Обґрунтування параметрів систем кріплення демонтажних камер стругових лав
Zusammenfassung
This work is based on the first time established geomechanical parameters for the geological conditions of the mine "Stepnaya" DTEK “Pavlogradugol” taking into account preliminary constructed disassembly chamber.
In the thesis solved the actual scientific and technical task of determining the disassembly chamber support parameters. The failure zones sizes in the chamber roof and the load on its roof support at the time of pairing the chamber with the working longwall face are estimated.
Based on field measurements of rock mass deformation with deep frames it is set the regularity of geomechanical processes when approaching wave bearing pressure in a pre-built disassembling chamber and the distance of cleaning work’s exposure on the state of disassembling chamber is defined.
The shape and size of the zone of destruction, that appears over the worked out space of longwall and the disassembling chamber are determined. The loads on the support, due to the redistribution of stresses before moving londwall face in relation to the distance between them and the landing step of the cyclic subsidence of the main roof are defined.
Economic efficiency of disassembly chamber’s pre-construction for reducing operating time of assembling and disassembling works equals to 7.59 million UAH per working face. У дисертації на основі вперше встановлених для гірничо-геологічних умов шахта «Степова» ПАТ «ДТЕК Павлоградвугілля» закономірностей геомеханічних процесів, що протікають в породному масиві при попередньому спорудженні де-монтажної камери і наступному наближенні до нього фронту очисних робіт, вирішена актуальна науково-технічна задача визначення параметрів кріплення демонтажної камери і заходів з її охорони в момент найбільшого впливу очисних робіт.
На основі натурних вимірювань деформацій породного масиву за допомогою аналізу результатів зміщень глибинних реперів встановлена закономірність розвитку геомеханічних процесів при наближенні хвилі опорного тиску до попередньо спорудженої демонтажної камери та визначена відстань початку впливу очисних робіт на стан демонтажної камери.
Визначені форма і розмір зони руйнувань над відпрацьованим простором лави і над демонтажною камерою та встановлено навантаження на їх кріплення, внаслідок перерозподілу напружень попереду вибою лави, що рухається, в залежності від відстані між ними і кроку циклічної посадки основної покрівлі.
Економічна ефективність попереднього спорудження демонтажної камери для скорочення часу монтажно-демонтажних робіт склала 7,59 млн. грн. на один очисний вибій. В диссертации на основе впервые установленных для горно-геологических условий шахты «Степная» ПАО «ДТЭК Павлоградуголь» закономерностей геомеханических процессов, протекающих в породном массиве при предварительном сооружении демонтажной камеры решена актуальная научно-техническая задача определения параметров крепи демонтажной камеры, что позволило оценить рост зон разрушения в кровле камеры, определить нагрузку на ее крепь в момент сопряжения камеры с очистным забоем лавы.
Проблемы повышения эффективности добычи тонких и весьма тонких угольных пластов остаются достаточно актуальными. Новые технологические решения требуют детального изучения и анализа. Приоритетным направлением является наращивание объемов добычи угля, чего невозможно достичь без повышения концентрации и темпов ведения горных работ угледобывающих предприятий. В современных условиях повышение объемов добычи может достигаться за счет: увеличения длины лавы и увеличения скорости подвигания очистного забоя, сокращения сроков монтажно-демонтажных работ механизированного комплекса.
Актуальным вопросом является поиск новых решений, позволяющих минимизировать потери за счет вынужденного технологического простоя. Одним из перспективных вариантов сокращения сроков демонтажа очистного комплекса является предварительное сооружение демонтажных камер.
Обеспечение устойчивости демонтажной камеры на всех этапах ее существования, вплоть до выхода в нее стругового комплекса, представляет достаточно сложную в технологическом и научном плане задачу.
Сложность предопределяется тем, что, во-первых, камера проводится в сложных горно-геологических условиях Западного Донбасса, характеризующихся значительной глубиной и слабометаморфизированными вмещающимися горными породами. Во-вторых, демонтажная камера помимо сил горного давления, действующими после ее проведения, будет испытывать воздействие опорного давления движущейся струговой лавы.
Кроме того, струговый комплекс в условиях Западного Донбасса применяются впервые, поэтому параметры геомеханических процессов при отработке угольного пласта на данный момент не имеют аналогов и сами по себе предоставляют научный интерес.
В работе определены форма и размер зоны разрушенных пород над выработанным пространством лавы и над демонтажные камерой, установлен характер деформирования породного массива на различных этапах приближения забоя очистных работ к борту демонтажной камеры, что позволило выполнить прогноз изменения поперечного сечения.
Установлен наибольший пик напряжений впереди забоя лавы при приближении лавы к демонтажной камере на расстояние 2 м, который достигает 39 МПа, что в 3,8 раза превышает вертикальную составляющую начального поля напряжений от веса пород вышележащей толщи.
На основе компьютерного моделирования доказано, что приращение нагрузки на крепь лавы и камеры имеет вид монотонно возрастающей функции. Существенное увеличение нагрузки имеет место при сокращении расстояния между лавой и камерой до 10 м. В наибольшей степени приращение нагрузки происходит в ситуации, предшествующей посадке основной кровли достигая 66% по сравнению с ситуацией, когда отсутствует влияние очистных работ на демонтажную камеру.
На основе результатов натурных исследований определено, что при подходе лавы к демонтажной камере влияние опережающего горного давления, становится заметным на расстояние 15-12 м, что обуславливает уменьшение сечения демонтажной камеры на 40-45%, по сравнению с первоначальным значением, в момент начала демонтажа секций механизированной крепи.
На основе результатов численного моделирования и натурных измерений разработаны рекомендации по креплению демонтажной камеры, с учетом нагрузки на крепь, что позволило выполнить вывод секции механизированной крепи с применением дизельного транспорта и подвесной монорельсовой дороги.
Экономическая эффективность предварительного сооружения демонтажные камеры для сокращения времени монтажно-демонтажных работ и составила 7,59 млн. грн на один очистной забой.