Источник: Журнал Уголь Украины. – 1995. – №11. – с.6 – 8
Разработка крутых пластов в Центральном районе Донбасса характеризуется относительно низким уровнем технико – экономических показателен. В немалой степени это связано с отсутствием надежных и эффективных способов охраны и обеспечения устойчивости подготовительных выработок. Несмотря на высокую трудоемкость работ по содержанию и ремонту выработок (11% от суммарных трудовых затрат на подземных работах), более 50% общей их протяженности имеет неудовлетворяющие требованиям ПБ площади поперечных сечений. Углубление горных работ с 500 до 1000 м вызвало увеличение смещений пород в 2 – 3 раза, потребовало эффективных мер по предотвращению негативных факторов, влияющих на устойчивость выработок. К числу таких мер следует отнести расположение выработок в пустых породах и их проведение с запасом по сечению на величину прогнозируемых смещений.
Полевая подготовка может обеспечить высокую экономическую эффективность в случае рационального расположения полевого группового штрека и группирования пластов. Поэтому, рассматривая проект отработки шахтного поля с точки зрения поддержания выработок, необходимо закладывать такие параметры системы разработки, чтобы поддерживать минимальную протяженность пластовых штреков. Общеизвестно, что наиболее эффективной является столбовая система разработки с группированием сближенных пластов на полевой штрек и отработкой на передние промежуточные квершлаги. Однако погашаемые участки пластовых штреков не нужно погашать вслед за подвиганием очистного забоя, а лучше заполнять дробленой породой по всей длине и сечению, затем повторно использовать при отработке нижележащего горизонта. Мероприятия по поддержанию подготовительных выработок при группировании пластов должны включать рациональный выбор минимально необходимой протяженности поддерживаемого участка, места расположения полевой выработки в массиве и ее сечения. Комплексное решение этих вопросов – основное условие повышения безопасности труда и уменьшения затрат на поддержание подготовительных выработок.
Для установления зависимости, позволяющей определить прогнозируемые величины смещений пород по контуру полевых выработок, проведены инструментальные наблюдения в штреках, пройденных в почве пластов и шахты им. К. Маркса объединения Орджоникидзеуголь. На западном крыле выемка пласта m91и k4 (мощность 1 – 1,1 м, угол падения 64°) осуществлялась отбойными молотками. Способ управления кровлей в лаве – удержание на кострах. В кровле залегает неустойчивый глинистый сланец мощностью до 5 м, в почве – неустойчивый песчанистый сланец мощностью до 1,4 м, далее песчаник. Западный полевой откаточный штрек пройден в почве пласта m91 в 12 – 15 м по нормали от него по песчанику с пределом прочности на одноосное сжатие сж= 42 МПа. Площадь поперечного сечения штрека 8,5 м2, крепь – трехзвенные арки из спецпрофиля через 0,8 – 1 м с деревянной затяжкой. Охрана штрека – кусты из стоек. Опережение забоя полевого штрека надрабатывающей лавы пласта m91составляет 42 м. Пласт на западном крыле (мощность 0,9 м, угол падения 62°) разрабатывается отбойными молотками. Способ управления кровлей в лаве – удержание на кострах. В кровле залегает устойчивый глинистый сланец, в почве – песчано – глинистый сланец, ниже – песчаник. Западный полевой откаточный штрек пройден в почве пласта в 20 – 22 м по нормали от него по песчанику (сж = 56 МПа).
