Разработка технических требований к созданию средств и способов безопасного управления кровлей при отработке угольных пластов в сложных горно-геологических условиях тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.26.03, кандидат технических наук Ситников, Геннадий Анисимович
- Специальность ВАК РФ05.26.03
- Количество страниц 129
Оглавление диссертации кандидат технических наук Ситников, Геннадий Анисимович
Введение
1 Анализ аварийности, травматизма, горно-геологических и организационно-технических условий отработки тонких крутых пластов.
1.1.Анализ аварийности и травматизма в очистных забоях при отра- j ботке крутых пластов Прокопьевско-Киселевского месторождения Кузбасса.!.
1.2 Анализ горно-геологических условий залегания тонких крутых угольных пластов в Прокопьевско-Киселевском месторождении.
1.3 Анализ отработки угольных пластов системой длинные столбы с обрушением с индивидуальной крепью.
1.4 Анализ отработки угольных пластов системой длинные столбы с обрушением с механизированной крепью.,.
1.5 Анализ отработки угольных пластов щитовой системой.
1.6 Анализ безлюдных способов отработки угольных пластов.
1.7 Анализ отработки угольных пластов с применением пневматических крепей.
2 Аналитические исследования технологических параметров управления кровлей в очистных забоях.
2.1 Расчет нагрузок на крепь со стороны кровли пласта.
2.2 Расчет величины и скорости смещения кровли.
2.3 Расчет величин отхода забоя от целика, сохраняющих устойчивость обнажений кровли.
2.4 Расчет нагрузок на крепь со стороны обрушенных пород, условий передвижки крепи и ее удержания от сползания по падению.
3 Исследование технологических параметров управления кровлей в очистных забоях на физических моделях.
3.1 Методические положения к исследованию технологических параметров управления кровлей пневмобаллонной крепыо на физических моделях.
3.2 Исследование нагрузок на пневмобаллонную крепь
3.3 Исследование величины и скорости смещения кровли.
3.4 Исследование величин устойчивых обнажений кровли в лавах.
3.5 Исследование величин нагрузок на крепь со стороны обрушенных пород и условий передвижки пневмокрепи.].
3.6 Исследование усилий удержания крепи от сползания по падению пласта.
4 Технические требования к комплекту оборудования с пневмобагглон-ной крепью для очистных работ на пластах мощностью 1,0-1,6 м с углами падения 60-90°.
4.1 Эксплуатационно-технические требования к комплекту оборудования лавной крепи.
4.2 Конструктивные требования к комплекту оборудования и его составным частям.
4.3 Показатели назначения.
4.4 Требования безопасности.
5 Разработка экспериментальных технологических схем безопасного управления кровлей.
5.1 Технологическая схема с пневмобаллонной механизировгяной крепью и комбайновой выемкой угля.
5.2 Технологическая схема с пневмобаллонной механизированной крепью и буро-взрывной выемкой угля.
6 Расчет экономической эффективности применения пневмобаллонной крепи.
Рекомендованный список диссертаций по специальности «Пожарная и промышленная безопасность (по отраслям)», 05.26.03 шифр ВАК
Обоснование параметров управления трудно-обрушаемой кровлей при щитовой системе разработки1983 год, кандидат технических наук Николаев, Сергей Сергеевич
Создание технологий выемки мощных крутых угольных пластов1999 год, доктор технических наук Кулаков, Виктор Николаевич
Физико-технические основы управления горным давлением в комплексно-механизированных забоях тонких крутых угольных пластов1983 год, доктор технических наук Иванов, Иван Федорович
Совершенствование технологии выемки крутых пластов с применением щитовых крепей с раздельной передвижкой перекрытий и оснований1999 год, кандидат технических наук Добриян, Александр Александрович
Разработка эффективных и безопасных технологий и средств очистной выемки сложноструктурных калийных пластов Старобинского месторождения2003 год, доктор технических наук Петровский, Борис Иванович
Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка технических требований к созданию средств и способов безопасного управления кровлей при отработке угольных пластов в сложных горно-геологических условиях»
Актуальность работы обусловлена тем, что на угольных шахтах, разрабатывающих крутые пласты, исключительно важное значение приобрели вопросы безопасности и эффективности производства. Повышение безопасности и эффективности производства становится возможным только при создании надежных и безопасных средств комплексной механизации управления кровлей при ведении очистных работ.
