ОХРАНА ВЫРАБОТОК ПРИ ОТРАБОТКЕ ЛАВ ОБРАТНЫМ ХОДОМ

к.т.н. М. П. ЗБОРЩИК, 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. 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 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. 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 III 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. 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, II 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, отработанный из ходка поступает в поступает в полевой вентиляционный ходок. Длина разгрузочной лавы принимается такой же, как и по простиранию. Уклоны 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. 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. 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. 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 нужно будет выполнить небольшой объем ремонтных работ, осуществить их удобно через полевую фланговую вентиляционную сбойку. 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°)

где:
    Н — расстояние по нормали от пласта до сбойки.
    При таком расположении обеспечивается хорошая устойчивость полевой вентиляционной сбойки не только в предварительно разгруженной зоне, но и во время последующей надработки.
    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. В этом случае сбойка проходится по обрушенным и уплотненным породам кровли на удалении примерно 10—15 м от кромки массива угля по простиранию.
    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. 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.