ОБ ОХРАНЕ И ПРОВЕТРИВАНИИ ШТРЕКОВ ПРИ ОТРАБОТКЕ ЛАВ ОБРАТНЫМ ХОДОМ

к.т.н. М. П. ЗБОРЩИК, д.т.н. Б. И. МЕДВЕДЕВ, инженер В. Л. КОНДРАЦКИЯ
Уголь Украины 1970 год.

    В связи с применением на шахтах Донбасса узкозахватной выемки угля преимущественное распространение получают система разработки длинными столбами и панельная или блоковая подготовка шахтных полей. Применение на пологих пластах узкозахватных комплексов с механизированными крепями экономически выгодно при нагрузке на лаву не менее 700—1000 г в сутки. Такие нагрузки достигнуты на ряде шахт, при этом подвигание очистных забоев достигает 60—100 м в месяц. Высокие темпы подвигания лав требуют увеличения длины крыла панели или блока до 1500—2000 м. В противном случае возрастают трудоемкость и стоимость монтажно-демонтажных работ, а также потери добычи при подготовительно-заключительных операциях. Подготовка столбов длиной 1500—2000 м по простиранию связана с трудностями проветривании тупиковых подготовительных забоев, а отработка их — с трудностями обеспечения устойчивости штреков. С увеличением глубины разработки повышаются газоносность пластов и интенсивность проявлений горного давления в штреках. Кроме того, при подготовке столбов возникает необходимость борьбы с высокими температурами воздуха в тупиковых забоях. В реальных условиях все эти факторы действуют в неразрывной свят и оказывают прямое или косвенное влияние па технологию проходческих работ и способы охраны подготовительных выработок.
    Рассмотрим возможные способы подготовки столбов и определим целесообразные пути устранения существующих недостатков при отработке лав от границ панели.
    На действующих шахтах Донецкого бассейна почти повсеместно применяется вочвратноточпая схема проветривания горных работ в панелях и блоках. Известны три основных способа подготовки лав к обратной выемке: двумя одиночными, сдвоенными и спаренными штреками (рис. 1). Одиночные штреки могут быть пройдены как узким, так и широким забоями. Существует три варианта расположения одиночных вентиляционных штреков относительно границы очистных работ верхней (по восстанию) лавы: оставление межлавных целиков угля, проведение штрека в присечку к ранее выработанному пространству, повторное использование конвейерного штрека в качестве вентиляционного Обобщением опыта разработки пластов установлено, что подготовка столбов осуществляется, как правило, проведением для каждой лавы двух одиночных штреков узким забоем (схема I). Имеются лишь единичные случаи проведения штреков широким забоем в таких условиях: мощность пластов не менее 1 м, малая их газоносность, наличие устойчивых пород кровли пласта и трудность выдачи породы на поверхность ввиду сложной и многоступенчатой схемы транспорта в шахтном поле. Повторное использование конвейерных штреков в качестве вентиляционных встречается очень редко (схема III). Это в основном пласты мощностью не более 0,9—1 м, залегающие в устойчивых породах Так, в Красноармейском районе, на долю которого приходится около 52% лав. отрабатываемых обратным ходом, повторно используются конвейерные штреки на пластах к₅ и к₇ мощностью соответственно 0,6—0,7 м 0,9—1,1 м. Если пласт залегает в породах не выше средней устойчивости, использовать повторно конвейерный штрек практически невозможно по следующим причинам .Во-первых, работы но восстановлению штрека весьма трудоемки, опасны и требуют определенного времени, что связано с потерей добычи из-за несвоевременного ввода лавы в эксплуатацию. Во-вторых, в результате раздавливания краевой зоны пласта небезопасно и трудно поддерживать в рабочем состоянии сопряжение лавы с вентиляционным штреком.
    Для успешной работы механизированных комплексов возникает необходимость “освежения” кровли на сопряжении и в верхней нише Это значит. что приходится проводить новые вентиляционные штреки в присечку к ранее выработанному пространству или с оставлением межлавных целиков угля (схемы I и II).
    Способ расположения вентиляционных штреков в присечку всегда выгоднее, но сравнению с оставлением межлавных целиков угля . По мере углубления горных работ его экономическая эффективность возрастает . Однако на шахтах бассейна такой способ охраны вентиляционных штреков встречается как исключение : при существующем порядке отработки ярусов трудно проходить штреки в присечку потому что в панелях применяется возвратноточная схема проветривания и в каждом крыле панели ведется выемка угля одной или двумя лавами.
