На правах рукописи

КОКАРЕВ Константин Владимирович

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИИ

РАЗРАБОТКИ ПОЛОГИХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ

СТОЛБАМИ ПО ВОССТАНИЮ С РАЗМЕЩЕНИЕМ

ТРАНСПОРТНОГО ГОРИЗОНТА НА ПОВЕРХНОСТИ

Специальность 25.00.22 – «Геотехнология (подземная, открытая

и строительная)»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург – 2013

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Научный руководитель – Валиев Нияз Гадым-оглы, доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор, Корнилков Михаил Викторович, зав. кафедрой шахтного строительства ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

кандидат технических наук, директор Черев Дмитрий Алексеевич, ООО «Институт промышленной безопасности»

ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государ

Ведущая организация – ственный технический университет им. Г. И. Носова»

Защита состоится 25 декабря 2013 г. в 11.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.280.02, созданного на базе ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет», по адресу: 620144, г. Екатеринбург, ГСП, ул. Куйбышева, 30, 2-й учебный корпус, ауд. 2142.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Автореферат диссертации разослан 22 ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор Багазеев В. К.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы Россия во все времена была и остается одной из ведущих угольных держав мира, как по величине запасов, так и по объемам добычи угля. Мировое потребление угля за последние 10 лет выросло почти на 50 процентов.

Правительство РФ утвердило разработанную Минэнерго России долгосрочную Программу развития угольной отрасли на период до 2030 года. Согласно программе, к 2030 году добыча угля вырастет до 430 млн т и будет осуществляться на 82 разрезах и 64 шахтах, а уровень производительности труда (добыча угля на одного занятого) в 5 раз превысит показатель 2010 года. Базовыми являются три целевых критерия: энергетическая, экономическая и экологическая эффективность.

Анализ состояния шахтного фонда показал, что с внедрением высокопроизводительной техники выявилось несоответствие схем вскрытия, подготовки и отработки угольных пластов шахт параметрам современного горношахтного оборудования, особенно для пологих пластов средней мощности.

Существующие схемы вскрытия и подготовки шахтного поля с большой протяженностью подготовительных и вскрывающих выработок рассчитаны на достижение годовой производительности шахты путем достаточного количества одновременно действующих очистных забоев. При проектировании новых шахт необходимо применять более совершенные технологические решения по вскрытию, подготовке и отработке запасов угля путем снижения протяжённости выработок за счет размещения транспортного горизонта на поверхности. Решение этой задачи является актуальным и возможным для пологих угольных пластов средней мощности с глубиной залегания до 600 м.

Объект исследования – пологие угольные пласты средней мощности неглубокого залегания.

Предмет исследования – технология вскрытия и подготовки шахтных полей к выемке.

Цель работы – обоснование параметров технологии разработки пологих угольных пластов неглубокого залегания автономными столбами по восстанию.

Основная идея работы состоит в разработке угольных пластов столбами по восстанию на всю глубину шахтного поля и размещении основного транспортного горизонта на поверхности, позволяющей увеличить экономическую эффективность горного производства и безопасность горных работ.

Задачи исследования:

1. Анализ технологии вскрытия, подготовки и очистной выемки при разработке угольных месторождений.

2. Разработка вариантов технологических схем отработки пластов пологого залегания на всю глубину шахтного поля для различных условий.

3. Создание экономико-математической модели по обоснованию параметров технологии разработки пологих угольных пластов средней мощности столбами по восстанию. Оптимизация параметров выемочного участка по минимуму затрат.

4. Определение эффективности предлагаемых вариантов технологии в различных горно-геологических условиях.

5. Сравнительный технико-экономический анализ применения традиционных способов разработки угольных пластов и предлагаемого способа.

Методы исследований. Для решения поставленных задач в работе использован комплекс методов решения задач в горном деле, включающий:

методы численного моделирования и компьютерного экспериментирования над математическими моделями;

методы экономико-математического моделирования технологических процессов;

оптимизацию параметров технологии отработки пологих угольных пластов столбами по восстанию по минимуму затрат.

