Розвиток наукових основ обвалюваності пород і запобігання травматизму в очисних виробках вугільних шахт

Одним з варіантів типових паспортів, що дозволяє зменшити обвалюваність покрівлі, є управління покрівлею повним обваленням або плавним прогином, із застосуванням як посадкового кріплення пневматичних кострів [14]. Ці технологічні схеми позитивно зарекомендували себе на шахтах № 30/31 і № 1/6 ш/у „Шахтарське”.

Встановлено, що продуктивність праці (П, т/вих.) гірників очисного вибою і швидкість виїмки вугілля (швидкість подачі комбайна V, м/хв) залежать від чисельності робітників (N, чол.), зайнятих спорудженням кріплення (рис. 10) [13].

Це положення було враховано при розробці технологічних схем управління покрівлею й кріплення із застосуванням висувних верхняків ВВ.

З метою підвищення безпеки робіт під час управління покрівлею та кріпленні в очисних вибоях з індивідуальним кріпленням розроблено методику, що враховує ергономічні й психофізіологічні вимоги [1].

У сьомому розділі представлено результати впровадження наукових розробок та їх ефективність.

За результатами досліджень розроблено технічні завдання та повний комплект документів для серійного виробництва металевого верхнього перекриття (верхняків) ВВ-30, ВВ-30М, ВН, ВК підвищеної несучої здатності (300 кН) для привибійних індивідуальних стояків. Зазначену документацію погоджено й затверджено у встановленому порядку та передано для серійного виробництва верхняків машинобудівним заводам: Дружковському ім. 50-річчя Радянської України (Україна), Кисельовському ім. І.С.Черних (Росія), установі УВП УЯ 64/6 (м. Чірчік, Узбекистан), установі УВП ЮЕ-312/33 УМВС Донецької області (м. Кіровське), Харцизькому ДВАТ „Підприємство з ремонту та налагодженню гірничошахтного обладнання” ДП ДХК “Жовтеньвугілля”. Зазначені заводи поставляли верхняки на шахти України, а також на шахти інших вугільних басейнів СРСР (виробничі об'єднання „Гуковуголь”, „Ростовуголь”, „Воркутауголь”, „Вахрушевуголь”, „Ленинградсланец”, „Эстонсланец”, „Средазуголь”, „Грузуголь”), а також за міжнародним договором на шахти Ірану.

Впровадження типових паспортів здійснено в 115-ти очисних вибоях.

Розроблено та впроваджено рекомендації з кріплення та управління покрівлею в складних гірничо-геологічних умовах для 419-ти очисних вибоїв.

Розрахунок економічного ефекту від створення та впровадження наукових розробок до введення в оборот гривні проводився відповідно до діючих в галузі на той період нормативних документів.

Верхняки ВВ-30 випускалися Дружковським машинобудівним заводом ім. 50-річчя Радянської України замість верхняків В20Б. Економічний ефект від заміни верхняків за період з 1983 по 1986 рр., отриманий заводом-виробником за рахунок економії металу, спрощення технологічного процесу виготовлення та зниження трудомісткості робіт склав 812,36 тис. руб.

За період з 1983 по 1986 рр. шахтам України було поставлено 230748 шт. верхняків. Загальний економічний ефект внаслідок зниження витрат при виготовленні верхняків ВВ-30 склав 6853 тис. руб.

Верхняки ВН виготовлялися з 1994 по 2001 рр. Державним відкритим акціонерним товариством „Підприємство з ремонту й налагодженню гірничошахтного обладнання” - дочірнє підприємство ДХК „Жовтеньвугілля” (м. Харцизьк). Було виготовлено 30613 верхняків. Усі виготовлені верхняки впроваджено на шахтах ДХК „Жовтеньвугілля”. Економічний ефект від впровадження верхняків склав 24,96 руб. на одиницю. Сума прибутку, яку отримано заводом тільки від виготовлення верхняків у період з 1996 по 2001 р., склала 468,04 тис. грн.

При визначенні витрат за статтею „Матеріали” у лавах з дерев'яними і металевими верхняками на шахтах „Житомирська” і „Кіровська” ДХК “Жовтеньвугілля” встановлено, що заміна дерев'яних верхняків металевими ВН дозволяє знизити витрати в 2,61-4,37 рази [12].

Усереднене значення економічного ефекту від впровадження однієї технологічної схеми з новими верхняками становить 18,66 тис. грн. Щорічна кількість впровадження технологічних схем становило більше 50. Загальний економічний ефект від впровадження технологічних схем за 1996-1998 р. склав 2799 тис. грн.

