design and technological selective seam mining scheme with leaving rock in the goaf, which is solved by using the revealed relationships of the stress-strain state changes in the coal-bearing massif, the parameters of stope and excavation roof support loadings, influence of determining technological parameters of rock strips constructed by mechanical method. On the basis of current requirements for technological schemes for mining thin flat coal seams, a justification of the selective mining technological scheme, the method and technology of placing rock in the worked out space have been carried out by computation of coal and wall rock undercut extraction parameters, establishing the dependencies of the technological ash content on the values of the wall rock undercutting and the adopted seam extraction scheme, the volumes of leaving rocks and density of worked out filling space. The executed analysis the state of the art view of geomechanical processes occurring in the rock massif while longwall work maintains, operation of rock leaving in the goaf, made it possible to develop the multifaceted approach to determining the rational parameters of systems interaction “coal-bearing massif – mechanized roof support – rock strip” providing high-efficiency work of the longwall mining operations.