Обоснование параметров технологии отработки пологих пластов под территориями сельскохозяйственного значения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.22, кандидат наук Мешков, Анатолий Алексеевич

• Мешков, Анатолий Алексеевич
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Мешков, Анатолий Алексеевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Анализ горно-геологических и горнотехнических условий отработки пластов на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс»

1.2 Особенности воздействия интенсивной отработки пластов в поле шахты им. А. Д. Рубана на земную поверхность

1.3 Анализ мирового опыта применения и основных тенденций развития технологий отработки пологих угольных пластов

1.4 Цель и задачи исследований

2 ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРИМЕНЯЕМЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ОТРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ НА ПРОЦЕССЫ СДВИЖЕНИЯ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

2.1 Общие положения

2.2 Исследование особенностей геологического строения угленосной толщи в поле шахты им.А.Д.Рубана методом аудиомагнитотеллурического зондирования

2.3 Экспериментально-аналитические исследования влияния параметров технологических схем отработки пласта Байкаимский на процессы деформаций подрабатываемой толщи в поле шахты им. А.Д. Рубана

2.4 Анализ результатов численных исследований

2.5 Исследование влияния параметров применяемых технологий и принятого порядка отработки выемочных столбов на состояние подработанного массива с учетом мощных прочных слоев песчаника

2.6 Выводы по главе

3 ИССЛЕДОВАНИЯ НА ФИЗИЧЕСКИХ МОДЕЛЯХ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ОТРАБОТКИ СБЛИЖЕННЫХ ПЛАСТОВ НА ФОРМИРОВАНИЕ ПРОВАЛОВ НА ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

3.1 Постановка задач исследований на физических моделях из эквивалентных материалов

3.2 Разработка методики моделирования

3.3 Моделирование последовательной отработки сближенных пластов в

поле шахты им.А.Д.Рубана

3.4 Анализ результатов исследований

3.5 Выводы по главе

4 ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИИ ИНТЕНСИВНОЙ ОТРАБОТКИ ПОЛОГИХ ПЛАСТОВ С СОХРАНЕНИЕМ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

4.1 Общие положения

4.2 Рекомендуемые схемы отработки пологих пластов в условиях шахт

«СУЭК-Кузбасс»

4.3 Технико-экономическое обоснование параметров технологий

интенсивной отработки

4.4 Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Результаты численных исследований при отработке

выемочных участков по пласту «Байкаимский»

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Результаты численных исследований при последовательной отработке выемочных участков по сближенным пластам

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование параметров технологии отработки пологих пластов под территориями сельскохозяйственного значения»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Подземная отработка пологих угольных пластов с использованием современных высокопроизводительных очистных механизированных комплексов характеризуется интенсивным развитием горных работ. Подвигание очистных забоев с высокой скоростью в ряде случаев приводит к формированию трещин и провалов на земной поверхности даже при значительной глубине разработки. Особую актуальность вопросы, связанные с обеспечением сохранности земной поверхности, приобретают при отработке свит сближенных пластов.

Решению задач обеспечения эффективной разработки пластов с учетом влияния применяемых технологий на подрабатываемые горные массивы и земную поверхность посвящены работы С.Г. Авершина, A.A. Борисова, В.И. Борщ-Компанейца, В.Н. Гусева, С.Н. Зеленцова, В.П. Зубова, М.А. Иофиса, О.В. Ковалева, А.Б. Макарова, В.М. Шика, М.Г. Мустафина, В.П. Земисева, A.C. Ягунова, С. Пенга и др. В соответствии с действующими отраслевыми нормативными документами, формирование трещин и провалов на земной поверхности исключается при глубинах разработки, превышающих 20-кратную вынимаемую мощность угольного пласта. Вместе с тем, практика ведения подземных горных работ показывает возможность их формирования при ведении очистных работ и на гораздо больших глубинах, делая процесс сдвижения непредсказуемым и опасным.

Так, на шахте им. А.Д. Рубана (до 2012 г. шахта «Красноярская») ОАО «СУЭК-Кузбасс» непрогнозируемые в соответствии с действующими нормативными документами трещины и провалы на поверхности возникли при ведении горных работ на глубине 250 м, что почти в 100 раз превышает мощность отрабатываемого пласта. Это свидетельствует о несовершенстве действующих нормативных методик, необходимости дальнейшего развития представлений о механизме сдвижений подрабатываемой толщи, определения рациональных параметров технологических схем и способов управления состоянием массива, исключающих или минимизирующих влияние подземных горных работ на

сооружения и природные объекты. В то же время, оставление угля в целиках для охраны поверхности формирует ущерб от потерь, размеры которого возрастают с увеличением цены на уголь. Поскольку на шахтах Кузбасса подземным способом в один слой отрабатываются пологие угольные пласты мощностью от 1,1 м до 6 м, подрабатываемые земельные участки составляют сотни квадратных километров и включают не только сельскохозяйственные земли, но и инфраструктурные объекты, вопросы сохранения эффективности подземной угледобычи при обеспечении охраны земной поверхности являются актуальными практически для всех шахт.

Цель работы. Обоснование параметров эффективных технологий отработки сближенных пластов в условиях вредного влияния горных работ на земную поверхность.

Идея работы. При использовании систем разработки длинными столбами для снижения вредного влияния отработки сближенных пластов на земную поверхность межстолбовые целики на пластах необходимо располагать в шахматном порядке.

Основные задачи исследований:

1. Анализ и обобщение мирового опыта применения технологий интенсивной отработки пластов в условиях вредного влияния горных работ на земную поверхность.

2. Определение влияния основных горно-геологических и горнотехнических факторов на характер и интенсивность смещений земной поверхности при отработке сближенных угольных пластов на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс».

3. Оценка влияния технологических параметров отработки сближенных угольных пластов на напряженно-деформированное состояние подработанного массива в условиях шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс».

4. Исследование методом физического моделирования процесса формирования и развития трещин на земной поверхности при последовательной отработке сближенных пластов длинными столбами.

5. Разработка критерия выбора технологических схем отработки свит пологих угольных пластов в условиях вредного влияния подработки на земную поверхность.

