Источник: http://www.rosugol.ru/



СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ
ПРОВЕДЕНИЯ И КРЕПЛЕНИЯ ГОРНЫХ
ВЫРАБОТОК В ОАО "ШАХТА ИНСКАЯ"

И.И.ШЕМЯКИН
Канд. техн. наук
Директор ОАО "Шахта Инская"
Е.В.ФОМИН
Горный инж.
Зам. главного инженера по производству ОАО "Шахта Инская"
 С.Е.ФЕДОРОВ
Горный инж.
Ведущий инженер по горным работам ОАО "Шахта Инская"

Успехи отечественных и зарубежных трудовых коллективов, эксплуатирующих очистную технику [1, 2], заставляют пересматривать традиционные подходы к подготовке очистных забоев. Современная тенденция такова, что нагрузка на очистной забой в 8 – 10 тыс.т /сут, а в отдельных случаях и 25 тыс.т/сут, становится реальностью. Несложные расчеты показывают, что при таких суточных нагрузках отход лавы будет составлять 20 – 30 м/сут. В связи с этим становится актуальной, особенно для действующих шахт, проблема выбора участков шахтопластов для подготовки высокопроизводительных лав.
В результате анализа различных вариантов подготовки высокопроизводительных лав в конкретных горно-геологических условиях шахты "Инская" был выявлен целый ряд проблем, которые требуют нового, нестандартного подхода для их решения.
Одним из таких проблемных мест является узел сопряжения лавы со штреком. Замечено, что чем выше мощность установленного в лаве оборудования, тем требуется большая ширина штрека в зоне сопряжения с лавой. В то же время чем шире штрек, тем труднее закрепить сопряжение лавы с ним, а наличие слабой почвы, склонной при намокании к пучению, вдвойне осложняет данную проблему (надо отметить, что именно в этом заключается особенность горно-геологических условий шахты). Таким образом, применение мощного дорогостоящего оборудования без учета конкретных условий не только не приведёт к желаемому результату, но в отдельных случаях, за счет его неэффективного использования, может ухудшить экономическое состояние шахты.
В настоящее время для крепления сопряжений лав в подобных случаях применяется индивидуальная металлическая крепь. При этом остаются высокими затраты ручного труда по ее возведению и передвижению, а ее надежность часто приводит к аварийным ситуациям, увеличивая время на выполнение концевых операций и, как следствие, длительным простоям лавы.
Для решения проблемы крепления сопряжений лавы с выемочными штреками сотрудниками шахты совместно с учеными КузНИУИ была разработана и испытана новая технология проведения и крепления выемочных штреков высокопроизводительных лав.
Новая технология позволяет крепить выемочные штреки при их проходке таким образом, что в дальнейшем, при работе лавы, не требуется возводить какую-либо дополнительную крепь.
Сущность данной технологии заключается в следующем:

  • Выемочный штрек крепится анкерной крепью, представляющей собой взаимо-пересекающиеся подхваты, установленные на анкеры различной длины. При этом подхваты, расположенные поперек выработки, возводятся в первую очередь и устанавливаются на коротких анкерах (первичное анкерование), а подхваты, располагаемые вдоль выработки, устанавливаются на анкеры глубокого заложения (вторичное анкерование).

  • Первичное анкерование производится непосредственно в забое.

  • Вторичное анкерование производится на некотором удалении от рабочей зоны забоя, не превышающем величины суточного отхода.

  • Плотность установки анкеров, как первичного, так и вторичного анкерования принимается в соответствии с "Инструкцией…" [3] и рассчитывается как единая крепь.

