УДК 622.283.2
Обоснование необходимости оставления породы в шахтах, разрабатывающих крутые пласты
Порода является основным отходом угольной промышленности. На поверхности шахт и вблизи обогатительных фабрик Центрального района Донбасса находится около 100 отвалов, в которых размещено свыше 250 млн. т. породы.
Переход на отработку тонких и весьма тонких угольных пластов и рост глубины разработки привели к увеличению объемов выдаваемой породы.
В связи с этим возникла проблема полного оставления породы в шахтах.
В настоящее время предприятиями отрасли используется только 3% общего объема выдаваемой породы, еще 5% необходимо для строительства автомобильных дорог в Украине и около 8% флотохвостов потребляется кирпичными заводами. Очевидно, что более полное использование породы, получаемой при добыче угля, не только способствует сохранению окружающей среды, но и создает предпосылки для повышения эффективности работы угольных предприятий. При этом основным потребителем породы может и должна быть сама шахта, которая ведет добычу угля с закладкой выработанного пространства.
Послевоенный период деятельности отечественной угольной промышленности характеризуется эпизодическим проявлением предложений по оставлению породы в шахтах, разрабатывающих крутые пласты. Но эти предложения дальше дискуссий не продвигались, хотя последние заканчивались в пользу расширения объемов ее применения. Впоследствии, так же принимались аналогичные решения, однако положение с созданием технической базы для осуществления полной закладки на индустриальной основе, оставалось неизменным.
Опыт применения полной закладки показывает, что за счет оставления породы в шахтах могут быть успешно решены такие сложные инженерные задачи как создание условий для безопасной выемки запасов под охраняемыми объектами, управление горным давлением на пластах с труднообрушаемыми кровлями и сползающими почвами, с самовозгорающимися углями. За счет оставления породы в шахтах могут быть снижены высокие температуры в очистных забоях и созданы предпосылки для разработки технологии безлюдной выемки угля.
В шахтах, разрабатывающих крутые пласты, отходы в виде пустой породы образуются при проведении подготовительных выработок и их ремонте (около 75% общего объема), при присечке боковых пород (около 8%), а также обрушениях неустойчивых боковых пород (около 17%). Транспортирование породы по горным выработкам, выдача ее на поверхность и складирование, связаны со значительными затратами материальных и трудовых ресурсов (в среднем задолженность составляет около 50% технических средств и 40% обслуживающего персонала шахтного транспорта). Можно допустить, что около 80–85% общего объема породы, получаемой в шахте, может эффективно перерабатывать сама шахта.
Если принять во внимание то обстоятельство, что при полной закладке выработанного пространства на 1 т угля необходима 1 т породы, то вопрос оставления в шахте всей породы решался бы сравнительно просто. Однако необходимо учитывать, что при отработке защитных пластов с полной закладкой выработанного пространства снижается защитное действие надработки или подработки выбросоопасных пластов. В таких очистных забоях размещать породу нельзя, а, следовательно, потребуется изыскание других мест ее утилизации. Очевидно, наиболее рациональным местом являются погашаемые выработки.
До последнего времени практически не поднимался вопрос об использовании погашаемых выработок для размещения в них породы. Это объясняется отсутствием технико-технологических решений, обеспечивающих приемлемые технико-экономические показатели.
Для размещения породы в погашаемых выработках могут применяться метательные машины, скреперные установки или пневмозакладочные комплексы. Однако работа скреперных установок затрудняется в выработках с деформированной крепью и в непрямолинейных штреках. Для эффективной работы метательных машин необходимо постоянно расширять участки выработки, осуществлять электровозную доставку дробленой породы. Положение усугубляется требованием применения только взрывобезопасных электровозов, которые характеризуются малой мощностью. Более того, профиль рельсового пути должен способствовать движению грузов и иметь уклон 0,003, а фактически профиль пути имеет подъем 0,005. Транспорт породы по трубам, с помощью сжатого воздуха, лишен указанных недостатков. Пункт для разгрузки породы, ее дробления и погрузки может быть оборудован в одном месте (например, в околоствольном дворе). Напорный трубопровод размещается в выработках любой конфигурации и состояния. Поэтому, в технологических схемах ведения работ с закладкой выработанного пространства необходимо ориентироваться на пневматический способ возведения закладочных массивов (высокой плотности 1,6-1,75 т/м3).
В очистных забоях крутых пластов управление горным давлением осуществляется в основном удержанием кровли на кострах (62% очистных забоев), причем все процессы выполняются вручную. Это увеличивает трудоемкость работ в лаве (в среднем до 130 чел. смен на 1000 т добычи) и требует больших затрат лесных материалов (в среднем около 80 м3 на 1000т угля), не обеспечивая безопасности. Завалы происходят из-за несоответствия способа управления горным давлением разнообразию горно-геологических условий крутых пластов.
Зачастую очаги завалов и обрушений зарождаются на некотором расстоянии от забоя, впоследствии распространяясь на рабочее пространство. Поэтому одной из основных предпосылок, предопределяющих успешную работу очистных забоев, является создание условий для предотвращения обрушений боковых пород в призабойной части, а также распространения обрушения кровли и сползания почвы. При выемке угля с закладкой выработанного пространства состояние и устойчивость пород кровли в очистном забое улучшаются. Закладка выработанного пространства особенно необходима при разработке крутых пластов со сложными горно-геологическими условиями (82% общего числа очистных забоев). Действительно, при отставании закладочного массива от забоя на 3–3,5 м и его усадке до 30% сплошность оседающих пород не нарушается. Это обусловлено меньшими проявлениями смещений кровли по нормали к напластованию и изменением механизма взаимодействия вмещающих пород с закладочным массивом. Закладка выработанного пространства целесообразнее, в этом случае, на пластах мощностью более 0,85 м, удельный вес которых составляет 84% общего количества. Повышение эффективности использования комплексов оборудования с механизированными крепями и щитовых агрегатов сдерживается неудовлетворительным состоянием пластовых выработок (56% общей протяженности) и нуждается в способах их поддержания, удовлетворяющих требованиям производительной безопасной работы очистных забоев. Особую важность приобретает изыскание универсального способа охраны выработок. Таким способом, как показывают исследования, является закладка выработанного пространства дробленой породой с усадкой закладочного массива на 30%.