УДК 662.831.3 Виткалов Виктор Григорьевич проф., к.т.н. Фам Чунг Нгуен
advertisement
УДК 662.831.3 Виткалов Виктор Григорьевич проф., к.т.н. Фам Чунг Нгуен аспирант Московский государственный горный университет Нгуен Ань Туан к.т.н. Ханойский Институт Горной Науки и Технологии (ХИГНиТ) Вьетнам, г. Ханой АНАЛИТИЧЕСКИЕ И ШАХТНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ О ХАРАКТЕРЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КРЕПИ VINAALTA НА ШАХТЕ НАМ МАУ БАССЕЙНА КУАНГНИНЬ СРВ ANALYTICAL AND MINE EXPERIMENTAL RESEARCH TO DESCRIBE CHARACTER OF SUPPORT VINAALTA IN COAL MINE NAMMAU QUANGNINH SRV Исследования взаимодействия крепи с массивом проводятся с целью обоснования параметров, получения данных для объективной оценки влияния технологических процессов на работу очистного забоя, изучения влияния горно-геологических факторов на эффективность и безопасность ведения горных работ. Они базируются на определении значения и характера формирования горного давления по ширине и по длине выемочного участка, которые закладываются в расчет при обосновании технологических схем с выпуском подкровельной толщи угля и при слоевой выемке [1]. Наиболее полная информация о взаимодействии крепи с массивом может быть получена при совместном изучении значения и характера распределения горного давления на крепь подготовительных выработок и напряженного его состояния в зоне влияния горных работ. В связи с этим применяются комплексные исследования, включающие проведение как основных (установление характера формирования нагрузок на крепь очистного забоя), так и дополнительных (определение смещения породного контура подготовительных выработок, деформаций и напряжений в породах и крепи) измерений. При проведении комплексных исследований используются измерительные станции, объединяющие на определённом участке выработки комплекс устройств и приборов для измерения необходимых параметров. Для измерения величин горного давления на механизированную крепь, изучения формирования нагрузок на стойках крепи и их податливость в подготовительных выработок в зависимости от производственных процессов, 3 с 2007 по 2012гг на шахтe Нам Мау, были проведены исследования в которых авторы принимали непосредственное участие. Экспериментальные исследования были проведены на шахте Нам Мау при отработке пласта 6, лава была оборудована механизированным комплексом VINAALTA. Горно-геологические условия пласта 6 следующие: мощность пласта – 6,7м, угол падения пласта 6о, крепость угля по М.М. Протодьяконову составляет f = 1 2, плотность угля 1,65 т/м3. В районе пласта 6 непосредственная кровля представлена аргиллит мощностью 2,5 – 7м, средней устойчивости, а основная кровля представлена песчаником мощностью 4 – 22м, средней устойчивости. Размеры выемочного участка составляют по простиранию 210м и по падению 100м. Выкопировка с плана горных работ шахты Нам Мау при отработке пласта 6 представлена на рис 1. Рис. 1. Выкопировка с плана горных работ при отработке пласта 6 на шахте Нам Мау. В лаве измерение горного давления на механизированную крепь осуществлялось с помощью электронно-самопишущих манометров Leo record, которые были установлены по длине лавы на каждой 6 крепи (№ 1, 6, 12, 18, 24, 30, 36, 42, 48, 54, 60 и 66). Из данных полученных с электронных самопишущих манометров LEO Record и с помощью программы Microsoft Excel построили графики описывающие характер изменения реакций крепи по простиранию и по длине лавы, в зависимости от производительных процессов, которые представлены на рис.2. Из приведенного на рис.2 графика видно, что в начале горное давление было 146т и по мере выемке угля комбайном происходило увеличение площади обнажения непосредственной и основной кровли, что приводило к ее пригибанию и как следствие увеличение нагрузки на 4 крепь. Через 22м произошло обрушение кровли, что привило резкому умещению нагрузки на крепь с 156 до 170т до 146тонн на секцию. По мере отработки выемочного участка происходит увеличение площади обнажения и консоли основной кровли, что приводит к периодическому возрастанию и спаду нагрузки на крепь через 20м- 25м подвигания очистного забоя. Рис. 2. Динамика реакции механизированной крепи (№ 36) по длине выемочного столба. Замеры горного давления, проведенные в лаве пласта 6 после выемки угля и с выпуском угля из подкровельной толщи показали, что реакция крепи по длине лавы значительно изменяется. Максимальные значения горного давления приурочены к флангам лавы и колеблются в пределах 168170 тонн на секцию, что связано с оставлением пачки угля вдоль штрека шириной около 6м. В центральной части лавы давление несколько меньше и находится в приделах 164 – 165 тонн/секцию, что связно с выпуском угля из подкровельной толщи [3]. Динамика изменения горного давления по длине лавы показана на рис. 3. Рис. 3. Динамика горного давления по длине лавы при отработке выемочного участка механизированным комплексом VINAALTA. 5 На основания данных полученных с 11 замерных станций нами по программе Surfer в 3D построена объемная модель, которая представлена на рис.4. наглядно показывающая НДС горного массива по всей площади выемочного участка. Рис. 4. 3D-модель распределения интенсивности напряжении при отработке выемочного участка (пласт 6 шахта Нам Мау). Анализируя приведенную 3D-модель представленную на рис.4 видно, что шаг обрушения основной кровли колеблется в пределах 15 – 20м, что соотносится с ранние проведенными исследованными на шахтах района Уонг Би и Кузнецкого угольного бассейна [2,3]. Также были проведены шахтные экспериментальные исследования с целью изучения горного давления и смещения пород кровли и почвы в прилегающих к очистному забою подготовительных выработок. Замерные станции находятся в впереди лавы на расстоянии 200м с шагом установки 20м. Когда лава приближается к первой замерной станции, то замерную станцию переносят в конец, находящуюся в впереди лавы на расстоянии 180м (рис. 5). 