Влияние компоновки механизированной крепи на ее взаимодействие с трудноуправляемой кровлей в призабойном пространстве лавы

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

В долгосрочной программе развития угольной промышленности России на период до 2030 года учтена необходимость проведения широкомасштабной модернизации угольной отрасли, в результате которой уровень производительности труда в отрасли (добыча угля на одного занятого) в пять раз превысит уровень 2010 года (1880 т) и составит 9000 т [1].

В настоящее время угольное производство вынуждено функционировать в весьма неустойчивой природной среде - в меняющихся горно-геологических условиях.

Анализ аварий на угольных шахтах приводит к выводам, что имеющиеся средства и способы решения инженерных задач по обеспечению безопасности труда в части предотвращения аварий в условиях высокопроизводительной очистной выемки с использованием техники нового поколения не обеспечивают необходимый уровень промышленной безопасности.

Общей проблемой в сфере обеспечения безопасности подземного персонала угольных шахт является несовершенство существующей системы управления охраной труда и промышленной безопасностью, не соответствующей современному уровню внедренных производственных технологий добычи угля и базирующейся на устаревших, зависящих от адекватности действий персонала приемах и методах решения задач обеспечения охраны труда и промышленной безопасности в динамически изменяющихся горно-технологических и производственных условиях.

Для эффективного решения указанной проблемы целесообразно привлечение потенциала новых отечественных технологий.

Современное состояние угольных предприятий Российской Федерации характеризуется, с одной стороны, неустойчивой тенденцией снижения аварийности и травматизма, с другой стороны, увеличением количества и тяжести несчастных случаев, связанных с авариями на подземных горных работах. Основную долю травматизма составляют групповые несчастные случаи, произошедшие в результате взрывов метана и угольной пыли.

Своевременное обнаружение и предотвращение назревающей опасности в угольной шахте стало возможным только при непрерывном ее контроле как в период подготовки угольных пластов, так и во время его отработки. Напряжения в горном массиве в связи с применением высокопроизводительной горной техники стали перераспределяться более активно. Возросли взаимосвязанность и тяжесть опасных проявлений.

Для улучшения состояния безопасности в угольной промышленности необходим инновационный прорыв в технологиях по эксплуатации секций механизированной крепи в лаве шахты, а в дальнейшем снижение влияния человеческого фактора и вывод персонала из опасных зон при осуществлении технологических процессов.

Рассмотрим взаимодействие секции механизированной крепи (далее СМК) с кровлей с точки зрения гипотезы горного давления консольных плит.

По данной гипотезе, когда породы непосредственной кровли над призабойным пространством и забойной консолью поддерживающего элемента СМК до шарнира упора гидростойки находятся в бесстоечной зоне и самого поддерживающего элемента в завальной части, происходит первое обрушение. После того, как лава продвинулась на определенное расстояние от монтажной камеры, кровля рассматривается как консольная плита, опирающаяся на массив угля и удерживающаяся от обрушения силами сцепления с породами массива над пластом угля по линии забоя и вышележащими породами основной кровли, а также механизированной крепью лавы [2].

Давление на СМК определяется массой консоли породы непосредственной кровли. По мере продвижения забоя самой лавы размеры консоли и ее масса увеличиваются, возрастает давление на СМК, а также на пласт угля, на которые опирается консоль. Пласт деформируется, происходит большое выделение метана, отжимы угля из забоя. Секции механизированной крепи не справляются с нагрузкой, ломаются гидродомкраты коррекции, гидростойки, рвутся сварочные швы на поддерживающих и ограждающих элементах, происходит зажатие СМК до такой степени, что очистной комбайн не проходит под СМК, приходится подрезать непосредственную кровлю по линии забоя, тем самым усугубляя и без того сложную ситуацию в лаве.

Покажем на рисунке 1 блочное и полное зависание пород кровли, отрыв блока породы на линии забоя и взаимодействие СМК с горным давлением по действующей схеме эксплуатации СМК.

угольный шахта кровля

Рисунок 1 - Блочное и полное зависание пород кровли, отрыв блока породы на линии забоя и взаимодействие СМК с горным давлением по действующей схеме эксплуатации СМК

Как видим на рисунке 1, по вертикальной линии забоя будет всегда периодично происходить отрыв консоли основной кровли и зажим (закол, обрушение) непосредственной кровли призабойного пространства. Это влечет резкое увеличение максимального размера крепи, поддерживающий и ограждающий элементы занимают положение в одну линию, а в дальнейшем приходится «подныривать» поддерживающим элементом секции механизированной крепи под консоль основной и непосредственной кровли. В завальной части лавы скапливается большой объем метана, что отрицательно сказывается на аэрогазовом режиме шахты. Для предупреждения самопроизвольного обрушения основной и непосредственной кровли на вертикальной линии призабойного пространства ширину консоли уменьшают путем искусственного обрушения пород (например, с помощью торпедирования кровли), а это небезопасно.

