Моделирование геомеханических процессов при реализации новой технологии формирования демонтажных камер в условиях неустойчивой кровли угольных пластов

Проблема длительных непроизводительных простоев очистного оборудования на угледобывающих предприятиях не теряет своей актуальности из-за ухудшения горно-геологических условий отработки угольных месторождений. Простои добычного оборудования в период формирования демонтажной камеры и последующего ведения демонтажных работ главным образом связаны с состоянием пород непосредственной кровли над местом расположения демонтажной камеры, и могут составлять более ста суток. Разработан и представлен новый способ формирования демонтажной камеры, основанный на идее замещения пород кровли над местом расположения будущей демонтажной камеры на массив из твердеющих материалов, который обладает большими прочностными свойствами по сравнению с породами кровли. Для определения основных параметров предлагаемой технологии, а именно высоты и глубины заделки закладочного массива, авторами был проведен ряд исследований. Для определения глубины заделки закладочного массива впереди конечного положения забоя проведены компьютерное и физическое моделирования на эквивалентных материалах процессов формирования демонтажной камеры. Таким образом, минимальная толщина формируемой плиты определяется теорией предельных пролетов по условию устойчивого состояния ее максимального обнажения. Глубина заделки закладочного массива, в целях предотвращения разрушения краевой части пласта, должна быть не менее одной мощности пласта (высоты демонтажной камеры).

Ключевые слова: добыча угля, демонтаж, формирование демонтажных камер, предварительно пройденная демонтажная камера, закладочный массив, крепление кровли, моделирование, компьютерное моделирование, физическое моделирование, эквивалентные материалы, напряженно-деформированное состояние.
Как процитировать:

Карпов Г. Н., Ковальский Е. Р., Носов А. А. Моделирование геомеханических процессов при реализации новой технологии формирования демонтажных камер в условиях неустойчивой кровли угольных пластов // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2023. – № 6. – С. 81–96. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_6_0_81.

Благодарности:
Номер: 6
Год: 2023
Номера страниц: 81-96
ISBN: 0236-1493
UDK: 622.2
DOI: 10.25018/0236_1493_2023_6_0_81
Дата поступления: 12.04.2022
Дата получения рецензии: 09.02.2023
Дата вынесения редколлегией решения о публикации: 10.05.2023
Информация об авторах:

Карпов Григорий Николаевич1 — канд. техн. наук, доцент, e-mail: Karpov_GN@pers.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0002-3763-2701,
Ковальский Евгений Ростиславович1 — канд. техн. наук, доцент, e-mail: Kovalskiy_ER@pers.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0002-6656-9377,
Носов Александр Алексеевич1 — аспирант, e-mail: Nosov_AA@pers.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0001-7453-4556,
1 Санкт-Петербургский горный университет.

 

Контактное лицо:

Носов А.А., e-mail: Nosovspmi@gmail.com.

Список литературы:

1. Казанин О. И., Сидоренко А. А., Мешков А. А. Организационно-технологические принципы реализации потенциала современного высокопроизводительного очистного оборудования // Уголь. — 2019. — № 12. — С. 4—13. DOI: 10.18796/0041-5790-2019-12-4-13.

2. Харитонов И. Л., Кубрин С. С., Закоршменный И. М., Блохин Д. И. Оценка эффективности технологий формирования демонтажных камер при отработке мощных пологих угольных пластов // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2018. — № S48. — С. 252—258. DOI: 10.25018/0236-1493-2018-11-48-252-258.

3. Мешков А. А., Казанин О. И., Сидоренко А. А. Реализация производственного потенциала высокопроизводительного оборудования — ключевое направление совершенствования подземной добычи энергетических углей // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 12. — С. 156—165. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-12-0-156-165.

4. Шулятьева Л. И. Пространственно-временное моделирование и организация процессов подготовки запасов угольных шахт // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 12. — С. 166—181. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-12-0-166-181.

5. Торро В. О., Ремезов А. В., Климов В. В., Дедиков Е. А. Факторы оценки устойчивости демонтажных камер при формировании их очистным забоем // Вестник Кузбасского государственного технического университета. — 2017. — № 6. — С. 47—53. DOI: 10.26730/1999-4125-2017-6-47-53.

