На примере шахты Алардинская рассмотрена проблема подземной разработки склонных к самовозгоранию и опасных по горным ударам пластов в условиях Кондомского геолого-экономического района Кузнецкого угольного бассейна. Рассмотрены противоречия требований нормативных документов к ширине межстолбовых угольных целиков при отработке пластов длинными очистными забоями в условиях эндогенной пожароопасности и при отработке пластов, опасных по геодинамическим явлениям. Данные противоречия препятствуют безопасной отработке пластов с использованием традиционно применяемых технологических схем при опасности самовозгорания углей и горным ударам. Представлена горно-геомеханическая модель, используемая для проведения численного трехмерного моделирования напряженно-деформированного состояния массива горных пород при различных схемах подготовки выемочных участков методом конечных элементов. Приведены результаты численного анализа напряженного состояния массива горных пород непосредственно перед горным ударом и установлены основные факторы, способствовавшие его возникновению при отработке пласта. Показана опасная степень концентрации напряжений в пласте угля у опережающих диагональных сбоек, особенно в условиях наложения опорного давления от краевых частей смежных ранее отработанных выемочных столбов. Выполнен анализ особенностей распределения напряжений в межстолбовом целике при различной его ширине. Разработаны рекомендации по совершенствованию технологических схем подготовки и отработки угольных пластов, склонных к самовозгоранию и опасных по горным ударам в условиях шахты Алардинская. Показана необходимость дальнейших исследований влияния целиков различного назначения, формируемых при отработке сближенных пластов, на напряженно-деформированное состояние ранее надработанных и подработанных пластов.
Рассмотрены причины отставания показателей ведущих российских угольных шахт, осуществляющих разработку пологих угольных пластов длинными очистными забоями, от аналогичных зарубежных. Выполнен анализ эффективности монтажно-демонтажных работ на шахтах АО «СУЭК-Кузбасс». Выявлены существенное превышение плановых сроков выполнения монтажно-демонтажных работ при отработке мощных пологих пластов, причины низкой эффективности демонтажных работ и основные направления совершенствования технологии демонтажных работ. Рассмотрены направления обеспечения эксплуатационного состояния демонтажных камер, формируемых очистным забоем. Представлены рекомендуемая схема отработки сближенных угольных пластов и трехмерная модель массива горных пород для обоснования ее параметров. Выполнены численные исследования с использованием метода конечных элементов. Показаны результаты моделирования напряженно-деформированного состояния массива горных пород в окрестностях демонтажной камеры, сформированной в условиях повышенных напряжений от краевой части ранее отработанного вышезалегающего пласта. Установлены основные факторы, определяющие возможность обеспечения эксплуатационного состояния демонтажных камер. Показана необходимость учета влияния зоны повышенных напряжений при выборе паспортов крепления и организации демонтажных работ при мощности междупластья 60 м и менее. Определена достаточная величина смещения для обеспечения эксплуатационного состояния демонтажной камеры под выработанное пространство 50 м, для монтажной камеры – 30 м. Даны рекомендации по совершенствованию технологических схем и организации монтажно-демонтажных работ на шахтах, ведущих отработку свит пологих угольных пластов длинными очистными забоями с формированием демонтажной камеры очистным комплексом.
Выполнен анализ современного состояния проблемы эффективной и безопасной отработки запасов в сложных горно-геологических условиях. Даны рекомендации по обеспечению повышения технико-экономических показателей угледобывающих шахт, отрабатывающих высокогазоносные пласты, склонные к самовозгоранию.
Приведены результаты численных исследований аэрогазодинамических процессов на выемочных участках при использовании систем разработки с подэтажным обрушением и выпуском угля с использованием механизированной крепи в условиях ООО «Шахта «Киселевская». Показано, что надежное и эффективное проветривание выемочного участка обеспечивается при использовании технологической схемы с тремя штреками в пределах подэтажа. Определены параметры схемы.
Рассмотрены вопросы обеспечения безопасности подземных горных работ при отработке запасов Прокопьевско-Киселевского месторождения Кузбасса. Выполнен анализ применяемых технологий и систем разработки. Даны рекомендации по повышению технико-экономических показателей, снижению аварийности и травматизма при отработке запасов мощных крутонаклонных и крутых угольных пластов.
Выполнен анализ современного состояния проблемы возникновения эндогенных пожаров при отработке угольных пластов в шахтах. Рассмотрено влияние горно-геологических условий на эффективность и безопасность отработки пластов, склонных к самовозгоранию. Показана необходимость комплексного подхода к решению проблемы эндогенных пожаров при отработке запасов в сложных горно-геологических условиях.
