РАЗРАБОТКА СБЛИЖЕННЫХ ПЛАСТОВ
Колодкин С.А.
ДонНТУ, кафедра разработки пластовых месторождений полезных ископаемых.
skolodkin@mail.ruAbshort
Kolodkin S. Exploitation of Juxtaposed Coal Beds.
The present article includes a ground of question “Exploitation of Juxtaposed Coal Beds”. It has a list of professors, who brought an important contribution to the development of this question. You can find here a short information about problems in this field and about ways of their solutions. Also here is a description of influence of coal beds’ overmining and undermining on neighbouring (next) coal beds and mine roadways of these coal beds.
Учитывая ограниченные запасы нефти и газа в Украине, можно утверждать, что уголь является основным источником энергии, и доля его в общем топливно-энергетическом балансе страны постоянно растёт. Этому способствует увеличение объёмов и эффективности добычи угля из комплексно-механизированных забоев.
Но с углублением горных работ в последнее время наблюдается ухудшение показателей шахты из-за интенсивного проявления горного давления в выработках. Наличие слабых боковых пород, небольшая мощность пластов, склонность углей к самовозгоранию, их обводнённость, а также выбросоопасность угля и породы при разработке сближенных пластов требуют научного и инженерного обоснования целого ряда таких вопросов, как подготовка шахтных полей, последовательность отработки пластов в свите, место закладки, охраны, поддержания, крепления выработок и т.д.
Традиционно сложилось так, что на шахтах Донбасса разработка сближенных пластов ведётся в границах шахтного поля раздельно в нисходящем порядке. Это объясняется частично тем, что, например, в Западном Донбассе почти отсутствуют пласты, склонные к газодинамическим явлениям, отработку которых рекомендуется вести с подработкой, т.е. с первоочередной выемкой нижнего пласта. Но встречаются горно-геологические условия (например, большая мощность или выбросоопасность верхнего в свите пласта), при которых разработка начинается не с первоочередной выемки верхнего, а как раз с первоочередной выемки нижнего пласта. Но это может привести к тому, что подработанные запасы, которые остаются (как балансовые, так и забалансовые) в дальнейшем могут быть не пригодными к отработке, т.к. во время подработки они попадают в зону ожидаемого обрушения пород междупластья.
Показателем сближенности пластов, допускающим восходящий порядок отработки пластов свиты, является отношение мощности пород междупластья к мощности подрабатываемого пласта. Этот показатель изменялся несколько раз. Теперь он равен 12-кратной мощности согласно нормативным документам. Хотя с
согласия ВНИМИ, он может быть уменьшен до 6-кратной, а в общем случае, учитывая особенности залегания пластов Донбасса, требует уточнения в каждом отдельном случае.Т.о. сближенность пластов, залегание их в слабых вмещающих породах, влияние горных работ на смежных пластах обуславливают определение порядка их отработки, а также выбор места заложения и способа охраны подготовительных выработок. Решение этих и других, связанных с данной проблемой, задач требует постановки специальных исследований, результаты которых позволят снизить затраты угля, повысить устойчивость подготовительных выработок, продолжить срок службы некоторых шахт и улучшить технико-экономические показатели их работы.
Решению проблемы разработки сближенных пластов посвящено большое количество исследований. Много внимания в них уделено возможности отработки сближенных пластов в восходящем порядке, месту закладки и способам охраны подготовительных выработок.
Весомый вклад в решение данной проблемы внесли Батманов, Давидянц, Заика, Зборщик, Килячков, Кравченко, Кузнецов, Назимко, Прокофьев, Седула, Слесарев, Циба. Некоторые из них являются профессорами нашего ВУЗа, что говорит о том, что ДонНТУ принимает активное участие в развитии как отдельно взятых шахт региона, для которых разрабатывает наиболее эффективные системы разработки в данных условиях, так и угольной промышленности Украины вцелом.
Большое количество статей, монографий, книги по данной теме – всё это свидетельствует о проблематичности этого вопроса, и информация о поведении природного массива при его отработке, о влиянии этой отработки на соседние пласты, полученная в ходе многолетних исследований, позволяет на данном этапе проектировать более рациональные системы разработки, чем те, которые проектировались раньше. Но это не умаляет роли исследователей, начинавших изучение данного вопроса, а наоборот, доказывает, что без их вклада сейчас не была бы того уровня знания, который мы имеем на нынешний день.
Рациональная разработка сближенных пластов требует того, чтобы учитывалось их совместное залегание, т.е. в общем случае можно сказать, что сближенные пласты – это пласты которые оказывают влияние друг на друга при их разработке. Это влияние может быть как положительным, так и отрицательным. В первом случае его необходимо использовать в практических целях, а во втором – бороться с ним.
Положительным является использование в следующих случаях:
Вредное влияние сближенных пластов может проявляться в таких случаях:
Т.о. можно утверждать, большой проблемой является то, что в определённых горно-геологических условиях, не позволяющих применять надработку пласта, опасного по выбросам угля, породы и газа, в качестве меры по предотвращению этой опасности, необходимо использовать его подработку. Возникающей при этом проблемой является то, что, как уже указывалось выше, подработанные запасы в дальнейшем могут быть не пригодными к отработке, т.к. во время подработки они попадают в зону ожидаемого обрушения пород междупластья, и также разрушаются. Поэтому при подработке надо стараться соблюдать расстояния между очистными забоями отрабатываемых пластов, которые предусмотрены нормативами и правилами безопасности.
