Управление геомеханическими и физическими процессами для повышения эффективности и безопасности разработки угольных месторождений Кузбасса тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.15.02, доктор технических наук в форме науч. докл. Сурков, Александр Васильевич

• Сурков, Александр Васильевич
• доктор технических наук в форме науч. докл.
• 1999

Заключение диссертации по теме «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых», Сурков, Александр Васильевич

Результаты исследования показывают, что с изменением действующего напора относительно вентиляционного штрека по мере перехода от всасывающего режима проветривания КИД к нагнетательному газообильность вех выемочных участков закономерно уменьшается. Объемная доля местных скоплений метана уменьшалась с 3-6% до 0,1-0,5%.

Уменьшение газообилькости характеризуется коэффициентом снижения газообильности:

23) где и 1у - газообильность участка соответственно до изменения давления всасывающий режим проветривания) и после него при заданном нагнетательном режиме. Изменяется от 3,4 до 5,8 раза.

Изменение газообильности участка в зависимости от действующего напора описываются уравнением: где - притечки-воздуха'на .вентиляционный штрек; в/ и а - коэффициенты, определяемые депрессией вынимаемого столба: а, = 0,85 а = 0,025 где кст - депрессия столба до применения КИД.

Для эффективного снижения газовыделения из выработанных пространств КИД должны проветриваться нагнетательным способом при действующем напоре на вентиляционном штреке кв более 5 даПа.

Разработанный способ снижения газообильности позволяет оптимизировать расчет необходимого расхода воздуха для проветривания выемочных участков на шахте по заданному действующему напору к„ и преодолеть газовый барьер. При нагнетательном способе проветривания в условиях аэродинамически активной связи обрушений с поверхностью за счет изоляции очистных работ от выработанных пространств газообильность выемочных участков снижается в 2-6 раз по сравнению с всасывающим способом, а ее нижний предел определяется только газовыделением из разрабатываемого пласта. ■-■-•.-г

Отработка свит пологих и наклонных угольных пластов длинными выемочными полями с применением высокоэффективных механизированных комплексов нового поколения позволяет достичь увеличения нагрузки на очистной забой до 3000-6000 т/сут. При интенсивной разработке высокогазоносных угольных пластов газообильность полей достигает 40-80 м3/мин. В этих условиях при изменении режимов проветривания шахты метан, выделившийся в выработанном пространстве - газовом коллекторе, приводит к загазированию действующих очистных и подготовительных выработок.

Большая длина вскрывающих выработок и высокогазообильных выемочных полей в аварийной ситуации, например во время взрывов метано - и пылевоздуш-ных смесей, пожаров, создает трудности, связанные с обеспечением безопасных условий для выхода людей из опасной зоны и работы горноспасателей ввиду ограниченного срока действия изолирующих самоспасателей и респиратор. В таких условиях безопасный выход людей из загазированных выработок может обеспечиваться переходом на безопасный общешахтный реверсивный режим проветривания, включая действующие выработки выемочного поля, при котором свежий воздух поступает, например, по фланговому и центральному уклонам.

В результате экспериментальных исследований на шахте «Зыряновская» по изучению условий формирования газоносных зон и проверки надежности и безопасности реверсирования вентиляционной струи на высокогазообильном выемочном участке с изолированным отводом метана на поверхность установлено следующее. Эксперименты проводились на выемочном участке на различных

1 + 4,4е

-о,офся-ю)2 стадиях отработки лавы 16-03 по пласту 16 мощностью 1.6 м в три этапа с разной длиной выработанного пространства - 500, 950 и 1650 м. Выемочный столб длиной по простиранию 2050 м и падению 180 м отрабатывался мехкомплексом КМ138 с максимальной суточной нагрузкой на забой 2200 т. Расход воздуха составлял 1200-1500 м7мин, общая абсолютная газообильность достигла 2535 м3/мин. Газообильность снижалась с помощью отвода метановоздушной смеси газоотсасывающей установкой УВМЦГ-7а за счет общешахтной депрессии с исходящей струей. Расход отводимого метана составлял соответственно 17-23 и 47 м3/мин.

При проведении экспериментов с интервалом в 15 мин замерялись распределение расходов воздуха Q, м3/мин, объемная доля метана С, % и определялось газовыделение J, м3/мин в течение переходного, процесса и продолжительной реверсии вентиляционной струн (до 300 мин). Проведенные эксперименты показывают; что в выработанном пространстве при реверсивном режиме происходит перераспределение метановоздушных потоков и расхода отводимого метана от флангового к центральным уклонам^ ^Расход. метана, отводимото газоотсасывающей установкой, снизился с 20,2 до 10,4 м'/мик, а отводимого за счет общешахтной Депрессии по основному штреку пласта 16 увеличился с 7.2 до 11,8 м3/мин. Общая газообильность выемочного участка в момент проведения реверсии составила 29,5 м3/мин.