Научные положения, защищаемые в диссертации:

- размещение транспортного горизонта на поверхности при разработке автономными столбами обеспечивает экономическую эффективность и безопасность разработки пологих угольных пластов средней мощности;

- экономико-математическая модель по обоснованию параметров технологии разработки столбами по восстанию построена с учетом глубины заложения выработок, устойчивости вмещающих пород, технологических параметров проходки, условий поддержания, транспорта полезного ископаемого и очистной выемки;

- использование автономных столбов экономически целесообразно при мощности наносов до 45-70 м; с применением дренажного горизонта до 75м.

Научная новизна результатов исследований:

- доказана возможность более эффективной отработки угольных месторождений столбами по восстанию на всю глубину шахтного поля по сравнению с традиционными способами;

- разработана экономико-математическая модель определения основных технологических параметров выемочного столба при разработке пологих угольных пластов столбами по восстанию на всю глубину шахтного поля;

- для разработанных технологических схем отработки пологих угольных пластов средней мощности определены оптимальные параметры:

длина выемочного столба, очистного забоя и размер шахтного поля по простиранию в зависимости от горно-геологических условий;

- обоснована область эффективного применения автономных столбов для разработки пологих угольных пластов средней мощности в различных горно-геологических условиях.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

- сопоставимостью результатов, полученных компьютерным экспериментированием над математическими моделями и аналитическим путем;

- представительным объемом данных, полученных компьютерным экспериментированием, на основе которых найдены оптимизированные значения параметров технологии;

- соответствием результатов моделирования показателям работы угольных шахт России.

Практическая значимость работы состоит в разработке технологических схем и рекомендаций для отработки пологих угольных пластов средней мощности столбами по восстанию.

Личный вклад автора состоит в постановке задач исследований и их решении, разработке экономико-математических моделей и компьютерных экспериментов над ними, анализе полученных результатов компьютерного экспериментирования и выявлении зависимостей, формулировании научных положений.

Апробация результатов работы. Основные положения диссертации и её отдельные результаты докладывались на научных конференциях УГГУ в 2008-2012 гг., доклад в ОАО «Уралгипрошахт».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, статьи в ведущих рецензируемых научных изданиях.

Структура и объем работы Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, двух приложений, библиографического списка, включающего 109 наименований.

Текст диссертации изложен на 168 страницах и содержит 11 таблиц, 71 рисунок.

Автор выражает благодарность научному руководителю, коллективу кафедры горного дела и Л.А. Важенину за неоценимую помощь в подготовке диссертации.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Анализ технологии вскрытия, подготовки и очистной выемки при разработке угольных месторождений В угольной промышленности России действует 205 угледобывающих предприятий (из них 84 шахты). В 2011 году проведено 479, 5 км горных выработок, в том числе вскрывающих и подготавливающих выработок – 378, км. Суточная нагрузка на комплексно-механизированный очистной забой значительно выросла с 90-х годов ХХ века и в 2012 году составила в среднем 3780 т/сут, а на отдельных шахтах – 8-10 тыс. т/сут.

Анализ шахтного фонда на основных угольных бассейнах страны за последние 20 лет показал, что большинство шахт разрабатываются по традиционной технологии: вскрытие вертикальными или наклонными стволами, этажными/капитальными квершлагами и деление шахтного поля на выемочные ступени (табл. 1,2).

*В скобках приведено число шахт (% от общего числа шахт), вскрытых вертикальными и наклонными стволами.

Группы шахт, разрабатываюданной группы щие пласты с Способ подготовки углом падения, Менее Более Удельные значения протяжённости поддерживаемых Бассейн Совершенствование способов подготовки шахтных полей привело к серьезному увеличению протяженности проводимых и поддерживаемых выработок (табл. 3), многоступенчатости транспорта, усложнению проветривания горных выработок.

Анализ выявил, что традиционным способам вскрытия и подготовки пологих угольных пластов средней мощности присущи следующие недостатки:

- длительный срок строительства шахты;

- недостаточная надежность системы транспортирования полезного ископаемого из очистного забоя - значительный перепробег грузов под землей;

- большая протяженность поддерживаемых горных выработок, достигающая на отдельных шахтах 300 км;

- большая длина пути воздуха, значительные утечки и высокая депрессия шахты;

- низкая эффективность инвестиций в строительство шахт и большие сроки окупаемости вложений.

Для устранения приведенных выше недостатков необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать варианты технологических схем отработки пластов пологого залегания на всю глубину шахтного поля в различных условиях.

