Рассмотрены новые способы обеспечения устойчивости подготовительных выработок глубоких шахт Донбасса в зоне влияния очистных работ.
Одной из главных задач совершенствования подземной угледобычи в условиях глубоких шахт остается создание эффективных способов и средств обеспечения устойчивости выемочных выработок, которые обслуживают комплексно-механизированные очистные забои, работающие с высокой нагрузкой [1-10].
Опыт ведения горных работ на таких глубоких шахтах, как им. А.А. Скочинского, «Октябрьская», им. М.И. Калинина, им. А.Г. Стаханова, «Прогресс», «Шахтерская-Глубокая» и др. показывает, что суммарная трудоемкость работ по ремонту и перекреплению выемочных выработок составляет около 70% общих трудозатрат на их проведение.
В настоящее время на многих глубоких шахтах Донбасса продолжается применение высокозатратных и неэффективных способов охраны и поддержания подготовительных выработок полосами из деревянных клетей из круглого леса или шпального бруса в сочетании с чураковыми изоляционными стенками шириной 0,8-1,2 м. Размер клетей в плоскости пласта принимается 1,5 или 2 м, а расстояние между ними по простиранию - 2,4 м. При мощности пласта менее 2 м возводится 1 ряд клетей (рис. 1). Вплотную к крепи выработки возводится чураковая стенка из стоек длиной равной половине мощности пласта, но не менее 0,6 м, затем ряд бутоклетей, а со стороны выработанного пространства – один реже два ряда обрезной органной крепи.
Рисунок 1 – Охрана выработок деревянными клетями и чураковой стенкой: 1 – нож- ка арочной крепи; 2 – верхняк арки; 3 – чураковая стенка; 4 – деревянная бутоклеть; 5 – обрезная органная крепь
Опыт эксплуатации и инструментальные наблюдения за проявлениями горного давления при данном способе охраны показывают, что вертикальные смещения боковых пород в подготовительных выработках составляют 1,8–4,2 м (при смещениях почвы до 60–75%) [2, 8].
Горизонтальные смещения достигают 1,2–2,8 м, причем боковые смещения со стороны лавы (особенно в транспортных выработках) сопряжены с выдавливанием в полость выработки ножки арочной крепи, а со стороны массива происходит выдавливание пород кровли по их напластованию с образованием породных складок. Все это приводит к необходимости проведения многократных подрывок пород почвы и перекреплению значительных участков поддерживаемых выработок. Охрана выработок бутовыми полосами наиболее эффективна при использовании специального оборудования для ее возведения (заклодочные комплексы «Титан» или барабанные закладочные машины ДЗМ), которое обеспечивает высокую плотность закладки – порядка 0,7–0,75 и способствуют созданию плотных широких породных опор по бровкам поддерживаемых выработок [2, 5, 9,10]. Схема способа охраны бутовыми полосами представлена на рис. 2.
Рисунок 2 – Охрана выработок бутовой полосой: 1 – ножки крепи; 2 – верхняк арочной крепи; 3 – замки крепи; 4 – чураковая стенка с укладкой стоек на глине; 5 – стойки деревянной крепи; 6 – бутовая полоса из породы от проведения конвейерного штрека; 7 – обрезная органная крепь
Ширина бутовых полос обусловлена выходом породы от проведения штреков и определяется расчетом.
Однако на практике из-за нехватки оборудования и сложности организации работ в основном применяется ручной или механический способ возведения бутовых полос скреперными закладочными устройствами ЗУ-1 или ЗУ-2, которые не обеспечивают эффективного поддержания выработок из-за значительного проседания подработанного массива, которое составляет по данным ДонУГИ до (0,6–0,8) пл.
На шахте «Шахтерская-Глубокая» имеется опыт эффективного применения бутовых полос для охраны вентиляционного штрека 2-й восточной лавы восточного блока пласта h8. Бутовая полоса шириной 12 м возводилась закладочным комплексом «Титан» из породы от проведения вентиляционного штрека, проводимого на расстоянии 6–8 м вслед за лавой. Проведение выработки осуществлялось проходческим комбайном ГПКС с нижней подрывкой пород почвы. Порода от проведения выработки с помощью скребкового конвейера-перегружателя транспортировалась в дробилку закладочного комплекса, откуда сжатым воздухом по трубам диаметром 0,15 м подавалась к месту закладки. Для обеспечения эффективного выполнения закладочных работ на 8-ми крайних секциях механизированного комплекса КД-80 были установлены обратные консоли. Бутовая полоса снизу по падению пласта ограничивалась двухрядной органной крепью. На выходе дробленой породы из закладочного трубопоровода она орошалась струей воды, что снижало пылеобразование и обеспечивало более плотную упаковку влажных породных отдельностей в бутовой полосе. Смещения боковых пород в вентиляционном штреке за весь период его эксплуатации не превысили технологической податливости трехзвенной арочной крепи КМП-А3-11,2 .
Охрана выемочных выработок литыми полосами применяется при разработке пологих пластов средней мощности. Этот способ охраны выработок весьма широко применяется в условиях глубоких шахт Германии, Англии, Польши [8–10]. Шахта «Красноармейская – Западная» № 1 одной из первых в Донбассе применяет для охраны выемочных выработок литые полосы из твердеющих составов. Это позволило очистным забоям при высокой суточной скорости подвигания лав (6–10 м/сут) обеспечить повторное использование транспортных выработок в качестве вентиляционных и применить комбинированное прямоточное проветривание с подсвежением исходящей из лавы струи воздуха.
