Товары в корзине: 0 шт Оформить заказ
Стр. 1 

33 страницы

Купить бумажный документ с голограммой и синими печатями. подробнее

Цена на этот документ пока неизвестна. Нажмите кнопку "Купить" и сделайте заказ, и мы пришлем вам цену.

Распространяем нормативную документацию с 1999 года. Пробиваем чеки, платим налоги, принимаем к оплате все законные формы платежей без дополнительных процентов. Наши клиенты защищены Законом. ООО "ЦНТИ Нормоконтроль"

Наши цены ниже, чем в других местах, потому что мы работаем напрямую с поставщиками документов.

Способы доставки

  • Срочная курьерская доставка (1-3 дня)
  • Курьерская доставка (7 дней)
  • Самовывоз из московского офиса
  • Почта РФ

 Скачать PDF

Оглавление

1. Краткая характеристика горногеологических условий и основных систем разработки

2. Особенности развития процессов давления и сдвижения горных пород

3. Технические решения и рекомендации по выбору параметров крепления и управления кровлей при слоевой выемке пластов

4. Технические решения и рекомендации по выбору параметров крепления и управления кровлей при выемке пластов на полную мощность и с выпуском подкровельных и межслоевых толщ

Литература

Стр. 1
стр. 1
Стр. 2
стр. 2
Стр. 3
стр. 3
Стр. 4
стр. 4
Стр. 5
стр. 5
Стр. 6
стр. 6
Стр. 7
стр. 7
Стр. 8
стр. 8
Стр. 9
стр. 9
Стр. 10
стр. 10
Стр. 11
стр. 11
Стр. 12
стр. 12
Стр. 13
стр. 13
Стр. 14
стр. 14
Стр. 15
стр. 15
Стр. 16
стр. 16
Стр. 17
стр. 17
Стр. 18
стр. 18
Стр. 19
стр. 19
Стр. 20
стр. 20
Стр. 21
стр. 21
Стр. 22
стр. 22
Стр. 23
стр. 23
Стр. 24
стр. 24
Стр. 25
стр. 25
Стр. 26
стр. 26
Стр. 27
стр. 27
Стр. 28
стр. 28
Стр. 29
стр. 29
Стр. 30
стр. 30

РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ВЫБОРУ ПАРАМЕТРОВ УПРАВЛЕНИЯ КРОВЛЕЙ. КРЕПЕЙ И КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ОСНОВНЫХ СИСТЕМ РАЗРАБОТКИ ДЛЯ МОЩНЫХ ПОЛОГИХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ

Ленинград

1976

МИНИСТЕРСТВО УГОЛЬНОМ ПРОМЫШЛЕННОСТИ СССР

всесоюзным научно-исследовательским институт

ГОРНОМ ГЕОМЕХАНИКИ И МАРКШЕЙДЕРСКОГО ДЕДА

В н и м и

РЕКОМЕНДАЦИИ по выбору параметров управления кровлей, крепей и конструктивных элементов основных систем разработки для мощных пологих угольных пластов

Ленинград

1976

1.10. При системах разработки с выпуском угдя одним из ответственных технологических процессов является погашение вышележащей угольной толщи. Равномерное разрушение погашаемой толщи на куски необходимой крупности не всегда мо“ жег быть достигнуто только за счет ее самообрушения. В большинстве случаев требуется предварительное ослабление или принудительное разрушение угдя. Эти операции вносят ряд осложнений в технологию очистных работ. Предварительное ослабление угольной толши нередко приводит к ухудшению устойчивости кровли и угольного забоя в подсечном слое, а эффективность принудительного разрушения снижается вследствие преждевременного разрушения толши под действием горного давления. Важное значение для осуществления высокопроизводительного выпуска угля и полноты его извлечения имеют шаг выпуска, а также размеры, форма и расположение выпускных отверстий.

1. 11. Основными направлениями совершенствования разработки мощных пологих пластов на базе средств комплексной механизации следует считать выемку пластов мощностью до б м сразу на всю мощность длинными столбами по падению или по простиранию, а свыше 5 м - с разделением на наклонные слои. При системе разработки наклонными слоями следует ориентироваться; а) на самостоятельную подготовку и последовательную выемку каждого слоя в пределах выемочного поля без оставления межслоевых пачек угля, если породы непосредственной кровли пласта склонны к уплотнению и слеживанию; б) на групповую подго-товку и одновременную выемку слоев в пласте с использованием гибкого металлического перекрытия при практически исслеживающихся обрушенных породах кровли.

2. ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ ПРОЦЕССОВ ДАВЛЕНИЯ И СДВИЖЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

2.1. Отличительные особенности развития процессов давления и сдвижения горных пород при выемке мощных пластов, по сравнению с выемкой пластов тонких и средней мощности, обусловлены спецификой их отработки.

При слоевых системах разработки с обрушением кровли вышележащая толща неоднократно подрабатывается в пределах одной и той же площади. Очистные выработки в смежных слоях могут оказывать вредное взаимное влияние, а устойчивость кровли в нижележащих слоях резко снижается. Проведение и поддержание слоевых подготовительных выработок при взаимном влиянии работ в соседних слоях нередко приходится осуществлять в зонах повышенного опорного давления, вызванного работой соседних очистных забоев.