-" Исследования аэродинамических параметров выемочного участка с длиной выработанного пространства 500, 950 и 1650 м показали, что при реверсировании вентиляционной струи на выемочном ¡участке не происходит образования местных й слоевых скоплений метана,, а также всплесков концентраций метана выше допустимых норм в переходный период в действующих выработках выемочного поля (рис.6). а

С,% л ч л Чч ✓ 1 1 ч 1 -1

1 / 1 ■ 1 1 1

0 10 11 12 /з 14- Ь,Ч

S с,%

0,5 I 5

С.% 1 О

1 А f К 4

9 \ г' s V чг«« 'г-II г

1 1. \ л \

13 т,ч

Рис. 6. Динамика концентраций метана при нормальном и реверсивном режимах проветривания выемочного участка на шахте «Зыряновская»: а,б,в - первый, второй и третий длительный реверсивный режим; 1,2 - объемная доля метана соответственно на сопряжении лавы с тупиком погашаемого сохраненного штрека 16-02 и в сохраненном штреке 16-03 в 30 м от лавы 16-03

Таким образом, комбинированный способ проветривания очистной выработки позволяет безопасно реверсировать вентиляционную струю на выемочном поле, интенсивно проветривать выработанное пространство, используя утечки воздуха, и не допускать всплеска концентраций метана выше допустимых норм при продолжительной реверсии (до 300 мин). За это время можно спасти людей, застигнутых аварией, и в безопасных условиях ликвидировать возникший пожар при газообильности выемочного участка 30-60 м3/мин. Для повышения эффективности комбинированного способа следует обеспечить изолированный отвод метановоздушной смеси газоотсасывающими установками по скважинам, диаметром не менее 500 мм.

Широкий комплекс научных исследований, выполненных совместно с учеными ВостНИИ за период 1986-96 г.г., по изучению аэрогазодинамики выработанных пространств, закономерностей изменения вентиляционных параметров при отработке более 2000 высокогазоносных лав высокопроизводительными добычными комплексами в различных горно-геояогичёских и горнотехнических условиях, анализ результатов моделирования на ЭВМ воздухораспределения в вентиляционных сетях позволил разработать и внедрить на шахтах Кузнецкого бассейна: рекомендации по проектированию комбинированного проветривания вдамочных участков с применением газоотсасывающих вентиляторов.

Сущность способа снижения газообильности выемочных участков при комбинированном способе проветривания в уклонных и бремсберговых выемочных полях с применением разрабатываемого парам етрическогоряда новых поверхностных и подземных газоотсасывающих установок ВМЦГ-7, УВЦГ-7М, УВЦГ-9, УВЦГ-15 заключается в раздельном удалении метана из различных источников газовыделения, составляющих газовый баланс выемочного участка (рис. 7).

Рис.7. Комбинированный способ проветривания: 1,2 - воздухоподающая и в.оздуховыдающая выработки; 3 - очистная выработка; 4 - выработанное пространств^); 5 - эпюра давлений; 6 - линии тока; 7 - мегановоздушная смесь; 8 - сбойка; 9 -газоотводящая выработка; 10-газоотсасывающий вентилятор

Метан, выделяющийся из разрабатываемого пласта в призабойиое пространство очистной выработки, удаляется вентиляционной струей с допустимым содержанием по системе действующих горных выработок. Часть метана из разрабатываемого пласта и метан, поступающий из под-, надрабатываемых пластов в зону обрушения пород кровли отводится по выработанному пространству в виде высококонцентрированной метановоздушной смеси в газоотводящие выработки.

Входящая на выемочный участок свежая струя воздуха разделяется на два потока. Первым потоком, величина которого определяется максимальным газовыделением из разрабатываемого пласта, проветривается призабойное пространство очистной выработки по возвратноточной схеме за счет'общешахтной депрессии.

Другой поток, за счет конвективного выноса метановоздушной смеси, создает аэрогазодинамическую изоляцию очистного забоя от аэрогазодинамически активной зоны выработанного пространства, примыкающей к очистному забою, и в виде высококонцентрированной метановоздушной смеси прямоточно отводится через аэродинамически активной слой выработанного пространства или канал, примыкающий к, угольному массиву, поверхностной или подземной газоотсасы-вающей установкой. Величина расхода прямоточного потока рассчитывается из условия аэрогазодинамической изоляции призабойного пространства очистной выработки от выработанного пространства с учетом параметров газового коллектора, определяемых величинами первичного и вторичного шагов обрушения основной кровли, длиной и скоростью подвигания лавы.

Область применения способа: свиты пологих и наклонных высокогазоносных угольных пластов с вынимаемой мощностью до 4,2-4,5 м; длина выемочных столбов до 3000 м, очистных забоев - до 300 м; газовыделение из разрабатываемого пласта - до -15 м3/мин, из выработанного пространства при применении поверхностных газоотсасывающих установок не ограничивается, а при использовании подземных, с допустимой концентрацией метана 3% на вентиляторе - до 15 м3/мин; глубина отработки при применении поверхностных установок определяется возможностями применяемой буровой техники и параметрами газоотсасывающих установок, при использовании подземных установок не ограничивается.

Для реализации способа разработаны технологические схемы проветривания, обеспечивающие снижение газообильности выемочных участков и исключающие условия образования местных и слоевых скоплений метана на сопряжении лары с воздухоотводящей выработкой, методика расчета; вентиляционных параметров; комбинированного проветривания и требования к безопасной эксплуатации газоотсасывающих вентиляционных установок.

С внедрением бесцеликовой технологии и применением прямоточных схем проветривания выемочных участков на пластах угля, склонного к самовозгоранию, повышается эндогенная пожароопасность вследствие увеличения размеров проветриваемой зоны выработанных пространств выемочных полей.

Для выбора достаточного числа пожарно-профилактических мероприятий при разработке пологих высокогазоносных самовозгорающихся угольных пластов важное значение имеет оценка эндогенной пожароопасности выемочных участков на основе изучения совокупного влияния горнотехнических факторов, аэродинамических и теплофизических параметров воздуха на процесс окисления и последующего самонагревания угля.

