www.fgtu.donntu.ru/fm/1999-2/5.htm
УДК 622.268:28.004.5
ПЕРЕХОД ЗОН ВЫВАЛОВ КРОВЛИ ВЫРАбОтКИ ПРИ ЕЁ НАДРАБОТКЕ ОЧИСТНЫМ ЗАБОЕМ
Докт. техн. наук Ю.М.ХАЛИМЕНДИК, инженеры Р.А.ЮЖАКОВА (шахта “Западно-Донбасская” ГХК Павлоградуголь), И.Е.ИВАНОВ (ДонГТУ)
Рассмотрен опыт надработки магистрального штрека в сложных горно-геологических и горнотехнических условиях. Описаны мероприятия направленные на повышение устойчивости боковых пород штрека и очистного забоя. Показано, что работоспособность секции механизированной крепи оказывает влияние на состояние кровли не только над собой, но и в некоторой прилегающей области.
Шахта “Западно-Донбасская” отрабатывает запасы шахтного поля в сложных горно-геологических условиях, обусловленных слабыми вмещающими породами (аргиллиты, алевролиты с крепостью 12–15 МПа) склонными к размоканию. Глубина ведения работ составляет 480–585 м. В настоящее время отрабатывается два весьма сближенных пласта СВ
8 и СН8 мощностью соответственно 0,60–0,65 м и 0,90–1,00 м (рисунок 1). Расстояние между ними составляет 3–6 м, угол падения 2–4° .Южный магистральный откаточный штрек № 2 (ЮМОШ № 2) был пройден полевой выработкой в бремсберговой части поля с расстоянием до нижнего пласта 3–5 м в 1990 году. При проходке в отдельных местах наблюдались вывалы пород кровли высотой и шириной до 3 м и протяжённостью до 10,0 м (рисунок 2). В этих местах над крепью выкладывались накатные костры из деревянных стоек.
Предварительно отработка лав по верхнему пласту СВ
8 в данном месте не производилась. Ранее отработка лав в этой части шахтного поля велась от ЮМОШ № 2 (839-я и др. лавы, рисунок 1). С целью сокращения объема подготовительных работ и увеличения длины выемочных столбов было принято решение отработки бремсберговой части поля нижнего пласта СН8 длинными столбами по простиранию одинарными очистными забоями. Отработка производилась 841-й лавой пласта СН8. При этом длина выемочного столба в новом варианте составила 1460 м (в старом 1040 м), что уменьшает удельные затраты на монтаж-демонтаж забойного оборудования. Однако для реализации этого решения необходимо было надрабатывать ЮМОШ № 2. Геомеханическая ситуация осложнялась тем, что в момент надработки происходило наложение опорного давления от работающей 841-й и ранее отработанной 839-й лав (рисунок 1). Кроме того, положение усугублялось наличием зоны куполов на магистральном штреке. Наконец, мощность междупластья (высота надработки) была минимальной и составляла 3 м, а прочность слагающих его пород в среднем до 25 МПа, причём породы легко размокающие и теряющие устойчивость Локально в междупластье встречался слюдистый песчаник с крепостью до 40 МПа. В таких сложных и неблагоприятных условиях возникала реальная опасность потери устойчивости междупластья, завала надрабатываемого штрека и провала секций крепи из очистного забоя. При этом резко снижалась надежность горных работ, что было совершенно недопустимым, так как 841 лава имела нагрузку 1200 т/сутки и обеспечивала третью часть добычи шахты. Для принятия решения были привлечены ранее проведенные исследования по проявлению горного давления при последующей надработке подготовительных выработок [1]. Они показали возможность надработки штрека с проведением ряда мероприятий.Во избежание возможного проваливания секций крепи комплекса КД-80 при надработке ЮМОШ № 2 необходимо было провести целый комплекс мероприятий по сохранению устойчивости массива. С одной стороны они направлены на укрепление крепи выработки, улучшение состояния закрепного пространства с помощью тампонажа, а с другой на обеспечение устойчивости кровли в очистном забое за счёт ревизии гидравлической части секций и повышения скорости подвигания лавы. Усиление крепи КШПУ производилось установкой ремонтин и спаренных металлических стоек по центру штрека на каждой раме крепи и в замках. С целью уточнения зоны куполов с ЮМОШ № 2 до пласта СН
8 была пробурена сеть шпуров диаметром 42 мм. По полученным данным была выявлена зона куполов на ПК102 — 102+6 м, шириной 3 м с уклоном к правому борту штрека и высотой до 3 м (рисунок 2). Для тампонажа выявленных куполов были пробурены три скважины на глубину 3 м и оснащены тампонажными трубами на всю длину, через которые раствор подавался пневмонагнетателем СО-241 в пустоты купола.Состав раствора традиционный (вода:цемент:наполнитель→1,5:1:3). Для уменьшения сроков схватывания был использован реагент-ускоритель из натриевого жидкого стекла с модулем 2,6 в количестве 3% к весу сухого вяжущего. Срок схватывания составил 6–8 часов. Предварительная обмазка крепи выработки не производилась. В первые сутки нагнетания наблюдалось вытекание раствора через затяжку на почву выработки — около 15%, затем полностью прекратившееся. Всего было залито около 60 м
3 тампонажного раствора. Тампонирование было произведено за 20 дней до подхода лавы, что позволило своевременно подготовить опасную зону к воздействию опорного давления.Комплексными мероприятиями также предусматривалось изменение ориентации линии очистного забоя по отношению к ЮМОШ № 2 на 7–10 градусов (рисунок 1) для растяжки во времени и пространстве критического момента надработки, когда лава находится в створе с надрабатываемой выработкой.
