Геотехнологии. Безопасность жизнедеятельности Әож 622. 817. 47

Метанмен күрес жүргізу проблемасы әрқашанда ТКӨЖҚЖҚМҒЗИ МЕК қызметінің басты бағыттары­ның бірі болды. Институт Қарағанды алабы шахтала­рына мыналарды дайындап, енгізді:

– көмір шахталарындағы тау-кен қазбаларындағы метанның молдығын метан пайда болу көздері бойын­ша болжамдау әдістері;

– тау-кен қазбаларын желдетудің, қазылатын кө­мір қабатын, жақындастырылған серіктес қабаттарды газсыздандырумен қазылып алынған кеңістіктерге жерастылық, сондай-ақ, жер бетінен бұрғыланатын ұңғымалау сұлбалары мен тәсілдері, тиісті норматив­тік құжаттар;

– газ факторы бойынша өндіру учаскілеріндегі жұмыстың жоғары өнімділігін қамтамасыз ететін газ бөлінуді желдету мен газсыздандыру құралдарымен басқарудың тәсілдері, сұлбалары мен параметрлері.

ТКӨЖҚЖҚМҒЗИ МЕК қызметкерлері КД маман­дарымен бірлесе отырып Қарағанды алабы шахтала­рындағы жұмыстардың газ факторы бойынша қауіпсіз жағдайларын қамтамасыз ету бағдарламасын жасады. Газ бөлінуді сондай-ақ, желдету, газсыздандыру, кәде­ге жарату жүйелеріне қойылатын шахталардың жаңа деңгейжиектерінің құрылысы мен қазу сатыларында сыртқа шығару қарастырылған. Оған қоса мыналар жоспарлануда:

– шахта алаңдарын жер бетіндегі ұңғымалардың көмегімен алдын ала газсыздандыруды қолдану;

– қазылып жатқан көмір тақталарын қабаттық жә­не алаңдық қазбалардан бұрғыланған ұңғымалармен алдын ала және ілгерлік газсыздандыру;

– игеріліп жатқан тақталары және қазылып алын­ған кеңістіктерді ұңғымалар орналасуының әртүрлі сұлбалары бойынша ағымдық газсыздандыру.

Тазалау қазындыларындағы газдың өте жоғары молдылығы кезінде газсыздандырудың көрсетілген тәсілдерімен бір мезгілде метанды желдету құралда­рымен оқшаулап шығарудың әртүрлі тәсілдері пайда­ланылады.

Көмір алабы шахталарының өнімділігі жоғары лаваларындағы соңғы жылдар ішіндегі газ бөліну бойынша жүргізілген зерттеулердің нәтижелері негі­зінде Көмір шахталарындағы желдету жобалау жөнін­дегі басшылықты қайта қарастыру жүргізілуде.

Қарағанды алабындағы көмір тақталарын дайын­дау мен игерудің қолданылып жүрген технологиялық карталары ескірді және көмір өндірудің қолданылып жүрген қазіргі заманғы технологиясы мен жаңа ұрпақ­тық тау-кен-тазарту техникасын есепке ала отырып, қайта өңдеуді талап етеді. Институт қазіргі уақытта тазарту кенжарларында көмір қазу қарқындап келе жатқан кезде газ мол жиналған, лақтырылыс және өрт қауіптілігі бар тақталарды дайындау мен игеру жөнін­дегі технологиялық сұлбалардың жаңа альбомын жа­сау бойынша үлкен жұмыс жүргізуде. Бұл дайындама­лар жұмыстарды жүргізудің ең жоғары қауіпсіздігін қамтамасыз етуге және метаны мол қабаттары бар тазарту кенжарына түсетін жүктемені сөткесіне 6000 және одан да көп тонна көмірге арттыруға және ұзын­дығы 1000 метрден астам дайындық қазбаларын жоға­ры қарқынмен жүргізуге мүмкіндік береді.