Целевыми исследованиями установлено, что причинами проявлений индикаторных пожарных газов (СО, Нг) в выработанном пространстве в концентрациях, превышающих фоновой уровень, могут быть: выделение природного оксида углерода со свежеобнаженной поверхности угля в начальный период раскрытия в нем макро- »'Микропор; накопление в выработанном пространстве окиси углерода,1 образуйй^ёг'ося в результате низкотемпературного окисления больших масс разрыхленного угля; поступление в выработанное пространство в потоке естественных утечек воздуха из очистного забоя индикаторных газов, образующихся при механодеструкции угля в процессе отбойки его комбайном. Однако для принятия правильного решения о степени опасности, как показывает опыт разработки угольных пластов Кузбасса, следует учитываеть результаты исследований по изменению'влагосодержания в утечках воздуха, химической активности угля и динамики выделения газообразных продуктов его окислений в различных температурных интервалах.

Выполненные совместно с сотрудниками ВостНИИ исследования процесса самовозгорания угля позволили установить, что существенное влияние на скорость окисления угля оказывают влажность угля и воздуха. При этом доказано, что возникновению эндогенного пожара предшествует стадия испарения влаги из угля. Для получения эффекта торможения процесса окисления угля необходимо либо уменьшить содержание кислорода в воздушной струе, либо увеличить вла-госодержание воздуха, либо снизить химическую активность угольного скопления за счет его дезактивации.

Для повышения безопасности разработки угольных пластов, склонных к самовозгоранию, предложены новый способ и технологические схемы профилактики подземных эндогенных пожаров, основанные на новом принципе торможения процесса развития самонагревания угольных скоплении, а также метод контроля эффективности профилактической обработки выработанного пространства. Сущность нового принципа заключается в том, что перед вводом в выработанное пространство на поток жидкости воздействуют магнитным полем. В выработанное пространство жидкость вводят в виде аэрозоля, а магнитную обработку производят до ее распыления или путем распыления в магнитном поле. При обработке угольных скоплений обычной шахтной водой, распыляемой в виде аэрозоля, капли оседают на поверхность угля, создают защитную пленку и увлажняют уголь. Однако в связи с высоким значением коэффициента поверхностного натяжения, шахтная вода плохо смачивает уголь и практически не проникает в макро- и микропоры. Поэтому при прекращении систематической профилактической обработки выработанного пространства процесс массообмена в системе «уголь-воздух» может изменить направление на обратное, т.е. начнется процесс сушки угля, приводящий к его интенсивному окислению.

Проведенные лабораторные и шахтные исследования показали, что при воздействии на воду магнитным полем напряженностью 2200-2400 эрстед в ней увеличивается количество растворенного кислорода и появляется озон соответственно от 0,02 до 0,08 мг/л и 7,0-7,5 мг/л. За счет этого окислительновосстановительный потенциал воды увеличивается в 1,5-1,7 раза. Кроме того, происходит снижение общей жесткости воды на 20-30%, что приводит к смещению РН в кислотную сторону и увеличению окислительной таюёобности озона. Увеличение окислительно-восстановительного потенциала уменьшает поверхностное натяжение воды, увеличивает скорость капиллярного'Движения жидкости, приводит к более интенсивному вытеснению газа жидкостью в порЬвом и трещинном объеме отбитого угля. При этом увеличиваются смачиваемость угля, во-донасыщение и количество капиллярно-связанной воды, происходит снижение сорбционной активности воды, увеличивается на 20-30% время сушки офаботан-ного угля.

Проверка предложенных технологических схем на шахтах показала, что эффективность профилактики эндогенных пожаров при использовании воды, обработанной магнитным полем, обеспечивается за счет снижения сорбционной способности угля и влияния следующих .факторов:

- - увеличение срока защитного действия жидкости, т.к. для ее выпаривания из пор и капилляров требуются значительная энергия и время;

- наличия в намагниченной воде химически активного кислорода, за счет которого происходит интенсивное окисление угля с созданием дополнительной защитной пленки, препятствующей доступу кислорода, после испарения защитной пленки' из жидкости (искусственная дезактивация угля).- 1 ■•'■■■

Контроль за качеством и эффективностью профилактической обработки выработанного пространства действующих выемочных полей производится по отношению влагосодержащий воздуха на входящей ((1Ю) и исходящей (с1ису) струях лавы.

При отношении й?ет / > 1,0-1,1 - применяемый способ профилактики эффективен, так как в выработанном пространстве лавы отсутствуют признаки самовозгорания угля. Измерения параметров воздуха производят один раз в месяц.

При отношении йвх / с!„а > 1,1—1,5 в выработанном пространстве лавы начинается выпаривание влаги из обрушенного угля и формирование пожароопасной зоны. Измерения параметров воздуха производят один раз в 7 дней и увеличива-. ют время подачи аэрозолей.

На предприятиях угольной промышленности России в 1998 годы произошло 8825 несчастных случаев, в том числе 183 случая со смертельным и 195 случаев с инвалидным исходами.

Среди угольных предприятий основная доля (75%) несчастных случаев со смертельным исходом происходит на шахтах - ] 34 человека. До другим предприятиям угольной промышленности травматизм в абсолютном выражении ос-, тался на прежнем уровне.

Анализ динамики итоговых показателей угольной промышленности за 198598 г.г. (рис.8,9), в том числе и производственный травматизм, показал, что на фоне неизменного снижения численности персонала и добычи угля производственный травматизм со смертельным исходом:

- в абсолютном выражении при групповых несчастных случаях возрос более чем в пять раз, а при одиночных несчастных случаях уменьшился в два раза;

- в расчете на один миллион тонн угля возрос по отрасли, включая и разрезы, не менее чем на 40%;

- в расчете на тысячу промышленко-производственного персонала (ППП) в целом по отрасли возрос на 20%, оставаясь на одном уровне по разрезам, .