При выемке без разделения на слои увеличение мощяооти пласта приводит к росту интенсивности смещений пород как в очистных забоях, так и в подготовительных выработках. В этом случае необходимо решать вопросы поддержания сопряжений очистного забоя большой высоты с подготовительными выработками, а при системах с выпуском угля, кроме трго, вопросы, связанные с погашением подкровельных и межслоевых пачек.

2.2.    Эффективность применения механизированных крепей в очистных забоях при любой схеме отработки пласта во многом зависит от того, насколько конструктивная схема крепи и ее сило-вые параметры соответствуют данным горногеологическим условиям и характеру проявлений горного давления. Механизм взаимодействия крепи с боковыми, породами, определяющий ее работу

по поддержанию кровли, весьма сложен, поскольку на него влияет много различных факторов. При разработке мощных пологих пластов особого рассмотрения требуют следующие факторы: свойства вмещающих пород и пласта, вынимаемая мощность пласта (слоя), устойчивость угольного забоя и крепи. При слоевых и комбинированных системах разработки на характер взаимодействия крепи и пород могут оказывать взаимное влияние очистные забои, отрабатываемые одновременно в разных слоях. В случае разработки пластов с погашением подкровельных или межслоевых пачек выбор типа и конструкции крепи для подсечного слоя должен осуществляться также с учетом устойчивости этих пачек и закономерностей выпуска угля.

2.3.    При отработке верхнего слоя без возведения искусственного межслоевого перекрытия, вопросы управления кровлей, связанные с выбором типа и силовых параметров крепей, решаются так же, как и при выемке пластов средней мощности, т. е. с учетом устойчивости и обрушаемости пород кровли, мощности слоя, угла падения пласта и т. д. Аналогичный подход требуется и при выемке нижележащих слоев в условиях хорошей слеживае-мости обрушенных пород. Если необходимо возведение искусственного межслоевого перекрытия или выполнение работ по повышению слеживаемости или упрочнению обрушенных пород, в верхнем слое требуется более широкое призабойное пространство, охраняемое крепью.

2.4.    В нижележащих слоях в условиях неслвживающихся пород кровля представлена несвязными или слабо связными породами, находящимися в кусковатом или блочном состоянии, т. е. практически не обладающими устойчивостью. В этом случае для обеспечения устойчивости кровли в очистном забое требуются специальные меры; оставление межслоевых пачек или возведение в вышележащем слое межслоевых перекрытий. Наиболее слабым участком кровли очистного забоя является незакрепленная полоса между забоем и концами верхняков (козырьков) крепи. На этом участке

при недостаточной прочности межслоеной пачки возможен прорыв пород в призабойное пространство, а при недостаточной жесткости межслоевого перекрытия - его провисание впереди крепи в виде гамака.

2.5.    В верхних слоях опускания кровли в призабойном пространстве, их интенсивность и размеры зон влияния производственных процессов при прочих равных условиях характеризуются теми же величинами, что и на пластах средней мощности. Во втором слое опускания кровли в среднем в два раза больше, чем в первом,

а в третьем слое - на 40-60% больше, чем во втором. Снижение сопротивления крепи приводит к росту опускания кровли как в верхнем, так и в нижележащих слоях, где величины опускания изменяются в широких пределах, в зависимости от степени сле-живаемости пород, наличия межслоевой пачки и ее характеристики и пр.

Размеры зоны влияния производственных процессов в очистных забоях нижних слоев обычно не превышают 25-30 м, что несколько меньше, чем в верхнем слое (30-40 м). Смешения пород кровли в пределах указанной зоны в нижних слоях протекают более интенсивно, а с течением времени изменяются мало. Благодаря податливости кровли, представленной обрушенными породами, просадки гидростоек механизированных крепей (5-15 мм) составляют всего 10-20% от величины опускания кровли за цикл вследствие разрушения межслоевой пачки и внедрения верхняков в породы кровли. Увеличение толшины межслоевых предохранительных пачек приводит к уменьшению смещений кровли в призабойной полосе.

2.6.    В очистных забоях нижележащих слоев гидростойки существующих крепей, в основном, работают в режиме нарастающего сопротивления и, в среднем, не более чем в 10-12% циклов выходят на рабочее сопротивление, которое достигается только в конце цикла, т. е. перед разгрузкой секции. Средние значения максимальных сопротивлений стоек примерно в два раза превосходят величину их начального распора. Для крепей оградительно-поддер-живающего типа они, как правило, не превышают 50-60%, а для крепей поддерживающего и поддерживающе-оградительного типов, в основном, составляют 60-60% от номинального. Основная часть (90%) увеличения сопротивления крепи с момента распора до разгрузки секции происходит за счет влияния производственных процессов, Сопротивлеиие крепи с течением времени может даже несколько снижаться в результате высоких контактных усилий, вызывающих разрушение защитных пачек и уплотнение обрушенных пород. Однако с увеличением длительности цикла ухудшается состояние кровли, в частности, снижается устойчивость межслоевой пачки. Работа крепей в забоях, где межслоевая пачка не оставляется, т. е. непосредственно под обрушенными породами, характеризуется некоторым снижением нагрузок, при этом опускания кровли увеличиваются, т. е. возрастают смещения пород под влиянием процессов выемки угля и передвижки крепи.

