Шахтинский институт (филиал) ЮРГТУ (НПИ)
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ
РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ, ШАХТНОГО
И ПОДЗЕМНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА
Сборник научных трудов
стр 54-57.
УДК 622. 268.2:
674.038.3.002.68
В.В. Беликов
ОАО «ШахтНИУИ», г. Шахты
А.В. Беликов
аспирант, ШИ ЮРГТУ (НПИ)
Определена технико-экономическая эффективность применения бесцеликового способа охраны тумбами из деревянно-бетонных блоков по сравнению со способом охраны угольными целиками в условиях пологих угольных пластов мощностью 0,85-2,5 м.
В настоящее время около 40% угольных шахт России разрабатывают или готовят к отработке тонкие (0,85-1,2 м) и средней (до 1,2-2,5 м) мощности пологие угольные пласты. При отработке данных пластов широкое применение получила система подготовки выемочных столбов двумя спаренными штреками (ходками) с оставлением между ними не разрушаемых горным давлением угольных целиков шириной 15-30 м. Через 30-100 м по длине выработки сбиваются печами. При отработке подготовленного столба верхний конвейерный штрек погашается за первым очистным забоем, а нижний вентиляционный штрек используется повторно. Штреки проводятся высокопроизводительными проходческими комбайнами или буровзрывным способом и крепятся анкерной сталеполимерной крепью. По мнению многих ученых и производственников в современных условиях бесцеликовая охрана выработок искусственными ограждениями себя изжила и от её применения необходимо отказаться. Основным доводом в пользу такого решения является то, что при отказе от целиков невозможно обеспечить поддержание повторно используемых выемочных выработок без их трудоемкого восстановления и, кроме того, проведение новой выработки осуществляется быстрее и стоит дешевле, чем поддержание и перекрепление повторно используемой. Сторонники бесцеликового способа отмечают, что при крепких породах скорости проведения выработок резко снижаются, а смещения кровли и почвы и, следовательно, вероятность перекрепления выработок уменьшаются.
С ростом глубины разработки угольные целики небольших размеров обуславливают интенсивное разрушение кровли и почвы в выемочных выработках, что требует выполнения трудоемких, дорогостоящих и небезопасных работ по перекреплению выработок. Угольные целики приводят к образованию многочисленных зон повышенного горного давления на смежных пластах, в которых резко возрастают вероятность деформаций породного контура и динамических проявлений горного давления в виде завалов, горных ударов и выбросов угля и газа. Оставление угольных целиков приводит к потере подготовленных запасов и обуславливает уменьшение срока службы шахты. Кроме того, на тонких и средней мощности пластах проведение второго штрека приводит к увеличению зольности горной массы. Практически на всех угольных шахтах, добывающих энергетические угли, горная масса полностью или частично не обогащается, поэтому увеличение зольности значительно снижает её стоимость. Тем не менее, окончательный вывод об эффективности применения целиковых и бесцеликовых способов охраны выемочных штреков может быть сделан только на основании шахтных испытаний различных способов и технико-экономического анализа их результатов. С указанной целью нами изучена сравнительная эффективность применения целиковых и бесцеликовых способов охраны в условиях шахты «Садкинская» ОАО «Садкинское». Данная шахта имеет наиболее благоприятные горно- геологические и горнотехнические условия не только среди шахт Восточного Донбасса, но и других угледобывающих предприятий России, отрабатывающих угольные пласты мощностью до 2 м. Вынимаемая мощность разрабатываемого шахтой пласта m'8 составляет 1,8-2,2 м (в среднем 2,0 м). Непосредственная кровля на пласте m'8 представлена устойчивыми песчаными сланцами, в редких случаях среднеустойчивыми песчано-глинистыми сланцами. Прочность пород на одноосное сжатие составляет 40-60 МПа. Основная кровля сложена труднообрушающимися песчаниками мощностью от 5 до 23 м и прочностью на одноосное сжатие 100-198 МПа.