Также одной из проблем является правильный выбор защитного пласта, если все разрабатываемые пласты свиты являются выбросоопасными. В таком случае в качестве защитного используется тот, который обеспечивает более полную защиту других.
Причиной защитного действия опережающей отработки пластов заключается в том, что выбросоопасный пласт при подработке или надработке разгружается от повышенного горного давления, снижается его напряжённое состояние, что исключает возможность разрушения угля в призабойной зоне и в итоге предупреждает развитие процесса выброса. Кроме этого в разгруженном пласте происходит расширение пор и трещин, что увеличивает газопроницаемость пласта и способствует его дегазации.
Ещё одной проблемой, которая решается при отработке сближенных пластов, можно назвать планировку очерёдности их выемки при раздельной разработке. Спланировать необходимо таким образом, чтобы очистные и подготовительные работы по пластам были рассредоточены во времени и пространстве одним из способов: в пределах шахтного поля, выемочной ступени, панели, этажа (яруса) или выемочной полосы
[3].Опыт ведения горных работ на сближенных пластах позволяет проектировать способы охраны подготовительных горных выработок, проводимых на больших глубинах с помощью разгрузочных лав [2], а также решать вопросы устойчивости этих выработок, проводимых по сближенным пластам, и рационального расположения их относительно границ очистных работ в смежных пластах.
Как уже указывалось выше, правильный выбор очерёдности отработки пластов в свите играет большую роль. Первым в свите отрабатывается пласт с более устойчивыми боковыми породами, поскольку подготовительные выработки пласта, разрабатываемого с опережением по простиранию или восстанию, испытывают повышенное горное давление. Полная выемка угля в сближенных пластах является непременным условием сохранности подготовительных выработок.
Расположение лав в сближенных пластах с точки зрения снижения затрат на поддержание выработок должно быть таким, чтобы их границы по восстанию и падению находились в одной горизонтальной плоскости. Нельзя допускать расположения лав в одной вертикальной плоскости, т.к. в данном случае складываются наиболее неблагоприятные условия для охраны выработок.
Выработки, испытывающие влияние подработки или надработки, следует проходить с увеличенным сечением, крепить арками из спецпрофиля с запасом податливости по высоте в свету не менее 0,6-0,7 вынимаемой мощности пласта.
При совместной разработке сближенных пластов сплошными системами и нисходящем порядке их выемки в свите необходимо групповой откаточный штрек проводить, как правило, по нижнему пласту или в породах почвы нижнего пласта под выработанным пространством.
Если группирование пластов проводится с помощью наклонных гезенков, конвейерные штреки верхнего пласта проводят широким забоем с нижней раскоской. Это даёт возможность отнести групповой штрек на большее расстояние от нижней границы надрабатывающей лавы.
В качестве вентиляционных штреков используются бывшие откаточные верхних по восстанию этажей или ярусов или проводятся новые вентиляционные штреки вприсечку к выработанному пространству.
Если уголь транспортируется на задний промежуточный квершлаг или гезенк, то для избежания подработки конвейерных штреков на верхнем пласте расстояние между забоями сближенных пластов по простиранию принимается больше расстояния между квершлагами или гезенками.
При раздельной разработке пластов сплошными системами и при нисходящем порядке их выемки в свите откаточные или конвейерные штрека верхнего пласта следует располагать над массивом угля нижнего таким образом, чтобы угол между плоскостью, проходящей через этот штрек и нижнюю кромку угля надрабатывающей лавы, и нормальной плоскостью, проходящей через эту же кромку, был равен или больше угла j
0.j 0 = 78 – 1,31а + 0,008а2, град
где а – расстояние между пластами по нормали, м
[2].В случае разработки пластов столбовыми системами с выемкой лав от границ шахтного поля или панели конвейерные штреки верхних пластов целесообразно проходить широким забоем с нижней раскоской, что позволит уменьшить влияние надработки на групповые откаточные штреки. Вентиляционные штреки проводятся вприсечку к выработанному пространству лав или повторно используются бывшие откаточные.
В ранее подработанном или надработанном пласте подготовительные выработки необходимо располагать в зонах разгрузки на расстоянии, большем (0,4
h + 15) от нормали, проходящей через нижнюю или верхнюю границу подрабатывающей лавы, и большем h от нормали, проходящей через нижнюю или верхнюю границу надрабатывающей лавы (где h – расстояние между пластами по нормали в метрах). По ранее надработанному пласту подготовительные выработки проводятся с отставанием не менее 60-150 м от забоя подрабатывающей лавы, если глубина разработки не превышает 500 м и расстояние между пластами по нормали не более 30-40 м [2].Расстояние между очистными забоями смежных пластов по возможности принимается минимальным. В этом случае зоны вредного влияния очистных работ как бы сливаются, а следовательно, уменьшается количество перекреплений подготовительных выработок
.Кроме того, существует ещё ряд проблем, которые требуют новых, более прогрессивных решений: проведение наклонных гезенков; транспорт вспомогательных материалов по ним и вообще обслуживание лавы по верхнему пласту; вредное влияние очистного забоя верхнего пласта на групповые штреки.
Т.о. несмотря на большой опыт разработки сближенных пластов, целый ряд проблем всё ещё остаётся актуальным и на сегодняшний день. Поэтому разработка и внедрение новых прогрессивных систем разработки таких пластов продолжается как в Донбассе, так и в России и в других угледобывающих странах.
Литература.