2,7. Выбирая тип механизированной крепи, необходимо знать характер поведения пород кровли очистного забоя в зависимости от ширины поддерживаемого призабойного пространства, определяемой длиной верхняка крепи. При отработке нижележащих слоев или пластов с легкообрушающимися кровлями (без проявлений вторичных осадок) средние значения опусканий кровли в забоях с крепями, имеющими одинаковое удельное сопротивление, мало зависят от ширины призабойного пространства (длины верхняка).

В условиях, где проявляются вторичные осадки, среднемаксимальные значения опусканий кровли с увеличением длинч вертсня-ка не изменяются или даже несколько уменьшаются. Если же общее сопротивление крепи остается постоянным, т. е. удельное сопротивление изменяется обратно пропорционально поддерживаемой плошадп, то с увеличением длины верхняка среднемаксимальные опускания кровли возрастают. Таким образом, чтобы увеличение ширины призабойного пространства не привело к росту опусканий кровли, необходимо предусматривать увеличение общего сопротивления секций крепи. При этом ее удельное сопротивление в отдельных случаях может быть даже несколько снижено.

С учетом сказанного вопрос выбора типа крепи для пластов с труднообрушающимися кровлями должен решаться в пользу крепей поддерживающего типа. Этот же тип крепи более целесообразен по величине 'живого' сечения для условия разработки пластов с высокой газообильностью и при необходимости возведения искусственных перекрытий. Во всех остальных случаях с точки зрения как проявлений горного давления, так и экономичности, более целесообразным следует считать применение крепи оградительно-поддерживающего типа.

2.S. В настоящее время, в зависимости от полной мощности пласта, его строения и наличия того или иного типа крепи, отрабатывают пласты (слои) толщиной от 1,8-2,0 м (КМ-87) до 5 м (КМ-120), а при системах разработки с выпуском - до 10 м.

Как отмечалось, увеличение вынимаемой мощности слоя или пласта ведет к снижению затрат на проведение и поддержание подготовительных выработок, уменьшению потерь угля по мощности пласта и т. д. Поскольку создание крепей для пластов (слоев) повышенной мощности является перспективным направлением, необходимо знать особенности проявлений горного давления при увеличении вынимаемой мощности пласта или слоя.

2.8.1. С увеличением вынимаемой мощности пласта (слоя) растут частота и интенсивность обрушения пород, а также высота зоны их беспорядочного обрушения и коэффициент разрыхления, что приводит к увеличению смещений кровли и нагрузок на крепь з очистных забоях. Из этого следует, что с повышением вынимаемой мощности необходимо предусматривать увеличение конструктивной податдивостн (раздвижности) крепи и ее несущей способности.

2.8-2. Наибольшее увеличение объема обрушенных пород происходит за счет толщи, залегающей над пластом и равной 3-5 -кратной его мощности. При увеличении вынимаемой мощности в два раза коэффициент разрыхления пород в зоне их беспорядочного обрушения возрастает на 8“12%. Соотношение между высотой зспы беспорядочного обрушения и мощностью пласта (слоя) с увеличением последней остается практически постоянным и, как правило, не превышает 1,5“2,0. В одних и тех же горногеологических условиях с увеличением вынимаемой мощности пласта снижается степень подбучивания основной кровли и вышележащих пород. В условиях, характеризующихся полной подработкой пород вышележащей толши, с увеличением вынимаемой мощности размеры зоны активного давления обрушенных пород в выработанном пространстве уменьшаются.

2.9,    При выемке пластов (слоев) повышенной мощности особое значение приобретает вопрос обеспечения устойчивости обнажений угольного массива, поскольку отжим угля из забоя, кроме нарушения нормальной технологии работ, влечет за собой повышение опасности при падении кусков угля с большой высоты и приводит к дополнительным обнажениям кровли. Особенно интенсивно отжим развивается при выемке верхних слоев, где его глубина достигает 0,8-1,0 м. Отработка нижних слоев при прочих равных условиях сопровождается меньшим отжимом.

На величину отжима большое влияние оказывают ориентировка клилажных трещин в пласте и форма забоя. Так, при наклонном на массив забое или при первоочередной выемке угля в верхней части забоя зона опорного давления на краевую часть пласта перемещается в глубь массива, что приводит к повышению устойчивости забоя, т. е. к уменьшению отжима угля.

2.10.    При выборе параметров управления горным давлением и конструктивных элементов систем разработки с выпуском угля важное значение приобретают вопросы погашения подкровельных и межслоевых пачек и выбора оптимальных параметров выпуска. Решение этих вопросов должно осуществляться с учетом устойчивости консоли погашаемой угольной толщи и кровли очистного забоя в подсечном слое, возможности разрушения угля до необходимой крупности и закономерностей его выпуска.

2,10,1. Погашение угольной толщи является одним из наиболее сложных элементов производственного процесса. Вблизи забоя обнажения кровли необходимо сохранять устойчивыми, а над крепью вся погашаемая толща должна разрушаться иа блоки необходимой крупности. При использовании в подсечном слое крепи типа КТУ выполнение этих требований не вызывает существенных затруднений, если угольная консоль не разрушается под действием горного давления еще до проведения буровзрывных работ. В случай преждевременного разрушения угольной консоли безопасность

буровзрывных работ и их производительность, а также полнота выпуска резко снижаются. Необходимую устойчивость консоли можно обеспечить путем уменьшения ее длины или придания забою в погашаемой толще наклона на угольный массив.