2. Создать экономико-математическую модель по обоснованию параметров технологии разработки пологих угольных пластов средней мощности столбами по восстанию. Оптимизировать параметры выемочного участка по минимуму затрат.

4. Определить горно-геологические условия эффективного применения автономных столбов.

5. Провести сравнительный технико-экономический анализ применения традиционных способов разработки угольных пластов с предлагаемым.

Разработка технологических схем отработки пластов пологого залегания на всю глубину шахтного поля В последние годы новые подходы к проектированию горного производства развиваются в ИУУ СО РАН, КузГТУ, в проектных институтах. Для условий Кузнецкого бассейна в работах В. Д. Ялевского и В. А. Федорина разработаны схемы шахт с упрощенной инфраструктурой, названные «модульными шахтоучастками», позволяющие достичь высокой эффективности.

Способ разработки является продолжением идеи Л. А. Важенина, предложившего разработку угольных пластов автономными блоками и подразумевает вскрытие каждого выемочного столба наклонными выработками с поверхности и сооружение транспортного горизонта на поверхности.

Реализация способа выполняется следующим образом: с дневной поверхности сначала по наносам (под максимальным углом наклона конвейера) и далее по пласту проводятся две наклонные выработки 1, 2, 3, 4 (рис. 1). На проектной глубине наклонные выработки соединяются монтажной камерой 5, в которой устанавливают все необходимое для ведения очистных работ оборудование и отрабатывают выемочный столб по восстанию. Для облегчения проветривания выработок при проходке их соединяют диагональной сбойкой 6. Отбитый в очистном забое уголь по главной наклонной выработке транспортируют конвейером на дневную поверхность.

Рис. 1. Принципиальная схема предлагаемого способа:

б – совмещенный план поверхности и работ по пласту Вспомогательные материалы и оборудование из складских помещений перевозят по поверхности до устья вспомогательной выработки 3, далее по этой выработке транспортируют до очистного забоя 7 без маневров и перегрузки монорельсовым транспортом 8. Транспортирование угля по поверхности производится конвейерными галереями 9. Людей перевозят в людских вагонетках непосредственно от административно-бытового комбината до очистного забоя также без маневров и пересадок.

Для целей проветривания выработок, оконтуривающих выемочный столб, около устья вспомогательной выработки устанавливают два вентилятора (один рабочий, другой – резервный) и калорифер. Воздух в выработку подают по вентиляционному каналу 10. Для предотвращения утечек воздуха устье вентиляционной выработки оборудуют шлюзом (рис. 2).

Разработка угольных пластов может быть реализована в нескольких вариантах для различных горно-геологических условий. В данной работе исследования проводились для схем с охраной подготовительных выработок целиками, с проведением парных выработок и бесцеликовых схем – с оставлением выработок для повторного использования и схемы с отработкой шахтного поля в шахматном порядке с проведением выработок вприсечку к выработанному пространству.

Предлагаемый способ требует минимального объема проходки выработок, позволяет повысить эффективность и безопасность горных работ путем размещения транспортного горизонта на поверхности и возможности автономного функционирования выемочного столба.

При большой обводненности угольных пластов в центре шахтного поля по пласту угля проводятся два наклонных ствола, а на нижней границе шахтного поля – монтажный и дренажный штреки. В остальном способ реализуется таким же образом.

При экономически нецелесообразном использовании автономных выемочных столбов, связанном с большой мощностью наносов, предлагается применять варианты технологических схем с проведением Рис. 2. Схема выемочного столба наклонных транспортного 11 и вентиляционного 12 стволов со сбойками 13 и вентиляционного 14 и откаточного 15 штреков под наносами, соединяемых сбоечной печью 16 (рис. 3).

Рис. 3. Схема разработки пласта при вскрытии наклонными стволами, Данная схема в настоящий момент не полностью соответствует действующим Правилам безопасности в угольных шахтах (ПБ 05-618-03, 2004 г.), в части направления движения свежей струи воздуха. Однако необходимо отметить, что она предлагается для применения на небольших глубинах в зоне газового выветривания (угол падения пластов до 12о), поскольку в данных условиях не будет увеличиваться опасность горных работ по фактору проветривания.

В случае, когда угольные пласты сильно обводнены и большая мощность наносов не позволяет использовать автономные столбы, предлагается использовать технологические схемы со вскрытием шахтного поля наклонными стволами, проведением откаточного и вентиляционного штреков под наносами и монтажного и дренажного штреков на нижней границе шахтного поля. Эти штреки также могут использоваться для подачи свежей струи воздуха в целях обеспечения подачи воздуха из нижней точки.