    • Эксперимент был проведен в январе – августе 2000 г. на выемочном участке № 926-бис по пласту Сычевскому-II (рис. 1-5, фото 1-5).
    Пласт Сычевский-II на выемочном участке № 926-бис (см. рис. 1) имеет сложное строение и состоит из двух угольных пачек. Мощность верхней угольной пачки 1,17 м, мощность нижней – 2,23 м, мощность породного прослоя 0,7 м. Средняя мощность пласта 4,2 м.
    Непосредственная кровля – мелкий алевролит мощностью 4,5–6 м – слабоустойчивая. Коэффициент крепости породы f=3,2. Основная кровля мощностью 32 м представлена переслаивающимися песчаником и алевролитом с f=4. На всем участке имеется "ложная" кровля мощностью 0,3–1,0 м и f=1. Непосредственная почва представлена алевролитом мощностью 1,4 – 2,4 м. Почва среднеустойчивая при намокании склонна к пучению. Коэффициент крепости f = 3. Глубина ведения горных работ 200 – 215 м.
    Конвейерный штрек был закреплен традиционно: металлический верхняк из швеллера № 10 на трех сталеполимерных анкерах (см. рис. 2, 5, фото 5). Шаг крепи – 0,8 м. Перетяжка кровли – металлическая решетка или деревянная затяжка.
    Вентиляционный штрек был закреплен следующим образом (см.рис. 3, 5 фото 1):

  • Первичное анкерование:
    • металлический верхняк из швеллера № 10 (2,95 м.), установленный поперек выработки на трех сталеполимерных анкерах А-20В длиной 2,2 м. Химические ампулы АП-1-470У. Шаг крепи – 1,25 м. Перетяжка кровли такая же, как и на конвейерном штреке.
  • Вторичное анкерование:
    •  два металлических подхвата из швеллера № 10 длиной 5,8 м, установленные вдоль выработки на пяти составных анкерах А-20В длиной 3,6 м. Расстояние между подхватами 1,5 метра. Для предотвращения прогиба деревянной затяжки при длительной эксплуатации выработки на металлические подхваты, между верхняками первичной крепи, укладывался деревянный распил.