При отработке крутых пластов мощностью 1,0-1,6 м в настоящее время применяется система длинных столбов по простиранию с буровзрывной выемкой угля и управлением кровлей индивидуальной крепью с полным обрушением. Данная технология характеризуется низкими технико-эконом^гческими показателями и опасными условиями труда, связанными с частыми обрушениями кровли. При этом пласты мощностью 0,7-1,0 м не отрабатываются, что приводит к потерям уже вскрытых запасов угля.
Существующие средства комплексной механизации очистных работ комплексами КТУ, агрегатами АЩ и АК-3 не нашли широкого применения из-за ограниченной области их применения в нарушенных месторождениях. Вместе с тем известно, что пневматические крепи обладают простотой конструкции, малой массой, хорошей контактируемостью с боковыми породами, высокой пригодностью к монтажу и демонтажу. Все это делает перспективным их применение при отработке тонких крутых угольных пластов, балансовые запасы которых в Прокопьевско-Киселевском районе составляют 150,5 млн. тонн. В связи с этим эффективное применение пневматических крепей и комплексов представляется актуальной научной и хозяйственной задачей по обеспечению безопасности горных работ в условиях отработки тонких крутых угольных пластов, решению которой посвящается настоящая работа.
Цель работы состоит в обосновании технических требований по обеспечению безопасного и эффективного управления кровлей пневмобаллонными крепями при очистной выемке тонких крутых угольных пластов.
Основная идея работы заключается в выявлении и использовании закономерностей поведения боковых поро|ц для обоснования требований по обеспечению безопасного и эффективного управления кровлей пневмобаллонными крепями при очистной выемке тонких крутых угольных пластов.
Объектом исследования является очистные забои по выемке тонких I крутых угольных пластов.
Задачи исследования:
1. Выполнить анализ безопасности и эффективности управления кровлей при очистной выемке тонких крутых угольных пластов Прокопьевско-Киселевского месторождения Кузбасса.
2. Выявить закономерности поведения боковых пород при управлении кровлей очистных забоев тонких крутых угольных пластов пневмобаллонными крепями.
3. Обосновать технические требования по механизированному управлению кровлей пневмобаллонными крепями в очистных забоях тонких крутых угольных пластов.
4. Разработать безопасные и работоспособные технические решения по механизированному управлению кровлей пневмобаллонными крепями в очистных забоях тонких крутых угольных пластов.
Методы исследований включают статистический анализ безопасности и эффективности производства, аналитическое и физическое модели]ювание, системный анализ.
Научные положения, выносимые на защиту, выражают зависимость технологических параметров безопасного управления кровлеР: от горногеологических особенностей залегания угольного пласта и состоит в следующем:.
- простота конструкции, малая масса пневмобаллонной крепи, хорошая их контактируем ость с боковыми породами делает перспективным их применение для безопасного управления кровлей в очистных забоях тонких крутых угольных пластов; ■
- с увеличением прочности пород кровли давление на крепь уменьшается в 3-4 раза и составляет от 40 до 170 кПа , а с увеличением длины лавы от 15 до 30 м горное давление на пневмобаллонную крепь возрастает в 2,4 раза и составляет при длинах лав 15 м - от 65 до 75 кПа, а при 30 м - от 40 до 170 кПа;
- начальный распор пневмобаллонной крепи должен быть не менее 50% от величины рабочего сопротивления, но не менее 100-150 кН/м, а конструкция i ограждения должна иметь необходимую податливость, при этом величина раз-движности должна быть не менее 20-25 % средней мощности пласта; - для безопасного управления кровлей в очистных забоях тонких крутых угольных пластов наиболее перспективной является пневмобаллонная крепь, выполненная на базе трехмерной металлической фермы длиной 20-25 м, передвигаемой фронтально вынесенными системами подачи.
