Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций
Каталог

Обратная связь

Я ищу:

Содержимое электронного каталога российских диссертаций

Диссертационная работа:

Денисенко Сергей Иванович. Обоснование геомеханических параметров подземной технологии разработки угольных пластов в приконтурной зоне разрезов Кузбасса : диссертация ... кандидата технических наук : 05.15.02.- Кемерово, 2000.- 166 с.: ил. РГБ ОД, 61 00-5/2575-3


Для получения доступа к работе, заполните представленную ниже форму:


*Имя Отчество:
*email



Содержание диссертации:

ВВЕДЕНИЕ 6

АНАЛИЗ СПОСОБОВ И СРЕДСТВ УПРАВЛЕНИЯ СОСТОЯ
НИЕМ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ СОВМЕСТНОЙ
ОТКРЫТОЙ И ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКЕ МЕСТОРОЖДЕ
НИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ 10

1.1. Обзор комбинированных технологий отработки месторож-

дений полезных ископаемых открытым и подземным спо
собами 10

  1. Анализ способов и средств управления состоянием массива горных пород при комбинированной отработке месторождений полезных ископаемых открытым и подземным способами 16

  2. Исследование методов прогноза геомеханических параметров совместной отработки угольных пластов открытым и подземным способами 26

1.4. Выводы, цель и задачи исследований 30

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ГЕОМЕХАНИЧЕСКИХ
ПАРАМЕТРОВ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ СОВМЕ
СТНОЙ ОТРАБОТКЕ СВИТЫ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ ОТ
КРЫТЫМ И ПОДЗЕМНЫМ СПОСОБАМИ 33

  1. Постановка задачи и методика формирования исходных данных. 33

  2. Разработка методики расчета сдвижения горных пород при совместной отработке свиты угольных пластов открытым и подземным способами 39

2.3. Разработка методики расчета устойчивости природных и

техногенных массивов горных пород 47

2.4. Методика лабораторных и натурных исследований законо
мерностей геомеханических процессов при открытой и под
земной разработке угольных месторождений 52

Выводы 59

ЛАБОРАТОРНЫЕ И АНАЛИТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
НА ФИЗИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ГЕОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРО
ЦЕССОВ ПРИ ВЗАИМНОМ ВЛИЯНИИ ОТКРЫТЫХ И ПОД
ЗЕМНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК 61

  1. Исходные данные и программа исследований 61

  2. Лабораторные и аналитические исследования на физической модели влияния открытых выработок на деформации подземных выработок 66

  1. Конструкция стенда и методика физического моделирования 66

  2. Настройка параметров математической модели по результатам физического моделирования 71

  3. Результаты лабораторных и аналитических исследований на физической модели влияния открытых выработок на деформации подземных выработок 74

3.3. Лабораторные и аналитические исследования на физической
модели влияния подземных выработок на деформации кон
тура траншеи 85

Выводы 89

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОСНОВНЫХ ГОРНОГЕОЛОГИЧЕСКИХ И ГОРНОТЕХНИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ГЕОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ УГЛЕПОРОДНОГО МАССИВА ПРИ СОВМЕСТНОЙ ОТРАБОТКЕ СВИТЫ ПЛА-

СТОВ ОТКРЫТЫМ И ПОДЗЕМНЫМ СПОСОБАМИ 91

  1. Характеристика геомеханических параметров углепородно-го массива при совместной отработке свиты пластов открытым и подземным способами 91

  2. Исследование влияния горнотехнических факторов на геомеханические параметры углепородного массива при комбинированной отработке свиты угольных пластов 100

  3. Исследование влияния горногеологических факторов на геомеханические параметры углепородного массива при комбинированной отработке свиты угольных пластов 114

Выводы 120

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА И ОБОСНОВАНИЕ
ГЕОМЕХАНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СОВМЕСТНОЙ ОТ
РАБОТКИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ ОТКРЫТЫМ И ПОДЗЕМ
НЫМ СПОСОБАМИ 124

  1. Разработка структуры и основных положений методики расчета геомеханических параметров комбинированной технологии угледобычи 124