6. Выбор и обоснование параметров технологии интенсивной подземной отработки угольных пластов на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс», обеспечивающих эффективность угледобычи и снижение вредного влияния подработки на земную поверхность.

Методы исследований. Для решения поставленных задач использован комплексный метод, включающий анализ и обобщение опубликованных в горнотехнической литературе данных по проблеме снижения влияния подземных горных работ на земную поверхность при интенсивной отработке свит пластов; натурные наблюдения за процессами оседания земной поверхности в зонах подработки; натурные исследования геологического строения покрывающей толщи методом аудиомагнитотеллурического зондирования; экспериментально-аналитические исследования напряженно-деформированного состояния подрабатываемого массива с использованием методов механики сплошной среды; физическое моделирование на эквивалентных материалах процессов деформирования массива горных пород при однократной и многократной подработке.

Научная новизна:

■ Установлены условия, при выполнении которых происходит смыкание трещин и провалов на земной поверхности, сформированных при отработке первого из сближенных пологих пластов длинными столбами.

■ Установлена зависимость между ущербом от потерь угля и затратами на рекультивацию поверхности от различных параметров систем разработки пластов для условий шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс».

Основные защищаемые положения:

1. Применение систем разработки пологих угольных пластов длинными столбами с оставлением между смежными участками неразрушаемых целиков угля не исключает возможности возникновения разрывов земной поверхности и

провалов при ведении горных работ на глубинах, существенно превышающих 20-кратную вынимаемую мощность пласта.

2. При отработке сближенных угольных пластов длинными столбами с оставлением целиков между смежными участками существенное снижение степени нарушенности земной поверхности трещинами и провалами, вызванными ведением очистных работ по первому пласту, достигается при расположении целиков на пластах в шахматном порядке и размерах целиков, исключающих их разрушение горным давлением.

3. Использование рекомендуемых схем подготовки и отработки сближенных пластов, предусматривающих расположение межстолбовых целиков в шахматном порядке, позволяет для условий шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс» минимизировать величину ущерба, включающего затраты на рекультивацию поверхности, восстановление подработанных объектов, а также стоимость запасов полезного ископаемого, теряемых в результате применения горных мер защиты поверхности

Практическая значимость работы:

■ Установлено, что наличие мощных прочных слоев песчаника в покрывающей толще является основным фактором, определяющим характер деформаций поверхности при глубинах разработки, превышающих 20-кратную мощность пласта при использовании системы разработки длинными столбами с оставлением между выемочными участками неизвлекаемых ленточных целиков.

■ Определены технологические условия смыкания сформированных трещин и провалов на поверхности при последовательной отработке пологих угольных пластов в свите на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс».

■ Предложен критерий выбора параметров технологических схем отработки пластов в условиях вредного влияния подработки на земную поверхность.

■ Разработаны методические рекомендации по выбору параметров технологических схем отработки пластов в условиях вредного влияния подземных горных работ на земную поверхность.

Достоверность и обоснованность научных положений и рекомендаций.

Достоверность защищаемых положений, основных выводов и рекомендаций обеспечивается представительным объемом данных натурных наблюдений, использованием современных апробированных методов исследований; удовлетворительной сходимостью результатов натурных, лабораторных и численных исследований.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались: на Семинаре Международного научного симпозиума «Неделя горняка - 2012» (Москва, 2012 г.), заседаниях научно-технического совета ОАО «СУЭК-Кузбасс» (2012-2013 гг.); научных семинарах кафедры разработки месторождений полезных ископаемых Национального минерально-сырьевого университета «Горный» (2012-2013 гг.).

Личный вклад автора. Сформулированы цель и задачи исследований, выбраны методики и проведены экспериментально-аналитические, лабораторные (физическое моделирование) и натурные исследования, обобщены результаты исследований, сформулированы основные научные положения и выводы.

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 4 печатных работах, из них 4 - в изданиях Перечня, рекомендуемого ВАК Минобрнауки России.

Структура и объем работы. Диссертационная работа общим объемом 153 страницы состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 103 источников, двух приложений, включает 69 рисунков и 9 таблиц.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ 1.1 Анализ горно-геологических и горнотехнических условий отработки пластов на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс»

В настоящее время ОАО «СУЭК-Кузбасс» объединяет в своем составе 9 действующих шахт, а также три угольных разреза - «Заречный», «Майский» и «Камышанский». Сведения об основных горно-геологических и горнотехнических условиях, характеризующих показатели работы шахт, представлены в таблице 1.1.

Согласно данным, наибольшая глубина ведения горных работ, достигшая или превысившая отметку 400 м, характерна для шахт ОАО «Шахта им. С.М. Кирова», «Шахта им.А.Д.Рубана» и «Шахта Полысаевская». Наибольший годовой объем добычи (4,7 и 3,7 млн. т) в 2010 г. был достигнут на шахтах «им. С.М. Кирова» и «Котинская». Большинство шахтопластов, благоприятных для ведения горных работ с возможностью одновременной отработки не менее, чем на двух пластах, расположено на полях шахт ОАО «Шахта им. С.М. Кирова», ОАО «Шахта Полысаевская», ОАО «Шахта Октябрьская», «Талдинская-Западная-1», ОАО «Шахта «Комсомолец». Угли большинства шахтопластов (на шести из десяти вышеуказанных шахт) склонны к самовозгоранию. Около 50 % шахтопластов с глубины 150 м относятся к угрожаемым по горным ударам. В 2030 % случаев вмещающие породы анализируемых шахт характеризуются наличием обводненности разрабатываемых пластов с водопритоком от 5 до 160 м3/ч.

С учетом вышеизложенного горно-геологические условия залегания анализируемых шахтопластов следует рассматривать как осложненные одновременно одним-двумя неблагоприятными факторами, а в отдельных случаях как сложные. Кроме того, при отработке пласта Байкаимского в поле шахты им.А.Д.Рубана отмечены деформации поверхности в виде канав и провальных воронок шириной (диаметром) до 5 м и глубиной от 0,5 м до 3,5 м.