Достоверность научных положений подтверждается результатами расследования аварий и производственных травм, сходимостью результатов аналитического и физического моделирования с данными многолетнего опыта отработки угольных пластов.
Научная новизна заключается в выявлении закономерностей взаимодействия пневмобаллонной крепи с боковыми породами и разработке на этой основе технических требований и новых технических решений по безопасному управлению кровлей при отработке тонких крутых угольных пластов:
- установлено, что для безопасного управления кровлей в очястных забоях тонких крутых угольных пластов наиболее целесообразным следует считать создание оборудования с пневмобаллонными крепями;
- аналитическими исследованиями и физическим моделированием определены рациональные силовые и кинематические параметры пневмобаллонной крепи и параметры очистного забоя;
- разработаны технические требования к пневмобаллонной крепи очистных забоев тонких и средней мощности крутых угольных пластов;
- для конкретных условий угольной шахты (т = 1,0-1,6 м; а- 60-90°) разработаны технические средства и технологические схемы безопасного управления кровлей очистных забоев с применением пневмобаллонной крепи.
Личный вклад автора состоит в обосновании технических -требований и в разработке технических и организационны х решений по обеспечению безопасного и эффективного управления кровлей при отработке тонких крутых I угольных пластов.
Практическая ценность работы заключается в разработке на уровне изобретения и доведения до конструкторской документации комплекса технических средств и технологических схем безопасного и эффективного управления кровлей механизированными пневмобаллонными крепями при отработке тонких крутых угольных пластов.
Реализация работы состоит в том, что по результатам исследований разработана техническая документация на комплекс оборудования и технологические схемы безопасного и эффективного управления кровлей.
Апробация работы осуществлялась в процессе обсуждения отдельных ее методических, теоретических положений и конструктивных решений на технических совещаниях НПО «Прокопьвскуголь» и шахты «Центральная», на ученых советах КузНИУИ, ВостНИИ, ИГД СО РАН РФ, на отраслевых и региональных совещаниях по промышленной безопасности и охране труда (Кемерово, 1993-2001).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, в т.ч. два изобретения.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов и заключения, изложенных на 129 страницах машинописного текста, включая рисунки, таблицы и список использованных источников.
Похожие диссертационные работы по специальности «Пожарная и промышленная безопасность (по отраслям)», 05.26.03 шифр ВАК
Прогноз параметров взаимодействующих геомеханических и газодинамических процессов при неравномерном движении очистных забоев угольных шахт2006 год, кандидат технических наук Наумкин, Валерий Николаевич
Повышение технического уровня и эффективности технологии выемки пологих пластов угля механизированными комплексами1998 год, доктор технических наук Ремезов, Анатолий Владимирович
Геомеханическое обоснование кинематических параметров механизированных крепей для крутых и крутонаклонных пластов Донбасса1983 год, Питаленко, Евгений Иванович
Разработка безопасных параметров механизированной выемки крутопадающих пластов Прокопьевско-Киселевского месторождения2005 год, кандидат технических наук Филатов, Юрий Михайлович
Разработка интегрированных технологических систем двухстадийной отработки запасов мощных угольных пластов2002 год, доктор технических наук Шундулиди, Иван Александрович
Заключение диссертации по теме «Пожарная и промышленная безопасность (по отраслям)», Ситников, Геннадий Анисимович
Выводы
1. Анализ работы различных конструкций пневмобалонных крепей в Донбассе показал, что использование их как крепежных элементов в традиционных технологических схемах не приносит существенных улучшений технико-экономических показателей.
2. Выполненные аналитические исследования по выявлению взаимодействия крепи с вмещающими породами и определению рациональных параметров очистного забоя показали , что наиболее перспективной является пневмобалон-ная крепь, выполненная на базе трехмерной металлической формы длиной 2025 м, передвигаемой фронтально вынесенными системами подачи.