Институт қызметкерлері көптеген жылдар бойы кө­мір мен газдың кенеттен лақтырылыс жасауының алдын алу проблемаларымен айналысуда. Олардың шахталарға енгізілген дайындамалары осы күрделі әрі болжамдалуы қиын аварияларға байланысты тәуекелдерді барынша азайтуға жағдай жасайды. ТКӨЖҚЖҚМҒЗИ МЕК – да Қарағанды көмір алабы шахталары үшін тақталар­ды ашу мен дайындау қазбаларын жүргізу кезінде көмір мен газдың кенеттен лақтырылыстарымен күрес жүргізудің жергілікті тәсілдері жасалып, сынақтан өткізілді және енгізілді. Оларға газ аса мол жиналған қабаттардағы газ лақтырылыстары мен бұрынырақта жүріп өткен қазындыларға жақын жердегі лақтыры­лыстар бойынша қауіпсіз аймақтарды анықтау әдістері жатады. Институт қызметкерлері КД мен шахталар­дың мамандарымен бірге отырып «Лақтырылыс қаупі бар әрбір тақтаны ашу мен игеру кезінде көмір мен газдың кенеттен лақтырылыстарымен күрес жөніндегі шаралар төлқұжаттарын» дайындайды. Төлқұжаттар­да кенеттен болатын лақтырылыстарды болғызбаудың өңірлік және жергілікті тәсілдері, лақтырылыстарға қарсы шараларды орындау кезіндегі жұмыстарды ұйымдастырудың кезендері мен кезектілігі, олардың тиімділігіне бақылау жасау белгіленді.

Қарағанды алабының газ – динамикалық құбылыс­тары бойынша ең белсендісі КД-ның Ленин атындағы және «Тентек» шахталары игеретін көмір жатқан «Д6» тақтасы болып табылады. Бұл тақта бойынша дайын­дық қазбаларын жүргізу кезінде қауіпсіз жағдайларды қамтамасыз ету мақсатында ТКӨЖҚЖҚМҒЗИ МЕК қызметкерлері бұл тақтаны алаңдық қазындылардан бұрғыланған, тақта астында арнайы жүргізілген ұңғы­маларымен газсыздандыруға бағытталған теориялық және сынақтық зерттеулер циклін орындады. Тақта орнына крест түрінде бұрғыланатын ұңғымалардан газ бөліну динамикасының белгіленген заңдылықтары негізінде газсыздандыру параметрлерін анықтаудың технологиялық сұлбалары мен есептік формулалары дайындалды. Газ – динамикалық құбылыстарды бол­ғызбау жөніндегі техникалық шешімдерді енгізу бұл шахталарда дайындық кенжарларын проходкалаудың жылдамдығын 30-40-тан 100-120 м/ай-ға дейін артты­руға мүмкіндік берді.

Жоғарыда аталған проблемаларды шешудің кешен­ді тәсілінің арқасында ҚД шахталарында газсызданды­ру мен метанды желдету құралдарымен оқшаулап шы­ғарудың әртүрлі әдістері мен сұлбаларын қолдану есе­бінен бір лавадан метанның 90-120 м³/мин. көлеміндегі мөлшерін шығарудың сәті түсті, бұл тазарту қазбала­рындағы газбен молығуды 70-80%-ға төмендетеді.

Тұтастай алғанда ТКӨЖҚЖҚМҒЗИ МЕК-ның КД шахталары үшін ғылыми дайындамаларын енгізу есе­бінен соңғы он жылдың ішінде жыл сайын шығарыла­тын метан мөлшерін 1998 жылғы 43,0 млн м³-тан 2007 жылғы 118,4 млн м³-қа дейін арттыруға қол жеткізілді, сонымен бірге қазандық қондырғылар да жыл сайын 5,0-ден 27,5 млн м³-ке дейінгі мөлшерде отын есебінде пайдаланылды.

Қазіргі уақытта Қарағанды алабы шахталарында кеніштік атмосферадағы метан көлемін, ауа шығыны мен оларды бірыңғай орталықтанған жүйеге беруді бақылауда қолданылатын стационарлық аппаратура әбден ескірді. «Тентек» шахтасындағы аварияны тек­серу жөніндегі үкімет комиссиясы ұсынған шараларға сәйкес «АрселорМиттал Темиртау» АҚ Көмір депар­таментінде шахталарда қолданылып жүрген шахта атмосферасына аэрогаздық бақылау (АГБ) жүйесін жаңа, неғұрлым жетілдірілген түрімен алмастыруға шешім қабылданды. Бұл жүйе «Devis Derby» (Англия) компаниясы шығаратын тау-кен кәсіпорнын басқару мен диспетчерлік бақылаудың автоматтандырылған Жүйесіне (ТККБДБАЖ) құрамдас бөлік ретінде кіреді. Ол жабдықтар мен тетіктерді басқару, жерасты персо­налы мен көліктік құралдардың қозғалысын қадаға­лау, диспетчердің жерасты объектілері мен қатты дауысты байланысты қамтамасыз етуі және кеніштік атмосфера жағдайына бақылауды қамтамасыз етуі жә­не кеніштік атмосфера жағдайына бақылауды жүзеге асыру міндеттерін орындауға мүмкіндік береді. Жүйе Ресей Федерациясындағы Кузнецк көмір алабы шахта­сында болып өткен авариядан кейін жетілдірілді.