Підтвердження ефективності впровадження верхняків ВВ за зниженням травматизму проведене у ВО „Шахтарськантрацит”. На рис. 11 представлено результат аналізу травматизму від обвалювань пород в очисних виробках шахт за період з 1990 по 2000 рр.

З рис. 11 виходить, що до 1996 р. число травмованих, що розраховане на 1 млн. тонн видобутку, увесь час зростало при зниженні обсягу видобутку, а починаючи з 1996 р. (після впровадження верхняків ВВ і типових технологічних схем кріплення) спостерігається зниження цього показника. Аналіз ступеня впливу застосування верхняків ВВ на зниження травматизму від обвалювань в очисних виробках при постійному річному видобутку вугілля проведено на шахті ім. 60-річчя ВЖСР зазначеного об'єднання. Встановлено, що починаючи з 1995 р. із впровадженням верхняків ВВ, показники як загального числа травмованих, так і числа травмованих на 1 млн. тонн видобутку, різко знизилися. До впровадження верхняків і рекомендацій автора за управлінням покрівлею та кріпленню на зазначеній шахті (1990-1994 рр.) середньорічне число травмованих від обвалювань в очисних виробках перевищувало середні значення цього показника по виробничому об'єднанню „Шахтарськантрацит” в 1,7 рази, а після впровадження цей показник по шахті став в 1,2 рази менше, ніж середній по об'єднанню.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі надано теоретичне узагальнення й практичне рішення актуальної науково-технічної проблеми, що полягає у запобіганні травматизму від обвалювань пород в очисних виробках вугільних шахт на основі встановлення геомеханічних особливостей процесу руйнування вуглевміщуючих бічних пород у результаті зміни їх напружено-деформованого стану, установлення ступеня впливу різних факторів на травматизм від обвалювань, розробки і впровадження прогресивних засобів і способів кріплення привибійного простору.

Основні наукові та практичні результати роботи зводяться до наступного.

1. Розкрито сутність впливу на руйнування бічних пород вугільного пласта знакозмінних навантажень попереду очисного вибою в результаті зміни напружено-деформованого стану масиву. Речовинний склад вуглевміщуючих бічних пород, а також рівень зміни його за різного ступеню метаморфізму визначають різну здатність пород до обвалювань і втрати стійкості.

2. Попереду очисного вибою на відстані 2-3 м, в міру збільшення довжини консолі основної покрівлі, що зависає, створюються найсприятливіші умови руйнування пород у результаті розтягуючих напруг шляхом відриву. За цією ділянкою вглиб масиву розташовано область стискуючих напруг, які, у свою чергу, разом із дотичними напругами викликають початок розвитку тріщин у покрівлі.

3. Обвалювання покрівлі є випадковим процесом, що змінюється за часом, який підлягає експоненціальному законові. Параметри вивалів відносно невеликі, тому їх обваленню можна запобігти за допомогою спеціальних видів верхняків підвищеної несучої здатності, що дозволяють перекривати безстояковий привибійний простір без заходу робітника в травмонебезпечну зону. Імовірність травмування від обвалювань пород підлягає логарифмічно-нормальному закону.

4. На стійкість покрівлі впливає ступінь метаморфізму вугілля. Зі збільшенням метаморфізму вугіль різних марок (від Д до А) фізико-механічні властивості пород змінюються убік підвищення міцнісних характеристик. Границя міцності на стиск за всіма інтервалами зміни ступеня метаморфізму у пісковиків збільшується в 3 рази, в алевролітів - в 1,8 рази, в аргілітів - в 2 рази. Попереду очисного вибою існує зона пластичного стану, в якій відбувається зниження та вирівнювання напруг, як у самому пласті вугілля, так і у вміщуючих його бічних породах. У зоні підвищеного опорного тиску поперед очисного вибою мають місце знакозмінні навантаження.