3. Аналитическими исследованиями и физическим моделированием определены рациональные силовые и кинематические параметры крепи и параметры очистного забоя.
4 На основании выполненного комплекса исследований разработаны эксплуатационно-технические и конструктивные требования к пнезмобалонной крепи.
5. Для конкретных условий шахты ( m = 1,0-1,6 м ; а = 60-90°) разработаны экспериментальные технологические схемы очистных работ с применением пневмобаллонной крепи.
6. Оценка экономического эффекта применения пневмобаллонной крепи
За базовый вариант при расчете экономической эффективности принята лава с буро-взрывной выемкой и деревянной стоечной крепью.
Горно-геологические и горнотехнические показатели по сравниваемым вариантам представлены в табл. 6.1.
Расходы по заработной плате сведены в табл. 6.2
Заключение
Диссертация является научной квалификационной работой, в которой представлены обоснованные разработки технических средств и технологических схем, обеспечивающих предотвращение производственных травм от обрушения кровли в очистных забоях при разработке угольных месторождений в сложных горно-геологических условиях.
• Основные научные и практические результаты заключаются в следующем.
1. Выполненный анализ производственного травматизма, горногеологических и организационно-технических условий отработки тонких крутых угольных пластов системами длинные столбы с обрушением с буровзрывной выемкой и креплением забоев деревянной стоечной крепью, щитовой и безлюдными системами показал, что существующие средства и способы управления кровлей особо опасны по вывалам и обрушениям боковых пород и угля и не поддаются существенной модификации. Средства комплгксной механизации (КГД, КПК, АК-3, АК-ЗК, АЩ, 2АНЩ) на крутых пластах в сложных горно-геологических условиях не в состоянии обеспечить приемлемую безопасность и эффективность производства. В отличие от них пневматические крепи обладают простотой конструкции, малым весом, хорошей контактируе-мо.стью с боковыми породами, высокой пригодностью к монтажу и демонтажу. Все это делает перспективным их применение для отработке тонких крутых угольных пластов.
2. Аналитическими исследованиями и физическим моделированием: определены рациональные силовые и кинематические параметры пневмобаллонной крепи и рациональные параметры очистного забоя; разработаны эксплуатационно-технические и конструктивные требования к пневмобаллонной крепи;
123 установлено, что наиболее перспективной является пневмобаллонная крепь, выполненная на базе трехмерной металлической ферм^г длиной 20-25 м, передвигаемой фронтально вынесенными системами подачи.
3. Для конкретных условий шахты ( m = 1,0-1,6 м ; а = 60-90°) на уровне изобретений разработаны экспериментальные конструкции пневмобаллонной крепи и технологические схемы очистных работ с применением пневмобаллонной крепи, обеспечивающие вывод людей из очистного забоя и предотвращение производственных травм от вывалов и обрушений при выемке угля. Экономический эффект применения разработанной технологической схемы безопасного управления кровлей составляет более 9 млн. рублей на забой в год (в ценах 1993 года)
Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ситников, Геннадий Анисимович, 2002 год
1. Совершенствование разработки угольных пластов Прокопьевско-Киселевского месторождения Кузбасса с применением комплексной механизации,- Прокопьевск,1972.- 392с.
2. Направления комплексной механизации разработки крутых и наклонных пластов / В.Ф. Крылов, Ю.Н. Кулаков, Н.С. Арсенов и др.- М.: Недра, 1974.-206с.
3. Ардашев К.А. Управление горным давлением при разработке тонких и средней мощности угольных пластов наклонного и крутого падения,- Кемерово, 1967,- 179с.
4. Коврижин А.К. и др. Рациональные длины механизированных лав для наклонных и крутых пластов Кузбасса // ФТПРПИ,- 1973,- №6,- С.91-96.
5. Совершенствование управления горным давлением при разработки наклонных и крутых пластов / К.А. Ардашев, В.Ф. Крылов, Н.И. Куксов и др. -М.: Недра,1967,-288с.