6. Зубов В. П. Состояние и направления совершенствования систем разработки угольных пластов на перспективных угольных шахтах Кузбасса // Записки Горного института. — 2017. — Т. 225. — С. 292—297. DOI: 10.18454/pmi.2017.3.292.

7. Харитонов И. Л. Опыт подготовки очистных забоев к демонтажу в условиях шахты имени 7 Ноября // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2013. — № 2. — С. 127—136.

8. Носов А. А. Анализ технологий формирования демонтажных камер на пологих угольных пластах // Вестник Кузбасского государственного технического университета. — 2021. — № 1. — С. 56—63. DOI: 10.26730/1999-4125-2021-1-56-63.

9. Wang B., Dang F., Chao W., Miao Y., Li J. Surrounding rock deformation and stress evolution in pre-driven longwall recovery rooms at the end of mining stage // International Journal of Coal Science & Technology. 2019, vol. 6, no. 4, pp. 536—546. DOI: 10.1007/s40789-01900277-0.

10. Stankus J., Xiaoting L., Lumin M., Faulkner D. A case study of a low overburden longwall recovery with pre-developed recovery entries / 33rd International Conference on Ground Control in Mining. Morgantown, WV Univ., 2014, pp. 1—8.

11. Zhiyi Zh., Chen H., Li D., Zhang Zh. Stability control of the equipment recovery passage in a fully mechanized longwall mining: Case study // Geotechnical and Geological Engineering. 2021, vol. 39, no. 6, pp. 799—813. DOI: 10.1007/s10706-020-01522-z.

12. Гендлер С. Г., Габов В. В., Бабырь Н. В., Прохорова Е. А. Обоснование технических решений по снижению производственного травматизма в лавах угольных шахт // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 1. — С. 5—19. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_1_0_5.

13. Мешков А. А., Казанин О. И., Сидоренко А. А. Повышение эффективности технологии и организации монтажно-демонтажных работ при интенсивной разработке пологих угольных пластов на шахтах Кузбасса // Записки Горного института. — 2021. — Т. 249. — C. 342—350. DOI: 10.31897/PMI.2021.3.3.

14. Ермакова И. А., Федусов В. А. Влияние расположения демонтажных камер на длительность демонтажных работ на шахтах АО «СУЭК-Кузбасс» // Известия ТулГУ. — 2020. — № 1. — C. 234—243.

15. Торро В. О., Ремезов А. В. Исследование изменений геомеханического состояния массива при входе очистных забоев в демонтажные камеры по пласту «Байкаимский» шахты им. 7 Ноября АО «СУЭК-Кузбасс» // Вестник Кузбасского государственного технического университета. — 2018. — № 4. — С. 75—83. DOI: 10.26730/1999-4125-20184-75-83.

16. Ремезов А. В., Торро В. О., Кузнецов Е. В. Исследование распределения нагрузки у границы предохранительного целика в зоне формирования демонтажной камеры очистным забоем // Вестник Кузбасского государственного технического университета. — 2018. — № 4. — C. 65—74. DOI: 10.26730/1999-4125-2018-4-65-74.

17. Харитонов И. Л., Черданцев В. В., Тациенко В. П. Исследования геомеханической безопасности в очистном забое 50-03 при высокопроизводительной отработке пласта 50 в условиях шахты им. В.Д. Ялевского // Вестник Кузбасского государственного технического университета. — 2017. — № 6. — C. 97—108. DOI: 10.26730/1999-4125-2017-6-97-108.

18. Ремезов А. В., Климов В. В. Что может являться уточненной границей отработки выемочного столба, как определить точку остановки очистного забоя и дальнейшее формирование очистным забоем демонтажной камеры // Уголь. — 2017. — № 1. — С. 27—28. DOI: 10.18796/0041-5790-2017-1-27-29.