Предлагаемые технологические схемы выемочного столба обладают такими достоинствами, как:

- высокая пропускная способность всех последовательных элементов технологической схемы;

- минимальная удельная протяженность проводимых, подготовительных и выемочных выработок;

- непрерывность транспортирования горной массы из очистного забоя до поверхности;

- возможность погрузки угля сразу в транспортные средства для доставки потребителю или на обогатительную фабрику;

- отсутствие перегрузочных операций на вспомогательном транспорте;

- обеспечение минимальных, экономически обоснованных потерь угля;

- исключение взаимного влияния очистных и подготовительных забоев;

- обеспечение автономности работы очистного забоя по условиям транспорта;

- применение эффективных способов охраны выработок с безремонтным их поддержанием;

- возможность неограниченного наращивания производственной мощности шахты;

- высокая безопасность и надежность;

- высокие технико-экономические показатели.

Создание экономико-математической модели по обоснованию параметров технологии разработки пологих угольных пластов средней мощности столбами по восстанию Теорию и практику математического моделирования горных предприятий начали создавать в начале XX века Б. Н. Бокий и Л. Д. Шевяков. В дальнейшем работу в этом направлении продолжали А. С. Попов [59], П. З. Звягин, А. П. Судоплатов, В. И. Голомзин, Н. Г. Капустин, А. П. Килячков, А. М. Курносов, С. М. Липкович, С. С. Квон, Е. И. Рогов, К. И. Татомир и др.

В каждом конкретном случае экономико-математические модели разрабатываются с определенной целью, следовательно, модель должна в наибольшей мере обеспечивать достижение поставленной цели. В нашем случае ставится цель создания исследовательской модели, которая позволит определить параметры технологических схем отработки пологих пластов средней мощности столбами по восстанию.

В качестве критерия оптимальности параметров принимаем величину удельных эксплуатационных расходов на вскрытие, подготовку и отработку запасов выемочного столба.

В общем случае математическая модель расходов в выемочном поле может быть сформулирована так:

где – длина очистного забоя, м;

– длина выемочного столба, м;

– размер шахтного поля по простиранию, м.

Значение критерия формируется путем суммирования отдельных расходов:

где – удельные расходы на проведение всех протяженных горных выработок в пределах выемочного поля руб/т;

– расходы на поддержание горных выработок, руб/т;

– расходы на транспорт грузов по выработкам, руб/т;

– расходы на добычные работы в очистном забое, руб/т;

– расходы на монтаж-демонтаж оборудования, руб/т.

К рассмотрению принимается 16 технологических схем разработки пологих угольных пластов на всю глубину шахтного поля: схемы с оставлением непрорезаемых целиков, с проведением парных выработок, с оставлением выработок для повторного использования и с проведением выработок вприсечку к выработанному пространству.

В экономико-математической модели технологии разработки столбами по восстанию учитываются следующие факторы:

- горно-геологические (мощность пласта, мощность наносов, угол падения пласта, устойчивость вмещающих пород, обводненность угольных пластов) - горнотехнические (длина выемочного столба, длина очистного забоя, размер шахтного поля по простиранию, производственная мощность очистного забоя, способ охраны выработки, размеры целиков, глубина заложения выработок, поперечное сечение горных выработок) - социально-экономические (стоимость материалов, машин и оборудования, электроэнергии, заработная плата рабочих, количество рабочих дней в году) Таким образом, математическая модель по обоснованию параметров построена с учетом технологических параметров проходки, поддержания, транспорта и очистной выемки.

Оптимизация параметров выемочного участка по минимуму затрат Для автономных столбов основными параметрами являются длина очистного забоя ( ) и длина выемочного столба ( ).

Для экономико-математических моделей указанных схем целевая функция в обобщенных коэффициентах имеет вид:

Приравнивая к нулю частные производные и проведя некоторые преобразования, получим систему уравнений:

где – оптимальная длина соответственно очистного забоя и выемочного столба, м.

В результате проведенных компьютерных экспериментов построены графики зависимостей для широкого диапазона условий: нагрузки на очистной забой от 1 до 10 тыс. т, длины очистного забоя от 10 до 500 м и длины столба от 100 до 5000 м. При изучении изменения одного параметра использовались оптимальные значения остальных.