Таблица 1.1 - Сведения об основных горно-геологических и горнотехнических условиях, характеризующих

показатели работы шахт, входящих в состав ОАО «СУЭК-Кузбасс»

Наименование предприятия Абсолютная газообиль -ность, м /мин Относительная газообиль -ность, м3/т Количество разрабатываемых пластов, благоприятных для отработки Вынимаемая мощность, м Природная газоносное ть пластов, •> м /т с.б.м Склонно сть углей к самовозг оранию Средства дегазации на поверхност и шахты Способ проветривания Схема проветривания Расход воздуха, подаваем ого в шахту расчетное факт., м /мин Водо приток норм, шах, >3 м /ч

ОАО «Шахта им. С.М. Кирова» 163,2 42,3 2 0,8-2,4 10-20 не склонны ППДУ нагнет.-всасыв. фланговая - -

«Шахта им. 7 Ноября» 31,9 15,68 1 4,6 8-12 склонны - нагнет-всасыв. фланговая 12682 14130 70340 550630

ОАО «СУЭК-Кузбасс» шахта им. А.Д.Рубана 10,62 13,32 4 2,51-2,97 5,7 склонны - - 120

центр.-фланговая 160

ОАО «Шахта Полысаевская» 108,98 61,53 3 1,4-2,3 - не склонны - нагнетат. —

фланговая 10996

ОАО «Шахта Октябрьская» 53,33 39,48 4 2,5-3,5 7,6-8,1 склонны ППДУ нагнет.-всасыв. - 720

фланговая 1400

«Шахта Котинская» 2,83 8,61 1 4,45-4,33 1-8,5 не склонны ППДУ нагнетат. -

фланговая 6500

«Шахта № 7» 20,95 3,67 1 склонны - нагнетат. 6192 -

центральная 5260

«Талдинская-Западная-1» 7,55 1,91 2 4,5 весьма склонны - нагнетат. центральная - -

«Талдинская-Западная-2 0,0 0,0 1 5,04 0-0,5 склонны - нагнетат. центральная 40 50 -

ОАО «Шахта «Комсомолец» 95,3 32,2 2 1,65-2,00 10-12 не склонны ППДУ нагнет.-всасыв. - -

комбинированная

Продуктивные отложения шахтного поля слагают осадки лишь двух свит -Грамотеинской и Тайлуганской, повсеместно перекрытых четвертичными отложениями. Характеристика пластов угля описываемого шахтного поля приводится в таблице 1.2.

Грамотеинская свита

Грамотеинская свита на описываемом поле вскрыта на полную мощность. В выделяемых границах её мощность изменяется от 340 м до 360 м, незначительно уменьшаясь по мере погружения оси Красноярской синклинали в ЮВ направлении. Это изменение происходит за счёт сокращения межпластового расстояния между пластами Байкаимским и Надбайкаимским. Отложения свиты подразделяются на два крупных макроцикла, начинающихся мощными пачками песчаников (байкаимские, полысаевские) и венчающихся также мощными пластами угля (Байкаимский, Красногорский).

Осадки свиты, включающие пласты Инские III и II-I, отличаются наличием тонких алевролитов, близких к аргиллитам, с повышенным содержанием карбонатного материала, местами близкие к мергелям.

Продуктивные отложения свиты содержат следующие пласты: Красноорловский, Несложный, Тонкий, Инский III, Инский II-I, Полысаевский II, Полысаевский II н. п., Полысаевский I, Спутник, Надбайкаимский в. п., Надбайкаимский и Байкаимский.

Все пласты свиты, а также сопровождающие их спутники, хорошо увязываются, особенно по каротажу. Большинство из них относится к пластам средней мощности (Красноорловский, Тонкий, Несложный, Надбайкаимский и Байкаимский) и тонким (Полысаевский II н. п., Полысаевский I, Инский III, Спутник и Надбайкаимский в. п.). Пласт Полысаевский II относится к мощным.

Промышленное значение имеют следующие выдержанные пласты: Красноорловский, Несложный, Тонкий, Инский III, Полысаевские II и I, Надбайкаимский и Байкаимский. Пласты Инский III и Надбайкаимский лишь на ограниченной площади в районе 4 разведочной линии теряют рабочее значение.

К невыдержанным по мощности и строению отнесены пласты Полысаевский II н. п., Спутник и Надбайкаимский в. п. На такую оценку повлияло их сложное строение и весьма условная параллелизация слагающих пачек угля. Пласты склонны к расщеплению, а пласт Полысаевский II н. п. характеризуется Z-образным сочленением, сливаясь то с почвой пласта Полысаевского II, то с кровлей пласта Полысаевского I. Все три пласта имеют крайне ограниченное промышленное значение.

За исключением упомянутых трёх пластов, угольные пласты свиты имеют 2-3-пачечное строение, с прослойками алевролита мощностью 0,10-0,20 м.

Кроме упомянутых выше крупных и сопровождающих их нарушений, мелкоамплитудные нарушения отмечены скважинами колонкового бурения в пределах СВ крыла Мохово-Пестерёвской антиклинали, а также флексурного перегиба ЮВ крыла Красноярской синклинали вблизи её оси.

По описанию керна признаки деформации пород в виде маломощных зон смятия, зеркал скольжения, повышенной трещиноватости чаще всего встречаются в тектоническом блоке между нарушением II-II, Журинским взбросом и нарушением I-I, а также в приосевой части Красноярской синклинали (от флексурного перегиба до нарушения А-А), примыкающей к Иганинскому взбросу.

Весьма простое строение отмечается на основной части шахтного поля в пределах от лежачего крыла нарушения II-II до выхода под наносы пласта Байкаимского. В этом блоке бурением практически не обнаружено ни одного разрыва. Простое строение этой части шахтного поля также подтверждается горными работами на поле шахты Красноярская (с 2012 года - шахта им. им.А.Д.Рубана).