Травматизм без летального исхода за последние 6 лет в абсолютном выражении снизился в два раза, но в расчете на тысячу ППП остался на прежнем уровне.

В 1998 году самым высоким остается травматизм со смертельным исходом при взрывах пыли и газа (28 случаев), обвалах и обрушениях (20 случаев) и происшествиях на подземном транспорте (24 случая).

700

600

500

400

300

200

588 587

-Добыча, млн.тонн -Численнсть. тыс.чел

471 470, 409408 415 417

1985 1966 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995

1997

Рис.8. Итоговые показатели работы угольной промышленности России за 1985-98 г.г.; а - добыча угля и численность работников (ППП); б - динамика травматизма со смертельным исходом б

Рис.9. Динамика производственного травматизма со смертельным исходом по угольной отрасли России за 1985-1998 г.г.: а - на 1 млн.т угля; б - на 1 ООО работников (ППП)

Развитие техники и технологии горного производства привело к рациональным изменениям в интенсивности и масштабах ведения горных работ и, как следствие, к значительным изменениям физики проявлений техногенной опасности. В этой связи многие сложившиеся представления о технических, технологических и нормативных требованиях безопасного и эффективного ведения горных работ оказались устаревшими.

Анализ причин высокого производственного травматизма на горнодобывающих предприятиях России, проведенные исследования организационно-технических и нормативно-правовых требований для обеспечения устойчиво эффективного развития горных работ позволили научно обосновать положения по совершенствованию надзорной деятельности за технологической безопасностью при ведении горных работ на всех стадиях освоения месторождений.

Современный опыт расследования аварий показал, что сложившиеся технические и технологические средства и способы решения инженерных задач в части предотвращения катастроф в условиях высокопроизводительной очистной выемки с использованием техники нового поколения устарели, практически исчерпав все свои возможности. Раздельное решение вопросов вентиляции, дегазации, пожаров, выбросов газа и пыли не решают проблему предотвращения катастроф. В этой связи техническое решение проблемы катастроф лежит в совместном рассмотрении вопросов подготовки, отработки и проветривания как выемочных участков, так и шахтного поля в целом, а обеспечение безопасности работ на угольных шахтах должно быть максимально ориентировано на эффективность производства, обеспечивая достижение нагрузки на очистной забой не менее 10-12 тыс. т в сутки и скорость проведения горизонтальных выработок по углю до 1000 м/мес.

Все новации по организации управления производством должны найти отражение в организационно-правовых документах предприятия, содержание которых определяется главным образом требованиями законодательных и нормативных -документов и отраслевых нормативов по охране труда.

Технико-технологические решения следует ориентировать на людей, их использующих, а стратегическими направлениями в повышении эффективности и безопасности труда должны стать:

- разработка проектов строительства новых и реконструкции действующих перспективных шахт простой горнотехнической структуры с возможностью перехода к отработке угольного пласта одним высокопродуктивным очистным забоем;

- использование высокопроизводительной техники и технологии горных работ и на этой основе значительное сокращение численности людей, работающих в опасных условиях;

- отказ от использования особо опасных производств и природных условий;

- обеспечение предприятий современными надежными средствами контроля и защиты;

- совершенствование организационно-правовых форм управления персоналом предприятий, формирование интереса и ответственности работников в их безопасной и эффективной работе.,

Реализация предложений была осуществлена при разработке и внедрении основных направлений совершенствования надзорной деятельности за технологической безопасностью на предприятиях перспективного Ерунаковского угольного района Кузбасса, а также при составлении программы обновления нормативно-правовых документов на угольных шахтах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации в виде научного доклада да основании выполненных автором исследований геомеханических и других физических процессов при подземной разработке угольных месторождений Кузбасса научно обоснованы технические и технологические решения повышения эффективности подземной угледобычи, практическое внедрение которых внесло значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса в угольной промышленности.

Наиболее существенные научные и практические результаты заключаются в следующем:

1 .Установлено, что выбросоопасные зоны в угольных пластах Кузбасса имеют линейно-вытянутые формы, с размерами малой оси 50-125 м и большой оси 250-1250 м, а верхняя граница проявления газодинамических явлений взаимосвязана с глубиной залегания поверхности метановой зоны, градиентом метанонос-ности и выходом летучих веществ и содержанием фюзенита. Полученная многофакторная зависимость легла в основу разработанного метода прогноза критической глубины появления внезапных выбросов для участков угольных пластов, определяемая структурно-тектоническими элементами шахтного поля или месторождения в целом.

2.Разработаны новые локальные оперативные способы предотвращения газодинамических явлений - гидроотжим с предварительным увлажнением, низконапорная пропитка и автоконтрольный способ, включающий использование вместо дегазационных скважин большого диаметра шпуров диаметром 42 мм, одновременно выполняющих роль контрольных, позволяющие повысить оперативность обработки массива, исключить загазирования выработки и газодинамические явления в процессе ее выполнения.

3.Внезапные прорывы и экстремальные выделения метана в лаве через вмещающие пород есть результат побочного вредного воздействия опережающей защитной под- и надработки соседних высоко газоносных и потенциально опасных пластов-спутников.

Научно обоснованы схемы предотвращения и локализации опасности внезапных прорывов в лавы из под и надрабатывемых пластов спутников с использованием средств дегазации и увлажнения пластов, а также аэродинамической изоляцией выработанного пространства от атмосферы - действующих выработок путем оперативного трансформирования комбинированного (возвратно-прямоточного) проветривания выемочного участка с газоотсасывающих вентилятором на земной поверхности в аварийный режим прямоточного проветривания.

