. Обоснование эффективного способа использование выемочных выработок в пределах выемочного участка

Описанный в первом пункте сравнения предлагаемых вариантов систем разработки порядок позволит сделать вывод о целесообразности повторного использования конвейерного штрека в качестве вентиляционного для нижележащего яруса. При этом предлагается рассмотреть три варианта проведения мероприятий при повторном использовании выработки, экономически оценить эти варианты, и наиболее экономичный из них сравнить с проведением вентиляционного штрека заново вприсечку к конвейерному штреку, как это предлагается во втором, принятом к сравнению варианте системы разработки, изображенном на рисунке 8.10 (специальная часть №1).

Параллельно с этим предлагаю рассмотреть три варианта охраны конвейерного штрека за проходом лавы, для его повторного использования. При этом будут определены параметры каждого способа, и на основании экономического расчета будет выбран наиболее лучший вариант повторного использования и охраны штрека за проходом лавы в условиях пласта m^1В₅.

Предлагаемые к сравнению варианты способов охраны конвейерного штрека, наиболее рациональных в данных горно-геологических условиях пласта l₁:

1. костры из шпального бруса;

2. тумбы из железобетонных блоков (БЖБТ);

3. бутовая полосы.

Для этого воспользуюсь механизмом изложенным в [3].

Расчёт смещений пород кровли и почвы выработки, сохраняемой за очистным забоем для повторного использования, производится по формулам[3].

Определяю степень влияния соседних пластов.

Пласт m₅^1в подрабатывается пластом m₄⁰, который расположен по нормали от почвы пласта m₅^1в на расстоянии 65 м.

Безопасная высота подработки определяется по формуле:

(8.21)

где – табличная величина безопасной высоты подработки, м, определяю [3];

– коэффициент наличия мощных слоёв песчаника между пластами;

– коэффициент мощности подрабатывающего пласта;

– коэффициент угла залегания пластов.

Для определения необходимо определить сопротивление пород на сжатие на контуре выработки R_c, МПа.

Для этого на рисунке 8.11 составляю расчётную схему к определению средневзвешенной прочности пород, которая рассчитывается по формуле:

(8.22)

где – прочность породы i-го слоя соответственно кровли, почвы и боков выработки, МПа.

– мощность пород i-го слоя соответственно кровли, почвы и боков выработки, МПа.

Эта схема учитывает варианты проведения и крепления штрека 1 и 2, т.е. с шахтным сечением при проходке. Для третьего варианта, т.е. с проведением выработки завышенным сечением составляю расчетную схему на рисунке 8.12.

Рисунок 8.11 – Схема к определению средневзвешенной прочности пород

Рисунок 8.12 – Схема к определению средневзвешенной прочности пород

Для максимальной глубины ведения работ h_р^max=830м.

h’_бп=115 м.

h _бп=1150,81,051=97 м.

Для варианта 3 R_c=42 МПа.

Так как h _бп=97 м > 65 м, то можно предположить, что подготовительные выработки, проведенные по пласту m₅^1в, подрабатываются горными работами по пласту m₄⁰, но так как горные работы по пласту m₅^1в ведутся со значительным опережением работ по пласту m₄⁰, то последующая подработка части пласта m₅^1в будет производится после погашения участковых выработок. Поэтому предполагаю, что при определении смещений в конвейерных штреках пласта m₅^1в на глубинах 650-830 м, можно рассматривать пласт как одиночный.

Предлагаю произвести расчет смещений в повторно используемой выработке при всех трех, описанных выше вариантах, используя при этом в каждом варианте повторного использования по три способа охраны: (1.- костры, 2.- тумбы из железобетонных блоков (БЖБТ), 3.- бутовая полоса)

Тогда формулы для определения смещений кровли и почвы пласта примут вид соответственно:

(8.23)

(8.24)

где К_пр – коэффициент способа проведения выработки, ед, при комбайновом определяю [3] в зависимости от отношения Н_р/R_c;

U_пр – смещения пород под влиянием проведения выработки, мм;

V₀ – средняя скорость смещений пород выработки вне зоны влияния очистных работ, мм/мес;

t₀ – время поддержания выработки вне зоны влияния очистных работ, мес;

U₁ – смещения пород в зоне влияния временного опорного давления лавы, мм;

U₂ – смещения пород в зоне влияния временного опорного давления второй лавы, мм;

Для повторного используемых выработок U₁ = U₂.