5. Обвалювання та вивали пород перебувають у прямій пропорційній залежності від ступеня тріщинуватості пород і площі оголення покрівлі. Параметри вивалів (ширина, довжина, висота) характеризуються невеликими розмірами: 85% вивалів мають висоту до 0,6 м; 65% мають ширину до 0,9 м і близько 50% мають довжину до 1,5 м. Найбільша кількість вивалів відбувається в безстояковому привибійному просторі лав на дільниці вигину конвеєра, у нішах і на сполученнях лави зі штреками. Вивали і обвалення знижуються у разі скорочення площі оголення до 5,0 м2 і зменшенні до 0,3-0,5 м відстані від вугільного вибою до місця контакту верхняка з покрівлею. Обвалювання та вивали пород зростають за зближенням місць посадки покрівлі та виїмки вугілля. Сумарна площа обвалювань при цьому зростає в 12 разів, кількість вивалів - в 5,5 разів, а обсяг породи, яка обвалилась, в 16 разів. Відсутність науково обґрунтованої організації праці в очисних виробках створює передумови для порушень паспорта управління покрівлею та кріплення і виникненню обвалювань покрівлі. 6. Вперше встановлено залежність травматизму за фактором „обвалення” пород від літологічного складу (структури) покрівель вугільного пласта, глибини ведення робіт, потужності безпосередньої покрівлі та кількості порушень вимог нормативної документації. Зі збільшенням глибини ведення гірничих робіт число травмованих зростає. З підвищенням стійкості безпосередньої покрівлі вугільного пласта і її потужності травматизм від обвалювань знижується. Травматизм знижується зі збільшенням числа виявлених порушень правил безпеки в очисній гірничій виробці. Найбільша ймовірність травмування від обвалювань пород покрівлі має місце з організаційних причин.

7. За виїмки ціликів вугілля в результаті скорочення їх ширини до розмірів менших за ширину зони опорного гірського тиску, відбувається їх перехід у гранично-напружений стан, при якому погіршується стан покрівлі, збільшується інтенсивність обвалів та обвалювань пород, збільшується зсув бічних пород. Коефіцієнт концентрації напруг зростає в 3-5 разів. Відстань дільниць ослаблення міжшарових контактів до вугільного пласта змінюється залежно від довжини консолі основної покрівлі, що зависає, у виробленому просторі лави. Зі збільшенням цієї відстані стан покрівлі покращується.

8. Для запобігання обвалювань пород покрівлі в очисних виробках обґрунтовано вимоги до технічних схем кріплення безстоякового привибійного простору, визначено припустимі навантаження на консольно встановлений верхняк. Які нормативний міцнісний параметр шарнірних металевих висувних верхняків прийнято співвідношення згинаючого моменту в шарнірі замка до згинаючого моменту балки, яке дорівнює величині 0,45. Для металевих висувних верхняків, які створюються, згинаючий момент балки дорівнює 48-50 кНм, а опори - 21-24 кНм, виходячи з несприятливих умов взаємодії їх з породами покрівлі. Вперше створено металеві висувні верхняки підвищеної несучої здатності (для стояків опором 300 кН) ВВ-30 і ВВ-30М. Ці верхняки дозволяють здійснювати перекриття покрівлі в безстояковому привибійному просторі одному робітникові з безпечного закріпленого місця з мінімальними трудовитратами (25-40 чол. сек.) і запобігти вивалам та обвалюванням пород при всіх можливих величинах захватів вугілля виїмковими машинами і будь-якої стійкості покрівлі. Для пород середньої стійкості вперше створено металеві верхняки навісні ВН, що дозволяють стабілізувати шарнірне з'єднання верхняків за лінією кріплення і запобігти обваленням пород у випадку самовільного розвантаження (падіння) привибійних стояків. Верхняки прийнято до серійного виробництва.

9. Вперше створено і випробувано експериментальні верхняки навісні фрикційні ВНФ, конструкція яких дозволяє здійснювати їх консольне навішування без пристосування одним робітником і створювати подовжену складену шарнірно-сполучену металеву балку для кріплення місць встановлення великогабаритних приводних станцій лавних конвеєрів, а також сполучень очисних виробок з підготовчими виробками. Роботу з доведення цих верхняків до серійного виробництва рекомендується продовжити.

10. Розроблено металеві верхняки поворотні ВП-30, що дозволяють перекривати покрівлю в безстояковому привибійному просторі одним робітником без заходу в незакріплену травмонебезпечну зону. Експериментальні зразки верхняків ВП-30 випробувано в шахтних умовах. Роботу з удосконалення рекомендується продовжити.

11. З метою скорочення витрат лісоматеріалів, а також заміни дефіцитного спецпрофілю з легованої сталі 30ХГС, який використовується для виготовлення балкових верхняків, розроблено листові верхняки ВЛ. Експериментальні зразки верхняків пройшли шахтні випробування. Роботу з їх удосконалення рекомендується продовжити.

12. Для запобігання обвалюванням покрівлі та підвищення безпеки праці з використанням знову створених верхняків підвищеної несучої здатності розроблено безпечні технологічні схеми (типові паспорти) управління покрівлею та кріплення очисних вибоїв. Особливістю цих паспортів є підвищена надійність консольної підтримки покрівлі в безстояковому привибійному просторі очисних виробок, а також застосування безорганних схем управління покрівлею способом повного обвалювання.