Давайте порассуждаем по поводу того, что необходимо пересмотреть в этой складывающейся ситуации в лаве и непосредственно в призабойном пространстве, боковых породах во взаимодействии с СМК.

Смотрите, что происходит сначала в забое: по всей длине образуются отжимы угля, пласт угля деформируется по всему фронту лавы, в кровле над призабойным пространством возникают необратимые процессы - зажим (закол, обрушение) непосредственной кровли и финальная картина - это разрушение основного массива пород основной кровли, то есть отрыв консольной плиты непосредственно над бесстоечной зоной лавы по вертикальной линии забоя. В этом случае и бывают аварийные ситуации в лавах, сопровождающиеся вывалами частей консольных плит в призабойном пространстве (огромных негабаритов), что ведет к простоям по выемке полезного ископаемого и повышает опасность ведения работ, влечет еще ряд дополнительных работ по «реанимации» работы лавы, а любой горняк знает, что главное - это продвижение лавы и обновление забоя (уход лавы) по действующей схеме эксплуатации СМК. Если нет ухода, то все вышеперечисленные отрицательные процессы не замедлят себя ждать.

О чем говорят все эти неопровержимые факты?

О том, что сила сцепления породы в массиве в консолях над пластом угля по линии забоя и вышележащими породами над основной кровлей недостаточно высока.

Исходя из этого, какую задачу необходимо поставить?

Необходимо увеличить силу сцепления породы на молекулярном уровне с выше лежащими породами над основной кровлей при образовании консольных плит.

Давайте скажем честно - этого сделать невозможно. А вот силу сцепления породы в массиве над пластом угля по линии забоя мы изменить в состоянии.

Возникает вопрос, а что для этого надо сделать?

Для этого предлагаются новые подходы к монтажу и эксплуатации СМК оградительно-поддерживающего и поддерживающе-оградительного типов [3-5], которые позволяют изменить эпюру силовой составляющей и увидеть, какие возникают новые силовые связи и положительные процессы в геомеханике. При этом способе помимо силы сцепления породы в массиве возникают линии и узлы связи в стенках балки (консольных плит), образующие силовую ферму. Это хорошо видно в формате 3D и поддается расчетам.

Покажем на плоскости силовую составляющую в стенках балки, образующую ферму (треугольники, ромбы и узлы связи). На рисунке 2 можно видеть силовые связи фермы в стенках балки, образованные линиями, треугольниками, ромбами, узлами связи в консольных плитах, которые будут действовать дополнительно к силовой составляющей от сцепления пород в массиве. Видно, где будет происходить отрыв консольной плиты, а где не будет [2].

Рисунок 2 - Силовая составляющая в стенках балки, образующая ферму (треугольники, ромбы и узлы связи)

Предлагаемый подход к монтажу и эксплуатации секции механизированной крепи позволяет перенести равнодействующую от сил горного давления и разграничивающую вертикальную плоскость на площади поперечного сечения всей консольной плиты непосредственной и основной кровли из призабойной части лавы в завальную, где будет происходить отрыв консольных плит. Даже с учетом взаимодействия СМК с опорным давлением (какие процессы происходят в кровле очистных забоев с неустойчивой или среднеустойчивой кровлей) силовая связь фермы будет работать.

Таким образом, можно утверждать, что предлагаемый подход к монтажу и эксплуатации секции механизированной крепи - работоспособен, технология внедрения неопровержимо доказывает, что секции механизированной крепи в лаве необходимо при их монтаже не только раскрывать, но и весь ее многозвенный механизм взводить в процессе раскрытия независимо от того, используются однорядные или двухрядные СМК.

Литература

1. Энергетическая стратегия России на период до 2030 года: Распоряжение Правительства РФ № 1715-р от 13 ноября 2009 г.

2. Заплавский, Г.А. Технология подготовительных и очистных работ: учебник для техникумов / Г.А. Заплавский, В.А. Лесных. - М.: Недра, 1989. - 423 с.

3. Пат. 2387841 Российская Федерация, МПК E 21 D 23/00 (2006.01). Способ монтажа и эксплуатации секции механизированной крепи (варианты) / Тарасов В.М., Тарасова А.В., Тарасов Д.В.; патентообладатель Тарасов В.М., ООО «РивальСИТ». - № 200812934/03; заявл. 18.07.2008; опубл. 27.04.2010, Бюл. № 12. - 18 с.

4. Буялич, Г.Д. Инновационный подход к вопросам монтажа и эксплуатации секции механизированной крепи / Г.Д. Буялич, В.М. Тарасов, Н.И. Тарасова // Вестник Научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. - 2013. - № 1.1. - С. 115-126.

5. Тарасов, В.М. Инновационный подход к секции механизированной крепи / В.М. Тарасов, Н.И. Тарасова // Биржа интеллектуальной собственности (БИС). - 2012. - № 6. - С. 41-54.

Размещено на Allbest.ru