2.10.2, Наклон забоя, требуемый для устойчивости угольной консоли, зависит от ее длины и свойств угольного массива. При крепи типа КТУ в большинстве случаев достаточен наклон на массив под углом до 25-40° от вертикали. При этом для повышения устойчивости нижней части консоли шпуры в ней следует забуривать на расстоянии 0,4-0,5 м от забоя подсечного слоя.

2.11.    Полнота извлечения подготовленного к выпуску угля зависит, главным образом, от свойств и строения пород непосредственной кровли, наличия гибкого перекрытия между углем и породой, наклона забоя в погашаемой толще, параметров и технологии выпуска. Если породы обрушаются вслед за выпуском каждой полосы угля и налегают на выпуска емый уголь, то уровень его извлечения повышается.

При труднообрушаемой кровле выемка с выпуском угля ведет к увеличению его потерь в результате высыпания угля в выработанное пространство.

2.11.1.    При выпуске под обрушенными породами без гибкого перекрытия степень извлечения угля повышается с увеличением крупности налегающих обрушенных пород и достигает максимального уровня, когда размеры кусков породы не позволяют им проникать в выпускные отверстия. Увеличивать размеры блоков об-рушаемой кровли можно путем изменения высоты их обрушения, ограничивая зону беспорядочного обрушения.

2.11.2.    Придание забою в погашаемой толще наклона на угольный массив ведет к снижению потерь угля. При отклонении плоскости забоя от вертикали на 30° выпуск развивается практически так же, как и в случав предварительно замагазинированного угля, т. е, условия выпуска наиболее благоприятны. В этих условиях под гибким перекрытием можно достичь практически полного извлечения погашаемой толщи,

2.11.3.    Повышению производительности выпуска способствуют возвратно-поступательные перемещения ограждения (крепь КМ В) или всей секции (крепь КТУ). Такие перемещения с амплитудой 0,2-0,3 ширины люка дают тот же эффект, что и увеличение площади люка на 20-25%.

2.11.4.    Большое влияние на полноту извлечения угля, особенно при работе без гибкого перекрытия, оказывает шаг выпуска, при уменьшении которого уровень извлечения угля из погашаемой толщи повышается,

2.12.    При слоевой выемке пластов, особенно в случае одновременного ведения горных работ в разных слоях, в пределах выемочного поля развиваются сложные процессы сдвижения пород

подрабатываемой толши. Вопросы выбора оптимальных опережений между очистными забоями в смежных слоях и рациональных спо“ собов подготовки и отработки выем'очных полей и столбов, обеспечивающих благоприятные условия поддержания подготовительных выработох, должны решаться комплексно, с учетом характера развития горного давления в каждом слое.

2.12.1.    Отработха очистного забоя в каждом слое приводит к образованию у границ нетронутого маосива или у целиков, а также впереди забоя зон опорного давления, обусловленных зависанием пород подрабатываемой толщи. В то же время в некоторой области под выработанным пространством возникает зона разгрузки пород от первоначальных напряжений. Формирование этих зон

и их параметры находятся под влиянием многих факторов, главными из которых являются вынимаемая мощность слоя, физико” механические свойства пород и глубина разработки.

2.12.2.    Ширина зоны опорного давления впереди очистного забоя, в пределах которой выработки испытывают вредное влияние его отработки, при выемке верхнего слоя на достигнутых глубинах в большинстве случаев не превышает 20-30 м. Примерно таким же расстоянием от очистного забоя в сторону выработанного пространства характеризуется зона разгрузки пород в почве верхнего слоя, где интенсивные осадки пород вышележащей толщи

обычно не сказываются. При отработке нижележащих слоев размеры этих зон уменьшаются примерно в два раза.

2.12.3.    Обрушение пород вызывает рост давления на почву данного слоя в выработанном пространстве. В результате надработки выработки нижележащих слоев испытывают динамические нагрузки, возникающие при резких осадках кровли, и нагрузки, нарастяюшие постепенно, по мере сдвижения и уплотнения обрушенных пород.

С уменьшением прочности пород зона стабилизации их давления в выработанном пространстве приближается к очистному забою.

Эго относится и к нижележащим слоям, и к верхним слоям ранее надработанных пластов, причем стабилизация давления на почву слоя в средней части лавы наступает несколько ранее, чем у ее границ,

2.12.4.    С увеличением глубины горных работ, при прочих равных условиях, зона активного давления и сдвижения обрушенных пород в выработанном пространстве возрастает. Размеры этой зоны, где сказывается интенсивное влияние отработки очистного забоя как на выработки в нижележащем слое, так и на выработки

в смежных столбах данного слоя, отделяемые целиками недостаточной несущей способности, как правило, не превышает (6*г8) )[н (м), считая от очистного забоя в сторону выработанного пространства. Следует отметить, что в одинаковых горногеологических условиях протяженность зоны интенсивного влияния очистных работ на подготовительные выработки, располагаемые вприсечку к выработанному пространству, в 1,5-2 раза .меньше по сравнению с

выработками, которые охраняются целиками» В то же время интенсивность смещений пород, окружающих выработку, при бесие-ликовой охране в этой зоне значительно выше. Продолжительность периода активной стадии процесса сдвижения подрабатываемых пород обычно не превышает 2 месяцев,

2.12.5. При выемке данного столба над соседним, ране© отработанным, столбом происходит активизация процесса сдвижения пород, которая имеет место при отработке не только верхнего, но и последующих слоев и захватывает зону шириной порядка з    (м),    считая    от    границы действующего забоя. Располагае

мые в этой зоне выработки испытывают влияние активно протекающих процессов сдвижения, т. е. как бы надрабатываются, хотя очистные работы непосредственно над ними не производятся. Активизация процесса сдвижения ранее подработанных пород также является одной из причин развитая повышенного давления на выработки.

3. ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫБОРУ ПАРАМЕТРОВ КРЕПЛЕНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ КРОВЛЕЙ ПРИ СЛОЕВОЙ ВЫЕМКЕ ПЛАСТОВ

3.1.    При слоевых системах разработки основной проблемой управления кровлей и крепления является устойчивость обрушенных пород в очистных забоях нижележащих слоев. Она определяется прежде всего склонностью пород слеживаться после их обрушения, т. е. уплотняться и приобретать связность. Степень слеживания пород зависит от ряда факторов, главными из которых следует считать петрографический состав, влажность и время, в течение которого происходит их уплотнение под давлением.

Необходимая устойчивость кровли в очистных забоях нижележащих слоев может быть достигнута с помощью следующих мероприятий: а) обеспечение или повышение уплотнения и слеживае-мости обрушенных пород; б) оставление предохранительных межслоевых пачек из угля или породных прослойков; в) возведение предварительных крепей - искусственных перекрытий; г) комбинированные способы.

3.1.1.    Для ускорения и улучшения процессов уплотнения склонных к слеживанию обрушенных пород целесообразно подавать в выработанное пространство глинистую пульпу или увлажнять их водой. Оптимальное значение влажности пород (аргиллитов и алевролитов) по условиям слеживаемости составляет около 10-12%.

Необходимый расход пульпы или воды при равномерной обработке пород, например, для условий, аналогичных Челябинскому бассейну, должен составлять не менее 0,17-0,20 м^ на 1 м^ выработанного пространства.

3*1,2. Межслоевые угольные пачки, которые обеспечивают надлежащую устойчивость кровли в очистных забоях нижележащих слоев при углях не ниже средней крепости должны приниматься толщиной, как правило, не менее 0,5 м. Если в пласте есть породные прослойки, к ним следует, по возможности, приурочивать межслоевые пачки, и по этим прослойкам, а также по маркирующим горизонтам контролировать толщину пачек или положение данного слоя по мощности пласта. Когда пласт делится на три слоя и более, а прослойки отсутствуют, необходимо контролировать пачку с помошью шпуров, пробуриваемых в кровлю слоя из очистного забоя. Кроме этого способа, рекомендуется бурить шпуры в почву при отработке вышележащего слоя и устанавливать в них на проектную толщину пачки деревянные штыри (штанги) или заполнять шпуры сыпучим контрастным материалом. Применение деревянных штанг, разбухающих под влиянием влаги, целесообразно также и с точки зрения повышения несущей способности межслоевой пачки. В дальнейшем необходимо разработать специальное устройство для автоматизированного контроля положения комплекса относительно поверхности контакта уголь-обрушенная порода.

3.1.3. В качестве предварительных крепей при механизированной выемке слоев рекомендуются металлические или бутобетонные перекрытия, которые должны обладать необходимой прочно-стью, жесткостью и обеспечивать возможность механизации работ по их возведению, а также сохраняться в условиях агрессивной среды в течение требуемого срока. Конструкция металлического перекрытия должна допускать его прогиб в призабойной полосе, исходя из условия, что толщина слоя принимается на 0,3 м больше максимальной высоты механизированной крепи. Ме

таллическое перекрытие, возводимое на почве вышележащего слоя, рекомендуется изготавливать:

а)    из стальных полос толщиной 1,4-1,в мм и шириной 40-60 мм (ГОСТ 6009-74), настилаемых впереплет специальной машиной

(по типу агрегата АМС) из расчета 4-5 полос на 1 м выработанного пространства;

б)    из плетеной проволочной сетки № 20 или 25 (ГОСТ 5336-67) С коэффициентом перекрытия полос не менее 1,5, усиленной в направлении подвигания забоя стальными лентами толщиной 2-

3 мм и шириной 30-60 мм из расчета 2-3 ленты на 1 пог. м длины лавы или равнопрочной им проволокой (катанкой); для возведения такого перекрытия может быть использован комплекс приспособлений, разработанный КНИУИ.