    Проведение штреков после прекращения очистных работ в верхних (по восстанию) лавах неизбежно связано с несвоевременной подготовкой столбов к обратной выемке. Это значит, что для эффективного применения столбовой системы разработки, особенно в глубоких шахтах, необходимо изменить планировку горных работ в панелях (блоках) и порядок отработки в них ярусов по восстанию и падению. Сущность подобных решений подробно изложена в работах [5, 6]. Таким образом, во всех случаях при подготовке столбов одиночными штреками протяженностью 1500—2000 м решающими факторами являются обеспечение надежного проветривания и охлаждения воздуха в тупиковых забоях.
    В настоящее время тупиковые забои почти повсеместно проветриваются вентиляторами СВМ-5м, СВМ 6и и ВЦО-0,6 с применением гибких трубопроводов типа М, ПХВ и ТНР диаметром 500 или 600 мм. Проведенные авторами исследований показали, что при нынешнем состоянии трубопроводов данными вентиляторами практически невозможно обеспечить нормальное проветривание выработок большой протяженности. Фактический коэффициент утечек воздуха достигает 2—10 вместо допустимого по нормам 1,3—1,7. Причины больших утечек обусловлены неудовлетворительной технологией изготовления труб и неудовлетворительной эксплуатацией вентиляционных трубопроводов в шахтных условиях. При изучении данного вопроса выявлены следующие основные недостатки.
    Вентиляционные трубы изготовляются путем машинной сшивки двух или трех продольных полотнищ. При этом по всей длине каждой трубы имеется 3 или 7 рядов отверстий, сделанных иглой швейной машины. Ранее швы герметизировали резиновой лентой, теперь обрабатывают клеем-пастой, что снижает качество труб. Под действием статического напора клей паста отстает от материала трубы и сквозь образовавшиеся отверстия происходят большие утечки воздуха по всей линии трубопровода.
    При изготовлении 1м фактически допускаются большое отклонение их диаметра от номинального . Даже по длине одной трубы уменьшение или увеличение ее диаметра зачастую достигает 100 мм. Кроме того трубы одного типоразмера выпускаются разной длины. Например, для звеньев длиной 20 мм реальное отклонение равно 1 м. хотя по ГОСТ 6397-56 оно не должно превышать 150 мм. В результате заменять поврежденную или лопнувшую трубу в действующем состоянии можно только последовательно подбирая трубы затратив много времени. В силу этого в производственных условиях иногда приходится делать в трубопроводе соответствующие вставки, которые увеличивают сопротивление и утечки воздуха.
    Замочные кольца, предназначенные для соединения звеньев труб, оборачиваются материалом не наружу, а внутрь трубопровода. Ширина тканевых отлетом по периметру трубы достигает 100 мм. Кольца зачастую вшиваются неперпендикулярно оси трубопровода, что приводит к образованию в нем складок. Размеры замочных колец и желобчатых хомутов в 6олыпннстве случаев не соответствуют друг другу. Из тысячи обследованных нами соединении оказалось, что только около 15% стыков имели нормально накинутые хомуты. Поэтому в шахтных условиях трубы соединяются с помощью проволоки или шпилек. Соединение труб без желобчатых хомутов приводит к потере способности стыков к самоуплотнению. Кроме утечек воздуха, все это в несколько раз увеличивает аэродиномическое сопротивление стыков.
    Для выработок большей длины необходимо либо создать новые вентиляторы, способные подавать в трубопровод 6—10 м³/сек воздуха и развивать при этом напор 600—700 мм вод ст. , либо резко уменьшить утечки воздуха и сопротивление гибких вентиляционных трубопроводов. Не умаляя роли и значения создания высокопроизводительных вентиляторов, необходимо отметить, что основное внимание в настоящее время должно быть уделено изысканию новых и совершенствованию существующих шахтных вентиляционных трубопроводов.
    Для проветривания выработок большой длины авторами предложен и реализован эффективный метод улучшения эксплуатационных характеристик ныне применяемых шахтных вентиляционных трубопроводов. Суть метода заключается в том, что в действующий вентиляционный став помещается плотная эластичная оболочка с толщиной стенки 0,08—0,1 мм н диаметром на 20—25 мм меньше диаметра трубопровода. Под действием создаваемого вентилятором напора оболочка раздувается, натягивается н плотно прилегает к стенкам н стыкам труб. При длине оболочки 200—240 м одновременно перекрываются не менее 10—12 стыков трубопровода. На этом участке практически полностью ликвидируются утечки воздуха через стыки, швы и стенки трубопровода. Аэродинамическое сопротивление трубопровода уменьшается в два-три раза по сравнению с известным лучшим образцом трубопровода из труб типа ПХВ.