Площадь сечения штрека 8,5 м2, крепь – трехзвенные арки из спецпрофиля через 1 м с деревянной затяжкой. Охрана штрека – накатные костры из шпал. Опережение забоя полевого штрека надрабатывающей лавы пласта k4 составляет 30 м, Исследования смещений пород по контуру полевых выработок проводились на специально оборудованных замерных станциях, представляющих собой участок штрека, на котором в пробуренные в породах шпуры заложены контурные реперы. Реперы расположены так, чтобы фиксировать сдвижения по наиболее характерным для крутого падения направлениям. Смещения пород (деформации крепи) на контуре сечения выработки измеряли рулеткой конструкции ВНИМИ. Погрешность замеров не превышала ±2 мм. Экспериментальными наблюдениями устанавливалась величина смещения контрольных точек за промежуток времени между замерами. На рис. 1 приведены графики смещений пород в полевых штреках. Во всех случаях величина смещений пород кровли по их контуру значительно больше, чем у боков. При приближении очистных работ пласта т91 к рассматриваемому сечению полевого штрека в первую очередь проявляются смещения пород кровли. На 40 – е сутки наблюдений (примерно в 20 м до лавы) смещения по направлению 2 – 4 (нормаль к напластованию) составили 210 мм, а на 100 – е сутки (примерно 40 м позади лавы) 280 мм (рис. 1, а).Крепь штрека была деформирована. Аналогичная картина наблюдалась и в западном полевом штреке. Примерно в 25 м до лавы (30 – е сутки) от рассматриваемого сечения полевого штрека смещения кровли составили 120 мм. Позади лавы в 100 м (140 – е сутки) смещения кровли достигли 250 мм и начали затухать (рис. 1, б). Направление наибольших сдвижений проявляется преимущественно по нормали к напластованию и в значительно меньшей степени в плоскости напластования. Смещения пород почвы проявляются с малой интенсивностью и составляют 10 – 15% от суммарных по линии, перпендикулярной напластованию (реперы 2 – 4)
Рис. 1. Графики смещений пород по контуру выработки в полевых штреках пластов m91 (а) и k4 (б): кривые 1 – 4, 1 – 3, 2 – 3, 2 – 4 – траектории смещения реперов 1,2 в направлении реперов 3, 4.
Данные инструментальных наблюдений показывают, что при прочих равных условиях интенсивность смещений пород на контуре полевого штрека зависит в основном от расстояния до надрабатываемой лавы и прочности породив которых пройден штрек. Деформация арочной крепи происходит в результате несоответствия направления податливости направлению наибольших сдвижений вмещающих пород. Таким образом, в результате проведения инструментальных наблюдений установлено, что смещения пород на контуре полевого штрека зависят главным образом от следующих факторов: объемного веса пород у, глубины расположения выработки Н, предела прочности Rс на одноосное сжатие пород, вмещающих полевую выработку, времени поддержания выработки t, величины податливости крепи а (не более 300 мм). После необходимых преобразований [1] получим зависимость, определяющую ожидаемые величины смещений на контуре полевого штрека, в виде
где к – коэффициент, зависящий от расстояния l между штреком и надрабатывающим пластом по нормали (определяется по графику на рис. 2). Величина Rо вычисляется по известной методике, описанной в Указаниях [2]
Ожидаемые по установленной зависимости величины смещений пород по контуру выработки можно принять в качестве основного критерия для прогнозирования потерь площади поперечного сечения полевого штрека.
Такой подход позволит оптимизировать сечения полевых выработок и решить задачу выбора рационального места расположения штрека относительно границ очистных работ при разработке сближенных крутых пластов. Планирование работ должно заключаться в таком расположении групповых штреков, чтобы свести к минимуму влияние дополнительного опорного давления. При этом необходимо учитывать прежде всего геомеханические факторы, оказывающие влияние на устойчивость выработок. К общим требованиям качественного поддержания выработок следует отнести и способ управления кровлей в лаве. На данном этапе решение вопроса рационального планирования работ и обеспечения устойчивости выработок должно сводиться к следующему: широкому применению столбовой системы разработки, предусматривающей группирование на полевой штрек и отработку выемочного поля на передние промежуточные квершлаги; проведению полевых штреков площадью сечения, предусматривающей запас на осадку пород; заполнению погашаемых Штреков по всей длине и сечению дробленой породой и их повторному использованию в качестве вентиляционных; увеличение объемов применении полной закладки выработанного пространства (повышает устойчивость выработок). Выводы: полная подготовка крутых пластов обеспечивает высокую экономическую эффективность только в случае рационального расположения группового штрека и группирования пластов. При выборе площади поперечного сечения полевого штрека необходимо учитывать ожидаемые величины смещения пород по контуру выработки за весь срок его службы.