Таблица 1.2- Характеристика пластов угля поля шахты им.А.Д.Рубана

№ Название пласта Между-пластье, м Крайние и средние значения принятых мощностей, м Площадь распространения и строение пласта, контуры расщепления Оценка выдержанности

угольных пачек пласта в целом

1. Сычёвский IV в. п. 30-40 2,80-4,66 3,62(78) 3,45-5,66 4,18(78) Сложное, до 4 пачек Выдержанный

2. Сычёвский IV н. п. 12-26 0,69-1,85 1,31(151) 0,82-1,95 1,41(151) Сложное, реже простое Относительно выдержанный

3. Сычёвский III 31-48 3,03-4,72 3,55(165) 3,05-4,82 3,64(165) Простое, реже сложное из 2 пачек Выдержанный

4. Сычёвский II 22-29 0,66-1,49 0,92(146) 0,70-1,59 1,01(146) В ЮЗ части выклинивается, сложное из 2 пачек Невыдержанный

5. Сычёвский I 46-75 0,90-5,81 4,61(180) 0,90-5,98 4,85(180) В центральной части расщепляется на в. п. и н. п., сложное из 3-4 пачек Выдержанный

6. Сычёвский I в. п. - 2,07-3,64 2,99(16) 2,07-3,70 3,00(16) - Относительно выдержанный

7. Сычёвский I н. п. - 1,08-1,74 1,40(16) 1,25-1,79 1,52(16) - Относительно выдержанный

8. Колмогоровский-Шурфовой 42-58 3,11-4,68 4,06(54) 3,34-5,55 4,53(54) Сложное из 2 пачек Выдержанный

9. Колмогоровский 42-58 1,69-3,60 2,73(146) 1,99-3,69 2,85(146) Сложное из 2-3 пачек, расщепление на в. п. и н. п. Выдержанный

10. Шурфовой 0,5-12 1,00-1,60 1,28(160) 1,00-1,60 1,28(160) Простое Выдержанный

11. Безымянный 22-28 1,41-3,38 2,56(329) 1,55-3,76 2,67(329) Сложное из 2-3 пачек Выдержанный

12. Наддальний 31-42 0,70-3,30 1,98(227) 0,70-3,55 2,11(227) В СВ направлении выклинивается, сложное из 2 пачек, реже простое Относительно выдержанный

13. Красногорский в. п. 62-68 3,13-5,80 4,49(431) 3,53-6,34 4,80(431) Участками расщепление на верхний и нижний слои Выдержанный

14. Красногорский в. п. верхний слой - 0,98-2,95 1,94(68) 0,98-3,19 2,00(68) Сложное Относительно выдержанный

15. Красногорский в. п. нижний слой - 0,94-3,46 2,16(70) 0,99-3,81 2,27(70) Сложное Относительно выдержанный

№ Название пласта Между-пластье, м Крайние и средние значения принятых мощностей, м Площадь распространения и строение пласта, контуры расщепления Оценка выдержанности

угольных пачек пласта в целом

16. Красногорский н. п. 2-4 0,69-1,70 1,17(509) 0,75-1,70 1,21(509) Сложное Относительно выдержанный

17. Красноорловский 38-40 0,64-3,64 2,55(598) 0,70-3,64 2,55(598) Простое, редко из 2 пачек Выдержанный

18. Несложный 26-40 1,56-3,30 2,15(681) 1,56-3,30 2,15(681) Простое Выдержанный

19. Тонкий 4-19 1,13-2,79 1,85(749) 1,13-2,79 1,89(749) В СВ части на ограниченной площади постепенное отщепление верхней нерабочей пачки. Простое, реже сложное из 2-3 пачек Выдержанный

20. Инский III 26-40 0,89-1,99 1,32(633) 0,89-1,99 1,35(633) В СЗ части в районе 4 р. л. пласт выклинивается. Простое, редко сложное из 2 пачек, присутствуют «колчеданы» Относительно выдержанный

21. Полысаевский II в. п. 52-80 2,99-6,62 5,10(441) 3,39-6,67 5,21(441) Сложное из 2 пачек Выдержанный

22. Полысаевский II 64-80 5,74-7,48 6,48(160) 5,88-10,20 6,85(160) Сложное, расщепляется на в. п. и н. п. к северу от Моховской р. л. Выдержанный

23. Полысаевский II н. п. 0,5-12 0,63-1,84 1,11(244) 0,70-2,07 1,20(244) На севере приближается к Полысаевскому I. В центральной части участка выклинивается южнее Моховской р. л., сливается с Полысаевским II в. п. Сложное из 2-3 пачек. Невыдержан-ный

24. Полысаевский I 0,5-14 0,68-1,64 1,04(540) 0,70-1,95 1,09(540) Сложное из 2 пачек, реже простое Относительно выдержанный

25. Спутник 12-48 0,64-1,24 0,91(111) 0,70-1,40 0,95(111) Представлен ограниченными выклинивающимися площадями. В ЮВ направлении выклинивается полностью. Сложное, редко простое. Невыдержанный

26. Надбайкаимский в. п. 12-18 0,63-1,92 1,21(203) 0,72-1,92 1,34(203) В СЗ направлении приближается к основной пачке и выклинивается. Сложное из 3-4 пачек Невыдержанный

27. Надбайкаимский 0,5-50 0,88-3,84 2,34(434) 0,95-4,84 2,37(434) В СЗ направлении на незначительной площади теряет рабочее значение. Простое, реже сложное из 2 пачек Выдержанный

28. Байкаимский 42-74 1,86-4,83 2,71(384) 1,86-4,83 2,78(384) Простое, реже сложное из 2 пачек Выдержанный

Таблица 1.3 - Характеристика разрывных нарушений на поле шахты им.А.Д.Рубана

№ п/п Наименование разрывного нарушения Амплитуда, м Мощность нарушенной зоны, м Угол и азимут падения сместителя Тип разрывного нарушения и его местонахождение

1. Журинский взброс 1200-1500 30-150 35°-40° 220° Согласный взброс, ЮЗ граница поля

2. Иганинский взброс (нарушение А-А) 220-700 30-100 35°-45° 220° Согласный взброс, ЮВ граница шахты

3. Нарушение I-I 130 10-30 20°-40° 230° Согласный взброс, СЗ граница поля

4. Нарушение 1а-1а до 140 10-40 10°-27° 230°-240° Согласный взброс, вдоль разрыва 1-1, затухает к ЮЗ от Красногорской р. л.