К_кр – коэффициент типа кровли;

К_s – коэффициент влияния площади сечения выработки;

К_к – коэффициент доли смещения пород кровли выработки в общих смещениях;

m – мощность пласта, м;

К_охр – коэффициент способа охраны;

V₁ – средняя скорость смещений пород в зоне влияния опорного давления от очистных работ, мм/мес;

t₁ – время поддержания выработки в зоне очистного опорного давления, мес.

Для определения всех элементов входящих в формулы (8.23 и 8.24) необходимо рассчитать средневзвешенную крепость пород кровли и почвы пласта по формуле:

(8.25)

где К_с – коэффициент структурного ослабления массива горных пород [3];

К_w – коэффициент обводнённости пород.

Для кровли:

, МПа.

Для почвы:

, МПа.

Для случая 3 R_ck= 32 Мпа R_cn=43 Мпа.

Непосредственная кровля пласта относится к категории средней устойчивости, а основная кровля к категории средне обрушающихся.

Степень пучения почвы определяю по коэффициенту пучения:

(8.26)

Для всех трех случаев.

Для Н_р=650 м К_п=14<15 – не пучащая.

Для Н_р=830 м К_п=18<20 – слабо пучащая.

Так как различие между R_ск и R_сп более 30%, то смещения U_к и U_п определяю в соответственно по R_ск и R_сп.

Для удобства построения графиков смещений и наглядности изображения необходимых мероприятий рассчитываю U_к и U_п для точек начала и конца выработки и для глубин Н_р=650 м и Н_р^max=830 м.

Как было описано выше для охраны конвейерного штрека за проходом лавы применяю следующие способы охраны, которые удовлетворяют горно-геологическим условиям пласта m₅^1в:

1. костры из шпального бруса;

2. тумбы из железобетонных блоков (БЖБТ);

3. бутовая полоса.

При этом значения коэффициентов способа охраны k_охр, влияющих на смещения пород кровли будут равны:

1. при кострах из шпального бруса k_охр=0,6;

2. при БЖБТ k_охр=0,15;

3. при бутовой полосе k_охр=0,4.

Результаты расчётов свожу в таблицу 8.2

Смещения пород под влиянием проведения выработки при R_с > 15 МПа определяю по формуле:

(8.27)

Средняя скорость смещений пород выработки вне зоны влияния очистных работ определяется по формуле:

, (8.28)

Таблица 8.2 – Результаты расчётов смещений.

Вариант	Вид смеще­ния	точка	Способ охраны	Кпр	Uпр, мм	V0, мм/мес	t0, мес	U1, мм	U2, мм	Ккр	Кs		Кк	Кохр	V1, мм/мес	t1, мес	Uк, мм	Uп, мм
1,2	Uк	1	костры	1,1	424	15,1	1	742	742	0,8	1,15		0,65	0,6	–	–	1248	–
			БЖБТ											0,15
			БП											0,4
		2	костры	1,1	424	15,1	33	742	742	0,8	1,15		0,65	0,6	–	–	1609	–
			БЖБТ											0,15
			БП											0,4
1,2	Uп	1		0,8	253	8,7	1	566	566	0,8	1,15		0,65	–	56,6	20	–	1491
		2		0,8	253	8,7	33	566	566	0,8	1,15		0,65	–	56,6	20	–	1603
3	Uк	1	костры	1,1	424	15,1	1	742	742	0,8		1,37	0,62	0,6	-	-	1418	-
			БЖБТ											0,15
			БП											0,4
		2	костры	1,1	424	15,1	33	742	742	0,8		1,37	0,62	0,6	-	-	1828	-
			БЖБТ											0,15
			БП											0,4
3	Uп	1		0,8	292	10,1	1	610	610	0,8		1,37	0,62	-	61,6	20	-	1985
		2		0,8	292	10,1	33	610	610	0,8		1,37	0,62	-	61,6	20	-	2153

Время поддержания выработки t₀ согласно [3]. Для точки 1 t₀ =1 мес, а для точки 2 t₀ =t_оч + t_пр,

где t_оч – время ведения очистных работ, мес;

t_пр – время ведения проходческих работ, мес

t₀ =33 мес.