Рассмотрены вопросы оценки производственного потенциала горно-добывающих предприятий, роль ресурсной базы при оценке производственного потенциала шахт. Даны рекомендации по определению рациональной производственной мощности шахт. Показана необходимость разработки стратегии инновационного развития угледобывающих предприятий.
Выполнен анализ существующих методик оценки степени сложности горно-геологических условий для прогноза эффективности экономических инвестиций при освоении новых угленосных районов и месторождений. Предложены схема типизации запасов по сложности горно-геологических условий залегания и уровню экономической эффективности их отработки и методика группировки месторождений и их участков.
Предложен комплексный метод обоснования способов обеспечения устойчивого состояния выработок нижних слоев. Выполнена оценка ожидаемых смещений пород на контуре сечения участковых подготовительных выработок надработанных слоев. Даны рекомендации по реализации слоевой системы разработки в условиях шахты «Распадская-Коксовая». Обоснована необходимость проведения выработок 2-го слоя с отставанием от очистного забоя 1-го слоя. Выполнена оценка влияния параметров применяемого способа обеспечения устойчивости выработок на уровень издержек производства.
Выполнена оценка современного состояния и перспектив развития угледобычи в Кузнецком угольном бассейне. Определены проблемные вопросы отработки угольных пластов подземным способом. Рассмотрены факторы, оказывающие наибольшее влияние на эффективность работы шахт. Сделан вывод о необходимости совершенствования технологий отработки пластов в сложных горно-геологических условиях.
Рассмотрены проблемные вопросы эффективной отработки мощных пологих угольных пластов подземным способом. Предложен эффективный способ обеспечения устойчивости участковых подготовительных выработок надрабатываемых слоев. Сделан вывод о целесообразности проведения разгружающих выработок при подготовке надработанных слоев. Обоснованы параметры слоевой системы разработки и разгружающих выработок. Выполнена оценка снижения потерь полезного ископаемого и уменьшения издержек производства при использовании предлагаемого способа. Определена область применения способа.
Синтезирован трубопровод из двух шарнирных участков, расположенных вдоль забоя, и двух телескопических участков на штреках. Проанализировано влияние конструкции шарнира на потери давления и центрального угла раздвижения шарнирной секции на усилие ее сокращения. Предложена диаграмма связи ширины выемочной полосы угля с мощностью пласта при заданных уровнях потерь давления воды в шарнирном трубопроводе и усилии его сокращения.
Выполнен анализ перспективных технологических схем слоевой отработки мощных пологих пластов Кузбасса. Сделан вывод о необходимости учета при определении предельной мощности межслоевой угольной пачки влияния «надработки» 2-го слоя. Выполнены аналитические исследования напряженно-деформированного состояния «надработанного» массива. Установлены размеры зон разупрочненного угля и даны рекомендации по определению предельной мощности защитной пачки.
Выполнен анализ производственного опыта слоевой отработки мощных пологих пластов на шахтах Кузбасса. Сделан вывод о необходимости дополнительного обоснования места расположения участковых подготовительных выработок 2-го слоя, обеспечивающего минимизацию затрат на их проведение и поддержание. Исследовано влияние горно-технических факторов на напряженно-деформированное состояние массива горных пород в окрестностях слоевых выработок 2-го слоя. Даны рекомендации по выбору рационального места расположения участковых подготовительных выработок. Выполнена оценка экономического эффекта внедрения разработанных рекомендаций.
Выполнен анализ влияния эндогенной пожароопасности слоевой отработки склонных к самовозгоранию мощных пологих пластов, в том числе с использованием современного высокопроизводительного оборудования, на технико-экономические показатели работы шахт. Сделан вывод о необходимости дифференцированного подхода при выборе технологии отработки надработанных слоев. Предложена эффективная технологическая схема отработки пластов, склонных к самовозгоранию. Исследовано влияние отработки 1-го слоя на напряженно-деформированное состояние (НДС) нижних слоев и определены рациональные параметры технологических схем. Подсчитан экономический эффект от внедрения разработанной технологии, получаемый за счет снижения частоты эндогенных пожаров и минимизации ущерба при их возникновении.
Выполнен анализ результатов шахтных наблюдений за состоянием участковых подготовительных выработок при слоевой отработке мощных пологих пластов Кузбасса. Сделан вывод о необходимости дополнительного обоснования места расположения участковых подготовительных выработок 2-го слоя, обеспечивающего снижение затрат на их поддержание. Исследовано напряженно-деформированное состояние массива (НДС) горных пород, «возмущенного» отработкой 1-го слоя. Установлены характер и степень влияния надработки 2-го слоя. Выбрано рациональное место расположения участковых подготовительных выработок 2-го слоя при отработке наклонными слоями пласта III Томь-Усинского района Кузбасса. Подсчитан экономический эффект от внедрения разработанных рекомендаций, получаемый за счет сокращения затрат на поддержание эксплуатационного состояния участковых выработок.