Непосредственная почва достаточно прочная и не склонна к пучению. Горные работы ведутся на глубине 120-230 м. Система разработки – длинными столбами по восстанию. Проведение подготовительных выработок на шахте осуществляется современными мощными проходческими комбайнами типа КПД и КПЛ. Максимальные темпы проведения достигают 250 м/месяц (средние – 150-225 м/месяц), что выше, чем на угольных шахтах Кузбасса (143 м/месяц). Подготовительные выработки имеют прямоугольное сечение: ширина – 5,4 м и высота - 2,6 м; крепятся сталеполимерной анкерной крепью (пять анкеров в ряду через 1,2 м под металлический полосовой подхват толщиной 8 мм) без установки решетчатой затяжки. Стоимость проведения и крепления 1 м подготовительных выработок на шахте «Садкинская» одна из самых низких в России и с учетом общешахтных расходов и начислений не превышает 14325 рублей. На других шахтах региона она значительно выше и составляет 26-47 тысяч рублей за 1 м длины штрека или ходка. Длительное время на шахте «Садкинская» в связи с отсутствием эффективных искусственных ограждений для условий труднообрушающейся кровли охрана выемочных ходков осуществлялась угольными целиками шириной 20 м. В 2005 году авторами статьи было предложено использовать в условиях лавы №17 бесцеликовый способ охраны ходков №15 и №17, оконтуривающих лаву №17, с использованием жестких охранных конструкций в виде тумб из деревянно-бетонных блоков диаметром 630 мм и высотой 150 мм, с несущей способностью до 5000 кН. Блоки БДБ производились в цехе шахты «Садкинская» и имели себестоимость 175 рублей за один блок. Тумбы из блоков устанавливались на берме в два ряда с плотностью 3 тумбы на 1 м длины ходка. Тумба выкладывается двумя рабочими за 15 минут. Поэтому работы по охране ходков не ограничивали скорость подвигания лавы до 4-6 м в смену. За механизированной крепью сопряжения в ходках устанавливалась без затяжки с шагом 1,2 м трапециевидная крепь типа КПС из СВП27 со средней стойкой усиления.
На расстоянии 250-300 м за лавой смещения кровли по оси ход- ков №15 и №17 стабилизировались и не превысили 200-220 мм. Измеренная с помощью динамометров максимальная нагрузка на тумбы составила в дальнем ряду до 4650 кН, а в ближнем ряду – 1100-2650 кН. При этом ни одного случая разрушения тумб и блоков не зафиксировано. При указанных смещениях кровли натяжение отдельных анкеров превысило 175 кН, и часть анкеров из стали типа АIII с резьбой под гайку М20 отрывались по резьбовой части (до 7% анкеров). Однако большая часть протяженности ходков была закреплена разработанными при участии авторов сталеполимерными анкерами типа АСР1 с резьбовой частью под гайку М24 и прочностью на разрыв 267 кН. Ни одного случая отрыва резьбовой части высокопрочных анкеров при испытаниях не отмечено. Рамная крепь КПС со средней стойкой за лавой не деформировалась и могла быть использована повторно. Несмотря на появление мелких трещин и заколов, кровля в ходках сохраняла свою устойчивость.
Применение бесцеликовой охраны ходков позволило:
- в 1,65 раза уменьшить протяженность проходимых подготовительных выработок и снизить на 3127 тыс. руб. затраты на их проведение, крепление и охрану;
- увеличить на 3,1% нагрузку на очистной забой;
- добыть дополнительно из планируемого ранее целика 35986 т угля и уменьшить оплату за потерянные запасы на 7324 тыс. рублей;
- снизить себестоимость добычи угля по шахте на 4588 тыс. руб.;
- уменьшить на 2-3% зольность горной массы, поступающей из шахты.
Несмотря на увеличение амортизационных отчислений на 2185 тыс. рублей в связи с удлинением на 17 секций комплекса 3КД90Т, суммарный годовой экономический эффект от применения бесцеликового способа охраны ходка №17 составил согласно протокола шахтных испытаний 12854 тыс. руб. Таким образом, проведенные испытания показали, что и в благоприятных горно-геологических условиях на пластах средней мощности применение бесцеликового способа охраны с технико-экономической точки зрения является более выгодным, чем охрана выемочных выработок угольными целиками. На более тонких пластах и в более сложных горно-геологических условиях этот эффект значительно возрастет.