Assesing a risk of roof fall in the development mine workings in the process of longwall coal mining in terms of Ukrainian mines

Abstract

Purpose is the analysis of the available approaches used to determine risks of injures of miners and the development of a new method to assess risks of roof fall in the development mine workings, which maintain long stopes of coal mines. Methods. The paper applies a complex approach involving: analysis and generalization of previously carried out research of injuries of miners in the process of underground mineral extraction; analysis of methods to assess risks inclusive of injury risks; methods of mathematical statistics while processing risk information; planning of experiments while constructing questionnaires and expert groups; methods of expert estimations while developing proper technique of risk assessment; and cluster analysis while processing the examination results. Findings. It has been determined that the majority of coal mining countries consider the “roof fall” factor as one of the most dangerous ones. Insufficient reliability of support systems is the key reason of injury of miners as a result of roof falls. Methodology of roof fall and injury of miners has been developed basing upon a probability analysis as well as upon the use of a method of expert estimations. Adequate consistency of the expert estimations has been proved by statistical methods, and the cluster analysis elements. Classification of risk levels, corresponding to inrush probability and taking into consideration the importance of each factor, has been proposed. Analysis of the proposed methodology to assess injury risk as a result of roof fall has made it possible to determine that irrespective of the inrush hazard, extra anchoring helps reduce a level of such an inrush probability down to 8.9% (when weight variation is 1 to 4). Hence, anchoring is the viable tool to reduce injury level of miners. Originality. The basic factors, effecting injury risk of miners as a result of rock inrushes, have been identified. Importance of the factors has been defined. Regularities of changes in risk of rock failure and its inrush from a roof of the development mine working in the process of longwall coal mining, depending upon the abovementioned factors, have been obtained. Roof rock rigidity, condition of the main support, and anchoring are key ones among the factors. Practical implications. The obtained results may be applied to assess roof fall risk in the development mine workings, which maintain long stopes of coal mines. The necessity to take extra steps aimed at the improved labour safety and basic contents of the measures is based upon the aforesaid.

Мета. Дослідження існуючих підходів, що використовуються для встановлення ризиків травмування гірників, і розробка нового методу оцінки ризику обвалення покрівлі в підготовчих виробках, що обслуговують довгі очисні вибої вугільних шахт. Методика. У роботі використано комплексний підхід, що включає аналіз і узагальнення раніше виконаних досліджень травматизму гірників при підземному видобуванні корисних копалин; аналіз методів оцінки ризиків, в тому числі ризиків травмування; методи математичної статистики при обробці інформації з травматизму; планування експериментів при розробці опитувальних листів і експертних груп; метод експертних оцінок при розробці власної методики оцінки ризиків; кластерний аналіз при обробці результатів експертизи. Результати. Встановлено, що фактор “вивали з покрівлі” в більшості вугледобувних країн світу є одним з найбільш небезпечних. Основними причинами травмування гірників від вивалів є недостатня надійність систем кріплення. Розроблена методика оцінки ризику обвалення порід і травмування гірників, яка ґрунтується на ймовірнісному аналізі і використанні методу експертних оцінок. Достатня узгодженість оцінок експертів доведена статистичними методами і елементами кластерного аналізу. Запропоновано класифікацію рівнів ризиків відповідно до імовірності вивалоутворення з урахуванням ваги кожного фактора. Аналіз запропонованої методики оцінки ризику травмування від вивалів з покрівлі дозволив встановити, що незалежно від небезпеки вивалів додаткове кріплення анкерними болтами дозволяє знизити рівень імовірності вивалу до 8.9% (при зміні ваги від 1 до 4). Тобто анкерне кріплення є дієвим інструментом зниження рівня травматизму гірників. Наукова новизна. Виділені основні фактори, що впливають на ризик травмування гірників від вивалів порід і встановлена їх вага. Отримано закономірності змінення ризику руйнування і вивалу порід з покрівлі підготовчої виробки при вийманні вугілля лавами, від зазначених факторів, основними з яких є стійкість порід покрівлі, стан основного кріплення і анкерне кріплення. Практична значимість. Отримані результати можуть використовуватися для оцінки ризику обвалення покрівлі в підготовчих виробках, що обслуговують довгі очисні вибої вугільних шахт. На основі чого встановлюється необхідність проведення додаткових заходів з підвищення безпеки робіт і основний зміст цих заходів.

Цель. Исследование существующих подходов, используемых для установления рисков травмирования горняков, и разработка нового метода оценки риска обрушения кровли в подготовительных выработках, обслуживающих длинные очистные забои угольных шахт. Методика. В работе использован комплексный подход, включающий анализ и обобщение ранее выполненных исследований травматизма горняков при подземной добыче полезных ископаемых; анализ методов оценки рисков, в том числе рисков травмирования; методы математической статистики при обработке информации по травматизму; планирование экспериментов при разработке опросных листов и экспертных групп; метод экспертных оценок при разработке собственной методики оценки рисков; кластерный анализ при обработке результатов экспертизы. Результаты. Установлено, что фактор “вывалы с кровли” в большинстве угледобывающих стран мира является одним из самых опасных. Основными причинами травмирования горняков от вывалов является недостаточная надежность систем крепления. Разработана методика оценки риска обрушения пород и травмирования горняков, основанная на вероятностном анализе и использовании метода экспертных оценок. Достаточная согласованность оценок экспертов доказана статистическими методами и элементами кластерного анализа. Предложена классификация уровней рисков в соответствии с вероятностью вывалообразования с учетом веса каждого фактора. Анализ предложенной методики оценки риска травмирования от вывалов с кровли позволил установить, что независимо от опасности вывалов дополнительное анкерное крепление позволяет снизить уровень вероятности вывала до 8.9% (при изменении веса от 1 до 4). То есть анкерная крепь является действенным инструментом снижения уровня травматизма горняков. Научная новизна. Выделены основные факторы, влияющие на риск травмирования горняков от вывалов пород, и установлен их вес. Получены закономерности изменения риска разрушения и вывала пород с кровли подготовительной выработки при выемке угля лавами, от указанных факторов, основными из которых являются устойчивость пород кровли, состояние основного крепления и анкерная крепь. Практическая значимость. Полученные результаты могут использоваться для оценки риска обрушения кровли в подготовительных выработках, обслуживающих длинные очистные забои угольных шахт. На основе чего устанавливается необходимость проведения дополнительных мероприятий по повышению безопасности работ и основное содержание этих мероприятий.