Research into balance of rocks and underground cavities formation in the coal mine flowsheet when mining thin seams

Abstract

Purpose. Study the movement of waste rock flows in the coal mine technological system and determine the balance of rocks and underground cavities formation from the perspective of the current mining operations development in order to assess the possibility of leaving the rock in the underground area. Methods. Based on the rank order of the Western Donbass mines, a coal mine has been chosen as the object of research in terms of maximum output and ash content. An algorithm is proposed for analytical studies of determining the rock outcrop in the course of stope, drifting and repair operations, as well as the prospective volumes of underground cavities for placing the formed waste rocks per a calendar year. The algorithm is based on the actual state of mining operations and the indicators of the stope and drifting faces of the mine, as well as the achieved modern mining-engineering parameters of the coal seams mining. Findings. It has been revealed that the main supply of waste rocks to the surface occurs as a result of stope operations with rock undercut – 39% and underground mine workings – 33%. It is proposed to differentiate all waste rock outcropped after mining operations into 2 categories: difficult to dispose of and prospective for disposal. It has been found that underground cavities have enormous potential for stockpiling of all waste rocks, the volume of which is by 2.8-4.8 times higher than the rock volume. It has been revealed that the most rational balance of waste rocks and cavities for leaving the rock in the mine is formed along the С10t seam. It has been determined that the full-fledged placement of rocks is limited by the scheduling peculiarities of mining the reserves along the seams, which are made for the complete cave-in technology of coal mining. Originality. For the first time, for one of the Western Donbass mines, the balance of formed waste rocks and potential underground cavities, dynamically changing in time and space, has been determined. Practical implications. The results obtained are useful for engineering new spatial planning solutions for the optimal development of mining operations with the maximum possible rocks stockpiling in the underground area of mines.

Мета. Дослідження руху потоків пустих порід у технологічній системі вугільної шахти та визначення балансу утворених порід і підземних пустот у взаємозв’язку з поточним розвитком гірничих робіт для оцінки можливостей залишення порід у підземному просторі. Методика. Як об’єкт дослідження було обрано вугільну шахту на підставі ранжирування шахт Західного Донбасу за максимальним видобутком і зольністю. Запропоновано алгоритм аналітичних досліджень визначення виходу порід при веденні очисних, прохідницьких і ремонтних робіт, а також перспективних обсягів підземних пустот для розміщення утворених пустих порід за календарний рік. Алгоритм ґрунтувався на фактичному положенні гірничих робіт і показниках очисних та прохідницьких вибоїв шахти, а також досягнутих сучасних гірничотехнічних параметрах розробки вугільних пластів. Результати. Встановлено, що основне надходження пустих порід на поверхню відбувається внаслідок виконання очисних робіт з присіканням порід (39%) і проведення підземних гірничих виробок (33%). Запропоновано всі пусті породи, що виходять з шахти, розділити на 2 категорії: ті, що важко утилізуються, та перспективні до утилізації. Встановлено, що підземні пустоти мають колосальний потенціал до розміщення всіх пустих порід, обсяг яких в 2.8-4.8 рази перевершує обсяг порід. Визначено, що по пласту С10в формується найбільш раціональний баланс формованих порід і пустот для їх залишення в шахті. Встановлено, що повноцінне розміщення порід обмежене особливостями календарного планування відпрацювання запасів по пластах, які складені під технологію видобутку вугілля з повним обваленням. Наукова новизна. Вперше для однієї з шахт Західного Донбасу визначено баланс формованих пустих порід і потенційних підземних пустот, що динамічно змінюються у часі та просторі. Практична значимість. Отримані результати корисні для проектування нових просторово-планувальних рішень з оптимального розвитку гірничих робіт з максимально можливим розміщенням порід у підземному просторі шахт.

Цель. Исследование движения потоков пустых пород в технологической системе угольной шахты и определение баланса образованных пород и подземных пустот во взаимосвязи с текущим развитием горных работ для оценки возможностей оставления пород в подземном пространстве. Методика. В качестве объекта исследования была выбрана угольная шахта на основании ранжирования шахт Западного Донбасса по максимальной добыче и зольности. Предложен алгоритм аналитических исследований определения выхода пород при ведении очистных, проходческих и ремонтных работ, а также перспективных объемов подземных пустот для размещения образованных пустых пород за календарный год. Алгоритм основывался на фактическом положении горных работ и показателях очистных и проходческих забоев шахты, а также достигнутых современных горнотехнических параметрах разработки угольных пластов. Результаты. Установлено, что основное поступление пустых пород на поверхность происходит вследствие выполнения очистных работ с присечкой пород (39%) и проведения подземных горных выработок (33%). Предложено все выходящие из шахты пустые породы разграничить на 2 категории: трудно утилизируемые и перспективные к утилизации. Установлено, что подземные пустоты имеют колоссальный потенциал к размещению всех пустых пород, объем которых в 2.8-4.8 раза превосходит объем пород. Определено, что по пласту С10в формируется наиболее рациональный баланс формируемых пород и пустот для их оставления в шахте. Установлено, что полноценное размещение пород ограничено особенностями календарного планирования отработки запасов по пластам, которые составлены под технологию добычи угля с полным обрушением. Научная новизна. Впервые для одной из шахт Западного Донбасса определен баланс формируемых пустых пород и потен-циальных подземных пустот, динамически изменяющихся во времени и пространстве. Практическая значимость. Полученные результаты полезны для проектирования новых пространственно-планировочных решений по оптимальному развитию горных работ с максимально возможным размещением пород в подземном пространстве шахт.