Паскальный Виталий Андреевич

Тема выпускной работы:
«Выбор рационального способа охраны подготовительных горных выработок пласта k₈ шахты им. А.Ф. Засядько»

Руководитель: к.т.н., профессор Самойлов В.Л.

Автореферат

С увеличением глубины разработки ухудшаются условия поддержания выработок, так как происходит увеличение вытеснения в них вмещающих пород. Проблема поддержания и сохранения устойчивости выработки позади очистного забоя актуальна не только с позиции их повторного использования, но и для обеспечения прямоточного проветривания, так как часто возвратноточное проветривание не позволяет достичь высокой нагрузки на лаву из-за ограничений по газовому фактору.

В сложных горно-геологических условиях увеличиваются затраты на поддержание горных выработок, но тем не менее многие из них находятся в неудовлетворительном состоянии. Значительные смещения пород и не достаточная несущая способность рамной металлической крепи являются причиной больших объемов ремонтных работ при поддержании выработки, падения производительности труда, увеличения себестоимости угля и снижения безопасности ведения работ. Поэтому необходимо проводить исследования и по выбору более рациональных способов охраны выработок, и по управлению состоянием породного массива, которые были бы экономически целесообразными и конкурентоспособными для конкретных горно-геологических условий пласта k₈ шахты им. А.Ф.Засядько.

Пласт k₈ имеет простое строение. Средняя мощность пласта составляет 1,0 м. Прочность угля на одноосное сжатие 15 МПа. Непосредственная кровля пласта – глинистый сланец мощностью 1,5 м с пределом прочности на одноосное сжатие 40 МПа. Основная кровля пласта – известняк мощностью 5,0 м, прочностью на сжатие 90 МПа. Непосредственная почва пласта – песчаный сланец мощностью 7,5 м, прочностью 34 МПа.

Залегание пласта выдержанное с углом падения 11°. Пласт опасен по внезапным выбросам угля и газа, к самовозгоранию не склонен.

Геологические нарушения в проектируемой части шахтного поля отсутствуют. Породы, вмещающие угольный пласт, обводнены. Глубина ведения работ – 940 м.

Стратиграфическая колонка пласта приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Стратиграфическая колонка пласта k₈ и вмещающих пород.

Способ подготовки шахтопласта панельный. Система разработки комбинированная, как с преобладанием признаков сплошной, так и столбовой системы разработки с прямоточной схемой проветривания выемочного участка.

Транспорт полезного ископаемого от лавы по конвейерному штреку осуществляется скребковым СП-202, а затем ленточными конвейерами 1Л-80.

Скорость подвигания очистных работ равна 105 м/мес.; скорость проходки - 120 м/мес. Длина крыла панели равна 1000 м.

Подготовительные выработки проведены с подрывкой пород почвы пласта проходческими комбайнами.

Тип крепи выработки – металлическая пятизвенная крепь КМП–А5. Площадь сечения выработок в свету до осадки 15,2 м2, ширина в проходке 4,75 м.

Охрана конвейерной выработки на шахте производится с помощью 3 рядов БЖБТ (рис.2).

Рисунок 2 – Охрана повторно используемой выработки БЖБТ.

Рассмотрим опыт применения различных способов охраны выемочных выработок в условиях, аналогичных условиям пласта k₈ шахты им. А.Ф.Засядько. На шахте им. Бажанова объединения «Макеевуголь» лава отрабатывалась по сплошной системе разработки. Штреки проводились вслед за лавой сечением 15,8 м2, охранялись породной полосой шириной 20…22 м. Вынимаемая мощность пласта 1,4-1,65 м, угол падения 5°. В кровле залегает глинистый сланец (мощность до 13,2 м), а в почве – песчаный сланец (7,3 м). Расстояние между рамами крепи 1 м. Выработки проводились комбайном 4ПП-2 в сочетании со скреперной установкой ЗУ для закладки породы в бутовые полосы [1]. Выработки, проведенные за очистным забоем, находились в хорошем состоянии и успешно использовались повторно. На основании данного опыта можно рассматривать сплошную систему разработки с проведением выработки за лавой как экологически чистую, позволяющую решить один из важных вопросов – оставление породы в шахте. Данная система обеспечивает устойчивость выработок и возможность их повторного использования. Эффективнее решается вопрос поддержания сопряжений выработок с очистным забоем, увеличивается объем извлечения и повторного использования металлокрепи из погашенных выработок.