    Выемка горной массы при проходке производилась комбайном 1ГПКС, транспорт горной массы из забоя до уклона – скребковыми конвейерами 2СР-70м и СР-70-05. Бурение шпуров под анкеры производилось ручными сверлами ЭРП-18Д2М. Доставка материалов в забой производилась в "волокушах" лебедками ЛВД-34.
    Работы по проходке штрека вела комплексная бригада численностью 68 чел. (в том числе 28 проходчиков). Работы производились непрерывно. В течение суток было четыре шестичасовые смены. Первая смена – ремонтно-подготовительная, вторая и третья – по проведению выработки, а в четвертую смену производилось возведение продольных подхватов и вторичное анкерование кровли (см.рис.4). Такая организация работ позволяла проводить выработку с темпом 10 м/сут (5 м в смену) и компенсировать потери рабочего времени из-за устранения поломок горной техники. Всего в январе – марте 2000 г. за 67 рабочих дней (с 12.01.00 по 18.03.00), т.е. с момента засечки штрека и до окончания проходки, было проведено 668 м, в том числе 653 м по данной технологии. Причем, в феврале и марте за 47 рабочих дней было проведено 525 м, средняя скорость проходки составила 11,2 м/сут при максимальной – 16 м/сут. Надо отметить, что максимальные темпы проходки (14–16 м/сут) были достигнуты в те дни, когда удавалось работать три смены по проходке, а вторичное анкерование производить в первую – ремонтно-подготовительную смену.
    Опыт показал, что при очевидном увеличении трудоемкости крепления 1 м штрека, по сравнению с традиционным паспортом крепления, например, конвейерного штрека № 926-бис, темпы проходки увеличились за счет разделения во времени процесса крепления выработки. Образно говоря, процесс крепления выработки дифференцирован во времени и интегрирован в пространстве.
    Работы по выводу комплекса 2ОКП-70Б из монтажной камеры начались в июне 2000 г. Паспортом крепления и управления кровлей предусматривалось крепление лавы с конвейерным штреком осуществлять гидрофицированной крепью сопряжения пенального типа и дополнительными деревянными стойками (см.рис.5). Крепление сопряжения лавы с вентиляционным штреком предусматривалось осуществлять только двумя линейными секциями крепи 2ОКП-70 (см.рис.5). Надо отметить, что ниже конвейерного штрека находился неотработанный массив угля, а выше вентиляционного штрека - целик угля шириной 10 м и выработанное пространство.
    Фотографии (см. фото 1,2,3,4) сделаны в тот момент, когда лава отошла от монтажной камеры на 60 м и первичная посадка основной кровли уже прошла.
    Как и предполагалось, сопряжение лавы с вентиляционным штреком (закрепленное по новой технологии) находилось в более хорошем состоянии, чем сопряжение лавы с конвейерным штреком. Частичное обрушение кровли вентиляционного штрека происходило в 7 – 10 м от линии очистного забоя. В этом месте происходил обрыв крайних к завалу анкеров и ширина штрека уменьшалась примерно вдвое. На расстоянии 10 – 15 м от линии очистного забоя происходило полное погашение штрека.
    Сопряжение лавы с конвейерным штреком было в более плохом состоянии, чем предполагалось. Помимо гидрофицированной крепи сопряжения пришлось устанавливать по две дополнительные деревянные стойки под каждый верхняк. Причем, одна стойка устанавливалась под верхняк со стороны массива угля.
    За состоянием крепи штреков и породами кровли осуществлялось несколько видов контроля, как в период проходки, так и при отработке лавы. Одним из них был контроль за расслоением пород кровли при помощи глубинных реперов с цветовой индикацией (см.рис.5). Проведенные наблюдения подтвердили более высокую скорость смещения пород кровли на конвейерном штреке по сравнению с вентиляционным.
    При проведении вентиляционного штрека рабочие быстро освоили приемы работ по установке составных анкеров и сами ощутили преимущества новой технологии. Самым существенным недостатком, на наш взгляд, были трудности при бурении шпуров под составные анкеры. С началом очистных работ в лаве возникли нарекания со стороны трудящихся очистного участка на кажущуюся ненадежность анкерной крепи. Наблюдалось постоянное стремление усилить крепь сопряжения лавы с вентиляционным штреком за счет установки дополнительных деревянных стоек, подхватов и т.д. В то же время на сопряжении лавы с конвейерным штреком при очевидной низкой эффективности крепи усиления устанавливать продольные подхваты на составные анкеры рабочие и надзор очистного участка категорически отказывались.
    К сожалению, из-за отсутствия четкой программы научного сопровождения, обобщить и развить опыт, полученный в ходе эксперимента, на шахте не удалось. Дальнейшее совершенствование технологии проведения и крепления выемочных штреков для высокопроизводительных лав не проводится. А ведь это направление работ в условиях шахт Ленинск-Кузнецкого и Беловского районов позволит расширить объём запасов для высокоэффективной отработки.
    Самым эффективным, на наш взгляд, средством, способствующим внедрению в производство анкерной крепи сопряжения лавы с прилегающими выработками, могла бы стать автоматизированная система геомониторинга, основанная на использовании тензодатчиков, микропроцессоров и современных лазерных технологий. Отсутствие такой системы оперативного контроля приведет к неоправданно высоким затратам материально-технических ресурсов, будет препятствовать росту производства.
    Основными достоинствами новой технологии проведения и крепления выемочных штреков, на наш взгляд, являются следующие:

  • Повышение надежности крепи.

  • Повышение темпов проходки.

  • Снижение трудоемкости крепления сопряжений лавы с выемочными штреками.

  • Снижение непроизводительных простоев очистной технике.

    • ВЫВОДЫ
    Данная технология:

  • Расширяет область применения анкерной крепи.

  • Позволяет готовить высокопроизводительные лавы в условиях слабых почв и среднеустойчивых кровель, существенно сокращая применение ручного труда при креплении сопряжений лавы со штреками.

  • Ставит новые задачи перед наукой и техникой в следующих направлениях:

  • разработка компактной техники для бурения длинных шпуров;

  • разработка проходческой техники под конкретные технологические схемы;

  • исследование устойчивости горных пород и их взаимодействие с анкерной крепью на начальном этапе установки крепи (24 часа);

  • разработка автоматизированной системы мониторинга горной выработки;

  • внесение дополнений в "Инструкцию по расчету и применению анкерной крепи на угольных шахтах России", учитывающих описанную выше технологию анкерования.

    •