Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по земле
На правах рукописи
Фам Чунг Нгуен
Обоснование проектных решений по интенсивной отработке запасов мощных наклонных угольных пластов бассейна Куангнинь СРВ
Специальность 25.00.21 - Теоретические основы проектирования горнотехнических систем и 25.00.22 - Геотехнология (подземная, открытая и строительная)
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Москва 2012
Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Московский государственный горный университет Научный руководитель Виткалов Виктор Григорьевич - кандидат технических наук, профессор
Официальные оппоненты: Атрушкевич Виктор Аркадьевич - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой Технология подземной разработки рудных и нерудных месторождений Московского государственного горного университета Заволокин Дмитрий Викторович - кандидат технических наук зам.
начальника отдела технического консалтинга и исследований месторождений, института инновационных технологий и методов управления недропользованием, г. Москва Ведущая организация ФГУП ННЦ ГП - Институт горного дела им. А.А. Скочинского (г. Люберцы, Московская область)
Защита диссертации состоится л 24 декабря 2012г. в 13 час. на заседании диссертационного совета Д 212.128.03 при Московском государственном горном университете по адресу: 119991, Москва, B-49, Ленинский проспект, 6.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета Автореферат разослан л 23 ноября 2012 г.
Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук Агафонов Валерий Владимирович
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Угольная промышленность Вьетнама имеет среди других отраслей топливно - энергетического комплекса наиболее обеспеченную сырьевую базу. Общие балансовые запасы угля во Вьетнаме составляют около 15млрд.т. Уголь был и останется на перспективу базовым стратегическим топливом для электроэнергетики, металлургии, а также ценным химическим сырьем и предметом экспорта.
Государственным пятилетним планом развития народного хозяйства СРВ на 2010 - 2015гг. намечено довести добычу угля в 2015г. до 60 млн.т, в том числе 75 - 80% подземным способом. Эта цель может быть достигнута за счет обновления и расширения производственной базы, а также внедрения передовых технологий при отработке мощных пологих и наклонных угольных пластов, запасы которых составляют около 90%.
Удельный вес добычи угля из комплексно-механизированных забоев в общей подземной добыче в 2010г. составил около 4,6%. На шахтах месторождения Куангнинь среднесуточная добыча угля из одного действующего очистного забоя за период 2005-2010гг (на мощных пластах с углом падения до 35o) находится в пределах 150-200 т/смену.
На основе анализа передовых технологий отработки мощных пологих и наклонных угольных пластов с управляемым разрушением и выпуском угля из подкровельной толщи, применяемых на шахтах Китая, Казахстана, России, Индии и Румынии, можно констатировать, что использование на шахтах провинции Куангнинь передовых технологий и современных средств комплексной механизации при отработке мощных наклонных пластов в чистом виде весьма сомнительно из-за отсутствия научно обоснованных проектно-технологических решений при отработке запасов мощных наклонных угольных пластов бассейна Куангнинь СРВ.
В связи с вышеизложенным исследования по обоснованию проектных решений и оптимизации технологических параметров по интенсивной отработке запасов мощных наклонных угольных пластов с управляемым разрушением и выпуском угля из подкровельной толщи в подсечный слой и можно с полным основанием квалифицировать как актуальные, позволяющие сформулировать цель диссертационной работы.
Целью диссертации является обоснование рациональных проектных решений по интенсивной комплексно-механизированной отработке запасов мощных наклонных угольных пластов, обеспечивающих повышение эффективности, безопасности и полноты извлечения запасов полезного ископаемого.
Идея работы заключается в использовании выявленных закономерностей направленного изменения угла диагонального положения линии очистного забоя и параметров опорного горного давления, создаваемых подкровельной толщью мощного наклонного угольного пласта, для обоснования рациональных пространственно-планировочных решений по отработке запасов выемочных участков.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
Выбор вариантов раскройки шахтного поля должен осуществляться с учетом угла диагонального положения линии очистного забоя при различных углах падения мощных наклонных угольных пластов, что позволяет увеличить нагрузку на очистной забой в 1,3-1,6 раза и полноту извлечения запасов полезного ископаемого в 1,4 раза.
Обоснование на стадии проектирования параметров технологии отработки запасов мощных наклонных угольных пластов с разделением их на наклонные слои необходимо осуществлять с учетом закладываемого в расчетах коэффициента запаса прочности n, так как он является определяющим для установления мощности предохранительной межслоевой пачки.