4. Разработан алгоритм автоматизированного прогнозирования разрушения горных пород в динамической форме по регистрации электромагнитной или сейсмоакустической эмиссии определяющей кинетические константы очага разрушения.

Оценку степени удароопасности краевых частей массива целесообразно осуществлять геомеханическими к геофизическими методами с использованием двухкатегорийных номограмм, включающих определение удароопасности в двух ■ измерениях, вглубь массива от обнажений и вдоль него.

5. Установлены параметры геомеханического состояния углепородного массива при отработке удароопасных пластов с труднообрушающимися кровлями на шахтах Южного Кузбасса. Сдвижение кровли носит дискретный поэтапный характер. При поэтапном обрушении кровли на один шаг обрушения верхнего блока приходится до 5-6 шагов обрушения нижних блоков. Между периодами обрушения кровли породы смещаются на 3-40 мм, а в периоды обрушения на 200-300 мм и более. Опасные ситуации в призабойном пространстве возникают, когда обрушается первый блок нижнего слоя и при совместном обрушении последнего нижнего блока и большого блока верхнего слоя, а смещение пород достигает значения более 200 мм.

Разработаны требования, предъявляемые к силовым параметрам и раздвиж-ности механизированных крепей при отработке угольных пластов, опасных по горным ударам, а также схемы и параметры приведения массива в неудароопас-ное состояние путем камуфлетного взрывания скважин. Для пластов мощностью 3,5-5 м сопротивление секций крепи должно составлять 6000-8000 кН/м2, сопротивление по поддерживающей части - 1300-1500 кН/м2, сопротивление на 1 м длины лавы - 4000-6000 кН/м2.

Длина камуфлетных скважин по угольному пласту определяется параметрами зон опорного давления, диаметр скважин составляет 93-110 мм, расстояние между скважинами - не более 10-15 м, скважины относительно линии забоя разворачиваются на 30-45°.

6. Выбор рациональных пылевзрывозащитных мероприятий для конкретной выработки осуществляется с учетом фактической суточной интенсивности пыле-отложения и относительной влажности воздуха.

Для полного устранения опасности взрывов пыли на шахтах Кузбасса разработаны технологические схемы управления запыленностью и разработаны требования к организации производств пылеулавливающих установок, систем гашения вспышек метана и приборов пылевого контроля воздуха рабочей зоны. . .

7. Разработаны прогрессивные технико-технологические решения по повышению эффективности работ по охране и поддержанию подготовительных выработок, учитывающие установленные закономерности геомеханических процессов во вмещающих углепородных массивах и проявлений горного давления при различных схемах подготовки выемочных полей, способах охраны и расположения выработок.

Установлены, что главными факторами, определяющими характер геомеханических процессов и степень проявления горного давления в подготовительных выработках шахт Кузбасса являются прочность вмещающих пород, обрушаемость пород кровли, глубина расположения и продолжительность разрыва между отработкой столба и проведением на границе с ним выработки, способ охраны, конструкция.и механическая характеристика крепи. Для количественной оценки основных факторов и обоснование способов охраны выработок установлены корреляционные связи, позволяющие прогнозировать величину смещения пород кровли и почвы.

Установлены эффективные способы охраны и типы крепи подготовительных выработок, выявлены условия и области их целесообразного применения. Наиболее эффективно поддержание выработок на границе с выработанным пространством и их охрана временными целиками. Арочные крепи из СВП-17 в выработках сечением 10-12 м2 опасно деформируются при смещениях; более 24Q мм, а из СВП-22 - более 260-280 мм. Смешанная крепь теряет несущую способность при смещении 120-140 мм. Увеличение сопротивления металлической арочной крепи от 52 до 104 кПа сопровождается снижением смещения, пород на 27-30%. Наиболее прогрессивной конструкцией крепи является анкерная или анкерная в сочетании с рамными крепями.

8. По данным экспериментальных исследований разработаны и внедрены технико-технологические рекомендации по проведению и поддержанию подгото-витальных выработок в пучащих породах, включающие классификацию пород почвы угольных пластов по степени ослабления их макродефектами строения и склонности к пучению, методику прогноза пучения пород почвы, эффективные способы и средства управления процессами пучения в выработках при различных способах их охраны и эксплуатации. ' ,

Выявлено, что на величину пучения оказывают существенное влияние глубина расположения выработок при различных способах их охраны, ширина целика угля, тип и сопротивление крепи, мощность слоев почвы и их состав, прочность и влажность вмещающих пород. В выработках на глубине до 300 м смещение пород почвы с асж = 40-50 МПа не превышает 90 мм, протяженность зоны проявления пучения впереди забоя лавы - 20-25 м, а на глубине 400-600 м соответственно 200-250 мм и 35-46 м. В выработках, охраняемых, со стороны выработанного пространства целиками угля шириной 10-12 м, эти показатели составляют 800-900 мм и 50-70 м. Увлажнение пород почвы приводит к увеличению пучения в 2,4-4,8 раза. ,;-.„

Для количественной оценки степень влияния основных факторов на пучение пород почвы установлены корреляционные связи и разработан инженерный метод прогноза пучения пород почвы выработок, поддерживаемых вне и в зоне влияния очистных работ и охраняемых различными способами. Наиболее эффективными способами предотвращения пучения являются проведение выработок в ранее разгруженных массивах после затухания сдвижения и. обрушения пород; выемка ложной и очень слабых слоев почвы мощностью до 0,5 м; отработка угольных пластов без целиков. Наиболее прогрессивной является металлическая арочная крепь из спецпрофиля с обратным сводом, металлическая кольцевая и смешанная.