Рисунок 3 - Анимированный рисунок процесса возведения бутовой полосы(Количество кадров-44,количество повторений-10)

На шахте «Суховская» ПО «Торезантрацит» 5-й откаточный штрек пласта h₄ при сплошной системе разработки охранялся целиком угля шириной 12…15 м. Мощность пласта 0,9…1,1 м, угол падения 19…22°. Непосредственная кровля - глинистый сланец мощностью 5,5 м, основная кровля - мощный песчаник, почва – песчано-глинистый сланец. Глубина заложения 400 м. В двадцати метрах за лавой крепь выработки полностью деформировалась. Возникла необходимость найти более рациональный способ охраны выработки [2]. Целики угля были заменены двумя сплошными рядами тумб из железобетонных блоков, которые устанавливались после передвижки конвейера лавы на расстоянии 1,5 м от ножки крепи. Железобетонные блоки не деформировались. Максимальное сжатие деревянных прокладок равнялось 78 мм. Тумбы, которые устанавливались без деревянных прокладок, были полностью разрушены. Утечки воздуха оказались такими же, как и при охране целиками угля. Смещения достигли лишь 200 мм. Максимальная скорость смещений кровли 3,2 мм в сутки. Годовой экономический эффект только по заработной плате на 1 м поддержания выработки составил 62,6 руб. (в ценах на 1975 год). Дополнительно извлечено из целиков 10 тыс. т. угля. Таким образом, охрана штрека тумбами БЖБТ дает положительные результаты при средней устойчивости непосредственной и мощных песчаниках основной кровли. Существенным недостатком данного способа охраны является низкая степень механизации возведения охранного сооружения.

На шахте №12 «Наклонная» объединения «Донецкуголь» на пласте h₄ выработка охранялась жесткой полосой на основе фосфогипсового вяжущего. Мощность пласта 1,5 м, угол падения пласта 5…8°, глубина разработки 600 м. Непосредственная кровля пласта – среднеустойчивый слоистый аргиллит (мощность 4 м, прочность 27 МПа), основная – слоистый алевролит (мощность 5 м, прочность 39 МПа), и песчаник большой мощности; почва – алевролит (мощность 7 м, прочность 40 МПа). Конвейерный штрек площадью поперечного сечения в свету 7,1 м? для отработки лавы обратным ходом был пройден с подрывкой кровли [3]. Сближение кровли и почвы в 45 м за лавой составило 220 мм. Штрек был пригоден к повторному использованию. Экономический эффект от применения жесткой литой полосы составил 26 руб. (в ценах на 1986 год) на 1 м поддерживаемой выработки. Промышленная проверка показала, что жесткие литые полосы являются эффективным средством охраны выемочных выработок в описанных горно-геологических условиях и могут быть рекомендованы к широкому применению.