Жүйе негізі объектілерді қадағалап отырып, аппа­ратура жұмысына рұқсат етілмеген араласу кезінде файлда сигналдық белгінің пайда болуымен файлдар түр өзгерістерінің барлық нұсқаларын сақтауға әрқа­шан да дайын тұрудан құралды. ТККБДБАЖ құрам­дас бөліктерінің жоғарыда орналасқан блоктары жер астындағы датчиктерден кеніш атмосферасының жағ­дайы туралы ақпараттарды үнемі жинап отыруды жү­зеге асырады және қауіпті құрамдас бөліктер белгілен­ген нормадан асқан кезде дыбыстық және жарықтық сигналдар береді. Жүйе газ атмосферасына үздіксіз бақылауды бақыланатын объектілерге электр қуатын беру тоқтатылған кездің өзінде де өзін өзі қоректенді­руге өзгеден қосылу есебінен қамтамасыз етеді. Ол бөгде пайдаланушылардың араласуынан қорғалған, бұған қоса онымен арнайы үйретілген әкімшінің ғана жұмыс істеуіне рұқсат етіледі.

Шахтаның жерасты бөлігінде орналасқан ТККБДБАЖ-нің барлық электр жабдықтары мен дис­петчердің жерасты объектілері мен қатты сөйлесу бай­ланысы жарылыстан қорғанудың жоғары деңгейінде, оның ерекше түріне сай келетін-«і» «ұшқынға қауіпсіз электр тізбегімен» орындалған және де оны метан га­зының жоғары мөлшерлері жағдайларында да қолда­нуға болады.

Тау-кен қазбаларындағы, ауа өткізушілердегі (желдету құбыр жолдарындағы) ауа жылдамдығын өлшеу үшін ауа ағынының 0,15-тен 12 м/с аралығын­дағы жылдамдығын өлшейтін WGA 15.07 үлгісіндегі анемометрлер мен 0,1-ден 30 м/с аралығындағы ауа ағыны жылдамдығын өлшейтін «Ақпараттық тау-кен технологиясы» (Ресей) ЖШС шығаратын СДСВ01 үлгісіндегі өлшегіштер қолданылатын болады. Метан мен көміртек тотығының мөлшерін өлшеу тұрақты тоқтың ұшқынға қауіпсіз дербес көзінен қоректенген «Woelke I№ dustrie tktrnhj GmbH» Германия фирмасы шығаратын F№№OVEX/MO№IVET газталдауышта­рымен жүзеге асырылады. Бақыланып отырған газдар­дың мөлшері артқан кезде AVS4 үлгісіндегі сигнал беру қондырғысы дабылдық жергілікті сигналдарын береді. ТКӨЖҚЖҚМҒЗИ МЕК мамандарды осы жүйе мен оған кіретін «Devis Derby» Англия компаниясы мен «Woelke I№ dustrie tktrnhj GmbH» Германия фир­масы шығаратын шахта ауасына бақылау жасау при­борларын зауыттық сынақтардан өткізуге қатысты. Нәтижесінде бұл аппаратураның өнеркәсіптік қауіп­сіздігіне баға беру мен газ бен шаң қаупі шахталарда қолданудың мүмкіндіктері және сараптамалық қоры­тындылар дайындалды. Қазақстан Республикасы Төтенше жағдай жөніндегі министрлігінің бақылау жасау органдарының Жүйені тәжірибелік пайдалануға рұқсат ету туралы оңды шешім болған жағдайда «АрселорМиттал Темиртау» АҚ Көмір департаменті шахталарына енгізу басталатын болады.