Разработка пространственно-планировочных решений при отработке мощных наклонных угольных пластов поперечно-наклонными или горизонтальными слоями должна осуществляться с учетом шага обрушения подкровельной толщи и параметров опорного горного давления, что позволяет повысить эффективность отработки месторождения.
Научная новизна работы состоит в следующем:
Впервые установлены закономерности рационального угла диагонального положения линии очистного забоя в зависимости от угла падения пласта на основе метода геометрического моделирования, позволяющие производить раскройку шахтного поля с расположением подготовительных выработок перпендикулярно углу устойчивого наклона забоя угольного пласта с целью повышения эффективности и безопасности ведения горных работ.
Выведено аналитическое выражение и разработан программный модуль, позволяющие в зависимости от горно-геологических и горнотехнических условий оптимизировать мощность предохранительной пачки между слоями с учетом закладываемого в расчетах коэффициента запаса прочности n горных пород при отработке мощных наклонных угольных пластов.
Разработан программный модуль, позволяющий в автоматизированном режиме решать инженерные задачи по выбору средств механизации с учетом горно-геологических условий и горнотехнических факторов, а также с учетом предложения мирового рынка горной техники.
Предложена концепция технологии интенсивного освоения запасов угольного месторождения провинции Куангнинь с учетом горногеологических условий и параметров технологии, базирующаяся на анализе экспериментальных и аналитических исследований.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:
-анализом мирового опыта подземной разработки мощных пологих и наклонных угольных пластов и нормативно-методической базы проектирования выемочных участков;
- обоснованным использованием комплексного метода исследований, включающего метод научно-технического обобщения информации и аналитические методы исследований, с использованием математических методов и применением для их обработки ЭВМ и программных средств;
- представительным объемом шахтных исследований с использованием математических методов и программного обеспечения, результаты которых свидетельствуют об удовлетворительной сходимости результатов теоретических расчетов с данными шахтных измерений при ведении очистных работ в различных горно-геологических и горнотехнических условиях разработанных технологий (отклонение не превышает 15 %).
Научное значение диссертации заключается:
в разработке методических положений по обоснованию рациональных пространственно-планировочных решений и основных параметров выемочного участка при двухстадийной отработке запасов мощных наклонных угольных пластов на основе установленных закономерностей расположения линии очистного забоя обнажённой поверхности пласта при обеспечении устойчивости поверхности;
в определении рациональной толщины защитного слоя предохранительной пачки при слоевой отработке мощных наклонных угольных пластов с учетом коэффициента запаса прочности n и временного сопротивления на изгиб горных пород.
Практическое значение работы:
разработаны методические рекомендации по обоснованию проектных решений и технологических параметров выемочного участка при отработке мощных наклонных угольных пластов с учетом горно-геологических условий залегания угольного пласта и характеристик горного массива;
разработан программный модуль, позволяющий автоматизировать процесс решения инженерных задач при обосновании толщины защитного слоя предохранительной пачки при слоевой отработке мощных наклонных угольных пластов с учетом характеристик горного массива;
разработано программное обеспечение, позволяющее в автоматизированном режиме решать инженерные задачи по выбору механизированной крепи с учетом горно-геологических условий и горнотехнических факторов, а также с учетом предложения на мировом рынке горной техники.
Реализация выводов и рекомендаций. Разработанные рекомендации по обоснованию проектных решений и технологических параметров выемочного участка по интенсивной отработке запасов мощных наклонных угольных пластов, обеспечивающих повышение эффективности, безопасности и полноты извлечения запасов полезного ископаемого, при которых обеспечивается надежное разрушение угля и максимальный его выпуск на завальный конвейер, могут быть приняты к использованию Ханойским институтом горной науки и технологии (ХИГНиТ) при разработке проекта на вскрытие нового горизонта и подготовке запасов к отработке пласта 8 на шахте Ванг Зань бассейна Куангнинь.
Апробация работы. Основные научные и практические результаты диссертационой работы докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры УПодземной разработки пластовых месторожденийФ Московского государтвенного горного университета (г. Москва, 2010-2012), докладывались на семинарах научных симпозиумов УНеделя горняка (г.
Москва, 2009-2012).
Публикации. По результатам научных исследований опубликовано 5 статей.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и содержит список литературы из 87 наименований, таблиц и 99 рисунков.