При отработке 2-й южной лавы бремсбергового поля № 5 длина выемочного столба по простиранию составила 1370 м. Лава длиной 310 м была оборудована механизированной крепью 3МКД-90Т, забойным конвейером СЗК и комбайном 2РКУ-13. Приводные станции вынесены на штреки. Площадь поперечного сечения конвейерного штрека 13,7 м²; вентиляционного – 12,1 м², крепление – трёхзвенные металлические арки. Шаг посадки песчаника основной кровли 15–20 м, алевролита непосредственной кровли 1–4 м. По 2-му южному вентиляционному штреку подавалась свежая струя воздуха (1800 м³/мин), которая двигалась по лаве в нисходящем порядке. По 2-му южному конвейерному штреку также подавалась свежая струя воздуха (1000 м³/мин) для разбавления метана на исходящей вентиляционной струе участка. Песчаники основной кровли и почвы пласта обводнены. До начала очистных работ приток воды был 8–10 м³/ч.
В январе–марте 2001 г. среднесуточная нагрузка на лаву составила 2823 т., а среднемесячное подвигание – 120 м. Возведение литой полосы у конвейерного штрека осуществлялось в следующем порядке. В подготовительный период рабочие очистного участка ежесменно крепили ниши после передвижки нижней приводной станции и устанавливали ряд органной деревянной крепи по простиранию и восстанию пласта. В пределах этих рядов в последующем размещалась гибкая опалубка в виде полиэтиленового мешка.
В штреке впереди очистного забоя бурились парные анкер-скважины и верхняки крепи с помощью хомутов и анкеров длиной по 2,5 м «подшивались» к породам кровли, что позволяло демонтировать и восстанавливать боковые ножки металлических арок во время передвижки привода лавного конвейера. Подхватывающие анкеры устанавливались таким образом, чтобы длина участка штанги, закрепл?нного в ненарушенных породах кровли составляла не менее 0,5 м, что обеспечивало передачу нагрузки на анкер, а не на соединительную пластину – самое слабое место системы.
Сочетание анкерной крепи с усиливающей крепью сопряжения, состоящей из гидравлических стоек СУГ-17, устанавливаемых под деревянный брус на расстоянии 60 м от очистного забоя, повысило устойчивость боковых пород на сопряжении лавы со штреком и позволило обеспечить достаточную безопасность работ в том случае, если ножки арочной крепи демонтировались заранее на участке равном сменному подвиганию лавы. Для восприятия этих нагрузок прочность анкера на растяжение составляла не менее 250 кН. Возведение литой полосы производилось в первую и третью смены рабочими специализированного участка по поддержанию горных выработок. Технология выполнения включала подвеску петель гибкой опалубки к стойкам органной крепи и вплотную к породам кровли, попакетную засыпку (по 25 кг) минерально-связывающего вещества в специальную установку, перемешивание этого вещества с определ?нной порцией воды, подачу с помощью агрегата «Моно-830» и гибкого шланга раствора в полиэтиленовую емкость. После заполнения последней гибкий шланг промывался водой с целью устранения из него быстротвердеющего материала. Отставание литой полосы от забоя лавы не превышало 4–6м. Литая полоса возводилась с помощью не громоздкого и удобного оборудования, относительно легко передвигаемого при подвигании лавы. По конвейерному штреку пакеты минерально-связывающего вещества доставлялись монорельсовой дорогой ДМКУ.
Литература
1. Борисов А.А. Механика горных пород и массивов. М.: Недра, 1980. – 360 с.
2. Худин.Ю.Л., Устинов М.И., Брайцев А.В., Ардашев К.А., Бажин Н.П. и др.
Бесцеликовая отработка пластов. М.Недра, 1983. – 280 с.
3. Черняк И.Л., Бурчаков Ю.И. Управление горным давлением в подготовительных выработках глубоких шахт. М.: Недра, – 1984. 304 с.
4. Каретников В.Н., Клейменов В.В., Нуждихин А.Г. Крепление капитальных и
подготовительных горных выработок. Справочник – М.: Недра, 1989. – 571 с.
5. Черняк И.Л., Ярунин С.А. Управление состоянием массива горных пород. М.:
Недра, 1995. – 395 с.
6. Литвинский Г.Г., Гайко Г.И., Кулдыркаев М.И. Стальные рамные крепи горных выработок. – К.: Техніка, 1999. – 216 с.
7. Усаченко Б.М., Чередниченко В.П., Головчанский И.Е. Геомеханика охраны
выработок в слабометаморфизованных породах. К.: Наукова думка, 1990 – 144
с.
8. Заславский И.Ю., Компанец В.Ф., Файвишенко А.Г., Клещенков В.М. Повышение устойчивости подготовительных выработок угольных шахт. М.: Недра,
1991. – 235 с.
9. Chudek M. Geomechanika z podstawami ochrony srodowiska gorniczego i
powierzchni terenu. Wyd. Pol. Sl., Gliwice, 2002.
10. Якоби О. Практика управления горным давлением. М.: Недра, 1987. – 566 с.