Шахта «Комсомолец Донбасса» объединения «Шахтерскантрацит» разрабатывает пласты l₄ и l₇ . Мощность пластов 1…1,1 м, угол падения 5…10°. Кровля представлена глинистым сланцем (мощность 4…11,5 м, прочность 50 МПа), почва – песчаным сланцем (мощность 3…7 м, прочность 50…70 МПа), глубина разработки 450…650 м. Пластовые выработки площадь сечения в свету 9,6…13,8 м2 пройдены с верхней и нижней подрывкой пород и закреплены пятизвенной арочной крепью (1 рама на метр). Конвейерные штреки, поддерживаемые на границе с выработанным пространством, охранялись первоначально с помощью искусственных сооружений - БЖБТ в комбинации с деревянными ограждениями [4]. Наблюдения показали, что наибольшие смещения породы происходят позади лавы на расстоянии 10…20 м и на расстоянии 40…50 м стабилизируются. Смещения впереди лавы незначительны. Значительное смещение пород имело место в конвейерных штреках при охране их двумя рядами БЖБТ в сочетании с деревянными кострами. Например, площадь поперечного сечения конвейерного штрека 1-й северной лавы пласта l4 в 50 м от очистного забоя уменьшилось на 55% от проектного, а высота на 1190 мм. Неудовлетворительное состояние штреков, поддерживаемых на границе с выработанным пространством, большие трудозатраты при доставке и укладке блоков, привели к тому, что в настоящее время БЖБТ на шахте применяют редко. Возведение за рядами БЖБТ породной полосы различной ширины не дало положительного эффекта, увеличило вытеснение пород в выработку. Значительные смещения при охране БЖБТ и бутовой полосой обуславливали необходимость ремонтных работ позади лавы. Результаты натурных наблюдений позволили установить, что для условий пластов l₄ и l₇ применение БЖБТ как с деревянными кострами, так и с бутовой полосой не целесообразно, так как костры или бутовая полоса увеличивают длину зависающих консолей горных пород, что в свою очередь приводит к увеличению нагрузки на крепь, к увеличению её деформаций и затрат на поддержание выработки. Для условий, когда в кровле пласта находятся слабые породы, применение охраны выработки тумбами БЖБТ не дает эффекта. Тумбы БЖБТ целесообразно использовать в условиях, когда в кровле и в почве пласта находятся породы выше средней устойчивости.

С увеличением глубины разработки пластов на шахтах ГХК «Свердловантрацит» охрана подготовительных выработок широкими целиками привела к росту потерь угля и не всегда обеспечивала их удовлетворительное состояние в течении длительного периода эксплуатации [5]. Поэтому перешли к охране выработок, пройденных с частичной присечкой угольного массива на пластах h₈ и k₅ , разрабатываемых соответственно шахтами им. Володарского и им. Свердлова (рис. 3). Конвейерный уклон проводится по выработанному пространству лавы № 69 пласта h8 с присечкой целика на 1,2 м, уклоны №9 горизонта 644 м и 9-й людской горизонта 724 м пласта k5I – по выработанному пространству лав №163 и №169 с присечкой соответственно угольного массива и целика на 1,1 м.

Рисунок 4 – Проведение выработки с частичной присечкой угольного массива.

Смещения кровли составили 260…400 мм, смещения боков выработки – 250…500 мм, явные поднятия почвы не были зафиксированы. Охрана пластовых выработок проведением их вприсечку к выработанному пространству в условиях глубоких антрацитовых шахт обеспечивает их длительную эксплутационную устойчивость. При этом необходимо, чтобы проведение присечной выработки осуществлялось после полного затухания процесса сдвижения подрабатываемого массива. В присечных выработках преобладают боковые смещения ранее разрушенных и уплотненных пород нижних слоев кровли, которые в 1,5…2,5 раза больше вертикальных. При развитии очистных работ на смежных выемочных участках происходит активизация сдвижения ранее подработанной толщи горных пород. Это способствует не только увеличению смещений на контуре присечной выработки, но и вызывает асимметричную нагрузку на крепь, проявляющуюся в перемещении ее вертикальной оси в сторону угольного массива или целика.

Опыт шахты «Кузнецкая» объединения «Кузбассуголь» показал, что при легкообрушаемых породах кровли возможна охрана подготовительных выработок за лавой по схеме массив - обрушаемые породы с помощью крепи, совместно с крепью усиления (рис. 4). Данный способ охраны проверялся на шахте им. Ленина объединения «Ворошиловградуголь» (пласт l2l, 3-й конвейерный ходок).Глубина горных работ 450 м, вынимаемая мощность пласта 1,3…1,5 м, угол падения 1…5°. Непосредственная кровля пласта – легкообрушаемый известняк мощностью до1 м, и аргиллит мощность 10…12 м, основная кровля – песчаник мощность 10 м; почва – чередующиеся аргиллит, алевролит и песчаник [6]. Паспорт способа охраны предусматривает установку гидростоек типа ГСК непосредственно в выработке в виде двух переносных рядов – со стороны выработанного пространства и со стоны массива угля. Для изоляции выработанного пространства пробивается однорядная органная крепь. Гидростойки устанавливались впереди очистного забоя на расстоянии 15…20 м и по мере подвигания лавы на 50…70 м их переносили. Промышленные испытания показали, что при данном способе охраны на опытном участке было обеспечено безремонтное поддержание выемочного ходка. Смещение контура выработки составило со стороны кровли 350 мм, почвы – 300 мм, и с боков (в основном со стороны массива угля - 500 мм). Таким образом, охрана выемочных выработок в зоне влияния очистных работ переносной крепью усиления вполне надежна, и ее можно рекомендовать для применения в аналогичных условиях при легкообрушаемых породах кровли. В выработках, охраняемых указанным способом, следует использовать податливую в вертикальном и горизонтальном направлении рамную крепь.