13. Економічна ефективність впровадження наукових результатів дисертаційної роботи становить: від виготовлення та впровадження металевих шарнірних висувних верхняків ВВ-30 за період 1983-1986 рр. - 6853 тис. руб.; від виготовлення та впровадження металевих шарнірних висувних верхняків навісних ВН за період 1996-2001 рр. - 1046 тис. грн.; від впровадження типових паспортів протягом 1996-1998 рр. - 2799 тис. грн.; від впровадження рекомендацій з управління покрівлею та кріплення очисних вибоїв зі складними гірничо-геологічними умовами протягом 1977-1990 р. - 1245 тис. грн.

ОСНОВНИЙ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНО В НАСТУПНИХ РОБОТАХ

1. Управление горным давлением при разработке угольных пластов/ О.С.Аносов, Н.С.Кузьменко, Г.В.Кудравец, Н.А.Шаповал, Ф.Н.Воскобоев - Донецк: Донбасс, 1990. - 304 с: ил., табл.

2. Состояние техники безопасности и эффективность функционирования противоаварийной защиты угольных шахт/ А.Ф.Булат, В.В.Фичёв, И.А.Ященко, В.Г.Красник, Н.Б.Лёвкин, И.Е.Кокоулин, Т.В.Бунько, Н.С.Кузьменко - Днепропетровск: ТОВ “Норд Компьютер”, 2005.- 266с: ил., табл.

3. Кузьменко Н.С. Выбор паспортов управления кровлей и крепления лав// Безопасность труда в промышленности.- 1979. - № 9.- С. 60-61.

4. Худяков А.Н., Кузьменко Н.С. Вероятностная оценка обрушений пород кровли на участках изгиба конвейера// Уголь Украины.- 1979.- № 12. - С. 12-13.

5. Пугаченко А.Н., Кузьменко Н.С., Медведчук Н.Д. Об эффективности индивидуального крепления лав// Уголь Украины.- 1980.- №8.- С. 21-22.

6. Кузьменко Н.С. Выдвижные верхняки ВВ-30 для стоек усиленного сопротивления. //Горные машины и автоматика. - М.: ЦНИЭИуголь - 1981.- №1. -С. 3-4.

7. Кузьменко Н.С. Промышленные испытания экспериментальной партии верхняков ВВ-30. //Горные машины и автоматика. - М.: ЦНИЭИуголь - 1982.- №1. -С. 3-6.

8. Бохан М.А., Кузьменко Н.С. Повышение безопасности работ в лавах с индивидуальной крепью// Безопасность труда в промышленности. - 1982.- № 4. - С. 44-47.

9. Пугаченко А.Н., Наружный Б.М., Кузьменко Н.С. Об испытании верхняков для стоек повышенного сопротивления// Уголь Украины.- 1982.- № 7.-С.8-9.

10. Иванов В.Г., Кузьменко Н.С., Рубин В.Г., Пугаченко А.Н. Снижение травматизма от обрушения пород в очистных выработках// Безопасность труда в промышленности.- 1984.- №12. - С. 36-38.

11. Иванов В.Г., Кузьменко Н.С., Пугаченко А.Н. Влияние расположения мест посадки кровли и выемки угля на вывалообразование // Уголь Украины. - 1985. - № 10. - С. 20-21.

12. Кузьменко Н.С., Вереда В.С., Семенов И.В. Совершенствование технологии управления кровлей в сложных горно-геологических условиях// Уголь Украины. - 1987. - № 1. - С. 19-21.

13. Гликин В.М., Курносова О.С., Кузьменко Н.С. Организация труда в забоях с индивидуальной крепью// Безопасность труда в промышленности.- 1989.- №2. - С. 53-55.

14. Бабенко П.С., Прожирко С.А., Кузьменко Н.С., Гудзь В.П. Совершенствование способов управления кровлей// Уголь Украины. - 1991.- № 3. - С. 18-23.

15. Брюханов А.М., Кузьменко Н.С. Навесные металлические шарнирные верхняки// Уголь Украины. - 1995.- № 3. - С. 15-18.

16. Брюханов А.М., Кузьменко Н.С. Металлические верхняки комбинированные ВК// Уголь Украины. - 1997.- № 7. - С. 59-62.

17. Брюханов А.М., Чистоклетов В.Н., Кузьменко Н.С. Промышленные испытания верхняков ВК// Уголь Украины. - 1998.- № 10. - С. 36-37.

