Горное хозяйство шахт ГХК “Макеевуголь” характеризуется серьезным отставанием в подготовке запасов. Практика показала, что такое состояние не может обеспечить устойчивую работу шахт длительное время. После нескольких лет эксплуатации шахт без серьезного отношения к воспроизводству подготовительных и очистных работ наступает, как показала практика, общий кризис в горном хозяйстве. Одним из типичных примеров такого негативного результата является шахта “Северная”. В настоящее время основная добыча поступает с пласта m₃.

На участке отработки действующих западных лав гор. 815м пласт m₃ характеризуется следующими показателями: мощность от 1,08 до 1,33м; угол падения 11-16⁰; зольность 8,1%; содержание серы 0,7%. крепость угля – 1. Угольный пласт не склонен к самовозгоранию, опасен по пыли, не опасен по горным ударам, с глубины 710м опасен по внезапным выбросам угля и газа.

Кровля пласта сложена глинистыми и песчаными сланцами мощностью m, соответственно 3-16 и 0-10м. Также встречаются прослои известняка мощностью 0,29-0,59м. Почва пласта сложена песчаными сланцами с прослоями песчаника (m = 14м; f = 9-11), известняка (m = 1,3-1,8м) и глинистого сланца (m = 1,5-3м; f = 2-4). В непосредственной почве песчаный сланец имеет мощность 1,5-7м при крепости 3–6. Нижележащие слои мощностью 2–10 м имеют крепость 4-6.

Указанный пласт отрабатывается без основного откаточного или транспортного горизонта на временные пластовые выработки. Их состояние характеризуется как весьма неудовлетворительное. Это иллюстрируется данными шахтных инструментальных наблюдений. Были проведены наблюдения за изменением сечения и конвергенцией выемочных выработок 1-й восточной лавы ц/п пласта m₃. Наблюдения проводились в конвейерном и вентиляционном штреках. Вентиляционный штрек указанной лавы проходится БВР способом сечением в свету 11м² с отставанием от очистного забоя 5-6м. Охрана его от влияния очистных работ осуществляется выкладкой бутовой полосы шириной около 24м, имеющей невысокую плотность. С противоположной от лавы стороны сооружается косовичник для запасного выхода из лавы, имеющий ширину 1м. Конвейерный штрек 1-й восточной лавы проходится комбайном сечением в свету 13,8м². Для его охраны выкладываются костры шириной 1м и бутовая полоса шириной 5-6м, для выкладки которой в обрушенных породах проходится прорывной штрек высотой 1,8м закрепляемый деревянными стойками под верхняк.

Результаты проведенных замеров и исследований приведены на рис. 1-4. Для покомпонентного разбора влияющих на устойчивость выработок факторов были построены зависимости двух типов. Зависимость конвергенции кровли и почвы, а также боков подготовительных выработок от подвигания очистного забоя лавы (в данном случае его отхода от замерных станций) позволяет определить степень влияния очистных работ на устойчивость выработок в целом (рис. 1, 3). Остальные графики показывают конвергенцию выработок во времени. Так за 59 суток величина абсолютных смещений на контуре конвейерного штрека составила: в кровле – 152мм, в почве – 245мм (суммарные смещения в кровле и почве – 397мм) и в боках – 1058мм. Для вентиляционного штрека эти величины соответственно равны 248мм, 300мм (суммарные – 548мм) и 435мм. Таким образом, за наблюдаемый период (два месяца) конвейерный штрек, имея начальное сечение 13,8м², уменьшился в ширине на 22%. При этом его высота уменьшилась на 12,4%. Вентиляционный штрек (S_св.=11м²) претерпел деформации контура, которые составили соответственно 11,4% и 16,6%. Опускание кровли выработок обусловлено срабатыванием замков податливости арочной крепи. На представленных графиках (рис. 3, 4), в конвейерном штреке наблюдаются отрицательные значения приращений сдвижения пород кровли (т.е. ее “поднятие”). Это объясняется перекосом рамы той секции крепи на которой делался замер. Таким образом, значения смещений пород кровли следует принять как заниженные за счет погрешности от перекоса рам крепи. Величина пучения в обоих выработках также оказалась заниженной, так как велись работы по подрывке почвы. В подобных условиях эксплуатации выемочных выработок величина смещения пород кровли и почвы в полость выработки всегда выше, чем та же величина в боках выработки. По результатам сделанных замеров наблюдается обратная закономерность. Это указывает на проведение ремонтных работ в промежутках между замерами конвергенции в выработках.

Отдельно обратим внимание на скорость конвергенции в исследуемых выработках. Так за два месяца в конвейерном штреке средняя скорость конвергенции кровли и почвы составила 5мм/сут. В боках выработки отмечена наибольшая скорость конвергенции – 14мм/сут. Аналогичные показатели для вентиляционного штрека соответственно равны 7мм/сут и 4мм/сут. При такой скорости сдвижения пород в полость выработок (учитывая занижение ее значений из-за вышеуказанных погрешностей) уже через шесть месяцев эксплуатации в подобных условиях они полностью потеряют запас своего сечения. Обратим внимание на характер развития процесса сдвижения пород в полость выработок. Практически на всех графиках кривые роста деформаций контура в обоих выработках не имеют тенденции к выполаживанию, то есть процесс сдвижений пород не склонен к затуханию. Отсюда видно, что при дальнейшей эксплуатации в подобных условиях устойчивость очистных выработок еще больше ухудшится. Влияние перечисленных факторов приведет к необходимости постоянного проведения ремонтных работ в выработках, что повлечет за собой резкий рост экономических и производственных затрат.