6. Совершенствование управления горным давлением при разработки наклонных и крутых .пластов / К.А. Ардашев, Н.И. Куксов, А.С. Шальгин и др. -М.: Недра,1975,-232с.
7. Шик В.М. Закономерности и управление проявлениями горного давления в механизированных лавах крутых и крутонаклонных угольных пластов : Автореферат дисс.д-ра техн. наук. Новосибирск, 1982,- 30с.
8. Иванов И.Ф. Исследования в шахтных условиях взаимодействия механизированных крепей с боковыми породами на крутых пластах Донецкого бассейна : Автореферат дисс. к.т.н. Днепропетровск, 1968,- 20с.
9. Коврижин А.К., Куртуков П.Н. О рабочем сопротивлении механизированных крепей для наклонных и крутых пластов Кузбасса// Совершенствование подземной разработки угольных пластов Кузбасса : Сб. научи, тр. № 24 / КузНИУИ,- Прокопьевск, 1972,- С.84-90.
10. Зильбермац А.И. Разработка и исследование механизированной крепи для очистных забоев крутых пластов : Автореферат дисс. д-ра техн. наук. -Днепропетровск, 1967.- 45с.'
11. Комплексная механизация и автоматизация очистных работ в угольных шахтах /Под ред. В.Ф. Братченко. М.:Недра,1977,- 415с.
12. Микляев Е.И., Лебедовский А.А. Механизированные крети капиталистических стран : Обзор. М.,1973.- 79с.-(ЦНИЭИуголь).
13. Казьмин В.М. Таблицы для вероятностной оценки распределения сопротивления механизированных крепей по ширине призабойного пространства и методика их применения. М.,1974.- 38с.
14. Казьмин В.М., Лурий В.Г. Влияние распределения сопротивления механизированной крепи на состояние кровли в поддерживающем пространстве //
15. Разработка средств механизации и автоматизации горных работ. М.,1975,-С.3-8.
16. Отраслевая методика определения экономической эффективности новой техники и совершенствования производства в угольной промышленности. -М., 1973,- 300с.
17. Степанович Г.Я. Шахтные пневматические крепи. Киев : Техника, 1981.- 155с.
18. Степанович Г.Я. Применение пневматических крепей на крутых пластах Донбасса : Обзор. М., 1977,- 35с.-(ЦНИЭИуголь).
19. Розенталь М.Б. Опыт создания оболочек пневматичесьих шахтных крепей : ЭИ,- М.,1990,- 31с.-(ЦНИЭИуголь).
20. Инструкция по эксплуатации пневматических костров > ДонУГИ .Донецк, 1985,- 33с.'
21. Рекомендации по применению пневматических костроз в качестве специальной крепи в очистных забоях тонких пологих и наклонных пластов / ДонУГИ. Донецк, 1985,- 14с.
22. Методические рекомендации по использованию технических предложений, по совершенствованию систем разработки и технологии выгмки угля на крутых пластах Прокопьевско-Киселевского района Кузбасса / КузНИУИ-Прокопьевск,1987,- 112с.
23. Добровольский В.В. и др. Закладка выработанного пространства при механизированной выемке тонких и средней мощности плдстов угля,-М.: Недра, 1967.
24. Емельянов И.А и др. Механизированные крепи для очистных забое тонких крутых пластов. Киев, 1968.
25. Степанович Г.Я. и др. Управление горным давлением в лавах крутых пластов,-Донецк, 1974,-74с.
26. Исследование проявлений горного давления при промышленных испытаниях пневмобаллонных костров/ Я.Э. НекрасовЬкий, B.C. Рахутин, Г.И. Халюзов и др.// Изв. вузов. Горный журнал. 1974.- №10.- С.22-27.
27. Бройнер Г, Дренер Р. // Глюкауф. 1966.- № 4.- С,32-34.
28. Моммерц В.//Глюкауф. 1962.- № 5,- C.303-i07.
29. Аксенов В.В. Очистные агрегаты для разработки тонких и средней мощности пологих и крутых пластов угля // Передовой опыт и перспективы применения щитовых крепей. М.:Госгортехиздат,1962.