  2. Обоснование геомеханических параметров открыто - подземной отработки свиты угольных пластов 128

  1. Характеристика экспериментального участка 129

  2. Обоснование геомеханических параметров открыто-подземного гидроучастка разреза «Кедровский» 134

  1. Подготовка исходных данных 135

  2. Расчет деформаций и напряжений массива горных пород 136

  3. Анализ напряженно-деформированного со-

стояния массива горных пород 144

  1. Определение максимального угла наклона бортов, откосов, уступов и отвалов разрезов в зоне влияния подземных горных выработок.... 148

  2. Определение минимальных размеров барьерных и предохранительных целиков 149

5.2.2.6. Оценка устойчивости горных выработок 151

Выводы 153

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 155

ЛИТЕРАТУРА 158



Введение диссертации:

Реструктуризация угольной отрасли поставила перед наукой и практикой новые задачи, одной из которых является поиск внутренних резервов с максимальным использованием основных фондов действующего производства. При отсутствии в настоящее время больших инвестиций на строительство новых и реконструкцию действующих горных предприятий перспективной является технология подземной разработки угольных пластов в приконтурнои зоне разрезов на участках, где коэффициент вскрыши превышает предельный, а запасы угля только в Кузбассе превышают 450 млн.т. Отработка этих запасов позволит сократить первоначальные затраты и срок их окупаемости за счет частичного использования инфраструктуры разрезов шахтами, и предотвратить снижение объемов угледобычи до появления крупных инвестиций.

Расширение области применения подземной технологии разработки свиты угольных пластов в приконтурнои зоне разрезов сдерживается отсутствием научных разработок, нормативной и методической документации, необходимых для определения параметров вскрытия и подготовки угольных пластов. Недостаточно изучены процессы активизации сдвижений горных пород при подземной разработке свиты угольных пластов в приконтурнои зоне разрезов, отсутствуют методики обоснования геомеханических параметров систем подземной разработки и поддержания подземных горных выработок, надрабаты-ваемых открытыми горными работами. Отсутствие научно обоснованных рекомендаций для прогноза параметров подземной технологии не позволяет разработать проекты развития горных работ, обеспечивающих эффективное и безопасное ведение подземных горных работ в приконтурнои зоне разрезов в широком диапазоне горно-геологических условий.

Исследования, направленные на изучение геомеханических процессов при разработке свиты угольных пластов по традиционным и комбинированным технологиям, проводят научные коллективы ВНИМИ, ИГД им. А.А. Скочин-

ского, ИФЗ РАН, Институт угля и углехимии СО РАН, ИГД СО РАН, ВНИИ-гидроуголь, КузНИУИ, МГГУ, С-ПбГИ, КузГТУ, СибГИУ и многих других организаций. Однако результаты этих исследований не полностью обеспечивают эффективность и безопасность одновременной разработки угольных пластов в приконтурной зоне разрезов открытым и подземным способами.

Все изложенное указывает на актуальность решения задачи обоснования геомеханических параметров технологии подземной разработки угольных пластов в приконтурной зоне разрезов, реализация которой позволит продлить период эксплуатации угольных месторождений без больших дополнительных инвестиций, что имеет существенное значение для повышения эффективности угольной промышленности России на современном этапе её реструктуризации.

Диссертационная работа выполнялась в рамках научных исследований по планам НИР: института «ВНИИгидроуголь»; ОАО «Компания «Северокузбасс-уголь»; отраслевой научно-технической программы Минтопэнерго РФ «Уголь России» (проект 0-23); федеральной целевой программы «Топливо и энергия» (проект «Технология и средство отработки угольных пластов»), а также договорных работ с шахтами и разрезами Кузбасса.

Целью диссертации является повышение эффективности подземной разработки свиты угольных пластов в приконтурной зоне разрезов за счет использования научно обоснованных геомеханических параметров способов подготовки и систем разработки.

Идея работы состоит в пространственно-временном взаимодействии открытых и подземных горных работ для использования эффекта разгрузки очистных и подготовительных выработок при подземной разработке свиты угольных пластов в приконтурной зоне разреза.