где V_оч, V_пр – скорость ведения соответственно очистных и подготовительных работ, м/мес.

Смещения пород в зоне временного опорного давления лавы определяю по формуле для R_c>15МПа:

(8.29)

Коэффициент сечения определяю по формуле:

(8.30)

Коэффициент доли смещений пород кровли в общих смещениях определяю по формуле:

, (8.31)

Средняя скорость смещения пород в зоне остаточного опорного давления определяется по формуле:

, (8.32)

Время поддержания выработки в зоне остаточного опорного давления для точки 1 t₁ = t_оч =20 мес, и для точки 2 t₁ = t_оч =20 мес.

Анализ смещений пород кровли и почвы выработки, приведенных в таблице 8.2 показывает, что величины одинаковы на глубине 830м при различных способах охраны конвейерного штрека за лавой, как для кровли, так и для почвы выработки. Поэтому окончательное решение о выборе варианта повторного использования в сочетании со способом охраны штрека можно принять только после экономического сравнения вариантов.

Для поддержания выработки в рабочем состоянии предлагаю в каждом случае применить мероприятия:

1. для всех трех случаев качественная закладка и забутовка закрепного пространства приведет к снижению смещений пород кровли в 1,25 раза;

2. уменьшение расстояния между рамами до 0,8 м, как применяется на шахте дает снижение смещений пород кровли с учетом коэффициента 0,9 (это условие также действительно для всех трех случаев);

3. для варианта 1 применяю шахтный вариант: 3-х звенную арочную податливую крепь без дополнительных мероприятий;

4. для варианта 2 применяю установку крепи усиления 2-е стойки по 400кН под каждую раму на расстоянии L₁=25 м –впереди первого очистного забоя, L₂=65 м – позади первого очистного забоя и L₃=35 м – впереди второго очистного забоя. Это снизит величину смещений пород кровли и почвы выработки в 2 раза;

5. для варианта 3 при проведении выработки завышенным сечением применяю мероприятие – установка ножки из взаимозаменяемого профиля, обеспечивающей податливость, установленной в выработки крепи – 1 м.

Результаты расчета смещений сведу в таблицу 8.3.

Согласно [3] при установке под каждую раму одной стойки, т.е. через 0,8м – 1,25 стоек на 1 м, коэффициент уменьшения расчетных смещений будет 0,65.

Графики смещений изображаю на рисунках:

1. 8.13 и 8.14 для варианта 1;

2. 8.15 и 8.16 для варианта 2;

3. 8.17 и 8.18 для варианта 3.

Результаты расчета смещений с мероприятиями свожу в таблицу 8.3.

Таблица 8.3 – Результаты расчета смещений и мероприятий

вариант	точка	Смещения, мм								Тип крепи	Критерий перекрепления, мм	Критерий под-ки почвы, мм	Стоимость мероприятий, тыс грн.									В % к лучшему варианту
		Без мероприя- тий		С мероприятиями
													Проведение выработок	Уп лотнение крепи	Крепь усиления	Поддирка	Перекрепление	костры	БЖБТ	бутовая	общая
				Уплотнение крепи		Забутовка		Крепь усиления
		Uk	Un	Uk	Un	Uk	Un	Uk	Un
1	1	1248	1491	1123	1491	898	1491	898	1491	KМП-AЗ	300	500	1106	166	-	318,3	700	186	-	-	2476	153
																		-	325	-	2615	161
	2	1609	1603	1448	1603	1158	1603	1158	1603	КМП-АЗ	300	500						-	-	99	2389	147
2	1	1248	1491	1123	1491	898	1491	450	746	КМП-А5	700	500	1236	185,3	20	83,3	-	186	-	-	1711	105
																		-	325	-	1850	114
	2	1609	1603	1448	1603	1158	1603	580	802	КМП-А5	700	500						-	-	99	1624	100
3	1	1418	1985	1275	1985	1020	1985	663	1273	КМП-А5	1000	1500	1823	273,4	256	-	-	186	-	-	2539	157
																		-	325	-	2677	165
	2	1828	2153	1645	2153	1316	2153	855	1399	КМП-А5	1000	1500						-	-	99	2452	151