5. Нарушение II-II от 30-40 на граничных линиях до 150 на XXI-XXII р.л. 30-100 20°-40° 230°-240° Согласный и несогласный взброс, рассекает поле в центральной части

6. Нарушения llalla, Иб-116 до 10 до 0,5 параллельно нарушению II-II Аналогичное нарушение П-Н

В заключении следует отметить, что в целом поле шахты им.А.Д.Рубана характеризуется относительно простым геологическим строением и по классификации ГКЗ относится к I группе месторождений. Более сложные условия ожидаются в тектоническом блоке между нарушениями II-II и I-I, Журинским взбросом, а также между флексурным перегибом ЮЗ крыла Красноярской синклинали и нарушением А-А (Иганинским взбросом), где возможны проявления дополнительной складчатости и мелкоамплитудных нарушений.

1.2 Особенности воздействия интенсивной отработки пластов в поле шахты им. А. Д. Рубана на земную поверхность

По результатам маркшейдерских наблюдений за состоянием земной поверхности над выемочными участками 1310, 1308, 1306 по пласту Байкаимский, средней мощностью 2,6 м, установлено наличие провальных трещин шириной до 7 м, глубиной до 3,5 ми протяженностью до 500 м и более. Участки отрабатывались на глубинах 300-150 метров длинными столбами по

простиранию с подготовкой спаренными выработками и выемкой столбов в восходящем порядке. Длина лав составляла 190-200 м, ширина межштрековых целиков 30-35 м. Нагрузка на очистной забой составляла до 200 тыс.т/мес при скорости подвигания лавы до 250 м/мес. Трещины образовались не повсеместно над выемочными штреками, а на отдельных участках (рисунки 1.1-1.4). Такой вид деформирования подработанной толщи не характерен для отработки пологих пластов на глубинах превышающих 20 вынимаемых мощностей угольного пласта (до 100 вынимаемых мощностей) и входит в противоречие с установившимися, общепринятыми представлениями о характере и параметрах процесса сдвижения пород в данных условиях [53]. По сути, виду и характеру деформирования земной поверхности такие разрывные её нарушения не являются провалами в классическом толковании этого термина.

Ниже приводятся особенности проявления деформаций земной поверхности в данном случае.

По результатам наблюдений можно сделать следующие выводы:

1. Процесс деформирования в основном затрагивает верхнюю часть мощных наносов, глубиной не более 3-4 м, зоны трещин вокруг обрушенных пород нет.

2. Все деформации поверхности имеют вид продолговатых рвов «борозд» или цепочек отдельных воронок, как правило, шириной около 4,0 м.

3. Процесс деформирования верхней части наносов носит продолжительный характер, так например, образовавшиеся ещё в прошлом году «борозды» над лавой 1310 увеличились по длине в текущем году ещё в 2 раза. Увеличилась по длине и цепочка «провалов» над лавой 1308. Отдельные изолированные воронки со временем объединяются в сплошную борозду.

4. Подавляющее число «борозд» составляет с простиранием пласта угол менее 45°, довольно часто параллельно ему (простиранию), с явным тяготением к районам межлавных целиков.

5. В лаве 1306 такая «борозда» обнаружена не только над выработанным пространством, но и над остановленным забоем.

6. Вышеуказанные деформации отмечены над монтажными камерами, над демонтажными камерами их нет.

7. Прослеживается тенденция общего увеличения количества и протяженности деформаций с уменьшением глубины горных работ. (При отработке лавы 1304 количество деформаций может оказаться максимальным).

Как уже упоминалось выше, в результате анализа и обобщения всех случаев возникновения провалов на угольных месторождениях России (СССР) было получено эмпирическое соотношение между верхней границей горных работ (Нв) и мощностью отрабатываемого пласта (т). Провалы земной поверхности при пологом залегании пласта (а<35°) и ш<3м могут возникнуть только при ведении горных работ на глубинах менее Нв<20ш. При глубинах Нв>20т провалов не возникает. При внешней похожести деформаций земной поверхности на провал механизм возникновения разрывных нарушений, приведенных на рисунках 1.11.4 несколько иной [74].

Ещё в работе [100] было подмечено, что наносы значительной мощности вызывают резкое изменение направления векторов смещения точек поверхности.

Это обстоятельство впервые было зафиксировано И.А. Петуховым [68-70] в процессе наблюдений за сдвижением толщи наносов и коренных пород на контакте с наносами.

Наблюдения проводились в Челябинском бассейне в подрабатываемых шурфах на двух шахтах (№ 45 и 42 «Капитальная») с углами падения пластов 40 и 14°, при мощности наносов около 10-15 м (рисунок 1.5).

Наблюдения зафиксировали различное направление сдвижений точек, расположенных на земной поверхности и на контакте коренных пород с наносами.

Векторы сдвижения коренных пород в центральной части мульды направлены по нормали к пласту, а в наносах к центру мульды, т. е. так же, как и при горизонтальном залегании пласта.

Рисунок 1.1 - Выкопировка из плана поверхности с расположением трещин [73]

Рисунок 1.2 - Фотографии трещин на поверхности (поле Мануленко)

Рисунок 1.3 - Фотографии трещин на поверхности (поле Лебедикова)

Рисунок 1.4 - Фотографии трещин на поверхности (поле Мануленко)

Рисунок 1.5 - Векторы сдвижения точек земной поверхности и контакта коренных пород с наносами в случае значительной мощности наносов

Такое явление объясняется отрывом коренных пород от наносов на контакте и тенденцией наносов сдвигаться вниз, не повторяя горизонтальных сдвижений толщи коренных пород.

Вследствие этого шурф, испытывающий в различных точках различно направленные горизонтальные сдвижения, срезается, что и наблюдалось на указанной шахте (рисунок 1.6), в толще наносов в нижней её части, в районе верхней границы может возникнуть зона растягивающих деформаций.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Мешков, Анатолий Алексеевич, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Steve Fiscor. Longwall Population Holds Steady at 52 // Coal Age, №2, 2007, pp. 30-38.