Основное содержание работы
Аналитический обзор технологий подземной разработки мощных наклонных угольных пластов и исследований параметров пространственнопланировочных решений показал, что на шахтах Вьетнама, России и других стран разработаны и проверены на этапе опытно-промышленной эксплуатации многие варианты технологий отработки мощных наклонных угольных пластов, а также проведен значительный объем исследований по оптимизации параметров подготовки и систем разработки.
В пределах Куангнинского угольного бассейна выделены три угленосные провинции, которые являются автономными и разделены на тектонические блоки геологическими нарушениями. Угленосность бассейна, которая имеет промышленное значение, в различных районах неодинакова и колеблется от 26,1 до 87,8м.
На основании выполненного анализа горно-геологических и горнотехнических условий Куангнинского угольного бассейна видно, что значительная часть запасов (77,27%) сосредоточена в пластах мощностью более 3,5м, в том числе на долю наклонных угольных пластов мощностью более 4,5м приходится 47,99%, и около 90,17% запасов сосредоточено в пластах с углом падения от 20 до 35о.
В целом на шахтах Вьетнама используется ручной труд при разработке мощных наклонных угольных пластов. Уровень механизации при добыче угля низкий, в основном применяются буровзрывной способ отбойки угля и ручная погрузка на скребковый конвейер. Добыча угля с пластов мощностью более 3,5м и углом падения от 18 до 35о с использованием средств комплексной механизации составляет не более 4,6%.
Распределение балансовых запасов, сосредоточенных в наклонных мощных угольных пластах, в зависимости от технологических параметров выемочных участков находятся в следующих соотношениях: около 36,2% запасов сосредоточено с длиной выемочных участков по простиранию (700-1000), а 21,09% с длиной более 1000м, при этом запасы с длиной поля по падению более 200м составляют 50,6%.
Большой вклад в развитие разработки и внедрения прогрессивных технико-технологических решений мощных наклонных угольных пластов, а также обоснование пространственно-планировочных решений при ее реализации отражено в трудах Шундулиди И.А., Гапановича Л.Н., Громова Ю.В., Потапенко, В.А., Малкина А.С., Ялевского В.Д., Рыжова А.М., Козового Г.И., Бычкова Ю.Н., Коровкина Ю.А., Михеева О.В., Постникова В.И., Кругликова В.П., Кузнецова Ю.Н., Калинина С.И., Жежелевского Ю.А., Фрянова В.Н., Каплунова Д.Р., Домрачева А.Н., Атрушкевича В.А., Егорова П.В., Федорина В.А. и др.
Результаты их исследований составляют теоретическую и практическую базу для дальнейшего развития технологии разработки мощных наклонных пластов, обеспечивающих повышение эффективности и уровня технологичности производства, безопасности и полноты извлечения запасов полезного ископаемого.
Из анализа горно-геологических условий отработки мощных пологих и наклонных угольных пластов Куангнинского угольного бассейна, а также мирового опыта подземной угледобычи следует, что наиболее перспективной технологией, вероятно, будет являться двухстадийная технология отработки мощных наклонных пластов с выемкой подсечного слоя КМЗ и управляемым выпуском угля подкровельной толщи на завальный конвейер.
В этих условиях особую значимость и актуальность приобретает задача обоснования проектных решений и параметров двухстадийной технологии отработки мощных наклонных пластов Куангинского бассейна с учетом горно-геологических условий, позволяющей использовать установленные закономерности в технологическом цикле с целью повышения коэффициента извлечения угля и эффективности производства.
Таким образом, реализация цели осуществляется путем последовательного решения нескольких задач:
1. Изучение существующей информации мощных пологих и наклонных пластов Куангинского угольного бассейна, специфики их структуры и особенностей их залегания.
2. Проведение шахтных экспериментальных исследований с целью разработки требований к параметрам синтезируемых технологий с использованием различных технологических решений, обоснования области эффективного применения схем подготовки в зависимости от угла падения и мощности пласта с учетом особенностей залегания угольных пластов Куангинского бассейна.
3. Разработка методических рекомендаций по раскройке шахтного поля и обоснования технологических параметров выемочного участка с учетом угла диагонального расположения линии очистного забоя и шага обрушения подкровельной толщи в зависимости от угла падения пласта.
4. Обоснование мощности предохранительной пачки между слоями с учетом закладываемого в расчетах коэффициента запаса прочности горных пород n при отработке мощных наклонных угольных пластов.