Рисунок 5 – Конвейерный ходок, охраняемый переносной крепью из стоек ГСК-9.

Применение дополнительных мероприятий позволяет более быстро создать систему крепь-порода, что препятствует расслоению массива вокруг выработки, в результате чего уменьшается нагрузка на крепь выработки и на охранное сооружение. Позволяет уменьшить затраты на поддержание выработок, и увеличить производительность труда.

В авторском свидетельстве [7] предложен способ поддержания сопряжения лавы с выработкой, включающий в себя после выемки пласта возведение на сопряжении полосы охранного сооружения с установкой по его бокам распорной крепи, отличающийся тем, что, с целью снижения затрат на поддержание выработки и повышения безопасности работ, перед возведением полосы охранного сооружения осуществляют посредством распорной крепи равномерное вдавливание в горный массив приконтурных слоев пород кровли с усилием 1500-3000 кН на 1 м погонный. Величину распора поддерживают до окончания возведения охранного сооружения (рис. 6).

Рисунок 6 – Схема возведения литой полосы с предварительным распором.

Предлагаемый способ позволит снизить затраты на поддержание выработок и повысить безопасность работ по возведению литой полосы. Применение данного способа создает препятствие большому расслоению пород, что значительно уменьшает нагрузку на крепь и на охранное сооружение. Поэтому предлагаемый способ охраны является перспективным в условиях Донбасса.

Таким образом, из выше изложенного следует, что для условий пласта k₈ шахты им. А.Ф.Засядько могут быть применены следующие способы охраны: бутовой полосой, БЖБТ, литой полосой из быстротвердеющего материала, кострами, а также проведением вприсечку к выработанному пространству. При возведении литой полосы целесообразно по её бокам установить секции механизированной крепи.

---

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

      1. А.Н.Селезень, Б.Т.Тупиков, В.В.Шевченко. Поддержание штреков при сплошной системе разработки на глубоких горизонтах // Уголь Украины – 1991. - №8.-С. 25-27.

     2. В.А.Бирюков, А.А.Котелевец. Охрана откаточного штрека в тяжелых горно-геологических условиях тумбами из железобетонных блоков // Уголь Украины – 1975. - №8.-С. 32.

     3. И.Ю.Заславский, А.Г.Файвишенко, А.П.Захаров. Эффективность применения литых жестких полос для охраны выемочных штреков // Уголь Украины – 1986. - №6.-С. 18-19.

     4. И.Ф.Заславский, Н.А.Боев, В.Н.Чураков. Охрана повторно используемых выработок на шахте «Комсомолец Донбасса» // Уголь Украины – 1983. - №2.-С. 16-18.

     5. А.Ф.Борзых, Е.П.Горовой, В.И.Радченко. Охрана наклонных подготовительных выработок путем их проведения вприсечку // Уголь Украины – 2001. – №6.-С. 7-9.

     6. В.Ф.Хуторной, Г.И.Патрикеев, В.Л.Бутуринцев. Охрана подготовительных выработок за лавой по схеме массив - обрушенные породы // Уголь Украины – 1977. - №9.-С. 13-14.

     7. А.с.1010279 СССР, МКИ3 Е 21 D 13/02. Способ поддержания сопряжения выработанного пространства с подготовительной выработкой/ И.Л.Черняк и др. (СССР) – Опубл.07.04.83. Бил. № 13 – 3с.