6 Рис. 5. Схема расположения станций по измерению горного давления и смещения пород кровли в подготовительных выработках при отработке. Рис. 6. Замерная станция по изучению горного давления в подготовительной выработке. Замерная станция по изучению горного давления в подготовительной выработке, состоит из индивидуальной гидравлической стойки и электронного самопишущего манометра LEO Record. Схема строения замерной станции по изучению горного давления показана на рис. 6. На основании анализа полученных данных с электронных самопишущих манометров LEO Record, и по результатам инструментальных исследований построен график, описывающей характер изменению нагрузки на крепь по длине выемочного столба, который представлен на рис. 7. 7 Обработка результатов исследований методом математической статистики показала, что кривая, построенная по результатом шахтных исследований наиболее аппроксимируется уравнением вида P = -0.0008S4 + 0.0399S3 - 0.7014S2 + 4.3118S + 10.063 Где P – горное давление, МПа; S- расстояние от очистного забоя, м; R- коэффициент корреляции. Рис. 7. Характер формирования горного давления впереди очистного забоя по длине транспортного штрека. Из рис. 7 видно, что опорное горное давление на крепь штрека по простиранию выемочного участка меняется неравномерно. Максимум опорного горного давления расположен на расстоянии 5м в впереди лавы и составляет 19МПа и на расстояние 20м от забоя опорное горное давление приближается к исходному. Одновременно с замерами горного давления проводились исследования за характером смещения пород кровли в подготовительных выработках. Для измерения смещения кровли в подготовительных выработках, примыкающих к очистному забою, были оборудованы станции измерения смещения пород кровли в штреках на расстоянии 150м с установкой реперов через 10м. Измерения смещения кровли осуществлялось способом изменения цвета на линейках. Станция измерения смещения состоит из двух линеек А и В. На линейке В (или труба В) есть шкала с разметкой через 1мм. Расстояние с 0 до 25мм имеет зеленый цвет, с 25 до 50мм имеет желтый и с 50 до 75мм имеет красный цвет. Линейка В соединяется с анкером проволокой, которой расположен в скважине на глубине около 5,5м. На внутренней линейки А (труба А) также нанесена шкала. Строение 8 измерительной станции по измерению смещения кровли показано на рис. 8. Рис. 8. Строение измерительной станции по измерению смещения кровли. По результатам проведенных исследований [4] за смещением пород кровли, с использованием программы Microsoft Excel, нами была построена кривая отражающая характер смещения пород кровли, которая описывается уравнением вида y = -45.45ln(x) + 202.96 (рис. 9). Рис. 9. Смещение кровли на транспортном штреке +160. Из рис. 9 видно, что смещение кровли увеличивается по мере приближения замерной станции к забою. Чем меньше расстояние до забоя по простиранию выемочного участка, тем выше скорости смещения пород кровли в примыкающих подготовительных выработках, которая на 9 расстоянии от 0,5м до 5м до забоя изменяется от 230 до 130мм соответственно. Выводы: - в зависимости от свойств горных пород средняя интенсивность напряжений в массиве на ненарушенных участках составляет приблизительно 19 МПа. На отдельных локальных участках интенсивность напряженно-деформированного состояния горного массива превышает значение 50 МПа, а в зонах пониженных напряжений уменьшается до 10 МПа и менее. - 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. - 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. Литература. 1. Терентьев Б.Д., Мельник В.В. Геомеханическое обоснование подземных горных работ (часть 1. Подготовительные горные выработки). – М.: МГГУ, 2012. 2. Михеев О.В., Виткалов В.Г., Шундулиди И.А. Параметры технологических схем при двухстадийной отработке запасов мощных пологих пластов. – М.: МГГУ, 2004. 3. Громов Ю.В., Бычков Ю.Н., Кругликов В.П., Управление горным давлением при разработке мощных пологих пластов угля. – М.: Недра, 1985. 4. Яворский В.В. и др. Методы моделирования базовых параметров и выбора схем реализации горных выработок. – Караганда, 2007. 10 Аннотация. Проведены комплексные исследования с использованием измерительных станций, объединяющих на определённом участке выработки комплекс устройств и приборов для измерения опорного горного давления и смещений пород кровли прилегающих к очистному забою выработок. Установлены параметры распределения интенсивности напряжении при отработке выемочного участка. Установлена динамика реакции механизированной крепи по длине выемочного столба. Предложена 3Дмодель наглядно показывающая НДС горного массива по всей площади выемочного участка. Complex research with using measurement stations in area’s hydrauliclongwall and equipment were done for measuring pleasure of support underground and measuring displacement of rock near longwall. Calculate parameters of distribution pressuring when development. Installation of reaction dynamics powered support along area development. Suggestion 3D-model shows pleasure in all of area development. Ключевые слова. пласт, крепь, давление, параметр, лава coal seams, support, pressure, parameter, longwall 11