5. Разработка программного обеспечения, позволяющая автоматизировать процесс выбора средств механизации при слоевой выемке с учетом горно-геологических условий и горнотехнических факторов.
6. Обоснование технологии ведения горных работ с учетом разнообразия условий залегания угольных пластов, а также всесторонняя оценка возможностей применения разработанных технологических схем по отработке запасов выемочных участков и выработки рекомендаций по их безопасному и экономически оправданному освоению.
7. Проведение экономических расчетов целесообразности применения разработанных проектных решений и технологических параметров выемочных участков с использованием двухстадийной отработки запасов мощных наклонных угольных пластов Куангнинского бассейна.
На действующих шахтах Куангнинского угольного бассейна параметры выемочных полей в большинстве случаев не отвечают современным требованиям использования передовых технологий отработки угольных пластов из-за сложных горно-геологических условий и применения ручного труда, что приводит к снижению эффективности использования механизированных комплексов.
На основе анализа передовых технологий отработки мощных пологих и наклонных угольных пластов с управляемым разрушением и выпуском угля из подкровельной толщи, применяемых на шахтах Китая, Казахстана, России, Индии и Румынии, можно констатировать, что использование на шахтах провинции Куангнинь передовых технологий и современных средств комплексной механизации при отработке мощных наклонных пластов в чистом виде весьма сомнительно из-за специфических горно-геологических условий залегания угольных пластов и отсутствия научно обоснованных технологических параметров отработки.
В известных освоенных на практике технологических схемах разработки мощных наклонных угольных пластов предусмотрено перпендикулярное или близкое к нему примыкание очистного забоя к подготовительным выработкам. Рекомендации подобных конструкций технологических схем содержатся в нормативных документах и технологических схемах очистных и подготовительных работ на угольных шахтах, утверждённых министерством угольной промышленности СССР и действующих в настоящее время.
При этом угол падения пласта является негативным фактором, влияющим на технико-экономические показатели при отработке лавы. Опыт ведения очистных работ на шахтах Кузбасса показал, что нагрузка на очистной забой существенно не зависит от угла падания пласта в диапазоне от 0 до 18о. С увеличением угла падения пласта свыше 18о на каждый 1о нагрузка на очистной забой в среднем снижается на 200т.
Сущность предлагаемой нами технологической схемы отработки мощных наклонных угольных пластов заключается в диагональном расположении линии очистного забоя относительно горизонтальной плоскости, с опережением его верхней части при разработке наклонными слоями по простиранию.
Для обоснования угла диагонального положения линии очистного забоя и выведения аналитических выражений, отражающих связь между изменением угла наклона угольного пласта накл вдоль очистного забоя и наклона забоя от угла диагонального положения очистного забоя при различных углах падения пластов, нами была составлена и рассмотрена принципиальная схема (рис.1).
Рис.1.Принципиальная схема для расчета зависимости уменьшения угла наклона угольного пласта накл вдоль очистного забоя и наклона забоя от угла диагонального положения линии очистного забоя при различных углах падения пластов В окончательном виде было получено выражение, обеспечивающее взаимосвязь накл и пад, которое имеет следующий вид:
sinнакл = sinпад. cos. (1) На основании полученного выражения (1) и принятых углов падения пластов пад (18о, 25о, 30о, 35о) с помощью программы Microsoft Excel проведены вычисления и построены характерные кривые, отражающие изменения угла наклона угольного пласта накл вдоль очистного забоя от угла его диагонального положения (град.), при различных углах падения пластов пад, которые показаны на рис.2.
Рис.2. Характерные кривые, отражающие изменения угла наклона угольного пласта накл вдоль очистного забоя от угла его диагонального положения при различных углах падения пластов пад При отработке мощных наклонных угольных пластов механизированными комплексами при изменении положения лавы в плане из прямоугольного в диагональное на угол относительно горизонтальной плоскости, вертикальный забой угольного пласта также преобразуется в устойчивый забой с углом . Связь между углом наклона забоя угольного пласта , в зависимости от изменения угла разворота линии очистного забоя , при различных углах падения пластов имеет следующее вид:
sin sin пад. sin (2) На основании аналитического выражения (2) и принятых углов падения пласта пад (18о, 25о, 30о, 35о) с помощью программы Microsoft Excel были проведены вычисления и построены графические зависимости, отражающие характер изменения угла наклона забоя угольного пласта , от угла его диагонального положения для различных углов падения пласта, которые приведены на рис.3.