9. Разработана и внедрена методика прогноза технологичности угольных пластов, обеспечивающая повышение надежности при проектировании и ведении горных работ в изменяющихся горно-геологических условиях.

Методика включает выбор основных горно-геологических факторов, прогноз их изменения и определение границы технологичности проектного участка и позволяет интерпретировать горно-геологические факторы для оценки сложности разработки угольных пластов и является научной базой для разработки мероприятий по снижению интенсивности возможных опасных проявлений геомеханических и физических процессов. Внедрение методики на шахтах Ленинского и Ан-жерского районов позволило увеличить интенсивность ведения очистных работ в 1.5-2 раза.

10. По данным экспериментальных исследований установлены закономерности изменения газообильности выемочных участков и характера газового баланса в условиях аэродинамически активного выработанного пространства от способов проветривания^-шахты. Разработаны и внедрены на шахтах Южного и Центрального Кузбасса методика расчета вентиляционных параметров, комбинированно го проветривания, требования к безопасной эксплуатации газоотеасывающих вентиляционных установок и прогрессивные технологические схемы проветривания очистных и подготовительных выработок, обеспечивающие управление газовой обстановкой при отработке свит пологих, наклонных и крутых высокогазоносных пластов.

Внедрение разработанных способов дегазации на шахтах позволило достигнуть коэффициента дегазации свыше 0,8 и практически снять ограничения по газовому фактору интенсивности горных работ.

11. Научно обоснованы, разработаны и внедрены на шахтах Кузбасса технологические схемы профилактики подземных эндогенных пожаров, основанные на новом принципе торможения развития самонагревания угольных скоплений. Принцип включает интенсивную дезактивацию угля аэрозолями намагниченной воды, что позволяет увеличить окислительно-восстановительный потенциал воды в 1,5-1,7 раза, снизить жесткость воды на 20-30%, увеличить на 20-30% время сушки обработанного угля. Разработанные технологические схемы обеспечивают безопасное ведение горных работ и повышение нагрузки на очистной забой за счет совмещения работ по добыче угля, контролю и своевременной локализации возможных очагов пожара в начальной их стадии.

12. Разработаны предложения по совершенствованию надзорной деятельности за технологической безопасностью на угольных шахтах, базирующиеся на совокупности организационно-технических и нормативно-правовых требований, используемые для принятия решений при проектировании и экспертизе проектов горных работ, составлении программ повышения безопасности технологий горных работ на всех стадиях освоения угольных месторождений.

Реализация предложений была осуществлена при разработке и внедрении основных направлений совершенствования надзорной деятельности за технологической безопасностью на предприятиях перспективного Ерунаковского угольного района Кузбасса, а также при составлении программ обновления нормативно-правовых документов на угольных шахтах.

Основное содержание диссертации в виде научного доклада онублнковзйо в следующих работах:

Монографии и брошюры

1. Сурков A.B., Штумпф Г.Г., Егоров П.В. Пучение пород почвы подготовительных выработок и способы его предупреждения. - Кемерово: Академия горных наук, 1996, -220с.

2. Егоров П.В., Ренев A.A., Сурков A.B. Геомеханика в примерах. - Кемерово: Академия горных наук, 1997. - 170с.

3. Лимонов А.Г., Егоров П.В., Сурков A.B. и др. Статистическое моделирование и прогноз разрушения горных пород в очагах горных ударов. - Кемерово: Академия горных наук, 1997.-177с. ■

4. Кнуренко В.А., Рудаков В.А., Егоров П.В., Сурков A.B. Региональный прогноз выбро-соопасности угольных пластов Кузбасса. - Кемерово: Академия горных наук,1997. - 119с.

5. Сурков A.B., Старков С.П. Предупреждение взрывов угольной пыли. - Кемерово: Академия горных наук, 1997. - 59с.

6. Зыков B.C., Лебедев A.B., Сурков A.B. Предупреждение газодинамических явлений при проведении выработок по угольным пластам. - Кемерово: Академия горных наук, 1997.

26Тс^ -------------

7. Пузырев В.Н., Стекольщиков Г.Г., Рудаков В.А., Костюк С.Г., Сурков A.B. Внезапные прорывы и экстремальные выделения метана в лавы из надрабатываемых и подрабатывемых высокогазоносных пластов (прогноз, предотвращение и локализация газовой опасности) / Под ред, П.В.Егорова. - Кемерово: КузГТУ, 1998. - 93с. 8. Штумпф Г.Г., Ануфриев В-П-, Сурков A.B., Храмцов В.И. Повышение эффективности охраны и крепления подготовительных выработок на шахтах Кузбасса / Под ред. П.В.Егорова. -Кемерово: КузГТУ, 1999. - 158с.

9. Основные положения развития безопасности труда на угольных шахтах (концепция) / Белавёнцев Л.П., Лебедев A.B., Сурков A.B. и др. - Кемерово: ВостНИИ, АГН, 1999. - 35с.

10. Состояние травматизма на предприятиях угольной промышленности в 1998 году / Бе-лавенцев Л.П., Галдилова Г .Г., Сурков A.B. - Кемерово: Минтопэнерго, ВостНИИ, 1999. - 43с.

И. Основные направления развития законодательно-нормативной базы по безопасности работ в угольных шахтах (Концепция) / Галдилова Г.Г., Злобии Г.П., Сурков A.B. и др. - Кемерово, 1999.-46 с.