Задачи исследований:

разработать методику расчета смещений горных пород при подземной разработке угольных пластов в приконтурной зоне разреза с использованием алгоритмов корректировки механических и деформационных свойств пород по измеренным в натурных условиях смещениям;

установить параметры частичной разгрузки углепородного массива вблизи подземных горных выработок в приконтурной зоне разреза с учетом пространственного положения и направления движения очистных забоев;

изучить влияние горно-геологических и горнотехнических факторов на геомеханические параметры технологии подземной разработки свиты угольных пластов в приконтурной зоне разрезов при раздельном и совокупном влиянии открытых и подземных горных работ;

установить закономерности активизации геомеханических процессов при подземной разработке свиты угольных пластов в области влияния открытых горных работ с учетом взаимного наложения смещений и изменения свойств горных пород в зоне растягивающих напряжений;

обосновать геомеханические параметры подземного модульного гидроучастка в приконтурной зоне разрезов, обеспечивающих выбор рациональных параметров технологических схем подземной разработки.

Методы исследований:

физическое моделирование на эквивалентных материалах для установления параметров разгрузки подземных горных выработок;

численное моделирование на ЭВМ при изучении влияния открытых и подземных работ, горно-геологических и горнотехнических факторов на геомеханические параметры технологии подземной разработки свиты угольных пластов в приконтурной зоне разрезов;

шахтные исследования смещений и конвергенции кровли и почвы подземных горных выработок вне и в зонах влияния угольных разрезов .

Основные научные положения, разработанные автором, и их новизна:

методика расчета смещений подземных горных выработок при разработке угольных пластов в приконтурной зоне разреза учитывает, что в подрабатываемом анизотропном массиве горные породы последовательно испытывают упругие, упруго-пластические и запредельные деформации, а разгрузка подземных горных выработок под дном траншеи происходит только за счет упругих деформаций;

форма и размеры области разгрузки горных пород вблизи подземных выработок в приконтурной зоне разреза зависят от ширины дна траншеи, направления движения фронта открытых работ и положения подземной выработки относительно рабочего борта траншеи;

влияние горно-геологических и горнотехнических факторов на геомеханические параметры подземных горных выработок в приконтурной зоне разрезов качественно подобно влиянию этих факторов на геомеханические параметры технологии подземной разработки при отсутствии открытых горных выработок;

активизация геомеханических процессов при отработке свиты угольных пластов подземным способом в приконтурной зоне разреза происходит за счет наложения зон сдвижения и разрушения горных пород, возникающих под влиянием подземных и открытых выработок и интенсификации процессов разрушения горных пород в области растягивающих напряжений;

методика расчета параметров подземной технологии разработки угольных пластов в приконтурной зоне разрезов учитывает пространственное положение и направление движения очистных забоев и использует в качестве критерия устойчивости выемочных выработок предельную деформацию их кровли.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

использованием геометрических и механических критериев подобия эквивалентного материала физической модели и углепородного массива;

удовлетворительной сходимостью (до 10 %) вычисленных и измеренных сдвижений массива горных пород;

процедурой настройки входных параметров алгоритма расчета смещений горных пород по результатам натурных измерений;

положительными результатами применения рекомендуемых геомеханических параметров на двух открыто-подземных гидроучастках в Кузбассе.

Научная новизна работ состоит:

в обосновании коэффициентов структурного ослабления горных пород в алгоритме расчета смещений углепородного массива по натурным измерениям смещений, полученных при независимой подземной и открытой разработке;

в установлении влияния размеров ширины, направления движения и пространственного положения подземных забоев относительно границ разреза на форму и размеры зоны разгрузки углепородного массива вблизи подземных выработок;

в выявлении качественного подобия влияния горно-геологических и технологических факторов на геомеханические параметры подземных горных выработок в приконтурной зоне разрезов и при отсутствии открытых разработок;

в установлении явления активизации процессов сдвижения углепородного массива за счет разрушения горных пород в зонах растягивающих напряжений, возникающих при встречном движении фронта подземных и открытых работ;

в обосновании геомеханических параметров и области применения локальных подземных модулей разработки угольных пластов в приконтурной зоне разрезов с учетом критерия устойчивости подземных выемочных выработок по предельным деформациям их кровли.