Рис.3. Зависимости угла устойчивого наклона забоя угольного пласта от угла его диагонального положения при различных углах падения пластов На основании приведённых зависимостей максимальное значение угла устойчивого наклона забоя угольного пласта 10о приводит к увеличению угла разворота линии очистного забоя от 15 до 35о при углах падения пластов от 18 до 35о соответственно, при этом длина лавы увеличивается со 100 до 120 м, а угол наклона линии очистного забоя в продольной плоскости уменьшается от 2о до 3о.
Установленные закономерности, представленные на рис.5, 6, в конкретных горно-геологических условиях позволяют производить раскройку шахтного поля с расположением подготовительных выработок перпендикулярно углу устойчивого наклона забоя угольного пласта с целью повышения эффективности очистных работ и безопасности ведения горных работ.
В пластах сложного строения породные прослойки значительной толщины (не менее 0,4 - 0,6м), желательно использовать в качестве межслоевых перекрытий, предотвращающих проникновения пустой породы при отработке нижележащего слоя или при выпуске подкровельной толщи.
Такая технология исключает смешивание породы с углём при выпуске и тем самым значительно уменьшает потери угля.
На основании установленных закономерностей направленного изменения угла диагонального положения линии очистного забоя, а также шага обрушения пород подкровельной толщи и параметров опорного горного давления при двухстадийной отработке запасов мощных наклонных угольных пластов обоснованы рациональные пространственно-планировочные решения и разработан вариант системы разработки, где в качестве межслоевого перекрытия используются породные прослойки, когда пласт вынимают в два слоя с делением этажа на подэтажи (рис.4).
Рис.4. Технологическая схема отработки мощного наклонного угольного пласта сложного строения наклонными слоями Толщина межслоевой пачки должна быть минимально необходимой для защиты призабойного пространства нижнего слоя от прорывов находящихся над ней несвязанных обрушенных пород.
На основании проведенных исследований получено аналитическое выражение по определению толщины межслоевой пачки:
t b. п..
. и Зависимость толщины предохранительной пачки от вынимаемой мощности пласта при различных коэффициентах запаса прочности с учетом временного сопротивления породы на изгиб, рассчитанная с помощью разработанного программного модуля (рис.5), представлена на рис.6.
Рис.5. Блок-схема программного модуля по обоснованию мощности предохранительной пачки n = 2,n = Рис.6. Зависимость толщины предохранительной пачки от вынимаемой мощности верхнего слоя при различных коэффициентах запаса прочности и (и = 0.2МПа) Рассчитанная толщина предохранительной пачки соответствует практике отработки мощных угольных пластов на шахтах России и СНГ и составляет в среднем 0,6 - 1,2 м. Таким образом, приближенную оценку устойчивости предохранительной пачки можно принимать с учетом влияния горно-геологических факторов и с учетом давления пород вышележащей толщи и пригрузки.
В диссертации разработаны технологические схемы с обоснованием технологических параметров отработки мощных наклонных угольных пластов поперечно-наклонными и горизонтальными слоями с выпуском подкровельной толщи (рис.7,8), в которых предусмотрено устранение недостатков широко применяемых вариантов технологий.
1- вентиляционный квершлаг;
2- откаточный квершлаг;
3- откаточный штрек;
4- главный скат;
5- вентиляционный штрек;
6- участковый скат;
7, 8- вентиляторы СВМ-6М;
9- штрек;
10, 11- лавы.
Рис.7.Схема подготовки и отработки угольного пласта мощностью 10м и углом падения 30-35о поперечно-наклонными слоями При разработке мощных наклонных угольных пластов поперечнонаклонными и горизонтальными слоями применяется только этажная схема подготовки. Высота этажа в зависимости от горно-геологических условий составляет от 60 до 100 м, подэтажа от 5 до 12 м.
Выемочное поле должно быть в основном односторонним, потому что при двухсторонних полях на их общей границе развивается усиленное горное давление, которое приводит к раздавливанию смежных целиков.
Длина однокрылого выемочного поля принимается равной 120 - 350 м.
Рис.8. Схема подготовки и отработки наклонного пласта мощностью более 10м горизонтальными слоями Горные работы ведут обязательно с опережением нижних подэтажей верхними. Опережение между очистными забоями слоев составляет не менее двух шагов обрушения кровли.
Очистные работы на выемочном участке ведут от границы поля к скатам.