Соңғы уақытта институтта тау-кен жұмыстары қауіпті аймақтарға жақындаған кезде гео- және газ-динамика көріністерінің күштік критерийін белгілеу­мен тау-кен құтқарушылары Ғылыми-инженерлік ор­талығымен және «Бүкілодақтық маркшейдер ғылыми зерттеу институты (Санкт-Петербург, Ресей Федера­циясы) тау-кен өнеркәсібінің мемлекеттік кәсіпорны» Ұлттық орталығымен бірге геодинамикалық аудандас­тыру, белсенді опырылыстарды бөліп көрсету мен олардың тау-кен жұмыстарына ықпал ету аймағын анықтау жөніндегі жұмыстар жүргізілуде.

ТКӨЖҚЖҚМҒЗИ қызметінің маңызды бағытта­рының бірі эндогендік өрттерінен сақтандыру мен оларды сөндіру болып табылады. Бүгінгі күндері «Ар­селор Миттал Темиртау» АҚ Көмір департаменті шах­таларындағы қазылып жатқан тақталардың бәрі өрт қаупі бар тақталар болып табылды. Эндогендік өрт­терден сақтандыру зертханасының ұжымы көмірдің ертерек сатыда өздігінен тұтануын табатын аралас тәсілді жасап шығарды, ол көмір температурасын өл­шеулер мен барлық шахталарда кең қолданылатын ауа сынамаларын іріктеуден тұрады.

«Көмір» әскерилендірілген авариялық-құтқару қызметімен (ӘАҚҚ) және «Қазақстан Республикасы Төтенше жағдайлар жөніндегі министрлігін өнеркәсіп­тік қауіпсіздік проблемалары бойынша Ұлттық зерт­теу орталығы» мемлекеттік қазыналық кәсіпорынмен бірге «Қарағанды алабы шахталарында жерасты өрт­терінен сақтандыру мен сөндіру жөнінде Нұсқаулық» жасалды. Көмірдің өздігінен тұтануының ертерек белгілері анықталған кезде институт қызыметкерлері, оны жасаушылар шахталардың, Қазақстан Республи­касы Төтенше жағдайлар жөніндегі министрлігі тау-кен құтқарушыларының Ғылыми-инженерлік орталы­ғы және «Көмір» ӘАҚҚ мамандарымен бірлесе оты­рып, тұтану ошағын жою жөніндегі шараларды жүзеге асыруға белсенді қатысады.

Мұнымен бірге «АрселорМиттал Темиртау» АҚ Көмір департаменті шахталарында жерасты өрттері­нен сақтандыру жөніндегі алдын алу жұмыстары әлі де болса белсенді жүргізілмеуде. Бұл жекелеген жағ­дайларда пайдаланып жүрген лавалардың қазылған кеңістігі мен оларға жапсарлас жатқан кентіректегі өрт шығу қауіптілігі бар процестердің дамуына әкеп соғады, жерасты өрттері болудың қосымша қаупін ту­ғызады. «АрселорМиттал Темиртау» АҚ-ның бұл ба­ғыт бойынша ғылыми-зерттеу жұмыстарын іс жүзінде қаржыландырмайтынын атап өту қажет.

ТКӨЖҚЖҚМҒЗИ ғылыми қызметінің басқа бір маңызды бағыты көмір шахталарындағы шаңды алдын алу мен онымен күрес жүргізу болып табылады. Институт мамандары КБ мамандарымен бірге «Көмір шахталарындағы шаң-жарылыс қаупінен қорғану жә­не шаңмен күрес жөнінде басшылықты» дайындады, тазарту және дайындық жұмыстарындағы шаң басу жөніндегі жұмыстар осы басшылыққа сәйкес орында­лады. Көмір шаңы жарылыстарын жайылдырмау үшін СПР- полиэтиленді түтікқұбырлы ыдыстар негізінде су тосқауылдағыштарға зерттеулер жүргізіліп, құрыл­ғылары дайындалды, тау-кен қазбаларын тақтастанды­ру мен ақтауға арналған ЭУ-1 әмбебап эжекторы жа­салды, ол Қарағанды алабы шахталарына енгізіліп, табысты қолданылып жүр.