30. Кокорин П.И. Опыт применения в Кузбассе системы разработки подэ-тажными штреками с ограждающей сеткой на крутопадающих плг.стах мощностью 3-5 м,-Кемерово, 1955.
31. Корзюков Е.К. Направление конструирования новых передвижных крепей и агрегатов для разработки мощных и средней мощности пластов // Передовой опыт и перспективы применения щитовых крепей.-М.:Госгортехиздат,1962.36. Глюкауф. 1955,- № 25.
32. Бокий В.Б. и др. Результаты наблюдений за работой передвижного сеточного ограждения и закладочного массива // Уголь.- 1963,- № 9.
33. Фурочкин А.А. Металлическая передвижная крепь для лав крутого падения // Рефераты НИР КузНИУИ № 1.
34. Емельянов И.А. Выбор основных параметров механизированной крепи КГД для лав крутых пластов Донецкого бассейна и исследование взаимодействия крепи с боковыми породами : Автореферат дисс.к.т.н,- Донецк, 1972,-20с.
35. Колесников М.А. и др. Шахтные испытания механизированной крепи КПК-1 // Угольное и горнорудное оборудование. 1972.- № 2.-72-5,- С. 18-22.
36. Механизированный комплекс оборудования выемки крутых пластов мощностью 1,8-2,5 м столбами по простиранию (КПК). Провести приемочные испытания опытных образцов (2шт.) : Отчет /КузНИУИ ; Руководитель Н.С. Арсенов. Прокопьевск, 1976.-236с.
37. Коник И.Д., Польский Н.Д., Кузнецов Ю.И. Комплексная механизация очистных работ на крутых пластах. Донецк, 1978.- 69с.
38. Иванов И.Ф. и др. Механизированные комплексы КГД,- Донецк.:1. ДонбасЬ, 1975.i
39. Самец М.Г. и др. Результаты испытания механизированной крепи 2КГД на шахтах "Зенковская" и "Суртаиха" // Совершенствование технологии разработки крутых пластов Кузбасса : Сб. научн. тр. № 25 / КузНИУИ. Прокопьевск, 1974,- С. 77-87.
40. Хорин В.Н. Машины и оборудование для угольных шахт. М.: Недра,• 1987.
41. Иванов И.Ф. Состояние и перспективы развития механизации выемки, крепления и управления горным давлением в комплексно-механизированных забоях крутых пластов Донбасса: Обзор. М., 1981.-(ЦНИЭИуголь^.
42. Дашковский А.И. и др. Шахтные испытания агрегата АК -3 // Механизация и автоматизация производственных процессов при разработке угольных пластов Кузбасса / КузНИУИ. Прокопьевск, 1976.
43. Подкорытов Е.И. и др. Шахтные испытания комплекса КПК-1 // Механизация и автоматизация производственных процессов при разработке угольных пластов Кузбасса / КузНИУИ.- Прокопьевск, 1976.
44. Охрименко В.Н , Колосов А.В. Новые щитовые перекрытия при разработке крутых пластов. М.: Углетехиздат, 1965.
45. Синкин А.Г., Щербаков J1.A. Обоснование направление разработки крутых пластов средней мощности механизированными комплексами столбами по падению // Горный журнал. 1979,- № 9.
46. Разработать методические положения выбора перспективных технологических схем средств выемки без постоянного присутствия людей в забое (безлюдная выемка) : Отчет / КузНИУИ. Прокопьевск, 1984.129
47. Широков А.П., Самец М.Г. Разработка угольных пластов без крепления призабойного пространства. М. : Госгортехиздат, 1961.
48. Временная методика расчета параметров индивидуальных крепей очистных забоев. Прокопьевск, 1977.
49. Указания по разработке паспортов крепления очистных забоев с индивидуальной крепью. Прокопьевск, 1981.
50. Ефимов В.И., Поляков Ю.И. Физика уровней охраны. Кемерово, 2001. - 88 с. - (НЦ ВостНИИ).
Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.