    При подготовке сдвоенными штреками столбов любой длины легко и надежно решаются вопросы проветривания тупиковых забоев (схема IV). Однако этот способ подготовки на шахтах Донбасса не применяется главным образом из-за больших потерь угля в целиках и из-за трудностей поддержания штреков. Кроме того, дополнительно в два раза увеличивается время поддержания вентеляционных штреков.
    В проектах глубоких шахт и рекомендуемых технологических схемах широко принят способ подготовки столбов спаренными штреками (схема V) на пластах мощностью 0,55—1,5 м при любой устойчивости вмещающих пород и на всех достигнутых глубинах разработки. На действующих шахтах бассейна, наоборот, подготовка столбов спаренными штреками применяется лишь в единичных случаях. Это обусловлено весьма низким уровнем механизации проходческих работ, малыми темпами проведения выработок и наличием больших утечек воздуха через бутовую полосу. Особого внимания заслуживает вопрос поддержания спаренных штреков при отработке лав от границ панелей или блоков. На основании установленных [3] закономерностей формирования опорного давления вблизи границ выработанного пространства можно сделать вывод, что при очистных работах деформации окружающих пород и крепи в спаренных штреках будут всегда большими, чем при проведении штреков узким забоем. Причина такого явления заключается в следующем. Конвейерный штрек, погашаемый вслед за лавой, отнесен от кромки массива угля по падению на ширину раскоски. Вдоль движущейся лавы максимальное опорное давление проявляется в ее средней части и снижается к краям. Поэтому чем больше ширина раскоски между спаренными штреками, тем ближе конвейерный штрек располагается к максимуму проявлений опорного давления и определенный участок его попадает в худшие условия. Впереди лавы возрастает не только величина опорного давления, но и длина зоны его вредного влияния . Кроме того, в зоне временного опорного давления окружающие породы подвергаются повторным и более интенсивным сдвижениям. Вентиляционные штреки нижних (по падению) лав поддерживаются и течение отработки двух столбов. Во время работы верхней лавы условия поддержания вентиляционного штрека аналогичны условиям полдержания откаточного, пройденного при сплошной системе разработки впереди лавы с односторонней раскоской. Так как штрек располагается непосредственно у кромки массива угля, то в нем будет происходить интенсивное выдавливание слабых пород почвы впереди и позади очистного забоя. При работе нижней лавы вентиляционный штрек погашается вслед за ее подвиганием. Однако в зоне временного опорного давления окружающие породы сдвигаются в третий раз , что резко снижает устойчивость штрека.
    Достоверность изложенных закономерностей проявления горного давления в спаренных штреках подтверждается практикой работы шахт.
    Разработка пластов лавами по восстанию или падению, как известно , не вносит изменения в способы охраны подготовительных выработок по сравнению с разработкой лавами по простиранию. Это значит, что применяемые на шахтах способы подготовки столбов по восстанию (падению) на всю высоту горизонта ничем не отличаются от приведенных на рис. 1 способов подготовки по простиранию. При такой разработке принципиально не изменяются рекомендуемые способы планировки горных работ в пределах горизонта и порядок отработки лав по восстанию или падению [5, 6].

    Выводы: На действующих шахтах Донецкого бассейна при отработке лав как по простиранию, так и по восстанию (падению) подготовка столбов осуществляется, как правило, проведением для каждой лавы двух одиночных штреков узким забоем (рис. 1, схема I) Наиболее эффективный способ охраны вентиляционных штреков — проведение их в присечку к ранее выработанному пространству верхних лав (схема II). Широкое применение данного способа охраны возможно только при изменении планировки горных работ и порядка отработки этажей или ярусов в пределах панелей и блоков. Применение эластичной оболочки уменьшает в два-три раза аэродинамическое сопротивление и в 8—10 раз воздухопроницаемость шахтных вентиляционных трубопроводов. При наличии серийно выпускаемых вентиляторов это позволяет обеспечить надежное проветривание тупиковых забоев одиночных выработок протяженностью 1500—2000л и более. С точки зрения охраны выработок подготовку столбов спаренными штреками следует применять только при разработке пластов, в почве и кровле которых залегают прочные и устойчивые породы. В отдельных случаях на старых шахтах из-за трудности выдачи породы па поверхность способ проведения спаренных штреков может найти применение и на пластах, с боковыми породами средней устойчивости, что окончательно устанавливается технико-экономическими расчетами