Личный вклад состоит в разработке методик, проведении лабораторных и шахтных измерений, обработке и анализе результатов исследований, установлении закономерностей активизации процессов сдвижения горных пород и обосновании геомеханических параметров подземной технологии разработки свиты угольных пластов в приконтурной зоне разрезов и включает:

разработку методики аналоговой корректировки механических и деформационных характеристик горных пород по результатам натурных измерений смещений контура подземных выработок;

установление параметров областей повышенного горного давления и зон разгрузки вокруг подземных горных выработок в приконтурной зоне разрезов;

установление подобия закономерностей влияния горно-геологических и горнотехнических факторов на геометрические параметры систем подземной разработки угольных пластов вне и в зоне влияния разрезов;

установление условий и параметров активизации процессов смещения уг-лепородного массива при встречном движении фронта подземных и открытых работ;

обоснование геомеханических параметров подземного гидроучастка и реализация его проекта в приконтурнои зоне разреза.

Практическая ценность диссертации состоит в том, что полученные результаты исследований позволяют:

расширить область применения существующих нормативных документов прогноза геомеханических параметров традиционных технологий угледобычи для прогноза параметров подготовки и отработки угольных пластов подземным способом в приконтурнои зоне разрезов;

отрабатывать подземным способом с минимальными затратами запасы угля в Кузбассе вблизи разрезов в объеме 450 млн.т;

продлить на участках, неблагоприятных по горно-геологическим условиям для открытых работ, период эксплуатации подземным способом Томусин-ского, Байдаевского, Прокопьеско-Киселевского и других угольных месторождений Кузбасса при ограниченных начальных инвестициях;

обосновывать на стадии проектирования пространственно-планировочные и технологические решения по вскрытию, подготовке и выемке подземным способом угольных пластов в приконтурнои зоне разрезов;

использовать результаты опытно-промышленной эксплуатации локальных гидроучастков для подземной разработки угольных пластов в приконтурнои зоне разрезов.

Реализация выводов и рекомендаций:

методика расчета смещений горных пород при подземной разработке угольных пластов в приконтурнои зоне разреза использована институтом ВНИИгидроуголь при разработке рабочего проекта «Строительство гидроуча-

стка разреза «Листвянский» по отработке запасов пластов V-VII подземным гидромеханизированным способом»;

параметры частичной разгрузки углепородного массива рассчитаны для условий разреза «Кедровский» и использованы при выборе ширины коротких угольных столбов, отрабатываемых подземным способом;

закономерности влияния горно-геологических и горнотехнических факторов на геомеханические параметры технологии подземной разработки свиты угольных пластов в приконтурной зоне разрезов использованы при выборе очередности отработки свиты пластов Волковский и Владимировский гидроучастка разреза «Кедровский»;

методика расчета геомеханических параметров комбинированной технологии, основанная на закономерностях активизации процессов сдвижения и разрушения горных пород при взаимном влиянии открытых и подземных выработок, использована институтом ВНИИгидроуголь при проектировании открыто-подземных гидроучастков разреза «Краснобродский».

Апробация работы. Основные положения диссертации и результаты исследований докладывались на Международных науно-практических конференциях «Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых» (Новокузнецк, 1997г., 1999г.), «Перспективы развития горнодобывающей промышленности» (Новокузнецк, 1998г.), «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири» (Кемерово, 1999), технических советах института ВНИИгидроуголь (Новокузнецк, 1998-1999гг.), технических советах ОАО «Ленинскуголь» (Ленинск-Кузнецкий, 1996-1997гг.), ОАО «Северокуз-бассуголь» (Кемерово, 1998-1999гг.). По теме диссертации опубликовано 11 научных работ. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, содержит 166 страниц машинописного текста, 9 таблиц, 50 рисунков, список литературы из 77 наименований.

Реклама


2006-20011 © Каталог российских диссертаций