На границе участка проводят орт, который превращается в очистной забой, оборудованный угловым конвейером и малогобаритным одношнековым комбайном производства России или Китая. Отбитый уголь транспортируется скребковым конвейером, установленным в слоевом штреке, к углеспускному скату.
Разработанная технология отработки мощных наклонных угольных пластов горизонтальными слоями с использованием углового конвейера и малогабаритного комбайна позволит увеличить нагрузку на очистной забой в 1.5-2 раза и более эффективно и безопасно вести отработку Куангнинского угольного бассейна.
Учитывая горно-геологические условия залегания мощных наклонных угольных пластов Куангнинского бассейна и их структурные колонки, с наличием в них породных прослоек со значительными колебаниями мощности пласта в пределах выемочного участка, необходим взвешенный подход к выбору средств механизации.
Установлено, что с увеличением несущей способности крепи возрастают ее масса и стоимость. Так, увеличение номинального сопротивления крепи на каждые 0,1 МН/м2 приводит к росту стоимости механизированной крепи, приведенной к 1м длины лавы и 1м мощности пласта, примерно на 0,2 тыс.руб.
Учитывая большое предложение средств комплексной механизации на мировом рынке, необходимо подходить к выбору механизированной крепи с научной точки зрения, с учетом ее оптимальных характеристик.
Следовательно, необходимо учитывать, что необоснованное применение мехкомплексов с завышенным сопротивлением несущей способности крепи может оказаться экономически невыгодным.
Благодаря открытости мирового рынка горной техники, была составлена база данных из 64 механизированных крепей и разработан программный модуль совместно с доктором технических наук, профессором Брагиным Е.П. (рис.9), позволяющий выбирать тип крепи для конкретных горно-геологических условий и технологии ведения горных работ, которые соответствуют мировому уровню.
Выбранная на основании программного модуля механизированная крепь корреспондируется с раннее проведенными исследованиями (отклонения не превышает 10%) фактических силовых характеристик крепей, применяемых на шахтах Куангнинского бассейна.
Рис.9. Блок-схема выбора средств комплексной механизации При окончательном решении по выбору механизированной крепи и числу фактически отобранных крепей дополнительно необходимо учитывать фактическое их наличие, стоимость, трудоемкость доставки, монтажа и эксплуатации, а также дополнительные факторы, которые могут возникнуть в конкретных условиях.
В настоящее время в Куангнинском угольном бассейне при отработке мощных наклонных угольных пластов потери угля составляют от 30 до 60%. Основными причинами эксплуатационных потерь при подземной добыче являются: сложные горно-геологические условия, несовершенство технологии и средств механизации выемки мощных наклонных угольных пластов.
На основании предварительной обработки экспериментальных данных и подготовки исходного материала для расчета НДС выемочного участка на ЭВМ с использованием программного модуля УSurferФ была построена объемная 3-D модель.
На рис.10 представлена 3D-модель выполненная с использованием ЭВМ по программному модулю УSurferФ, показывающая характер распределения интенсивности напряжений по всей площади выемочного участка.
по простиранию Длина по простиранию Длина лавы по падению Длина лавы по падению Рис.10. 3D-модель распределения интенсивности напряжений при отработке выемочного участка (пласт 14.2, шахта Хечам) Давление, МПа В зависимости от свойств горных пород средняя интенсивность напряжений в массиве на ненарушенных участках составляет приблизительно МПа. На отдельных локальных участках интенсивность напряженнодеформированного состояния горного массива превышает значение 50 МПа, а в зонах пониженных напряжений уменьшается до 10 МПа и менее.
Высокий уровень дифференциации интенсивности напряжения по площади выемочного участка дает инструмент проектным организациям и руководству шахт более осознанно вести горные работы, позволяющие предвидеть потенциально опасные зоны (зоны повышенного горного давления), и этим самым предупреждать опасные проявления горного давления.
На завершающем этапе в диссертации выполнена оценка экономической эффективности разработанных проектных решений, применение которых позволяет в короткий срок окупить инвестиции на строительство шахты и приобретение механизированных комплексов (срок окупаемости составляет менее 6 лет с учетом периода строительства шахты) и обеспечивает при ставке дисконтирования 15% чистый дисконтированный доход в размере более 4.9 млрд. руб.
