Обеспечение устойчивости подготовительных выработок в условиях Шахты ИМ. Е. Т. АБАКУМОВА ГП «ДУЭК»
Автор: А.Л. Касьяненко
Источник: Academia.edu;
Аннотация
При отработке угольных пластов в условиях глубоких шахт Донбасса одним из весьма затратных механизмов является обеспечение устойчивости подготовительных выработок, поддерживаемых в зоне влияния очистных работ.
На состояние вмещающей толщи пород оказывают влияние многочисленные факторы, которые можно разделить на две группы: естественные и производственные.
В процессе ведения очистных и подготовительных работ в большинстве слу-чаев не имеется возможностей управлять естественными факторами, к ним приходится приспосабливаться, смягчать или компенсировать их вредное влияние.
Группа производственных факторов включает комплекс: технологических, технических и организационных решений, которые принимаются и реализуются со-гласно паспорту или нормативов ведения тех или иных горных работ.
Все эти решения подвластны горному специалисту-технологу, который может их выбирать, видоизменять, комбинировать и совершенствовать. Следовательно, не исключая важности учета естественных факторов основное управление состоянием окружающих выработку пород осуществляется путем выбора в отдельности или комбинаций рациональных технолого-технических и организационных решений.
Высокопроизводительная отработка запасов лав, особенно в сложных условиях глубоких шахт, должна обеспечиваться, как правило, без выполнения в участковых подготовительных выработках ремонтно-восстановительных работ, нарушающих технологический режим добычи угля.
Решение вопросов эффективной охраны выемочных штреков или ходков в первую очередь следует определять с помощью технико-экономического анали-за[1].
ОП «Шахта имени Е.Т. Абакумова» государственного предприятия «Донецкая угольная энергетическая компания» определена как базовое предприятие топливно-энергетической промышленности Украины по техническому перевооружению и внедрению новых технологий. В настоящее время ведется реконструкция шахты и в перспективе при вводе в эксплуатацию дополнительных очистных забоев проектная мощность шахты составит 1500 тыс. тонн в год.
На балансе шахты находятся запасы угольных пластов m6 , m5 , m3 , m2 , l8 , l7 , l6 , l4 , l3, l1 , k8 , подготавливаются – m3 , m5. В пределах существующих границ шахтного поля промышленные запасы по пластам составляют 84,1 млн. тонн угля марки Д, ДГ, Г, Ж, которых достаточно для работы шахты в течение 100 лет. Кроме того, возможна прирезка запасов участка «Абакумовский-Глубокий» в количестве 122,6 млн. тонн.
По газовому фактору шахта отнесена к сверхкатегорийной, т.к. при ведении горных работах из кровли пластов в тектонических нарушенных зонах отмечены суфлярные выделения газа. Все угольные пласты в границах шахтного поля невыбросоопасны. Угольные пласты опасны по взрываемости угольной пыли, не склонны к самовозгаранию. Исследованные слои песчаников относятся к выбросоопасным низкой и средней степени.
В тектоническом отношении месторождение характеризуется относительно спокойным залеганием, осложненным рядом разрывных нарушений: надвиги, сбросы. Амплитуда нарушений небольшая – от 5 до 13 м. Геотермические условия сложные. Максимальная температура пород составляет 34,3 °C. Выработки, проводимые по алевролитам и песчаникам силикозоопасные.
Протяженность поддерживаемых выработок на шахте составляет от 8-14 км.
Подготовка шахтного поля панельная и отработка выемочных полей в основ-ном осуществляется в нисходящем порядке по простиранию пласта с применением столбовых систем разработки.
В настоящее время из-за нехватки средств на подготовку выемочных столбов, отработка 8-й западной лавы пласта m3 планируется применение сплошной системы разработки «лава-штрек» (с отставанием), что технически менее эффективно, зато экономически более оправдано.
На шахте применяется два способа проведения горных выработок: буровзрывной и комбайновый. Для проведения пластовых горных выработок применяются современные проходческие комбайны П110 и КСП-32 в сочетании с ленточными перегружателями типа: АПЛ-1к, ПТК, УПП различных модификаций. Для крепления участковых горных выработок применяется арочная крепь КМП-А3, КМП-А5 и АП-30 с подставками 1,1-2,0 м на сечение выработки 13,8-21,2 м2 из спецпрофиля типа СВП-27 и СВП-33 с шагом крепи 2 рамы на 1 п.м.
В настоящее время на шахте разрабатывается угольный пласт m3 марки ДГ на глубине 860 м. Во время проведения 8-го вост. конв. штрека пл. m3 визуальными наблюдениями и инструментальными замерами было установлено, что пучение пород почвы в штреке начинается на расстоянии 20-25 м вслед за проходческим забоем. Средняя скорость пучения почвы – 0,15-0,2 м/мес (рис. 1).