Рисунок 8.13 – График смещений пород кровли для варианта №1

1,2 – смещение пород кровли при расстоянии между рамами 1м, соответственно на глубине 650 и 830 м;

3,4 –смещение пород кровли при расстоянии между рамами 0,8 м соответственно на глубине 650 и 830м;

5,6 – смещение пород кровли при расстоянии между рамами 0,8м соответственно на глубине 650 и 830 м при качественной забутовке закрепного пространства

7 – критерий податливости крепи и перекрепления

Рисунок 8.14 – График смещений пород почвы для варианта №1

1,2 – смещения пород кровли на глубине соответственно 650 и 830м;

3 – критерий поддирки почвы

Рисунок 8.15 – Графики смещения пород кровли для варианта №2

1,2 – смещения при расстоянии между рамами 1 м на глубине соответственно 650 и 830м;

3,4 – смещения при расстоянии между рамами 0,8 м на глубине соответственно 650 и 830м;

5,6 – смещения при расстоянии между рамами 0,8 м на глубине соответственно 650 и 830 м с мероприятиями;

7 – критерий податливости крепи

Рисунок 8.16 – Графики смещений пород почвы. Вариант №2

1,2 – смещения на глубине соответственно 650 и 830 м;

3,4 – смещения на глубине соответственно 650 и 830 м с мероприятиями;

5 – критерий подрывки почвы

Рисунок 8.17 – Графики смещения пород кровли. Вариант №3.

1,2 –смещение на глубине соответственно 650 и 830 м;

3,4 – смещение на глубине соответственно 650 и 830м с мероприятиями;

5 – критерий перекрепления.

Рисунок 8.18 – Графики смещения пород почвы. Вариант №3.

1,2 – смещения на глубине соответственно 650 и 830 м;

3,4 – смещения на глубине соответственно 650 и 830 м с мероприятиями;

5 – критерий поддирки почвы.

Для экономического сравнения рассматриваемых вариантов, результаты расчетов затрат для которых сведены в таблицу 8.3, воспользуюсь [3].

Стоимость проведения выработки и уплотнения в ней крепи определяю по формуле:

_пр= S L K K_упл (8.33)

где S- площадь поперечного сечения выработки, м²;

L- длина выработки,м;

К- стоимость проведения 1 м выработки комбайном, грн/м;

К_упл- коэффициент стоимости, учитывающий уплотнение крепи.

При плотности крепи 1,25 рам/м принимаю К_упл= 1,15.

Для варианта 1

_пр= 12,8 1600 54 1,15= 1271808, грн.

Аналогично произведен расчет для других вариантов. Результаты расчета сведены в таблицу 8.3.

Стоимость поддирки пород почвы:

_под= V K_под, (8.34)

где V- объем подрываемых пород, м³;

К_под – стоимость поддирки 1 м³ породы, грн/м³.

Для варианта 1 на глубине 850 м

_под = 7957 40 = 318288, грн.

Стоимость перекрепления

_пер = V_пер К_пер (8.35)

где V_пер – объем восстановленной выработки, м³;

К_пер – стоимость 1 м³ восстановленной выработки.

Для варианта 1

_пер = 12,8 1600 34 = 700000, грн.

Стоимость установки одного костра определяю по формуле

Zk = 24,4+(m-0.65)*580, (8.36)

где m – мощность пласта, м.

Костры размером 2х2м устанавливаются в 1 ряд всплошную. Количество костров по длине выработки 500 шт.

Zк = 500*(24,4+(1,25-0,65)*580) = 186, тыс.грн.

Количество тумб из железобетонных блоков определяю по формуле

n = P/(P_T*F), (8.37)

где Р - расчетная нагрузка ан железобетонную тумбу, кН/м;

Р_Т – нормативная прочность материала,кН/м²;

F – площадь тумбы, м².

n = 7000/(60000*0,2)=0,58, шт

Принимаю установку тумб в шахматном порядке в два ряда.

Количество тумб размерами 0,4х0,5м по длине выработки – 2500шт.

Общая стоимость выкладки всех тумб:

_БЖБТ = 2500*130 = 325, тыс.грн.

Стоимость выкладки бутовой полосы с помощью скрепера определяю по формуле

_БП = V_БП*Z_м3, (8.38)

где V_БП – общий объем бутовой полосы, м³;

Z_м3 – стоимость выкладки 1м³ бутовой полосы, грн.