На рис. 4 показана зависимость длины лавы от мощности пласта при различных значениях суточной нагрузки.

Учтенные эксплуатационные расходы, руб./т Многочисленные эксперименты показали, что значение длины лавы при любых значениях мощности пласта и с суточной нагрузкой свыше 4000 т следует принимать 120 м и более. При меньших значениях длины очистного забоя наблюдается резкий рост учтенных эксплуатационных расходов, что справедливо для всех вариантов технологических схем разработки угольных пластов автономными столбами по восстанию. При этом, длина лавы, возможной к применению в определенных условиях – это не точка с конкретным значением, а диапазон в рамках погрешности вычислений.

На рис. 5 показана зависимость длины выемочного столба при отработке пласта автономными столбами с оставлением прорезаемых целиков. Изменение длины выемочного столба имеет похожую динамику. При суточной нагрузке 3000 т диапазон возможной длины столба находится в пределах 1500 – 3000 м при = 1 м и 1400-2600 м – для остальных значений мощности пласта (рис. 5, а).

Учтенные эксплуатационные расходы, Учтенные эксплуатационные расходы, получены подобные результаты.

Увеличение длины выемочного столба сопровождается ростом стоимости транспортирования полезного ископаемого, увеличением затрат на проведение и поддержание выработок, при этом увеличивается количество вынимаемых запасов.

Рост длины очистного забоя ведет к увеличению затрат на монтажнодемонтажные работы, увеличиваются количество рабочих, затраты, пропорциональные длине забоя на материалы, оборудование, электроэнергию, также при этом увеличивается количество вынимаемых запасов.

Рост суточной нагрузки на очистной забой ведет к увеличению оптимальных значений длины выемочного столба и очистного забоя (рис. 6).

Длина выемочного столба, м Увеличение мощности пласта снижает значения оптимальных параметров при заданной нагрузке. Это объясняется тем, что с увеличением вынимаемой мощности пласта значительно увеличивается стоимость оборудования, применяемого в очистном забое, и его амортизация.

схем В настоящее время область применения способа разработки столбами по восстанию ограничена технической возможностью использования механизированных комплексов. Так как для работы по падению и восстанию используется оборудование, разработанное для выемки угля столбами по простиранию, то максимальный угол падения пласта составляет 12о. При совершенствовании оборудования для работы в заданных условиях область применения увеличится. Также для расширения области применения предлагаемых технологических схем могут использоваться струговые установки, с возможностью эффективной работы при углах свыше 12о. В нашей работе моделирование проводилось только для комбайновой выемки угля.

При определении области эффективного применения автономных выемочных столбов возникает необходимость определения горно-геологических условий, при которой применение автономных столбов становится экономически неэффективным и предпочтителен переход на технологические схемы отработки с проведением наклонных стволов и расположением транспортного горизонта под наносами.

Эксперименты над экономико-математической моделью показали, что эффективная область применения автономных столбов без дренажного горизонта находится в диапазоне мощности наносов 45-70 м, в зависимости от применяемого способа отработки (с оставлением целиков или бесцеликовым) в сравнении со способом с размещением транспортного горизонта под наносами (рис. 7, а).

эксплуатационные расходы, руб./т эксплуатационные расходы, руб./т 1, 3 – соответственно, автономными столбами с оставлением целиков 5, 6 – соответственно, автономными столбами с оставлением целиков При сравнении способов с использованием дренажного горизонта область применения автономных столбов находится при мощности наносов до 75 м при отработке с оставлением непрорезаемых целиков и до 100 м при сравнении схем с сохранением выработок для повторного использования (рис. 7, б).

В экономической практике известно много различных показателей, применяемых в качестве критериев оценки тех или иных вариантов разработки угольных пластов и определения эффективности производства.

В данной работе было произведено сравнение предлагаемого способа с традиционными способами отработки угольных пластов по нескольким экономическим критериям: сроку строительства шахты, прямым нормируемым затратам на горные работы, чистому дисконтированному доходу (ЧДД).

На рис. 8 показан график сравнения сроков окупаемости капитальных вложений для разных способов отработки угольных пластов.

Прибыль, млн руб.