18. Кузьменко Н.С. Геомеханическое обоснование способов и средств повышения устойчивости кровли в очистных забоях маломощных пологопадающих пластов Донбасса// Физико-технические проблемы горного производства: Сб. научн. трудов /ДонФТИ им.А.А.Галкина.- Донецк, - 1998. - С. 36-37.

19. Кузьменко Н.С. Геомеханическое обоснование параметров технологических схем и процессов крепления очистных забоев индивидуальными крепями с целью предупреждения травматизма от обрушений горных пород// Способы и средства создания безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах: Сб. научн. трудов /МакНИИ. - Макеевка - Донбасс, 2002. - С. 303-306.

20. Лёвкин Н.Б., Кузьменко Н.С., Рева В.Н., Зинченко Н.С. Повышение безопасности работ при отработке целиков угля на пластах, склонных к газодинамическим явлениям и самовозгоранию// Физико-технические проблемы горного производства: Сб. научн. трудов №6/ ИФГП НАН Украины. - Донецк, - 2003. - С. 120-129.

21. Лёвкин Н.Б., Кузьменко Н.С. Особенности обвалов и обрушений в очистных забоях.// Геотехническая механика: Межвед. сб. научн. тр. № 41 /ИГТМ НАН Украины. - Днепропетровск, - 2003. - С. 31-35.

22. Лёвкин Н.Б., Кузьменко Н.С., Зинченко К.А., Андреев И.М., Удовенко О.Н. Безопасность при отработке угольных целиков в сложных горно-геологических условиях// Проблеми гірського тиску: Зб.наук.праць № 9/ ДонНТУ. - Донецьк, - 2003. -С. 23-39.

23. Южанин И.А., Колчин Г.И., Кузьменко Н.С., Никифоров А.В. К вопросу безопасной отработки угольных целиков// Способы и средства создания безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах: Сб. научн. трудов /МакНИИ. - Макеевка - Донбасс, -2003. - С. 95-102.

24. Кузьменко Н.С. Исследование влияния параметров крепления на вывалообразование пород. // Геотехническая механика: Межвед. сб. научн. трудов Вып. 47 / ИГТМ НАН Украины. - Днепропетровск, - 2003.-С. 24-33.

25. Кузьменко Н.С. Механизм проявления трещинообразования в породах кровли// Способы и средства создания безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах: Сб. научн. трудов / МакНИИ. - Макеевка-Донбасс, - 2004. - С. 119-126.

26. Кузьменко Н.С., Мануйленко Р.И. Анализ распределения напряжений в углепородном массиве при полном обрушении кровли // Геотехническая механика: Межвед. сб. научн. трудов Выпуск 50/ИГТМ НАН Украины.- Днепропетровск,- 2004. - С. 289-295.

27. Кузьменко Н.С. Состояние охраны труда на угольных шахтах Украины в 2003г. // Геотехническая механика: Межвед. сб. научн. трудов. Выпуск -№56/ИГТМ НАН Украины. - Днепропетровск, - 2005. -С.177-191.

28. Кузьменко М.С., Мануйленко Р.І. Вплив зволоження вугільного пласта на напружно-деформований стан гірничого масиву.// Геотехническая механика: Меж вед. сб. научн. трудов Выпуск 58/ ИГТМ НАН Украины. - Днепропетровск, - 2006. - С. 52-57.

29. Кузьменко Н.С. Предотвращение травматизма от обрушений пород на концевых участках лавы.// Физико-технические проблемы горного производства: - Сб. научн. трудов № 8 /ИФГП НАН Украины. - Донецк, - 2005.- №8. - С. 214-220.

30. Медведев Э.Н., Кузьменко Н.С. Исследование причин травматизма от обвалов и обрушений в очистной выработке. //Способы и средства создания безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах: Сб. научн. трудов /МакНИИ.- Макеевка - Донбасс, - 2005.- С. 210-229.

31. Кузьменко Н.С. Влияние горно-геологических факторов на травматизм от обвалов пород в очистных выработках//Геотехническая механика: Межвед. сб. научн. трудов. Выпуск 59/ИГТМ НАН Украины.- Днепропетровск,- 2005. С. 91-100.

32. Пат. 25219 Украини. МКИЕ 21 Д 17/02. Верхняк індивідуального кріплення. Кузьменко М.С., Бильдєєнко О.І., Хамуляк В.Г., Брюханов О.М., Климашевський М.І. (Україна); - №97073662; Заявл. 09.12.97; Опубл. 15.08.02; Бюл. №8. - 1 с.

Размещено на Allbest.ru