2. Syd S. Peng. Longwall Mining. - West Virginia University, 2006. - 621 P.

3. Steve Fiscor. America" s Longwall Operations Demonstrate stability During an Uncertain Period// Coal Age, №2, 2013, pp. 24-29.

4. Syd S. Peng. Coal Mine Ground Control. - West Virginia University, 2008. -

750 P.

5. W. Reid. International longwall review// Coal Age, №9-10, 1997.

6. Авершин С.Г. Горные работы под сооружениями и водоемами. М., Углетехиздат, 1954, 324 с.

7. Авершин С.Г. Расчет деформаций массива горных пород под влиянием подземных разработок. Л., ВНИМИ, 1960, 87 с.

8. Акимов А.Г., Короткое М.В. Современные методы расчета сдвижений и деформаций земной поверхности и способы охраны зданий и сооружений. Сб. ВНИМИ, №76, Л., 1970, с. 296-307.

9. Аман И.П., Фикс И.И., Егоров В.П. Расчет напряженного состояния надработанных массивов горных пород по замеренным деформациям угольных пластов при их надработке. Физ-техн. проблемы разраб. Полезн. Ископ., N 2, 1970, 120 с.

10. Амусин Б.З. Методы конечных элементов при решении задач горной геомеханики, М., Недра, 1975, 144 с.

11. Баклашов И.В. Деформирование и разрушение породных массивов. М., Недра, 1988,27 с.

12. Баклашов И.В., Картозия Б.А. Механика горных пород. М., Недра, 1975,

271 с.

13. Баклашов И.В., Картозия Б.А. Механические процессы в породных массивах. М., Недра, 1986, 372 с.

14. Безопасная выемка угля под водными объектами. /Гвирцман Б.Я., Кацнельсон Н. Н. , Бошенятов Е.В. и др., М., Недра, 1977, 175 с.

15. Борисов A.A. Механика горных пород и массивов. М., Недра, 1980,

360 с.

16. Борисов А.А Методы прогноза и контроля горного давления при подземной разработке пластовых месторождений. М., Недра, 1979, 101 с.

17. Борисов A.A. и др. Управление горным давлением. М., Недра, 1983,

168 с.

18. Бребби К., Уокер С. Применение методов граничных элементов в технике, М., Мир, 1982, 246 с.

19. Ватутин С.А. Сдвижение и деформации горных пород над движущимся забоем. Сб. ВНИМИ, №47, Л., 1962, с. 159-199.

20. Везелы, Фридерих, Сдуновски. Новое в проектировании высокопроизводительных добычных участков в отношении схем проветривания, микроклимата и газовыделения / Глюкауф, 2002, декабрь, № 4.

21. Геологический разрез по РЛ 8.

22. Глушихин Ф.П., Кузнецов Г.Н., Шклярский М.Ф, и др. Моделирование в геомеханике. М., Недра, 1991, 240 с.

23. Гринько Н.К, Ганапович Л.Н., Батурин О.Б. Обеспечение нагрузки на очистной забой 2-3 млн. т угля в год на шахтах России // Уголь. 1998. № 5. — С. 15-18.

24. Гусельников JT.M. Изменения прочностных и структурных характеристик труднообрушаемых кровель на глубоких горизонтах шахт. Вкн.: Новые методы разупрочнения труднообрушаемых кровель на угольных шахтах, Печорниипроект, вып. 13. М.: Недра, 1979. - 98 с.

25. Земисев В.Н. Расчет деформаций горного массива. М., Недра, 1973,

144 с.

26. Земисев В.Н. Расчет максимальных горизонтальных сдвижений в подработанной толще пород и на земной поверхности. Труды ВНИМИ, Л., сб. 42, 1961, с.154-167.

27. Земисев В.Н. Рациональное планирование горных работ под объектами в сложных горно-геологических условиях, Труды ВНИМИ, сб.

"Совершенствование методов маркшейдерского и гидрогеологического обеспечения горнодобывающих предприятий". JL, 1989, с. 117-124.

28. Земисев В.Н., Файнштейн Ю.Б., Панин Ю.Г. Прогноз деформаций земной поверхности в сложных горно-геологических условиях. Уголь №6, М., Недра, 1988, с.12-14.

29. Земисев В.П. Принципы расчета вероятных сдвижений и деформаций земной поверхности под влиянием подземных горных разработок. Труды ВНИМИ, сб. 108, 1978, с. 40-48

30. Земисев В.П., Файнштейн Ю.Б., Панин Ю.Г. Принципы рационального планирования горных работ в зонах влияния тектонических нарушений. Труды ВНИМИ, сб. Методы, технические средства маркшейдерских работ и исследование процессов сдвижения горных пород, JL, 1988, с. 86-91

31. Земисев В.П., Яценко В.Н. Прогноз дискретных деформаций земной поверхности. Труды ВНИМИ, сб. "Сдвижение и деформации массива при разработке месторождений с учетом структуры и механических свойств горных пород", 1982, с. 3-5

32. И. Борщ-Компонеец В.И., Ватутина И.М. и др. Сдвижение горных пород и земной поверхности при подземных разработках. М., Недра, 1984, 245 с.

33. И. Борщ-Компонеец В.И., Ватутина И.М. и др. Сдвижение горных пород и земной поверхности при подземных разработках. М., Недра, 1984, 245 с.

34. Инструкция по наблюдениям за сдвижением горных пород, земной поверхности и подрабатываемыми сооружениями на угольных и сланцевых месторождениях. ВНИМИ, М.: Недра, 1989.

35. Иофис М.А. Графики для расчета деформаций земной поверхности при выемке свит пластов. М., Недра, 1960, 27 с.

36. Иофис М.А., Шмелев А.И. Инженерная геомеханника при подземных разработках. М., Недра, 1985, 248 с.

37. Исследование и разработка комплекса рекомендаций по повышению эффективности технологии и снижению негативного воздействия подземной

угледобычи на подрабатываемые земельные участки шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс»: Отчет о НИР. - Рук. Казанин О.И. - СПб.: СПГГУ, 2011. 102 с.