ЧДД рассчитывается при оценке экономической эффективности инвестиций для потоков будущих платежей (рис. 9). Дисконтирование выполняется по заданной ставке:

- для собственных средств норма дисконтирования принимается равной годовой процентной ставке по депозитным вкладам банков первой категории надежности - 7,25 % (на 4-й квартал 2013 г.);

- для заемных средств ставка равна среднерыночной годовой процентной ставке по промышленным кредитам - 19,5 % (на 4-й квартал 2013 г.).

В случае использования и собственных, и заемных средств норма дисконтирования рассчитывается как средневзвешенная стоимость капитала где СС, ЗС - соответственно сумма собственных и заемных средств, руб.;

ПД, ПК - соответственно ставка процентов по кредиту и депозитным ЧДД, тыс. руб.

Рис. 9. Чистый дисконтированный доход без учета налоговых обязательств:

Графики показывают, что чистый дисконтированный доход (горизонт расчета 5 лет и отпускная цена 1 т угля 1015 руб.) при использовании предлагаемого способа при 100 % собственных средств в 3 раза выше традиционных. ЧДД от автономных столбов по восстанию при использовании 50 % заемных средств в 6 раз превышает традиционные способы разработки пологих угольных пластов средней мощности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При достижении поставленной цели и решении задач диссертационного исследования автором получены следующие научные и практические результаты:

1. Разработаны технологические схемы отработки пологих угольных пластов средней мощности автономными столбами по восстанию на всю глубину шахтного поля с расположением транспортного горизонта на поверхности и с возможностью сооружения дренажного горизонта на нижней границе шахтного поля. При экономически нецелесообразном использовании автономных столбов предлагается использовать схемы с расположением транспортного горизонта под наносами.

2. Создана экономико-математическая модель для определения параметров технологии разработки пластов столбами по восстанию на всю глубину шахтного поля, позволяющая устанавливать оптимальные параметры технологических схем отработки пологих угольных пластов средней мощности, а именно: длину очистного забоя, длину выемочного столба и размер шахтного поля по простиранию в различных горно-геологических условиях при разных значениях производительности очистного забоя и мощности угольного пласта, с учетом глубины, устойчивости вмещающих пород, технологических параметров проходки, условий поддержания и транспорта полезного ископаемого.

3. Разработана экономико-математическая модель для определения области эффективного применения технологии отработки пологих угольных пластов столбами по восстанию на всю глубину шахтного поля позволяющая установить горно-геологические условия, при которых следует переходить от технологии с размещением транспортного горизонта на поверхности к расположению его под наносами. Схемы с размещением транспортного горизонта под наносами следует применять при мощности наносов свыше 45- м, в зависимости от способа отработки. При сравнении схем с дренажным горизонтом граничное значение мощности наносов – 75-100 м.

4. Результаты исследований показывают, что оптимальная длина лавы в рассматриваемых условиях варьируется от 50 до 500 м. Для значений суточной нагрузки свыше 4000 т/сут установлено, что значение длины лавы при мощности пласта 1-2 м следует принимать не менее 300 м. На пластах мощностью 3-5 м с увеличением нагрузки оптимальные значения длины очистного забоя снижаются, тем не менее диапазон длин расширяется – 150-200 м при нагрузке 4000 т/сут и 200-400 м – при 10 тыс. т в сутки. Доказано, что длину лавы при любых значениях мощности пласта и с суточной нагрузкой свыше 4000 т следует принимать 120 м и более. При меньших значениях длины очистного забоя наблюдается резкий рост учтенных эксплуатационных расходов.

5. Оптимальная длина выемочного столба при суточной нагрузке 1000т изменяется в пределах 1500–3000 м при и 1400-2600 м – для остальных значений мощности пласта. При увеличении суточной нагрузки до 7–10 тыс. т для пластов мощностью 2-5 м оптимальные значения длины столба примерно одинаковы и в диапазоне от 1500 до 5000 м может приниматься подходящее по горно-геологическим условиям значение. При длине менее 1200 м наблюдается резкое увеличение учтенных эксплуатационных затрат.

5. Рост суточной нагрузки на очистной забой ведет к увеличению оптимальных значений длины выемочного столба, очистного забоя и размера шахтного поля по простиранию. Увеличение мощности пласта снижает значения оптимальных параметров при заданной нагрузке. Это объясняется тем, что с увеличением вынимаемой мощности пласта значительно увеличивается стоимость оборудования, применяемого в очистном забое, и его амортизация.