Статьи в журналах и сборниках научных трудов:

12. МасаевЮ.А., Угляница A.B., Сурков A.B., Отроков В.Г. Анализ причин смертельного травматизма от обрушений на шахтах Кузбасса // Безопасность труда в пром-ти, 1992. - № 9. - С.66-67.

13. Масаев Ю.А., Угляница A.B., Сурков А.В и др. Упрочнение горных пород с целью предотвращения их обрушения в горных выработках // Организационно-технические проблемы шахтного строительства: Межвуз. сб. науч. тр. / Кузбас. политехи, ин-т. - Кемерово, 1992. - С.119-123.

14. Сурков A.B. Устойчивость подготовительных выработок шахт Кузбасса и основные причины травматизма // Безопасность труда в пром-ти, 1995. - № 8. - С.47-48.

5. Сурков A.B. Исследование пучения почвы подготовительных выработок по глинистым породам в условиях шахт Кузбасса и меры его предотвращения // Совершенствование технологических процессов при разработке месторождений полезных ископаемых: Сб. научн. тр. № 9 / Ассоциация "Кузбассуглетехнология". - Кемерово, 1995. - С.23-30.

16. Сурков A.B. Состояния и основные причины пучения пород почвы подготовительных выработок шахт Кузбасса // Актуальные вопросы подземного и наземного строительства: Сб. науч. тр. / Кузбас, гос. техн. ун-т. - Кемерово, 1996. - С.58-63.

17. Сурков A.B. О влиянии различных факторов на пучение пород почвы подготовительных выработок угольных шахт // Проблемы подземной разработки полезных ископаемых: Сб. науч. тр. /Кузбас. гос. .техн. ун-т. - Кемерово, 1996. - С.80-85.

18. Сурков A.B. Прогноз' пучения пород почвы подготовительных горных выработок /V Совершенствование технологических процессов при разработке месторождений полезных ископаемых: Сб. науч. тр. № 10 / Ассоциация "Кузбассуглетехнология". - Кемерово, 1996,-С. ¡0-14.

19. Сурков A.B., Егоров А.П. Расчет и выбор рациональных параметров выемочной выработки и ее крепи //Сб. науч. тр. /КузНИУИ. -Прокопьевск, 1996.-С.24-29. i ! 20. Ёгбров А.П., Сурков А'.В,, Лебедев Б.К. Создание безопасных условий крепления сопряжений очйстных забоев с прилегающими выработками на шахтах Кузбасса // Сб. науч. тр. / КузНИУИ. - Прокопьевск, 1996. - С.29-35.

21. Егоров А.П., Лоскутов В.Ф., Сурков A.B. и др. Разгрузка пучащих пород почвы подготовительных выработок щеленарезной машиной // Сб. науч. тр. / КузНИУИ. - Прокопьевск, 1996. - С.78-86.

22. Стекольщиков Г.Г., Сурков A.B. Аэродинамическое сопротивление выработанного пространства при комбинированном проветривании // Сб. науч. тр. / ВостНИИ. - Кемерово, 1997. - С.42-47.

23. Стекольщиков Г.Г., Сурков A.B. Реверсивный вентиляционный режим в высокога-зообильной угольной шахте //Сб. науч. тр. /ВостНИИ. - Кемерово, 1997. - С.52-59.

24. Сурков A.B. Метод определения зоны разгрузки в почве подготовительных выработок //Безопасность труда в пром-ти, 1996. -№ 2,- С.11-12.

25. Стекольщиков Г.Г., Сурков A.B., Кузьминич В.А. Создание безопасных условий для спасения людей при пожаре на длинных выемочных полях // Безопасность труда в пром-ти,

1996. - № 12. - С.25-28.

26. Сурков A.B., Белавенцев Л.П. Оценка эндогенной пожароопасное™ выемочного участка // Безопасность труда в иром-ти; 1997. - № 4. - С.33-36.

27. Павлов А.Ф., Сурков A.B., Храмцов В.И. Основные направления совершенствования надзорной деятельности по безопасности труда // Безопасность труда в пром-ти, 1997. - №10. -С.2-5.

28. Сурков A.B., Стекольщиков Г.Г. Снижение газообильности выемочных участков изменением вентиляционного давления в горных выработках // Безопасность труда в пром-ти,

1997. - »а 12. - С.36-38.

29. Сурков A.B., Штумпф Г.Г., Егоров П.В. Пучение пород почвы подготовительных выработок угольных шахт и Оценка основных влияющих факторов // Физико-техн. проблемы разраб. полез, ископаемых, 1997. - № 2. С.59-73.

30. Сурков A.B., Штумпф Г.Г., Шемякин И.И. Пучение пород почвы и особенности его проявлений в подготовительных выработках угольных шахт: Доклады международ, симпозиума SPM-.95. -Екатеринбург: УрО РАН, 1997,- С.124-131.

31. Калинин С.И., Василенко Н.К., Сурков A.B. и др, Параметры зон опорного давления при отработке пластов с труднообрушаемой кровлей // Совершенствование технологических процессов при разработке месторождений полезных ископаемых: Сб. науч. тр. № 12 / НТЦ "Кузбассуглетехнология". - Кемерово, 1997. - С.16-19.

32. Сурков A.B., Егоров П.В., Ренев A.A. Проблема горных ударов на шахтах и рудниках Кузбасса // Совершенствование технологических процессов при разработке месторождений полезных ископаемых: Сб науч. тр. № 12 / НТЦ "Кузбассуглетехнология". - Кемерово, 1997. - С.49-54.