38. Казанин О.И., Козулин В.В., Барабаш М.В., Ютяев Е.П. О проектировании технологических схем подготовки и отработки выемочных участков угольных шахт. ООО "Редакция журнала "Уголь" 2010, №6, С.24-28.

39. Казанин О.И., Ковалев О.В., Мешков A.A. Оценка механических состояний элементов горного массива для условий шахты «Красноярская» ОАО «СУЭК-Кузбасс»// ГИАБ. - 2012. - №4. - С. 88-92.

40. Казанин О.И., Зуев Б.Ю., Мешков A.A. Исследование на физических моделях процессов сдвижений при подземной разработке угольных пластов в поле шахты «Красноярская» ОАО «СУЭК-Кузбасс» // ГИАБ. - 2012. - №5. - С. 2633.

41. Казанин О.И., Мустафин М.Г., Мешков A.A. Анализ причин провалов земной поверхности при отработке угольного пласта Байкаимский на шахте «Красноярская» ОАО «СУЭК-Кузбасс»// ГИАБ. - 2013. - №4. - С. 257-261.

42. Комиссаров С.Н. Управление массивом горных пород. М., Недра, 1983,

237 с.

43. Коровкин Ю.А. и др. Теория и практика длиннолавных систем / Ю.А. Коровкин, П.Ф. Савченко, А.Г. Саламатин, В.И. Постников. М.: ООО «Техгормаш», 2004. - 599 с.

44. Краев П.А., Самарин В.Н. Влияние взаимного положения границ очистных забоев в пластах свиты на величины деформаций земной поверхности, сб. "Вопросы рационализации маркшейдерской службы на горных предприятиях", Свердловск, УПИ, 1977, с. 56-58.

45. Кратч Г. Сдвижение горных пород и защита подрабатываемых сооружений. М., Недра, 1978, 494 с.

46. Кратч Г. Сдвижение горных пород и защита подрабатываемых сооружений. Перевод с немецкого, М., Недра, 1978, 495 с.

47. Крауч С, Старфилд А. Методы граничных элементов в механике твердого тела. М., изд. Мир, 1987, 328 с.

48. Кузнецов Г.П. Моделирование проявлений горного давления. JL, Недра, 1968,283 с.

49. Кузнецов СТ., Воронин И.Н. О прогнозе расслаиваемости осадочных пород при решении задач об устойчивости их над очистными выработками. Сб. ВНИМИ, № 64, с.3-23.

50. Кузнецов Т.Н., Будько М.Н., Васильев Ю.И. и др. Моделирование проявлений горного давления. JI. - Недра 1968, 280 с.

51. Лапидус Л.С. К вопросу о расчете перемещений земной поверхности, вызванных подземными работами. Сб. "Основания, фундаменты, механика грунтов", М., Высшая школа, №2, 1961.

52. Линник Ю.Н. и др. Концепция развития очистного, проходческого, конвейерного и бурового оборудования на период до 2020 г. // Горное оборудование и электромеханика. - 2006. - № 2. - с. 2-6.

53. Мешков A.A. Обоснование параметров технологии интенсивной отработки пологих пластов с сохранением земной поверхности в условиях шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс» // ГИАБ. Сборники научно-технических работ горных инженеров СУЭК (отдельный выпуск). - 2013. - №2. - С. 58-64.

54. Менцель В. А. Напряжённое состояние непосредственной кровли при выемке длинными столбами. М., Недра, 1974, 120 с.

55. Методические указания по прогнозу сдвижения и деформаций земной поверхности и определению нагрузок на здания при многократных подработках. Л., 1987, 94 с.

56. Муллер P.A. Влияние горных выработок на деформации земной поверхности. М., Углетехиздат, 1968, 75 с.

57. Муллер P.A. Некоторые вопросы защиты зданий и сооружений от влияния подземных горных работ в СССР. Труды международного научного симпозиума по маркшейдерскому делу, горной геологии и горной геометрии. Прага, 1969, с. 159-167.

58. Муллер P.A. О статической теории сдвижения горных пород и деформаций земной поверхности, вызванных горными работами. Вопросы

проектирования и защиты зданий и сооружений от влияния горных выработок, М., Центрогипрошахт, 1961, 418 с.

59. Муллер P.A. Прогнозирование деформаций земной поверхности на подрабатываемых территориях в условиях пологого залегания угольных пластов в местах выходов тектонических нарушений. Труды ВНИМИ, сб. "Маркшейдерское дело в социалистических странах", 1979, вып. 8, с. 155-167.

60. Муллер P.A., Петухов И.А., Красовский А.Н., Клещев П.Е. Теоретические методы расчета сдвижений и деформаций земной поверхности, вызванных подземными горными работами. ЦНИЭуголь, М., 1977, 210 с.

61. Мустафин М. Г., Петухов И. М. Механизм и энергия разрушения прочного слоя в почве подготовительной выработки. Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: МГГУ, 2002. -№ 10. - С. 36 - 41.

62. Навитний A.M., Твердохлебов В.Ф. Угольная сырьевая база России: состояние и перспективы развития //Маркшейдерский вестник. 1999.- №2 (28).-С. 9-12.

63. Оглоблин Д.Н. и др. Изучение на моделях из эквивалентных материалов сдвижения горных пород и земной поверхности при выемке свиты пологопадающих пластов. Сборник трудов ВНИМИ. т. 44, 1962, 320 с.

64. Охрана окружающей среды при подземной добыче угля. Мат инф. 1979.

65. Очистные работы на шахтах Российской Федерации: Справочное пособ. / H.JI. Разумняк, Е.Ф. Козловчунас, А.И.Петров, Б.К. Мышляев. М.: Недра, 1995.159 с.

66. Паспорт выемочного участка № 1304 пласта «Байкаимского» / горногеологический прогноз отработки лавы № 1304.

67. Паспорт выемочного участка № 1308 пласта «Байкаимского», раздел III горно-геологический прогноз отработки лавы № 1308 пласта «Байкаимского», 2009 г.