Заключение Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой содержится решение актуальной задачи обоснования проектных решений по интенсивной отработке запасов мощных наклонных угольных пластов на базе разработанных технологических решений, выполненных на основе аналитических и шахтных исследований, имеющих важное научное и практическое значение для теории и практики проектирования горнотехнических систем, внедрение которых обеспечивает повышение эффективности, безопасности и полноты извлечения запасов полезного ископаемого и вносит значительный вклад в освоение угольного бассейна Куангнинь.
Основные выводы, научные и практические результаты, полученные лично автором, заключаются в следующем:
1. На основе анализа мирового опыта отработки мощных наклонных угольных пластов установлено, что одним из направлений повышения интенсивности, безопасности и полноты извлечения запасов Куангинского месторождения является рациональное сочетание комбинированной технологии и пространственно-планировочных решений по отработке запасов выемочных полей с учетом горно-геологических условий и горнотехнических факторов.
2. На основе аналитических исследований установлены зависимости, при которых максимальное значение угла устойчивого наклона забоя угольного пласта составляет 10о, что приводит к увеличению угла разворота линии очистного забоя от 15 до 35о при углах падения пластов от 18 до 35о соответственно, при этом длина лавы увеличивается со 100 до 120 м, а угол наклона линии очистного забоя в продольной плоскости уменьшается от 2 до 4о.
3. Обоснование параметров технологии отработки мощных наклонных угольных пластов с разделением на наклонные слои необходимо осуществлять с учетом закладываемого в расчетах коэффициента запаса прочности n, так как он является определяющим для установления мощности предохранительной межслоевой пачки.
4. На основе проведенных шахтных экспериментальных и аналитических исследований предложены прогрессивные варианты способов подготовки и отработки запасов мощных наклонных угольных пластов, которые заключаются в совмещении во времени и разделении в пространстве технологических схем ведения очистных работ при двухстадийной отработке запасов мощных наклонных угольных пластов поперечно-наклонными и горизонтальными слоями, позволяющие оптимизировать пространственнопланировочные решения при отработке выемочных участков и частей шахтного поля.
5. Разработаны варианты технологических схем отработки мощных наклонных угольных пластов, позволяющих сократить объем проведения подготовительных выработок на 30% и увеличить нагрузку на пласт в полтора раза.
6. Разработано программное обеспечение, позволяющее в автоматизированном режиме решать инженерные задачи по выбору средств механизации с учетом горно-геологических условий и горнотехнических факторов и предложений мирового рынка горной техники.
7. Определена область эффективного освоения запасов Куангнинского угольного бассейна на основе разработанной классификации технологии отработки мощных наклонных угольных пластов в зависимости от угла падения и мощности пласта с учетом применения средств комплексной механизации.
8. Определена экономическая эффективность разработанных проектных решений, применение которых позволяет в короткий срок окупить инвестиции на строительство шахты и приобретение механизированных комплексов (срок окупаемости составляет менее 6 лет с учетом периода строительства шахты) и обеспечивает при ставке дисконтирования 15% чистый дисконтированный доход в размере более 150 млн. руб.
9. Разработан программный модуль, реализующий алгоритм построения объемной 3D-модели распределения интенсивности напряжений по всей площади выемочного участка, позволяющий предвидеть потенциально опасные зоны и более осознанно вести горные работы.
Основные положения диссертации отражены в следующих работах автора:
1. Брагин Е.П., Виткалов В.Г., Фам Чунг Нгуен. Давление горных пород на механизированную крепь очистного забоя - Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2010. - № 10. - с. 37-40.
2. Фам Чунг Нгуен. Перспективы развития угольной промышленности социалистической республики Вьетнам. - Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2011. - № 2. - С. 359 -363.
3. Виткалов В.Г., Нгуен Ань Туан, Фам Чунг Нгуен. Обоснование проектных решений по подготовке и отработке наклонных мощных угольных пластов Куангнинского бассейна - Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2011. - № 9. - С. 25 - 31.
4. Виткалов В.Г., Нгуен Ань Туан, Фам Чунг Нгуен. Аналитические исследования по обоснованию угля диагонального положения линии очистного забоя для повышения эффективности разработки мощных наклонных угольных пластов. - Горный информационноаналитический бюллетень. - 2012. - № 2. - С. 5 - 12.
5. Виткалов В.Г., Нгуен Ань Туан, Фам Чунг Нгуен. Аналитические исследования по расчету параметров предохранительной пачки при слоевой отработки мощных угольных пластов. - Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2012. - № 6. - С.14 - 18.