Дальнейшее развитие горных работ предусматривается в западном крыле пласта m₃. Проведенный с помощью ЭВМ прогноз показал (рис. 5), что гипсометрия западного крыла пласта ниже точки вскрытия откаточным квершлагом является спокойной. Амплитуда нарушения от надвига “С” незначительная.

Исходя из вышеприведенных факторов предлагается следующая схема подготовки западного перспективного участка пласта m₃.Вскрытие гор. 815м осуществляется откаточным квершлагом и бремсберговыми полевыми наклонными выработками с пласта l₈’. Бремсберги как и квершлаг располагаются в зоне разгрузки над проекцией выработанного пространства разгрузочной лавы пласта l₈’.

С точки вскрытия квершлага выполняются сопряжения и развязки гор. 815м и подготавливаются две коренные разгрузочные лавы 1 и 2 (см. рис. 5), которые запускаются в работу прямым ходом с 3-го года после вскрытия. Вслед за коренными лавами 1 и 2 идут полевые штреки (с отставанием равным 4-х месячному подвиганию лав и не менее 0,6 длины лавы). После отхода лавы 1 на расстояние 300-500м, и доразведки таким образом нарушения “С”, вниз по падению проходят бортовые ходки 4, 5, 6 для уклонной разгрузочной лавы 3. Существует два подварианта отработки этой лавы. Если к требуемому сроку квершлаг гор. 995м не будет готов, тогда проходятся три бортовые ходка 4, 5 для лавы и 6 на расстоянии 150м для подсвежения и водоотлива. Если же квершлаг г. 995м будет готов, тогда ходок 6 не нужен.

Уклонная разгрузочная лава 3 отрабатывается вниз по падению. В зоне разгрузки по обрушенным породам проходят уклонные выработки. Дальнейшее развитие очистных работ ведется столбами по простиранию. Для охраны зоны разгрузки 3 и уклонов оставляются защитные полосы угля 7 и 8 шириною по 150м. При этом участки выемочных штреков над защитными полосами угля приподнимают над пластом и проходят полевыми. Тогда полосы 7 и 8 могут быть легко отработаны в конце срока эксплуатации уклонного поля. Фланговые ходки 11 и 12 проходят в зонах разгрузки под защитой краевой плоскости полных сдвижений. При этом указанные ходки не подвергаются влиянию развития очистных работ. Зона разгрузки 1 и 2 лав частично сохраняется путем оставления защитных полос 9 и 10 угля, которые отрабатывают при погашении горизонта 815м. Наличие этого горизонта и уклонных выработок между гор. 815м и 995м создают благоприятные стартовые условия для развития очистных работ в бремсберговом поле и на сверхглубоком участке (гор. 995м).

Бремсберговый участок отрабатывают следующим образом. С полевых наклонных выработок 13 проходят полевые заезды 14 и нарезают печи 15 для обратного или прямого хода. Важно, чтобы между проекцией 16 зоны разгрузки (пласта l₈’) на пласт m₃ и печью или листом 15 были оставлены полосы нетронутого пласта шириной 25-30м. Это позволит сохранить зону разгрузки от вредного влияния развития очистных работ. С другой стороны, оставшийся резервный участок пласта m₃ не испорчен пластовыми выработками и может быть отработан лавой длиною 250-260м при погашении всей панели, т.е. в конце срока службы гор. 995м.

Параметры охраны бремсбергов и уклонов, а также фланговых выработок приведены на рисунках 6 и 7. Выработки в зонах разгрузки проходят не ранее 3-4 месяцев после отработки разгрузочной лавы. Это значит, что за движущейся лавой выработки (уклоны 3) должны проходиться с отставанием не меньшим 4-х месячного ее подвигания и не менее 0,6 ее длины. Фланговые ходки 11, 12 можно проходить не ранее 3-4-х месяцев после отхода лав от разрезных печей.

Расчеты напряжений в окрестности пластов m₃ и l₈’ показывают, что очистные работы пласта m₃ заметно искажают напряженное состояние в окрестности пласта l₈’. Даже не смотря на то, что пласт m₃ не является в полном смысле защитным для l₈’, частичная разгрузка последнего достигается.

Таким образом, преимущества предлагаемого варианта развития горных работ по пласту m₃ следующие:

1. Коренной гор. 815м и уклонные выработки поддерживаются в сохраняемых от вредного влияния развития очистных работ зонах разгрузки. Следовательно, они сохраняют максимальную устойчивость, что повышает надежность варианта и обеспечивает благоприятные условия для подготовки бремсбергового и сверхглубоких полей.

2. Обеспечивается бесцеликовая отработка запасов, так как уголь в защитных полосах 7, 8, 9, 10 и полосе над разгрузочной лавой пласта вынимаются после погашения панели лавами нормальной длины обратным ходом.

3. Уклонная разгрузочная лава 3 отрабатывается с подсвежением и водоотливом не зависимо от того, будет ли готов квершлаг гор. 995м.

4. Осуществляется частичная разгрузка пласта при отсутствии локальных зон ПГД (по пласту m₃ не оставляются целики).