Институт қызметкерлері сондай-ақ, қауіпті көмір және тау-кен кешендеріне арналған және материалдар мен бақылау-өлшеу приборларына, жаңадан жасалған немесе жаңартылған тау-кен – шахталық электр жаб­дықтарының техникалық құжаттамасына сараптама жасау жөніндегі жұмысты да үнемі атқарып отырады. Қазақстан Республикасында импорттық жабдықтарды, электртехникалық қондырғылар мен бақылау-өлшеу приборларын қолдану мүмкіндігіне сараптама өткізі­леді және қорытындылар береді. Қызметкерлер газ бен шаң қаупі бар шахталар мен басқада қауіпті өнді­рістерге қауіпсіз жабдықтар мен приборларды пайда­лануға енгізу жөніндегі зауыттық сынақтарға қатыса­ды. Нормативтік-техникалық құжаттаманы (ережелер­ді, нұсқаулықтарды, МС-ды, техникалық құжаттарды) дайындауға және тау-кен кәсіпорындары басшылары мен мамандарын өнеркәсіптік қауіпсіздік мәселелері бойынша оқытуға да маңызды орын беріледі.

ТКӨЖҚЖҚМҒЗИ сараптау мекемесі ретінде өзі­нің негізгі қызметінен тыс Қазақстан Республикасы аумағында отандық және импорттық жаңа жарылғыш заттар мен жару құралдарын қолдану жөнінде ұсы­нымдар береді.

Қарағанды алабы шахталарындағы еңбектік қауіп­сіз жағдайларын қамтамасыз ету жөніндегі көптеген проблемалардың шешуіне қарамастан бірқатар шешіл­меген мәселелер де орын алған. Мысалы, әзірше көмір мен газдың кенеттен лақтырылыстарымен күрес проб­лемасын іс жүзінде толыққанды шешудің сәті түспеді, осыған байланысты бұл саладағы, оның ішінде газ-динамикалық құбылыстарды болжамдау мақсатымен лақтырылыс қаупі бар жағдайлардың қалыптасу гео­механикасындағы ғылыми ізденістер мен зерттеулерді табанды түрде жалғастыру қажет.

Қарағанды ТКӨЖҚЖҚМҒЗИ дайындаған техни­калық шешімдердің Қарағанды алабы көмір шахтала­рында ғана емес, сондай-ақ, Екібастұз көмір тілекте­рінде, Жезқазған мен Балхаш кеніштері мен мыс қоры­ту зауыттарында да қолданылатынын атап өту қажет.

Факторами, влияющими на эффективность применения анкерной крепи в подготовительных выработках, являются: прочность закрепления анкеров во вмещающих породах; размеры области опасных деформаций пород вокруг выработок; величина смещения пород кровли, боков за срок службы выработки и предельная величина безопасного смещения (опускания) закрепленных анкерами пород кровли в выработке за срок ее службы.

На процесс поддержания выработок оказывают влияние геомеханические, технологические факторы, а также промежуточного характера, возникающие в результате влияния горных работ на геомеханическое состояние массива пород. К геомеханическим факторам можно отнести природные параметры массива: прочность, объемный вес, трещиноватость, глубину залегания, угол падения и др.; к технологическим – форму и сечение выработки, податливость и несущую способность крепи. В группе факторов промежуточного характера наиболее важными следует считать опорное давление вокруг очистного забоя и искусственно вызванную при проведении выработок трещиноватость вмещающих пород и угольных пластов.

Прочность пород в Карагандинском бассейне с ростом глубины их залегания закономерно возрастает. Объемный вес пород (γ) до глубины 1000-1200 м меняется от 2,3 до 2,7 г/см³ и в среднем для расчета веса покрывающей толщи может быть принят 2,5 г/см³. С ростом глубины увеличивается вертикальная составляющая горного давления γН, однако при этом изменяется и прочность вмещающих выработку пород. На одной и той же глубине прочность даже для однотипных пород может меняться в значительных пределах.

Целесообразным будет применение комплексного безразмерного критерия, учитывающего глубину, прочность пород и их плотность

(1)

где γ – плотность угля, кН/м³;

Н – глубина разработки, м;
σ_сж – прочность горных пород, кН/м².

Природная трещиноватость пород различных типов на разных глубинах не остается величиной постоянной. Слабые поды, как правило, ослаблены в большей степени.

В породах Карагандинского бассейна широко развиты трещины эндогенного и экзогенного кливажа. Густота трещин эндокливажа обусловливается составом пород и мощностью их прослоев. Степень интенсивности трещиноватости уменьшается от аргиллитов к алевролитам и песчаникам и по мере увеличения мощности слоев независимо от литологических разностей пород. Расстояние между экзогенными трещинами колеблется от нескольких сантиметров до 10 м и зависит от тектонического строения участка, литологического состава пород и степени их метаморфизма. В мягких породах они встречаются чаще, чем в прочных. Величину К_стр принимать для пород: слаботрещиноватых – 0,9-1,0; среднетрещиноватых – 0,7-0,89; сильнотрещиноватых – 0,5-0,69.

