ОХРАНА ВЫРАБОТОК ПРИ ОТРАБОТКЕ ЛАВ ОБРАТНЫМ ХОДОМ

Канд. техн. наук М. П. ЗБОРЩИК

Донецкий политехнический институт

Инженер С. Я. ПЕТРЕНКО

Уголь Украины 1973 год.

На шахтах Донбасса столбовая система разработки применяется в основном на глубинах до 700 м. Для подготовки столба конвейерные и вентиляционный штреки проходятся, как правило, узким забоем. Конвейерные штреки, поддерживаются в массиве угля, испытывают влияние опорного давления только впереди лавы и погашаются вслед за ее подвиганием. Затраты на их ремонт в 2—5 раза меньше по сравнению с затратами при сплошной системе разработки.

Вентиляционные штреки погашаются вслед за лавой, но поддерживать их в рабочем состоянии трудно,|так как в большинстве случаев они охраняются массивом угля с нижней стороны и межлавными целиками 20—40 м с верхней. На многих шахтах уже на глубинах 500—700 м ширина межлавных целиков достигает 40—60 м. Во времени подготовка столбов совпадает с ведением очистных работ в верхних этажах или ярусах. Вентиляционный штрек начинают проводить тогда, когда вышележащая (по восстанию) лава отойдет от разрезной печи примерно на треть длины крыла панели. При таком сочетании очистных и подготовительных работ вентиляционные штреки испытывают вредное влияние опорного давления в период выемки угля верхней лавой. Иногда при ширине межлавных целиков 20—40 м наблюдается полное разрушение штреков, восстанавливать их нецелесообразно, выгоднее пройти заново, увеличив размер межлавного целика до 60 м ( например, 109-я восточная лава пласта l4 на шахте № 1 им. Челюскинцев треста Петровскуголь). После прекращения очистных работ в верхнем этаже или ярусе вентиляционный штрек нижней лавы поддерживается в зоне стационарного опорного давления, действующего на массив угля по падению.

Известны случаи проведения вентиляционных штреков нижних лав вприсечку к выработанному пространству ранее отработанных верхних лав. Состояние этих штреков значительно лучше, чем штреков, охраняемых межлавными целиками. Для условий Красноармейского угленосного района, на долю которого приходится 51,5% лав, отрабатываемых обратным ходом, затраты на поддержание штреков, пройденных вприсечку, снижаются в 1,4—-2,2 раза по сравнению с затратами при охране межлавными целиками [1, 2]. Однако этот способ охраны вентиляционных штреков встречается как исключение в основном потому, что при существующем порядке отработки ярусов трудно проходить штреки вприсечку, так как в панелях применяется возвратноточная схема проветривания горных работ и в каждом крыле панели ведется выемка угля одной или двумя лавами.

Проведение штреков после прекращения очистных работ в верхних 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 и порядок ведения горных работ в панелях и блоках.

На основании накопленного опыта разработки пологих пластов столбовыми системами и установленных закономерностей проявления горного давления в наклонных и горизонтальных выработках [3] предлагаем способы отработки запасов уклонных панелей и блоков, которые обеспечивают хорошую устойчивость выработок, резко снижают потери угля в межлавных целиках, улучшают условия проветривания горных работ и уменьшают нагрев воздуха в выработках глубоких шахт. Сущность способов заключается в следующем.

При возвратноточной схеме проветривания горных работ в панели принимается комбинированный порядок отработки ярусов по падению. На рис. 1 последовательность ввода лав в эксплуатацию показана римскими цифрами. Для каждой лавы конвейерный и вентиляционный штреки проходятся узким забоем, что позволяет широко использовать проходческие комбайны. По мере отработки лавы подготовительные выработки погашаются вслед за ее подвиганием. Со стороны очистных работ у наклонных выработок оставляют охранные целики угля.

Во время отработки лав I, II и III ярусов обеспечивается хорошая сохранность выемочных штреков, так как каждый из них охраняется с двух сторон массивом угля и испытывает влияние очистных работ только в зоне временного опорного давления впереди лавы. При креплении штреков податливыми арками из спецпрофиля и при форсированном подвигании очистных забоев рабочие участки штреков у лавы как бы “уходят” от последствий вредного влияния временного опорного давления и практически обеспечивается их безремонтное поддержание. С точки зрения закономерностей распределения опорного давления вблизи границ выработанного пространства отработка каждой из лав ярусов аналогична отработке в шахтном поле или в панелях одиночной (обособленной) лавы. В данном случае на определенном участке конвейерный, так и вентиляционный штреки испытывают минимальное (для рассматриваемых условий) и равное по величине временное опорное давление. Это значит, что такой способ охраны выемочных штреков наиболее благоприятен при отработке лав обратным ходом. При подготовке к обратной выемке лав IV и ярусов конвейерные и вентиляционные штреки проходятся почти вприсечку к выработанному пространству ранее отработанных лав I, II и I ярусов. В зависимости от устойчивости боковых пород и крепости угля целиков между лавами вообще не оставляют или ширину их принимают, более 4—5 м . Такое расположение штреков , позволяет резко снизить влияние на них опорного давления. Это обусловлено рядом факторов. Подготовка лав IV и V ярусов осуществляется через, большой интервал времени после прекращения очистных работ в лавах I, II и III ярусов. Над выработанным пространством последних давно закончился процесс формирования зоны полных сдвижений пород с разрывом их сплошности [5]. Опорное давление на массив угля по падению и восстанию достигло постоянной величины и даже несколько уменьшилось по сравнению с первым периодом времени после выемки угля в лаве. В результате раздавливания краевой зоны пласта максимум опорного давления переместился в глубь массива. Проведение штрека не только увеличивает ширину раздавленной зоны угля, но и отодвигает дальше в направлении к массиву максимум опорного давления. У штрека пласт воспринимает значительно меньшее давление от веса пород, зависших над выработанным пространством. Межлавные целики по характеру восприятия нагрузки подобны весьма плотной буковой полосе.