Интерес представляет структура пород в массиве по данным геологоразведоч-ным скважинам: основная кровля представлена алевролитом m=4,4-9,9 м; σсж=40-60 МПа, непосредственная кровля – аргиллит m=7,0-10,3 м; σсж=20-40 МПа, угольный пласт – m=0,9-1,1 м; σсж=15-18 МПа, непосредственная почва разнослоистая – алевролит m=1,2-1,9 м; σсж=40-60 МПа, известняк m=0,1-0,4 м; σсж=100-120 МПа, алевролит m=1,0-3,3 м; σсж=40-60 МПа, основная почва также разнослоистая – аргиллит m=2,0-3,5 м; σсж=20-40 МПа, песчаник m=0,4-1,0 м; σсж=60-80 МПа, алевролит m=2,5-6,5 м; σсж=40-60 МПа. Таким образом в кровле пласта располагаются средне- и труднообрушаемые породы, а в почве породы, склонные к пучению. Угол падения вмещающих пород – 9 град.
Рис. 1 – Характер проявления пучения пород почвы в 8-м вост. конв. штр. пл. m3
Традиционно принятой мерой борьбы с пучением на шахте является подрывка пород почвы, причем сразу же после прохождения выработки, т.к. выработка во время приемки, не удовлетворяет требованиям ПБ, а во время эксплуатации производятся еще несколько подрывок.
Практика поддержания выработок в условиях периодических подрывок почвы показывает, что уже после 2-3 подрывок, необходимо перекреплять выра-ботку.
Известно, что всякая особенность в структуре массива, физико-механических характеристик пород, глубины их залегания, горнотехнических условий, оказывает влияние на развитие пучения[2]. Все исследователи, изучающие причины пучения и физико-механические процессы, происходящие вокруг выработки, считают, что одно из основных причин деформаций пород, является повышенное горное давление и наличие обнаженной поверхности почвы, исходя из этого, предлагали свои гипотезы и способы решения этой проблемы. Однако экспериментальная проверка способов производилась в конкретных горно-геологических условиях и не все они эффективны для других условий.
Интенсифицированию процесса пучения почвы, в немалой степени содейству-ет отсутствие давление на подорванную почву веса убранных пород подрывки, т.к. уборка породы при подрывке снижает пассивный отпор на почву. По результатам исследований[3] в условиях шахты «Трудовская» подрывка не снижала пучение, а лишь несколько уменьшала интенсивность, при этом увеличивались смещения пород кровли, либо в условиях шахты «Южнодонбасская №3» существенное влияние подрывка оказывает на смещение пород почвы, увеличивая их скорость в ~7 раз, чем до подрывки[4].
Следовательно, для обеспечения устойчивого состояния почвы выработки по-сле подрывки и предотвращения повторного выдавливания пород почвы необходимо компенсировать отпор извлекаемых пород сравнительно небольшими усилиями на почву выработки.
С. Г. Негрей предлагает, основываясь на механическом способе предотвраще-ния выдавливания породам почвы, два варианта отпора [5,6]: применение гибкой поперечной связи ножек крепи спаренными канатами (рис. 2,а) и укладку между рамами арочной крепи поперечных лежней с 2 упорными стойками по его концам (рис. 2,б).
Рис. 2 – Схемы расположения: ножек арочной крепи со спаренными канатами (а) и схема установки и конструкция лежня с упорами (б)
Опытно-промышленная проверка способа силового противодействия выдавливанию пород почвы была проведена в условиях конвейерного штрека 7-ой восточной лавы пласта l81 шахты «Лидиевка» (рис. 3).
Рис.3 – Размещение металлических лежней и опорных стоек по почве конвейерного штрека 7-ой восточной лавы пласта L8 шахты «Лидиевка»
Результаты наблюдений указывают на эффективность средств механического отпора породам почвы [6] и требуют дальнейшего исследования и апробации в условиях шахты им Е. Т. Абакумова.
1. М. П. Зборщик, М. А. Ильяшов. Геомеханика подземной разработки уголь-ных пластов, т.1, Донецк, 2006. - 255 с.
2.Шестаков Г. П. Особенности пучения пород в различных горно-геологиче-ских условиях их залегания // Уголь Украины. – 1993. – №2. – С. 37-38.
3. Петренко Ю.А., Захаренко А.В., Захаренко С.В. Шахтные исследования продолжительности эффекта локальной разгрузки породного массива // Известия Донецкого горного института. – 2000. – №1. – С. 12-14.
4. Негрей С.Г. О возможности предотвращения повторного пучения пород почвы горных выработок после их подрывки // Вісті Донецького гірничого інститу-ту. – 2005. – №2. – С. 65-68.
5. Соловьев Г.И., Негрей С.Г., Кублицкий Е.В. Опытно-промышленная про-верка способа локализации выдавливания пород почвы // Геотехнологии на рубеже XXI века. – Донецк: ДУНПГО, 2001. – Т.1. – С. 63-68.
6. Отчет о научно-исследовательской работе управление синергетикой системы «крепление – породный массив» для обеспечения устойчивости подготовительных выработок глубоких шахт // ДонНТУ, 2007. – С. 216-223. – Госрег. № 0105U002291.