Фактор трещиноватости массива может быть учтен коэффициентом структурного ослабления К_стр:

(2)

Характер проявления опорного давления вокруг очистного забоя существенно зависит от глубины залегания пласта, его мощности, длины очистного забоя. Увеличение горного давления в зоне поддержания выемочного штрека учитывается коэффициентом концентрации, величина которого на глубинах до 700 м достигает К_конц = 2,0. По оси очистного забоя коэффициент концентрации горного давления на этой глубине достигает 3,5-4,0. С учетом опорного давления показатель трудности условий поддержания составит

(3)

При К < 0,3 условия поддержания считаются легкими, при К = 0,3-0,5 – средней трудности, при К = 0,5-1,0 – трудными, при К > 1,0 – очень трудными (таблица 1).

По совокупности воздействия отрицательных факторов в бассейне к сложным по условиям поддержания выработок можно отнести следующие пласты: к₁₈, к₁₄, к₁₃, к₄, к₃, к₂ в Промышленном районе; к₁₀, к₇, д₇ – на Саранском и Шаханском участках; к₁₃, д₂, д₁ – в Шерубай-Нуринском районе.

Для оценки сложности различных горно-геологи­ческих условий шахтопластов Карагандинского угольного бассейна произведено ранжирование по формальным критериальным признакам в соответствии с технологическими последствиями горных работ. Ниже приведен перечень формальных геотехнологических критериальных признаков, по которым произведена оценка и сформирован итоговый алгоритм.

К_А. Управляемость кровли: мощность пород непосредственной кровли (М_к) / вынимаемая мощность пласта (m_п): диапазоны: У ≥ 6 – легкоуправляемая; 3 ≤ У < 6 – средней управляемости; 0 ≤ У < 3 – трудно управляемая. Экспертный коэффициент по классам кровли: для 1 – к_п = 1,0; 2 – к_п = 0,7-0,8; 3 – к_п = 0,5.

К_Б. Крепость породы непосредственной кровли: Q_сж, Н/м²: диапазоны: Q_сж до 13,5 – сложена углистым аргиллитом, к_п = 0,5; 13,5-400 – аргиллит, к_п = 0,75; 400-500, аргиллит с алевролитом, к_п = 0,85; 500-600, алевролит, к_п = 1,0.

К_В. Предел прочности вмещающих пород на сжатие, Q_сж, МПа: диапазоны: Q_сж ≤ 12, к_п = 0,5; Q_сж ≤ 15, к_п = 0,6; Q_сж ≤ 20, к_п = 0,7; Q_сж ≤ 25, к_п = 0,85; Q_сж ≤ 30, к_п = 0,9; Q_сж ≥ 30, к_п = 1,0.

К_С. Мощность пород непосредственной кровли при пределе прочности на растяжение q_р, Н/м²: q_р^нк/q_р^ок

Непосредственная кровля

к_п = 0,7 – углистый аргиллит,

к_п = 0,75 – аргиллит,

к_п = 0,8 – аргиллит,

к_п = 0,9 – алевролит-аргиллит,

к_п = 0,95 –алевролит,

к_п = 1,0 – алевролит.

Основная кровля

М_к < 2м, 11/65, алевролит;

М_к ≤ 2, 45/65, алевролит;

М_к > 2, 45/65, алевролит;

М_к > 2, 50/65, алевролит;

М_к > 2, 55/60, алевролит;

М_к > 2, 55/60, песчаник.

К_Д. Дизъюнктивная нарушенность пласта (число нарушений на километр выемочного поля), к_н, шт/км²:

диапазоны: к_н до 3 – к_п = 1,0; 3-5 – к_п = 0,9; 6-10 – к_п = 0,75; 11-15 – к_п = 0,6; 16-20 – к_п = 0,55; 21-25 – к_п = 0,5; 26-30 – к_п = 0,45; 31-40 – к_п = 0,4; 41-50 – к_п = 0,35; 51-60 – к_п = 0,3

К_Е. Длина нарушений на километр выемочного поля, к_l (км/км): диапазоны: к_l до 0,5 – к_п = 1,0; 2 – к_п = 0,9; 4 – к_п = 0,8; 6 – к_п = 0,7; 8 – к_п = 0,6; 10 – к_п = 0,5; 12 – к_п = 0,4; 14 – к_п = 0,3.