В течение отработки лав IV и V ярусов в зоне временного опорного давления деформации окружающих пород и крепи штреков будут большими, чем при отработке лав I, И и III ярусов. Чтобы свести к минимуму объем ремонтных работ, в период подготовки столбов штреки проходятся увеличенным сечением и крепятся арками из спецпрофиля. Запас штрека по высоте всвету должен быть равен величине податливости крепи и в приближении его следует принимать не мене 0,5 вынимаемой мощности пласта. При этом весьма важно обеспечить форсированное подвигание очистных забоев.

Разработка пластов в глубоких шахтах, как известно, осложнена проявлениями повышенного горного давления в наклонных и горизонтальных выработках, высокими газоносностью пластов и температурой пород , опасностью внезапных выбросов газа, угля и пород. В таких условиях нецелесообразно применять возвратноточную схему проветривания работ в панелях и блоках, так как при ней возникают трудности проветривания очистных забоев и охлаждения воздуха (особенно при больших нагрузках на забой), а также необходимо оставлять большие целики угля для охраны пластовых наклонных выработок.

На больших глубинах при обратном порядке отработке лав лучше применять прямоточную схему проветривания горных работ в панелях и блоках. В предварительно разгруженной от горного давления зоне в центре панели (блока) проходятся три наклонные выработки. Разгрузка пород осуществляется путем выемки угля лавой по падению.

Свежий воздух в разгрузочную лаву подается по ходку 7 , отработанный из ходка 8 поступает в поступает в полевой вентиляционный ходок 3. .Длина разгрузочной лавы принимается такой же, как и по простиранию. Уклоны 1 и 2 проходятся комбайнами ПК-9р по обрушенным и уплотненным глинистым или слабым песчанистым сланцам кровли пласта и крепятся арками из спецпрофиля с податливостью по высоте примерно 0,5—0,6 вынимаемой мощности пласта. При одновременном ведении работ по выемке угля разгрузочной лаве и при проходке уклонов отставание забоев уклонов от лавы должно составлять не менее половины ее длины [6]. Полевой вентиляционный ходок 3 проходится с отставанием от лавы менее 10—15 м. Технология очистных работ в разгрузочной лаве принимается обычной с исполъзованнием узкозахватных комплексов.

По падению в панели (блоке) применяется комбинированный порядок отработки ярусов, который на правой части рис. 2 показан римскими цифрами. При этом для трех лав проходят только пять штреков, так как вентиляционные штреки лав II и V ярусов используются повторно в качестве конвейерных для лав III ярусов. Принцип охраны выемочных штреков при прямоточной схеме проветривания в основном остается таким же, как и при возвратноточной (рис. 1). Различие состоит лишь в том , что вентиляционные штреки 5 поддерживаются в течение всего времени отработки столба. Устойчивость их обеспечивается благодаря проведению завышенным сечением, установке арочной крепи с податливостью 0,5—0,6 вынимаемой мощности пласта и благодаря выкладке плотных бутовых полос.

Если в вентиляционном штреке 5 нужно будет выполнить небольшой объем ремонтных работ, осуществить их удобно через полевую фланговую вентиляционную сбойку 4. На участке лав I, II и ярусов она проходится в предварительно надработанной толще пород, на участке лав III и VI ярусов производится ее последующая надработка. Расстояние в плане от сбойки до кромки массива угля по простиранию принимается равным Н*tg 55°, Н — расстояние по нормали от пласта до сбойки [7]. При таком расположении обеспечивается хорошая устойчивость полевой вентиляционной сбойки не только в предварительно разгруженной зоне, но и во время последующей надработкн [4].

Все это позволяет использовать полевую сбойку повторно при отработке запасов соседней панели или блока. В определенных горногеологических условиях иногда оказывается выгоднее поддерживать конвейерные штреки и использовать их повторно в качестве вентиляционных при отработке нижних лав (левая часть рис. 2). В этом случае сбойка 4 проходится по обрушенным и уплотненным породам кровли на удалении примерно 10—15 м от кромки массива угля по простиранию [8].

Описанные выше способы планировки горных работ в сочетании с отработкой лав обратным ходом позволяют обеспечить помимо хорошей устойчивости выработок высокий уровень концентрации очистных работ в панелях и блоках. Он достигается за счет создания реальных условий для повышения нагрузки на очистной забой и за счет одновременной отработки в панели или блоке максимально возможного (по условиям проветривания) количества лав.

Особенно перспективна отработка столбов с прямоточным проветриванием горных работ (рис. 2). В настоящее время примерно 90% конвейерных штреков используется для подачи свежего воздуха в очистные и подготовительные забои, что приводит к его запылению, увеличению концентрации метана и нагреву, а также небезопасно и в пожарном отношении. При больших нагрузках на забой резко возрастают содержание газа в отбитом угле и доля газовыделення из отбитого угля .