3*1.4. Бутобетонное перекрытие рекомендуется создавать путем скрепления (упрочнения) породной и угольной мелочи, образующейся на почве при выемке вышележащего слоя, с помощью вяжущих растворов на основе местных или синтетических материалов. Наиболее подходящими местными материалами для вяжущих растворов следует считать доменные и котельные шлаки с тонкостью помола менее 0,1 мм и добавкой в качестве активиэа-гора цемента марки 400 в размере 8-10% от веса основного вяжущего, а в качестве ускорителя схватывания - жидкого стекла. Расход шлака должен составлять 25-30% от веса заполнителя, которым служит породная и угольная мелочь. При прочности на одноосное сжатие порядка 50 кгс/см^ толщина бутобетонного слоя должна быть не менее 0,3“0,4 м, чтобы обеспечить устойчивость кровли в нижележащих слоях. Для приготовления и подачи раствора на вентиляционном горизонте или штреке устанавливается растворомешалка (смеситель) и прокладывается специальный трубопровод под крепь, от которого через одну-две секции крепи делаются ответвления в сторону выработанного пространства. Достоинством этого способа создания искусственной кровли являются низкие капитальные затраты и небольшой расход дефицитных материалов. Представляется также целесообразным в качестве вяжущих использовать синтетические смолы, обладающие необходимой проникающей способностью. При этом перекрытия с использованием синтетических материалов должны быть нетоксичными и огнестойкими.

3.1.5. Выбор рационального способа обеспечения устойчивости кровли в нижележащих слоях в каждом конкретном случае должен обосновываться экономически в соответствии с действующей '"Отраслевой инструкцией по учету балансовых и расчету промышленных запасов, определению, нормированию, учету и экономической оценке потерь угля (сланца) при добыче". Для получения положительного эффекта от применения искусственного перекрытия необходимо, чтобы его стоимость была меньше ущерба, связанного с потерями угля в межслоевой пачке. Исходя из этого, решения по способам обеспечения устойчивости кровли для условий. где из мощных пластов добываются ценные коксующиеся угли, не будут такими же, как для месторождений с высокозольными углями и для отдаленных районов, где транспортные и трудовые затраты велики, а спрос на уголь ограничен.

Выемка слоев с оставлением межслоевых угольных пачек может допускаться только на основе специального обоснования, утвержденного техническим директором производственного объединения. В обосновании по каждому шахтопласту должны указываться причины отказа от искусственного перекрытия, а также техническая и экономическая целесообразность работы с угольными пачками.

УДК 622.831.24:622.273:622*224

Рекомендации по выбору параметров управления кровлей, крепей и конструктивных элементов основных систем разработки для мощных пологих угольных пластов. Л., 1976. 32 с.

(М-во угольной пром-сти, СССР, ВНИИ горн, геомех. и марж-шейд. дела).

'Рекомендации...' составлены на основе обобщения и анализа опыта разработки мощных пологих пластов угля и результатов исследований проявлений горного давления в различных гор-ногеологических условиях, выполненных ВНИМИ, ИГД им. А. А. Скочинского, КНИУИ и другими институтами отрасли. Они содержат технические решения по выбору параметров крепления и управления кровлей при основных системах разработки мощных пологих пластов.

Работа рассмотрена в Техническом управлении Мияуглепрома СССР и рекомендована для использования в качестве пособия при составлении проектов разработки мощных пологих пластов с учетом прогрессивных технологических схем разработки пластов на угольных шахтах.

(Б) Всесоюзный научно-исследовательский институт горной гео-механики и маркшейдерского дела (ВНИМИ), 1976.

3.2. Условия работы крепей и характер их вэаимрдействяя с породами кровли в верхнем и нижележащих слоях имеют существенные отличия. Отработка верхнего слоя, если не требуется возводить искусственное межслоевое перекрытие, в принципе не отличается от выемки пласта средней мощности. Поэтому в данном случае вопросы выбора типа и параметров крепей решаются так же, как и на пластах средней мощности, т, е. с учетом устойчивости и обрушаемости пород кровли, вынимаемой мощности, угла падения и т. д. Однако при необходимости возведения межслоевого перекрытия или выполнения работ по улучшению слежи-ваемосги или по упрочнению обрушенных пород необходимо, чтобы призабойное пространство позволяло размещать в нем соответствующее оборудование и производить указанные работы,

В нижележащих слоях в связи с легкой обрушаемостью кровли и отсутствием, как правило, резких ее осадок, а также в целях сохранения устойчивости межслоевых пачек и уменьшения эффекта "тсптания* боковых пород целесообразно применять крепи с более низким сопротивлением, чем в верхнем слое. Вместе с тем, они должны обеспечивать надежное поддержание кровли по всей ширине призабойного пространства и ограждение последнего от переобрушаюшихся пород.

3.2.1.    Для выемки верхних слоев на пластах с крупноблочным обрушением пород, а также в условиях высокой газоносности или при необходимости возводить межслоевое перекрытие, следует ориентироваться на крепи поддерживающего типа. Из числа существующих в большей степени этим условиям удовлетворяют крепи типа М-81 и М-87Н, а из числа создаваемых - М-130. В остальных случаях могут применяться крепи оградителько-поддержи-вающего типа (ОКП).

Величина номинального сопротивления крепей для верхних слоев мощностью 2-3 м при породах кровли, не относящихся к числу труднообрушающцхся, должна составлять 40-50 тс/мЯ начальный распор крепи - не менее 60% от номинального сопротивления, а остаточный подпор при передвижке секций - не менее 5 тс/мЯ При породах, склонных к зависаниям и резким вторичным осадкам, т. о, при труднообрушающихся, если не проводятся специальные мероприятия по снижению интенсивности влияния осадок кровли, номинальное сопротивление крепей для указанной мощности слоев должно быть не менее 80-100 тс/м2.