33. Суркой A.B., Егоров П.В., Шевелев Ю.А., Ренев A.A. К вопросу прогноза горных ударов на угйльных шахтах и рудниках // Совершенствование технологических процессов при разработке месторождений полезных ископаемых: Сб науч. тр. № 12 / НТЦ "Кузбассуглетехнология". - Кемерово, 1997. - С.59-63.

34. Лудеиш B.C., Сурков A.B., Василенко Н.К., Логвинов В.Н. Требования, предъявляемые к механизированным крепям при отработке удароопасных пластов с труднообру-шаемой кровлей Н Совершенствование технологических процессов яри разработке месторождений полезных ископаемых: Сб науч. тр. ife 12 / НТО "Кузбассуглетехнология .-Кемерово, 1997.-С.63-67. .

35. Штумпф Г.Г., Сурков A.B., Рыжков Ю .А. Обоснование условий и некоторые научно-технические задачи разработай угольных месторождений Ерунаковского района Кузбасса / Вестник Кузбасского государственного технического университета. - Кемерово, 1998.-№2.-С.47-51.

36. Стекольщиков Г.Г., Субботин А.И., Сурков A.B. Комбинированное проветривание при отработке лав с одновременной выемкой целика // Безопасность труда в пром-ти, 1998. - № 1. - С.22-25.

37. Сурков A.B. Проблемы безопасности шахтерского труда: причины и направления решений // Безопасность жизнедеятельности предприятий в угольных регионах: Материалы 11 Международ, науч.-практ. конф. / Кузбас. гос. техн. ун-т. - Кемерово, 1998. - С.12-14.

38.Сурков A.B. Кризис компетенции ИТР: безопасность труда и подготовка кадров // Безопасность жизнедеятельности предприятий в угольных регионах: Материалы 11 Международ, науч.-практ. конф. / Кузбас. гос. техн. ун-т. - Кемерово, 1998! - С, 164-167.

39. Штумпф Г.Г., Сурков A.B., Лудзиш B.C. Прогрессивные крепи подготовительных выработок, испытывающих воздействие динамических нагрузок // Безопасность труда в пром-сти,

1998. - Xsl2. - С.32-37

40.Стеколъщиков Г.Г., Субботин А.И., Сурков A.B., Лаврик В.Г. Исследование всасывающего способа проветривания газообильной подготовительной выработки // Совершенствование подземной разработки: Материалы конференции / Кузбас. гос. техн. ун-т. - Кемерово;

1999. - С.84-92.

41.Стекольщиков Г.Г., Сурков A.B., Рычковский В.М. Способ проветривания присечных подготовительных выработок при слоевой системе разработки // Экологические проблемы угледобывающей отрасли в регионе при переходе к устойчивому развитию: Труды международ, науч.-практ. конф. / Кемеровский научный центр СО РАН. - Кемерово: Кузбассвузиздат, 1999. -т.2. - С.207-210.

Нормативно-методические документы (составленные с участием автора):

42. Паспорта подготовительных и очистных работ для шахт ПО «Северокузбассуголь» / ВНИМИ, КузНИУИ. - Кемерово, 1991. - 340с. ,

43. Паспорта подготовительных и очистных работ для шахт ПО «Киселевскуголь» / МУП СССР, ВНИМИ, КузНИУИ. - Кемерово, 1991. - 104с.

44. Временное положение по составлению паспорта прогноза технологичности угольных пластов Кузбасса. - Кемерово: Минтопэнерго РФ, 1995. - 34с.

45. Дополнение к отраслевой инструкции по выбору рамных податливых крепей горных, выработок для условий шахт АО «Ленинскуголь» / КузНИУИ. - Прокопьевск, 1995. - 48с. 46. Временная инструкция по расчету и применению анкерной крепи на шахтах Кузнецкого бассейна / КузНИУИ.- - Прокопьевск, 1996. ~ 95с.

47. Методические указания по определению соответствия механизированных крепей сопряжения требованиям безопасной их эксплуатации на шахтах АООТ "Ленинскуголь" / КузНИУИ. - Прокопьевск, 1996. - 25 с.

48.Методические указания по определению соответствия механизированных крепей сопряжения требованиям безопасной их эксплуатации на шахтах АООТ "Беловоуголь" / КузНИУИ,- Прокопьевск, 1996.-29 с,

49. Методические указания по выбору механизированных комплексов для отработки угольных пластов, опасных по горным ударам / КузНИУИ. - Прокопьевск, 1996. - 29 с.

50. Руководство по применению способа профилактики эндогенных пожаров на принципе интенсификации дегазации угля в шахтах Кузбасса / Минтопэнерго РФ, Вос-тНИИ. - Кемерово, 1997. - 17 с.

51. Методические указания по выбору схем и параметров камуфлетного взрывания при снижении удароспаскссти угольных пластов.-Прокопьевск: КузНИУИ, 1997. - 34 с.

52. Временные технологические схемы разработки угольных пластов Прокопьевско-Кисеяевского месторождения (Инструкция по безопасному применению временных технологических схем) / Минтопэнерго РФ, КузНИУИ. - Прокопьевск, 1998. - 79 с.

53. Методические рекомендации по проектированию комбинированного проветривания выемочных участков с применением газоотсасывающих вентиляторов / Кузбас.гос. техн. ун-т, Академия горных наук. - Кемерово, 1998. - 70с.

Подписано в печать 24.09.99 г. Формат 60x84/16. Бумага белая писчая. Объем 3,7 п.л. Тираж 100 экз. Заказ

Типография Кузбасского государственного технического университета 650099, Кемерово, ул.Д.Бедного, 4-а Лицензия ЛР № 020313 от 23.12.96.