Установлены факторы, оказывающие наибольшее влияние на вероятность возникновения эндогенных пожаров при отработке мощных крутых пластов Прокопьевско-Киселевского месторождения Кузбасса. Выполнена дифференциация эндогенных пожаров по пластам в условиях ООО «УК «Прокопьевскуголь». Исследовано влияние основных горно-технических факторов на вероятность самовозгорания пластов. Сделан вывод о том, что при отработке мощных крутых пластов основной причиной самовозгорания является оставление межэтажных угольных целиков, представляющих собой концентрированные скопления разрушенного угля. Сформулированы принципы проектирования технологических схем отработки пластов, склонных к самовозгоранию. Предложен способ отработки мощных крутых пластов, склонных к самовозгоранию, исключающий оставление межэтажных угольных целиков и обеспечивающий надежную изоляцию отрабатываемого участка.
Определена структура потерь полезного ископаемого при отработке мощных крутонаклонных и крутых пластов с использованием системы разработки подэтажной гидроотбойкой в условиях ОАО «Прокопьевскуголь». Исследовано влияние основных горногеологических и горно-технических факторов на потери полезного ископаемого. Определены факторы, оказывающие наибольшее влияние на коэффициент извлечения полезного ископаемого. Сделан вывод о том, что при определении высоты подэтажа необходимо учитывать ширину зоны отжима, формирующейся у границы с выработанным пространством. Разработана методика определения параметров зоны отжима в области влияния очистных работ. Сформулированы принципы проектирования технологических схем выемочных участков. Разработаны рекомендации по рациональному расположению подэтажных штреков в различных горно-геологических условиях. Подсчитан экономический эффект от внедре ния разработанных рекомендаций .
Проведен анализ причин аварийных ситуаций, связанных с динамическими обрушениями пород кровли при системе разработки с подэтаж ной гидроотбойкой на шахтах ОАО «Про- копьевскуголь». Выдвинута гипотеза о механизме опасных динамических обрушений угля и пород кровли. Сделан вывод о том, что при определении высоты подэтажа необходимо учитывать ширину зоны отжима, формирующейся у границы очистных работ. Исследовано влияние основных геологических и горно-технических факторов на параметры зоны отжима. Установлено, что наибольшее влияние на ширину зоны отжима оказывают следующие факторы: глубина ведения горных работ, мощность отрабатываемого пласта, прочность угля. Разработаны рекомендации по определению высоты подэтажа, обеспечивающей в условиях гидрошахты «Тырганская» безопасные условия труда горнорабочих. Предложен способ отработки подэтажей с повышенной высотой. Для его осуществления рассчитывается величина зоны отжима и длина рабочей струи гидромонитора; с учетом этих параметров определяется положение зоны неразрушенного угля. Разупрочнение угольного массива в этой зоне производится для исключения зависания пачки угля путем, например, гидроразрыва или взрывания зарядов ВВ. Подсчитан экономический эффект от внедрения разработанных рекомендаций.
В современных рыночных условиях жизнеспособность угольных шахт определяется конкурентоспособностью их продукции. В свою очередь, конкурентоспособность добываемого угля зависит от издержек производства. Решение задачи снижения издержек производства является жизненно необходимым практически для всех российских шахт. Наиболее остро задача снижения издержек стоит для шахт, ведущих разработку мощных крутых пластов Прокопьевского месторождения Кузнецкого угольного бассейна, где сосредоточены большие запасы угля, а горно-геологические условия не позволяют применять высокопроизводительное очистное оборудование. Объективные предпосылки для резкого снижения издержек производства при отработке мощных крутых пластов создаются при гидравлической технологии добычи угля. Целью данной работы является создание патентоспособных, экономически эффективных технологических схем, позволяющих снизить объемы нарезных работ, уменьшить потери и повысить безопасность труда горнорабочих. Идея работы заключается в увеличении высоты подэтажа за счет опережающего рыхления угля в верхней его части. В результате выполненных исследований разработан способ выемки мощных крутых пластов, позволяющий: снизить затраты на нарезные работы (40-50 %), исключить динамические явления типа воздушной волны со скоростным напором, связанные с одновременным обрушением пород кровли на больших площадях.