К_J. Трещиноватость пород непосредственной кровли по углу их распространения а_р: диапазоны: а_р до 40° – к_п = 1,0; 50° – 0,85; 60° – 0,75; 70° – 0,5; 80° – 0,4; 90° – 0,3.

К_К. Расстояние между трещинами b: диапазоны: b > 5 м – к_п = 1,0; 4 – 0,85; 2 – 0,7; 1,0 – 0,5; 0,5 – 0,3; < 0,2 – 0,2.

К_L. Наличие ложной кровли Н_лк: диапазоны: Н_лк до 100 % – к_п = 0,5; 90 % – 0,7; 80 % – 0,8; 70 % – 0,9; 50 % – 1,0.

К_М. Мощность ложной кровли М_лк: диапазон М_лк = 0,1-0,2 – к_п = 0,8; 0,2-0,4 – 0,7; 0,4-0,6 – 0,5;
0,6-0,8 – 0,4.

К_N. Обводненность выработок О_в: диапазоны: О_в до ≤ 5 м³/ч – к_п = 1,0; 15 – 0,85; 25 – 0,75; 35 – 0,6;
50 – 0,5; 70 – 0,3; 100 – 0,1.

Общий оценочный показатель к_об определяется суммой формальных критериальных признаков

(4)

Условия, которые в большей степени являются сложными, обладают суммой по формальным критериальным признакам, которая равна одиннадцати, возможность и целесообразность использования крепи в иных условиях оценивается по отношению к максимальному значению (см. рисунок 1). Разработанная компьюторная версия экспертной информационной системы программы по заданному алгоритму выводит также информацию о том признаке (R), который оказывает преобладающее негативное влияние и на который необходимо воздействовать для повышения эффективности горных работ.

В таблице 2 приведены факторы, обусловленные горно-геологическии особенностями разработки в странах с развитой угольной промышленностью, в сравнении с условиями залегания угольных пластов в Карагандинском бассейне.

Таблица 1 – Показатели, характеризующие тектоническую нарушенность угленосных районов и участков Карагандинского бассейна

Угленосный район бассейна	Участок района	Угол падения толщи а1, градус		Средняя протяженность разрывных нарушений, а2, км	Относительное количество разрывных нарушений, а3, 1/км2	Относительная протяженность разрывных нарушений, а4, км/км2	Коэффициент дизъюнктивности КД, 1/км
		от-до	средний
Караган­динский	Промышленный (центр)	5-25	15	1,0	0,2	0,2	0,35
	Саранский	10-30	20	1,6	0,8	1,8	0,58
Шерубай-Нуринский	Южный	15-60	37	1,9	1,8	3,4	1,52
	Центральный	10-30	20	2,4	1,2	2,9	1,04
	Караджаро-Шаханский и Долинский	0-40	20	2	0,7	1,4	1,1
Тентекский	Тентекский	5-30	17	1,2	0,8	1	0,5

Шахта им. Костенко: (R): У – управляемость кровли; М – мощность пород непосредственной кровли;

Р – расстояние между трещинами; Д – дизъюнктивная нарушенность пласта

Рисунок 1 – Сложность условий разработки по пластам и шахтам

Таблица 2 – Факторы, обусловленные горно-геологическим особенностями разработки

Параметр	Германия	Велико­британия	Австралия	США	Карагандинский бассейн
Глубина разработки, м	1000	600	260	360	450-820
Вертикальная составляющая горного давления рn, МПа	25	15	6,5	9	15
Горизонтальная составляющая горного давления рr, МПа	pr = 1 × pn 25	pr = 1,5 × pn 22,5	pr = 2 × pn 13	pr = 1 × pn 18	15
Мощность угольных пластов, м	2,0	2,5	3,1	2,2	1,0-8,5/ средняя 2,28
Угол залегания пластов, град	5-10, не более 15	не более 5	не более 5	не более 5	7-25
Породы кровли	от тонкослоистых аргиллитов до песчаников yсж=35-80	от аргиллитов до песчаников yсж=35-70	от аргиллитов до песчаников, от части уголь yсж=5-80	от аргиллитов до песчаников и известняков yсж=10-80	от аргиллитов до песчаников yсж=10-80
Породы почвы yсж прочность на одноосное сжатие в МПа	тонкослоистые аргиллиты, растительные прослойки и угольные пропластки yсж=45	аргиллиты, частично пересеченные корнями yсж=45	аргиллиты, частично пересеченные корнями yсж=40	аргиллиты, частично песчаники yсж=40	аргиллиты