_БП = 12500*7,94=99,3, тыс.грн.

По результатам расчетов, сведенным в таблицу 8.3 менее затратным является вариант 2 с охраной конвейерного штрека за проходом лавы с помощью бутовой полосы, ширина которой составляет l_БП = 8*m = 8*1,25=10м. Поэтому для дальнейшего сравнения принимаю этот вариант.

При применении системы разработки, изображенной на рисунке 8.10 конвейерный штрек используется повторно в качестве вентиляционного на

коротком участке, а на остальной части крыла шахтного поля провожу вентиляционный штрек заново вприсечку откаточному.

Для определения длины участка конвейерного штрека, используемого повторно воспользуюсь литературой [4], в которой регламентируется требуемое отставание забоя присечной выработки, проводимой вслед за проходом лавы, от забоя самой лавы. Это отставание будет равно 150 м. Значит длина участка конвейерного штрека используемого в качестве вентиляционного будет равна 150м.

Для обоснования экономической эффективности повторного использования выработки (конвейерного штрека) в качестве вентиляционного, и проведения вентиляционной выработки вприсечку к конвейерной произведу сравнение затрат варианта 2 с затратами необходимыми на:

1)проведение конвейерного штрека;

2)проведение вентиляционного штрека вприсечку;

3)поддержание участка конвейерного штрека длиной 150м для повторного использования.

Стоимость проведения конвейерного штрека:

_пр^к/ш= 1271808, грн.

Стоимость проведения вентиляционного штрека вприсечку

_пр^в/ш= S K K_упл (L_кр-150)= 10,4 54 1,15 (1600-150)= 936468, грн

Стоимость поддержания для повторного использования участка штрека

_под= 150 К_под,

где К_под – стоимость поддержания 1 м выработки, грн

_под= 150 577= 86558, грн

Полная стоимость данного варианта - = 2294834, грн

Стоимость же затрат по второму варианту - = 1623900 грн, что на 670934 грн меньше.

Значит можно сделать вывод, что на этапе сравнения двух предлагаемых в специальной части №1 систем разработки (с точки зрения затрат на проведение и охрану выработок), изображенных на рисунках 8.7 и 8.10 менее затратным является вариант, изображенный на рисунке 8.7.

. Выводы по специальной части № 1

Для дальнейшего проектирования принимаю вариант системы разработки № 1 – комбинированная столбовой со сплошной с выемкой одинарными лавами по простиранию пласта с прямоточным проветриванием на выемочном участке, с выводом исходящей из очистного забоя струи на выработанное пространство и подсвежением ее на конвейерном штреке, с повторным использованием конвейерного штрека в качестве вентиляционного и охраной его за проходом лавы с помощью искусственного охранного сооружения.

1. способ охраны выработки за проходом очистного с помощью бутовой полосы шириной 10 м. Порода для выкладки бутовой полосы берется от проведения за лавой бутового штрека. Параметры бутового штрека определены в специальной части № 3;

2. Сечение транспортной выработки в свету крепи принято 14,3 м², а расстояние между рамами крепи, пропорционально ширине захвата комбайна (принятого в специальной части № 3) составляет 0,8 м;

3. В выработке устанавливается пятизвенная податливая крепь из взаимозаменяемого профиля податливостью 700 мм;

Сечение в свету крепи до осадки – 14,3 м²;

Сечение в свету крепи после осадки – 11,2 м².

Тип крепи принят – арычная пятизвенная, податливая крепь из взаимозаменяемого профиля типа КМП-А5, с конструктивной податливостью – 700мм.

4. Для снижения расчетных смещений пород кровли выработки ниже технической податливости крепи предложено снизить расстояние между рамами крепи до 0,8 м и производить установку крепи усиления в виде гидростоек по 400 кН по две под каждую раму крепи впереди первого и второго и позади первого очистного забоя;

5. Для улучшения работы основного транспорта добытой горной массы в транспортной выработке необходимо производит подрыву пород почвы выработки на величину 300 мм;

6. В целом более рациональным является в торой вариант повторного использования выработки в комбинации со вторым вариантов ее охраны за проходом очистного забоя.