68. Петухов И.А. Влияние наносов на сдвижение горных пород по напластованию. Труды ВНИМИ, LXXXIX ,1973, с. 29-38

69. Петухов И.А. Основные направления исследований в области сдвижения горных пород. Труды ВНИМИ, сб. 108, 1978, с. 3-9

70. Петухов И.А. Роль дискретности процесса сдвижения горных пород и земной поверхности в вопросах охраны сооружений. Сб. Строительные конструкции, Киев, Буд1вельник, вып. 26, 1975, с. 81-83

71. План горных выработок по пласту «Байкаимскому, ш. «Красноярская», календарный план горных работ на 2011-2012 гг».

72. План поверхности ш. «Красноярская» (пополнен на 2009 год) с нанесёнными «провалами» и лавами от № 1304 до № 1306.

73. План поверхности ш. «Красноярская» (пополнен на 2011 год) с нанесёнными «провалами» и лавами №№ 1308, 1306 и 1304.

74. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях. - СПб., 1998.-291 с. ВНИМИ.

75. Природные опасности в шахтах, способы их контроля и предотвращения / Е.Ф. Карпов, Ф.С. Клебанов, Б. Фирганек и др. Под ред. Ф.С. Клебанова. -М.: Недра, 1981. 471 с.

76. Прогноз сдвижения горных пород и земной поверхности при подземной разработке полезных ископаемых. Материалы ВНИМИ 1988. 325 с.

77. Проектная документация 064-ИГИ/2011, Технический отчёт по инженерно-геологическим изысканиям. ООО «СГП-СпецТехнология», 2011 г.

78. Проскуряков Н.М. Управление состоянием массива горных пород, Москва, «Недра», 1991, 368 с.

79. Пугачев Е.В., Фрянов В.Н. Проблемы развития угольной промышленности южного Кузбасса // Уголь. 1999. - № 4. - С. 24-26.

80. Разумняк Н.Л., Мышляев Б.К. Основные направления развития технологий и средств комплексной механизации очистных работ для отработки пологих угольных пластов // Уголь. 2001. - №1. - с. 34-43.

81. Рекордно низкое число несчастных случаев со смертельным исходом в угольной промышленности США // Недра мира. 1998. - № 2. - с. 8

82. Ржевский В.В. Экология горного производства: проблемы рационального природопользования при разработке месторождений полезных ископаемых. М., Недра, 1988, 185 с.

83. Ржевский В.В., Новик Г.Я. Основы физики горных пород. М., Недра, 1984,359 с.

84. Руппенейт К.В. Давление и смещение горных пород в лавах пологопадающих пластов. М., Углетехиздат, 1957. 281 с.

85. Руппенейт К.В. Деформируемость массивов трещиноватых горных пород. М., Недра, 1975, 224 с.

86. Саламатин А.Г. Угольная промышленность России: проблемы и возможности устойчивого развития // Уголь. 1999. - №8. - С. 3-8.

87. Сдвижение горных пород и земной поверхности в главных угольных бассейнах СССР. М., Углетехиздат, 1958, 200 с.

88. Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике. М.: Наука, 1987. - 432 с.

89. Серяков В.М., Ягунов А.С. Расчет напряжений и деформаций в слоистом массиве горных пород с помощью МКЭ. Новосибирск СО АН СССР, сб. "Аналитические и численные исследования в механике горных пород", 1981, с. 77-81.

90. Слесарев В.Д. Механика горных пород. М., Углетехиздат, 1948.

91. Смородина Т.П., Титов Ю.Н. Рациональное планирование горных работ под городом Горловкой. Труды ВНИМИ, сб. "Управление горным давлением и прогноз безопасных условий освоения угольных месторождений", ч.2, 1990, с. 147-148

92. Справочник (кадастр) физических свойств горных пород (под редакцией Мельникова И.В., Ржевского В.В., Протодьяконова М.М.). М., Недра, 1975, 279 с.

93. Судиловский М.Н. и др. Предупреждение и ликвидация аварий в шахтах ФРГ / М.Н. Судиловский, М.В.Колышенко, Ф.Ф. Эйнер. М.: Недра, 1988.144 с.

94. Теплов M.K. Исследование процесса разрушения породных массивов в окрестности горных выработок. Фонды МГИ, 1979, 220 с.

95. Технологические схемы разработки пластов на угольных шахтах / В.Е. Зайденварг, В.В. Соболев, И.И. Сныткин и др.; под ред. В.Е. Зайденварга. ИГД им. A.A. Скочинского. - Люберцы, 1991. - ч. 1-2.

96. Титов Ю.Н. Оценка взаимного влияния горных выработок на параметры процесса сдвижения. Труды ВНИМИ, сб. "Горное давление, горные удары и сдвижение массива", №172, 1996, 320 с.

97. Титов Ю.Н. Планирование горных работ под застроенными территориями при отработке свит пологих и наклонных пластов. Тезисы доклада на конференции "Молодые ученые ВНИМИ - горному производству", 1989, с. 1112.

98. Турчанинов И.А., Иофис A.M., Каспарян Э.В. Основы механики горных пород. Л., Недра, 1977, 503 с.

99. Фармер Я. Выработки угольных шахт. — М.: Недра, 1990. — 268 с.

100. Фисенко Г.Л., Петухов И.А., Григорович В.Т. и др. «Разработать методы расчета деформаций подработанного массива горных пород и земной поверхности с целью совершенствования мер охраны подрабатываемых сооружений и природных объектов», Отчет, УФ ВНИМИ, Свердловск, 1974 г.

101. Худин Ю.Л. и др. Некоторые результаты применения на шахтах России технологических схем высокопроизводительной отработки угольных пластов // Уголь. 2004. - №10. - с. 9-15.

102. Черный Т.П. Определение величин оседания и деформации земной поверхности при сдвижении пород в форме реологического течения // Известия вузов. Горный журнал. 1966. - С. 3-9.

103. Шклярский М.Ф., Зуев Б.Ю. Определение масштаба времени при моделировании медленно протекающих геомеханических процессов// Горная геомеханика и маркшейдерское дело: Сб. научных трудов. - СПб.: ВНИМИ, 1999. -496 с.