6. Увеличение мощности пласта ведет к сокращению области эффективного применения автономных столбов; рост суточной нагрузки увеличивает возможности применения схем разработки автономными столбами; доказано также, что большое влияние имеет снижение устойчивости вмещающих пород, при неустойчивых породах увеличиваются граничные значения мощности наносов для применения автономных столбов.

8. Произведенный сравнительный анализ традиционных технологий и предлагаемого способа показал, что:

- удельная протяженность поддерживаемых выработок при разработке предлагаемым способом в 4-5 раз ниже традиционных способов в аналогичных условиях.

- срок строительства шахты при разработке угольных пластов автономными столбами в 3-5 раз меньше;

- дисконтированный срок окупаемости капитальных вложений в 6-9 раз меньше;

- прямые нормируемые затраты на горные работы в 2,5 раза ниже, чем наиболее простой этажный способ подготовки шахтного поля и в 6 раз ниже панельного способа;

9. Чистый дисконтированный доход в пределах горизонта расчета (5 лет) от применения схемы с использованием автономных столбов по восстанию выше традиционных:

- в 3 раза, при использовании собственных средств;

- в 6 раз, при 50 % собственных средств и 50 % заемных;

- при использовании 100 % заемных средств имеет положительный ЧДД, в отличие от традиционны способов.

Дисконтированный индекс доходности в 2-3 раза выше, чем при традиционных способах.

10. Повышение безопасности от применения предлагаемого способа обеспечивается размещением транспортного горизонта на поверхности, что сокращает количество людей, работающих под землей.

11. Разработка пологих угольных пластов автономными столбами по восстанию позволяет варьировать значения годовой производительности шахты в зависимости от потребностей рынка, неограниченно наращивать или снижать объемы добычи вследствие автономности работы выемочных столбов.

12. Дальнейшие исследования по применению технологии разработки пологих угольных пластов средней мощности возможно вести в нескольких направлениях:

- расширение области применения способа за счет применения струговых установок и совершенствования добычного оборудования;

- открыто-подземная разработка пологих угольных пластов: совместное использование производственной инфраструктуры разреза; использование техники угольного разреза при вскрытии пластов, для подземной добычи;

дренаж, осушение поля разреза в подземных условиях.

- безлюдная выемка бурошнековым оборудованием.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в следующих работах:

Работы, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах, определенных ВАК России:

1. Кокарев К. В. Влияние горно-геологических условий на работу комбайна в лаве по челноковой схеме / К. В. Кокарев, Н. Г. Валиев, А. Д. Голотвин // Известия вузов. Горный журнал. – 2012. – № 4. – С.17-19.

2. Кокарев К. В. Определение глубины области разрушения пород почвы пласта при выемке его лавой / К. В. Кокарев, А. Д. Голотвин. – М., 2011. – Деп. в Горном информационно-аналитическом бюллетене 18.07.11, № 844/10-11.

Работы, опубликованные в других изданиях:

1. Кокарев К. В. К подземной разработке угля / К. В. Кокарев, Д. А. Пьянков, Е. А. Иванчин // Международная научно-практическая конференция «Уральская горная школа – регионам»: сборник докладов. – Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2011. – С. 270-271.

2. Кокарев К. В. Возможность работы комбайна по челноковой схеме / К. В. Кокарев, А. Д. Голотвин, Е. А. Иванчин // Международная научнопрактическая конференция «Уральская горная школа – регионам»: сборник докладов. – Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2011. – С. 252.

3. Тюлькин В. П. Геомеханическое обоснование технологии отработки угольных пластов с сохранением подготовительных горных выработок для повторного использования на шахтах Черногорского месторождения / В. П. Тюлькин, К. В. Кокарев // Международная научно-практическая конференция «Уральская горная школа – регионам»: сборник докладов. – Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2008. – С. 105-106.

4. Тюлькин В. П. Влияние технологических параметров выемочных участков на расположение и ширину пожароопасной зоны в выработанном пространстве / В. П. Тюлькин, К. В. Кокарев // Международная научнопрактическая конференция «Уральская горная школа – регионам»: сборник докладов. – Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2010. – С. 106-107.

Отпечатано с оригинал-макета в лаборатории множительной техники издательства УГГУ 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»