Комплексная отработка нескольких пластов на большой глубине в Германии требует в большинстве случаев поддержания выемочных штреков после первого прохода лавы (отработка участка прямым ходом – схема «EV»). В некоторых случаях выработки должны обеспечивать отработку второй лавы (отработка первой лавы прямым и второй лавы обратным ходом – схема «ZR»). Это необходимо по следующим причинам: высокая температура вмещающих пород и газообильность пластов требуют подсвежения исходящей струи за лавой; стремление избежать оставления жёстких целиков, так как опорное давление при отработке нескольких пластов приводит к существенным повреждениям горных выработок и, кроме того, к неравномерному оседанию земной поверхности со значительными повреждениями.

В немецких (как и карагандинских) шахтах выемочные штреки имеют как арочное, так и прямоугольное сечение. Вследствие небольшой мощности пластов в большинстве случаев требуется подрывка кровли и (или) почвы. По условиям размещения оборудования в штреке его остаточная ширина около лавы должна быть не меньше 5,0-5,5 м, а при использовании арочной крепи необходимо, чтобы штрек в проходке имел ширину до 7,5 м.

Для сравнения: на шахтах англосаксонских стран используются штреки шириной 4,5-6,0 м прямоугольной формы, закреплённые анкерной крепью, которые проходятся исключительно комбайновым способом по пласту с оставлением жёстких или податливых целиков. Штреки погашаются после прохода лавы (отработка участков обратным ходом «ER»). Для шахт англосаксонских стран не характерно высокое опорное давление под воздействием краевых частей соседних пластов и опускание слоёв пород кровли вслед за лавой.

На рисунке 2 показаны факторы, связанные с использованием выемочных штреков.

до 3

низкая

до 4,5

средняя

от 4,5

высокая

Рисунок 2 – Системы анкерного крепления на шахтах в зависимости от степени напряженности
породного массива и схемы использования штреков
В таблице 3 представлены технологические факторы применения анкерной крепи.
Таблица 3 – Технологические факторы применения анкерной крепи

Технологический фактор	Германия		Великобритания	Австралия	США	Карагандинский бассейн
Длина анкера, м	25,0-30,5		22	19-21	16-19	22
Длина анкера по породе, м	2,1-2,4		2,1-2,4	1,5-2,4	2,1-2,4	2,3 (2,9)
Расчетная несущая способность, кН (в зависимости от материала)	360-540		310	220-320	150-220	250
Форма сечения выработки	арочная	прямоугольная	прямоугольная	прямоугольная	прямоугольная	прямоугольная
Плотность установки анкеров, анкер/м2: кровля бока	1-2 0,6-1,9	1,4-2,2 0,5-1,2	1,1-3,0 0,3-0,9	0,5-0,7 0,11-0,23	0,4-0,7 0.09-0,15	1,0-1,5 0,6-0,7

УДК 622.28

Податливые анкера – как способ оптимизации совместной работы крепи и массива

Р.А. МУСИН, магистрант, Н.И. СЕРЯКОВ, магистрант, Карагандинский государственный технический университет, кафедра РМПИ

Ключевые слова: анкер, крепь, податливость, выработка, напряжённо-деформированное состояние.

Введение. Анализ условий отработки угольных и рудных месторождений показывает, что значительную часть эксплуатационных расходов составляют затраты, связанные с обеспечением устойчивости горных выработок. Существенное улучшение состояния выработок может быть обеспечено только за счет разработки новых и совершенствования известных малозатратных способов и средств, направленных на повышение устойчивости окружающих пород.

Одним из перспективных направлений при решении данной задачи является применение анкерных систем. Традиционно анкер рассматривается как силовой элемент, создающий отпор массиву на контуре выработки и оказывающий сопротивление расслоению пород.

С технической точки зрения анкерная крепь характеризуется конструктивным исполнением и несущей способностью (усилие выдергивания). Несущая способность анкера определяется способом и условиями закрепления в шпуре и является одной из важнейших его характеристик. Поэтому совершенствование способов и средств закрепления анкера связано с повышением надежности и эффективности анкерных систем.

жүктеу/скачать 487.57 Kb.

Достарыңызбен бөлісу: