С. В. Подкопаев, канд. техн. наук (ДонГТУ)

В настоящее время работа шахт Украины характеризуется весьма низкими технико-экономическими показателями, прежде всего из-за сложности разработки месторождений, особенно Центрального района Донбасса с крутым залеганием пластов. Кроме специфики, обусловливаемой углами падения пластов и вытекающими отсюда последствиями в их поведении, положение усугубляется большим количеством пластов, склонных к внезапным выбросам угля и газа, и пластов с самовозгорающимися углями, а также высокими температурами вмещающих пород, возрастающими с увеличением глубины.

На шахтах с крутыми пластами применяются сплошная, столбовая и комбинированная системы разработки. Несмотря на недостатки сплошной системы и преимущества столбовой, объем последней не превышает 4%. Сравнение технико-экономических показателей при комплексной механизации в очистных забоях показывает, что при сплошной системе нагрузка на лаву больше, чем при столбовой и комбинированной. Одна из причин этого заключается в том, что комплексная механизация применяется, как правило, в благоприятных горно-геологических условиях. Выемка угля средствами комплексной механизации при столбовой и комбинированной системах производится только на пластах со сложными условиями залегания, а также на пластах, склонных к внезапным выбросам угля и газа.

Наибольшее распространение в Центральном районе Донбасса получили такие способы управления горным давлением в очистных забоях, как удержание кровли на кострах, полное обрушение и плавное опускание.

По сравнению с 1970 г. число очистных забоев с управлением кровлей удержанием на кострах возросло на 19,7%. Это произошло главным образом в связи с ухудшением горно-геологических условий, но и сам способ существенно изменился. Известно, что на крутых пластах обрушение кровли, как правило, начинается в верхней части лавы, а дальше распространяется неупорядоченно, отдельными участками по всей ее длине. Для достижения равномерного обрушения пород стали применять специальную крепь с высокой несущей способностью, устанавливаемую по простиранию, но вероятность осадок основной кровли не уменьшилась. Очевидно, это происходит потому, что наблюдаются неуправляемые сдвижения боковых пород по нормали и в плоскости пласта, которым применяемая крепь противодействовать не может.

Считается, что к наиболее перспективным следует относить способ управления кровлей полным обрушением. Однако при существующей технике его выполнение ничем не отличается от управления кровлей удержанием на кострах.

Сократилось распространение способа управления кровлей полной закладкой выработанного пространства, которая обеспечивает равномерность проявления горного давления, как по высоте этажа, так и по простиранию пласта. Для расширения области применения полной закладки на 16 шахтах ЦРД были построены дробильно-закладочные комплексы (ДЗК). Тем не менее, из-за отсутствия эффективных средств транспортирования закладочного материала к забоям ДЗК не эксплуатируются.

Способы охраны подготовительных выработок целиками угля, бутовыми полосами, различного рода конструкциями из дерева часто не обеспечивают надежной защиты от горного давления или усложняют технологию ведения подготовительных и очистных работ. Повышение эффективности использования комплексов оборудования с механизированными крепями и щитовых агрегатов сдерживается неудовлетворительным состоянием пластовых выработок 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 предварительные исследования, является закладка выработанного пространства дробленой породой с усадкой закладочного массива на 30%. Действительно, при отставании закладочного массива от забоя на 3—3,5 м и его усадке до 30% сплошность оседающих пород не нарушается. Это характерно и для выработанного пространства лавы. Контактирующие между собой породные блоки создают над выработкой эффект арочной формы, обеспечивающей увеличение сжимающих напряжений в плоскости напластования (горизонтального распора) и способствующей сохранению сплошности подработанной толщи, чего не наблюдается при полном обрушении кровли .

Основным средством механизации выемки угля в очистных забоях на крутых пластах остаются отбойные молотки. В 1996 г. с их помощью добыто 70% всего угля. Причины, сдерживающие темпы работ по механизации процессов крепления и управления горным давлением,— в специфических особенностях залегания пластов, обусловливающих необходимость в дополнительных специальных требованиях к средствам выемки, а также в недостаточной изученности закономерностей проявлений давления и взаимодействия крепей с боковыми и обрушенными породами для выбора перспективных конструктивных схем.

Анализ результатов применения комплексов оборудования с механизированными крепями, предназначенных для забоев с полным обрушением кровли, показывает, что специфика рассматриваемых условий не позволяет рассчитывать на устойчивую надежную работу очистных забоев. Учитывая разнообразие горно-геологических условий залегания крутых пластов и опыт работы шахт, следует ориентироваться, прежде всего на полную закладку выработанного пространства. Причем технология выемки должна учитывать диагональное расположение очистного забоя с нависающим над ним закладочным массивом, что наиболее полно отвечает условиям работы механизированных крепей и отработки пластов, склонных к высыпаниям и опасных по внезапным выбросам угля и газа.

Ритмичная работа механизированного очистного забоя зависит от надежности системы "очистной забой — крепь — закладочный массив". Соблюдение оптимальных параметров обеспечивает устойчивость и четкую передвижку крепи, предупреждает сползание комплексов по падению и способствует сохранению участковых подготовительных выработок в эксплуатационном состоянии.

Переход на комплексную механизацию на крутых пластах требует создания ограждающих механизированных крепей облегченной конструкции, которые могли бы поддерживать боковые породы на двух опорах (закладочном массиве и угольном забое), сохранять призабойное пространство для размещения в нем выемочного механизма, проветривать очистной забой, ограждать призабойное пространство от проникновения обрушенных пород.

Таким образом, учитывая особенности отработки крутых угольных пластов Донбасса, можно сделать выводы. Разработка крутых пластов осложняется ухудшением горно-геологических условий и увеличением числа шахтопластов, подверженных внезапным выбросам угля и газа. При существующих схемах подготовки и порядке отработки этажей одновременно в работе может находиться два и более горизонтов. Этот порядок характеризуется деконцентрацией работ. Наиболее рациональной для рассматриваемых условий будет блоковая подготовка выемочных участков и разделение этажа на подэтажи.

Учитывая разнообразие горно-геологических условий залегания крутых пластов и опыт работы шахт, необходимо ориентироваться на применение универсального способа управления кровлей — полную закладку выработанного пространства. Анализ издержек производства на добычу угля при полной закладке выработанного пространства показывает, что при увеличении нагрузки на очистные забои или увеличении их количества значительно уменьшаются затраты на подготовку закладочных материалов и удельные амортизационные отчисления. Это способствует снижению себестоимости угля и повышению эффективности закладочных работ. Технология и оборудование для выемки крутых пластов должны определяться такими требованиями: наклон забоя под углом, устраняющим влияние гравитационных сил на высыпание угля; передвижка секций в направлении снизу вверх; нависающий над очистным забоем закладочный массив и расстояние между ними в пределах 3—3,5 м.

Применение закладки выработанного пространства значительно улучшает состояние боковых пород и повышает устойчивость пластовых подготовительных выработок. Закладочный массив, имея ограниченную податливость, предотвращает развитие интенсивного трещинообразования.

«Уголь Украины», октябрь, 1997