3.2.2,    Условиям работы в нижележащих слоях в наибольшей степени отвечшот оградительио-поддерживающие крепи (типа ОКП), имеющие небольшую ширину поддерживаемого пространства, обеспечивающие меньшее "топтание* боковых пород и удовлетворяющие условиям разработки пластов со слабыми почвами. При отработке пластов более чем в два слоя, когда требуется возводить межслоевое перекрытие в каждом вышележащем слое, Следует предусматривать применение крепей поддерживающего

ВВЕДЕНИЕ

Совершенствование систем разработки мощных пологих плас-тов угля и параметров управления горным давлением при их выемке осуществляется в основном по двум направлениям. Первое из них связано с выемкой мощных пологих пластов с разделением на слои, каждый из которых отрабатывается как пласт средней мощности. Второе направление охватывает способы выемки, при которых используются преимущества большой мощности пластов, и включает разработку пластов сразу на полную мощность длинными забоями с помощью специальных механизированных комплексов (как с обрушением кровли, так и с выпуском угля из потолочины) и короткими забоями с управлением кровлей целиками.

При слоевой разработке наибольшее распространение в нашей стране получили системы разработки наклонными слоями в нисходящем порядке с обрушением кровли. На их долю приходится около 70% всей добычи из мощных пологих пластов. До конца 80-х годов слоевая выемка производилась в основном с применением в очистных забоях индивидуальной стоечной крепи и характеризовалась низкими технико-экономическими показателями. В последние годы для механизации очистных работ в наклонных слоях стали широко применять комплексы, созданные для пластов средней мощности. Благодаря этому показатели данных систем разработки значительно улучшены.

Внедрение механизированных комплексов потребовало более обоснованного решения ряда вопросов, связанных с управлением горным давлением, в частности, таких как обеспечение устойчивости кровли, представленной обрушенными породами, выбор рациональных типов механизированных крепей и их силовых параметров, а также способов подготовки выемочных полей и увязки горных работ в слоях с учетом создания благоприятных условий поддержания подготовительных выработок. Значимость этих вопросов существенно возрастает в связи с увеличением скоростей подвига-ния механизированных очистных забоев. В настоящее время нет специальных комплексов для работы под обрушенными породами. Развитие средств механизации выемки и управления кровлей в наклонных слоях идет, главным образом, по пути использования и приспособления существующих комплексов, которые не всегда соответствуют условиям их применения.

Среди способов выемки мощных пологих пластов без разделении на слои ранее широко применялись системы разработки с короткими забоями. Однако в силу недостатков, присущих этим системам, в настоящее время их используют ограниченно , в основном в условиях многолетней мерзлоты, а также при гидравлическом способе добычи угля.

В последние годы широко ведутся конструкторские и экспериментальные работы по созданию механизированных крепей для пластов мощностью 4-6 м и более. Эти работы сопряжены со значительными технологическими и конструктивными трудностями. Однако учитывая значительный удельный вес таких пластов на действующих и строящихся шахтах в восточных районах страны, эти работы весьма актуальны.

Особое место среди систем разработки, при которых используются преимущества большой мощности пластов, занимают системы разработки с выпуском угля подкровельных и межслоевых толщ. Использование таких систем позволяет увеличить вынимаемую мощность пласта (слоя) без увеличения высоты крепи, что особенно важно при невыдержанных мощности и строении пласта, а также при его значительной нарушенности или ограниченных размерах выемочных полей.

Вопросы выбора типа и силовых параметров механизированных крепей для очистных забоев, способов подготовки выемочных полей и расположения подготовительных выработок, увязки горных работ в различных слоях во времени и в пространстве очень важны для эффективности применяемых систем разработки мощных пологих пластов и должны осуществляться на основе изучения закономерностей проявления горного давления как в очистном забое и выработанном пространстве, так и в пределах всего выемочного поля. Настоящая работа будет способствовать правильному решению указанных вопросов.

*Рекомендации . ..* разработаны на основе обобщения передового опыта, анализа результатов многолетних исследований горного давления, процессов сдвижения пород и выпуска угля, выполненных ВНИМИ, ИГД им. А. А. Скочинского, КНИУИ и другими институтами отрасли в различных горногеологических условиях.

1. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГОРНОГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ЗАЛЕГАНИЯ МОЩНЫХ ПОЛОГИХ ПЛАСТОВ И ОСНОВНЫХ СИСТЕМ РАЗРАБОТКИ

1.1.    Мощные пологие угольные пласты (более 3,5 м) встречаются во всех бассейнах страны, за исключением Донбасса. В настоящее время их разработка обеспечивает около 10% всей годовой добычи угля подземным способом. Перспективными планами развития угольной промышленности предусматривается дальнейшее увеличение удельного веса добычи из мошных пологих пластов.

1.2.    Горногеологические условия залегания мошны* пологих пластов весьма разнообразны. Всего насчитывается около 50 мошных пластов с углами падения до 35°. Более половины из них отрабатывается в Карагандинском, Кузнецком и Челябинском бассейнах. Удельное участие этих бассейнов в обшей добыче из таких пластов превышает 70%.