Для исследования проявления горного давления в надрабатываемой выработке было оборудовано 16 контурных наблюдательных станций (рисунок 2). При приближении лавы максимальные смещения происходили в средней части лавы, что видно по замерам на характерных станциях (рисунок 3). Максимальная скорость смещения контура наступила за пять дней до надработки выработки, при подходе лавы на 16 м и составила 170 мм/сут. Это объясняется движением впереди лавы пика зоны опорного давления. При приближении лавы в штреке наблюдалось интенсивное пучение в средней части и ближе к бортовому штреку. При этом в почве появлялись трещины шириной до 30 см. Стойки крепи усиления частично справлялись с задачей и в некоторых особо слабых местах работали как ножи, разрезая породы почвы. В зоне куполов данного явления практически не наблюдалось. Это можно объяснить тем, что в этой зоне была локальная зона разгрузки из-за ранее произошедшего обрушения пород купола. Кроме того, практически всё сечение, включая почву, выработки было усилено при тампонировании из-за проливания раствора. При этом прочность тампонажного камня составляла около 5 МПа.
В настоящее время выработка сохранила своё сечение примерно наполовину и
используется для подсвежения воздушной струи подаваемой в 841-ю лаву
через
841-й бис сборный штрек, а также в качестве запасного выхода. В сложных
газовых условиях лава продолжает работать с максимальной нагрузкой.
Дополнительно при надработке штрека проводились наблюдения, направленные на обследование состояния кровли в лаве. При этом производился замер высоты вывалов и проверка секций крепи на “дораспор”. Проверка подразумевает установление работоспособности гидравлической части секций крепи, с целью определения правильности восприятия секцией нагрузки. При замерах фиксировались неисправные секции и имеющие в поршнях давление менее номинального — то есть недоразжатые между кровлей и почвой.
Результаты наблюдений за вывалами показали, что вывалов более 35 см практически не было. Как известно на появление вывалов такой высоты влияет не горное давление, а другие факторы [2]. Удовлетворительное состояние кровли в очистном забое было в значительной степени достигнуто за счет большой скорости подвигания лавы в момент надработки, составившей 4,0 м/сут. Также повлияло хорошее состояние гидравлической части комплекса и технологическая дисциплина, в частности своевременная передвижка секций крепи вслед за выемкой угля комбайном с полным разжатием секций крепи. Результаты проверки исправности секций и размеров зафиксированных вывалов были связаны в общий комплекс измерений и обработаны по следующей методике. Выделялись группы вывалов по величине. Затем производилась выборка секций, у которых произошли обрушения данной мощности. Далее для этой группы оценивалось процентное соотношение числа неисправных секций. По результатам анализа установлено, что вероятность появления вывала большей величины у неисправной секции выше (рисунок 4). При этом необходимо учитывать, что секция влияет на состояние кровли не только над своим перекрытием, но и в какой-то окрестности. В первом приближении эта зона была принята равной ширине трёх секций, т. е. исходная секция плюс по одной с каждой стороны. В этом случае график зависимости имеет более крутой наклон, а соответственно точнее указывает на вероятность вывалов данной величины. Таким образом, неспособность секции создавать достаточный и правильный отпор становится причиной ухудшения состояния кровли в зоне, определённых размеров. Этот факт приобретает особую актуальность в условиях Западного Донбасса, где вмещающие породы имеют прочность меньшую, чем уголь и линия обреза пород может приближаться вплотную к угольному забою, и даже смещаться в массив. В этом случае первостепенной оказывается способность скорейшего передвижения секций механизированной крепи вслед за проходом комбайна и тем самым создание отпора в начальный момент оседания пород как можно ближе к забою.
Таким образом, комплексным управлением состояния массива было обеспечено сохранение полевой выработки и устойчивость надрабатывающей её лавы в весьма сложных горно-геологических и горнотехнических условиях. В качестве мероприятий по управлению массивом были использованы установка стоек усиления в подготавливающей выработке, тампонаж закрепного пространства в области вывалов, ревизия гидравлической части крепи механизированного комплекса, повышение технологической дисциплины, увеличение скорости подвигания лавы до 4 м/сут и изменение угла встречи очистного забоя и оси надрабатываемой выработки.
Библиографический список
1.
Халимендик Ю.М., Разводов А.Г., Назимко В.В., Сажнев С.В., Лаптеев А.А. Повышение устойчивости основных подготовительных выработок в зоне их последующей надработки — Донецк: ДонГТУ, 1997. — 111 с.: ил.2.
Якоби О. Практика управления горным давлением. Пер. с нем. — М.: Недра, 1987. — 566 с.