19. Zhang P., Beck K., Mishra M., Trackemas J., Zeglen E. Bi-directional shield recovery in a wide face longwall move with a pre-driven recovery room under weak roof conditions / 27rd International Conference on Ground Control in Mining. Morgantown, WV Univ., 2008, pp. 141—148.

20. James D. Longwall shield recovery, using phenolic foam injection for gob control as an alternative to recovery mesh / 32th International Conference on Ground Control in Mining, Morgantown, WV Univ. 2013, pp. 387—394.

21. Wang S., Ma L. Characteristics and control of mining induced fractures above longwall mines using backfilling // Energies. 2019, vol. 12, no. 23, article 4604. DOI: 10.3390/en12234604.

22. Kang H., Lv H., Zhang X., Gao F., Wu Z., Wang Z. Evaluation of the ground response of a pre-driven longwall recovery room supported by concrete cribs // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2016, vol. 49, no. 3, pp. 1025—1040.

23. Gearhart D., Jones T., Compton C. Ground response as a longwall advances into a backfilled recovery room under low cove / 33th International Conference on Ground Control in Mining, Morgantown, WV Univ. 2014, pp. 39—45.

24. Карпов Г. Н., Ковальский Е. Р., Носов А. А. Патент РФ № RU 2743162 С1. Способ формирования демонтажной камеры при разработке пологих угольных пластов, 14.10.2020. 2021. Бюл. №5.

25. Huang P., Spearing S., Feng J. Formulation of the problem for calculating the stress state of a pillar for a longwall recovery room // E3S Web of Conferences. 2021, vol. 315, article 01019. DOI: 10.1051/e3sconf /202131501019.

26. Карпов Г. Н., Ковальский Е. Р., Смычник А. Д. Определение параметров разгрузки массива горных пород на концевых участках демонтажной камеры // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2019. — № 8. — С. 95—107. DOI: 10.25018/023614932019-08-0-95-107

27. Kazanin O. I., Sirenko Y. G., Sidorenko A. A. Analysis of the methods of calculating the main roof-caving increment in mining shallow coal seams with long breaking faces // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. 2019, vol. 14, no. 3, pp. 732—736.

28. Рыбак Я., Хайрутдинов М. М., Кузиев Д. А., Конгар-Сюрюн Ч. Б., Бабырь Н. В. Прогнозирование геомеханического состояния массива при отработке соляных месторождений с закладкой // Записки Горного института. — 2022. — Т. 253. — С. 61—70. DOI: 10.31897/PMI.2022.2.

29. Басов В. В. Методика оценки соответствия результатов численного моделирования и шахтных измерений геомеханических параметров массива горных пород в окрестности сопряжений горных выработок // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2019. — № 3. — С. 51—62. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-03-0-51-62.

30. Зуев Б. Ю. Методология моделирования нелинейных геомеханических процессов в блочных и слоистых горных массивах на моделях из эквивалентных материалов // Записки Горного института. — 2021. — Т. 250. — С. 542—552. DOI: 10.31897/PMI.2021.4.7.

31. Zuev B. Yu. Zubov V. P., Fedorov A. S. Application prospects for models of equivalent materials in studies of geomechanical processes in underground mining of solid minerals // Eurasian mining. 2019, no. 1, pp. 8—12. DOI: 10.17580/em.2019.01.02.

32. Зуев Б. Ю., Кротов Н. В., Истомин Р. С., Мельницкая М. Е., Вьюнков А. А. Физическое моделирование формирования зон разрушения в области влияния очистных горных работ / Инновационные направления в проектировании горнодобывающих предприятий: геологическое обеспечение проектирования и сопровождения горных работ: Сборник научных трудов. — СПб.: СПбГУ, 2017. — С. 412—417.

33. Зуев Б. В., Цирель С. В., Истомин Р. С., Мельницкая М. Е. Физическое моделирование динамических явлений при подземной разработке полезных ископаемых // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2015. — № S60-2. — С. 117—127.

Наши партнеры

Подписка на рассылку

Раз в месяц Вы будете получать информацию о новом номере журнала, новых книгах издательства, а также о конференциях, форумах и других профессиональных мероприятиях.