1.3.    В Карагандинском бассейне в мощных пологих пластах сосредоточено около 45% всех промышленных запасов угля. Доля подземной добычи из этих пластов составляет около 40%. Их разработка ведется во ьсех основных угленосных районах бассейна: Карагандинском, Чурубай-Нуринском и Тентекском..

1.3.1. Карагандинский район разделен сбросом на две части: восточную (Промышленный участок) и западную (Саранский участок). К мошным здесь относятся пласты Kj^ и К^. Они имеют

сложное строение и содержат, как правило, от 4 до 14 породных прослойков, суммарная мощность которых колеблется от 0,1 до 0,4 м. Угли этих пластов - средней и повышенной зольности, средней обогатимости, мягкие и средней крепости, вязкие. Их прочность уменьшается в направлении от кровли к почве. Наибольшие величины временного сопротивления сжатию бсж (200-230 кгс/см^) и сопротивляемости резанию    (до    250    кгс/см)    зафиксированы    в

верхнем слое пласта К^. Угли обоих пластов относятся к коксующимся, склонны к самовозгоранию, опасны по газу и пыли. Общая мощность пласта KJ2 достигает 8,2 м, пласта KJQ - 5,2 м.

Промышленный участок характеризуется спокойным залеганием мошных пластов под углами 8-12°. Исключение представляет его часть, прилегающая к восточной границе, где углы падения достигают 25-45°. Для Саранского участка характерна тектоническая нарушенность. Углы падения пластов    и    Kjq    3Десь    меняются

от 3 до 25-30°.

Литологический состав вмещающих пород изменяется в направлении с востока на запад. С удалением от восточной границы района наблюдается уменьшение мощности непосредственной кровли пластов К н К10# представленной аргиллитами и алевролитами, с 15-17 м до полного ее исчезновения на западе Саранского участка и одновременное увеличение мощности монолитных песчаников основной кровли с 5-10 м до 25“30 м. Обрушенные породы непосредственной кровли не склонны к слеживанию и весьма слабо уплотняются. Почва мощных пластов представлена аргиллитами и алевролитами средней крепости и крепкими ( 6Сж = 200-700 кгс/см2). На отдельных участках породы почвы склонны к пучению, особенно при их обводнении.

Глубина разработки мощных пологих пластов за последние 10 лет увеличивалась в среднем на 7 м в год и в настоящее время составляет на Промышленном участке 400-450 м, на Саранском - 250-300 м.

1.3.2. На части Чурубай-Нуринского и в Тентекском районах мощным является также пласт Угли пласта - средней зольности и обогатимости, вязкие, мягкие и средней крепости ( 6СЖ

= 80-100 кгс/см2, Ац = 145-200 кгс/см). Пласт опасен по внезапным выбросам угля и газа. Его общая мощность достигает 6,2 м, угол падения - 22°.

Породы, вмещающие пласт Д^, представлены слабыми и средней крепости аргиллитами и алевролитами. Породы непосредственной кровли весьма неустойчивы, а после обрушения, с течением времени, склонны к уплотнению и слеживанию в выработанном пространстве. Почва пласта - слабая, обводненная, склонная к пучению. Значительная обводненность угленосной толщи, большая тектоническая нарушенность и трещиноватость пород (до 11 систем трещин), наличие в верхних горизонтах угленосной толщи вывег-релых пород значительной мощности осложняют разработку плао-та До,которая в настоящее время ведется на глубине 160-200 м.

1.4. В Кузнецком бассейне удельное участие мощных пологих пластов в подземной добыче составляет 13%. Наибольший объем добычи приходится на Томь-Усинский и Ленинский угленосные районы.

1.4.1. В Томь-Усинском районе мощные пдасты разрабатываются на шахтах Ольжерасского н Распадского месторождений.

Свыше 70% добычи на шахтах Ольжерасского месторождения приходится на долю пластов Ш, 1У-У и У1 мощностью 7,5-12 м, 8,3-12,2 м и 4,5-8,5 м, соответственно. Углы их падения изменяются от 5-в до 25-30°.

Все пласты имеют сложное строение, включают от 3 до 7 породных прослойков. Толщина отдельных прослойков достигает 0,8-1,9 м. Угли пластов 1У-У и У1 средней крепости ( 0Сж- 40-80 кгс/см2 по натурным испытаниям), трещиноватые. Нижняя

250 м.

пачка пласта III мощностью 0,7“2,0 м представлена слабыми углями ( <3Сж *= 20 кгс/см2). Угли коксующиеся склонны к самовозгоранию, Пласты отнесены к опасным по газу и пыли. Вмещающие породы - сравнительно крепкие алевролиты ( 6Сж = 500 -800 кгс/см^), песчаники (    6сж = 900-1400 кгс/см2) и конгло

мераты ( бсж * 600-700 кгс/см2). Непосредственная кровля пласта У1 повсеместно и пласта Ш - на отдельных участках представлены легкообрушающимиоя породами мощностью до 0,8 и 1,5 м, соответственно. Породы основной кровли пластов III и 1У-У склонны к зависанию в выработанном пространстве и обрушаюгся крупными блоками, а после обрушения не слеживаются. Глубина разработки на действующих горизонтах в основном не превышает


Мощные пласты Распадского месторождения (6-6а и 7) залегают под углами 5-15°. Их мощность составляет соответственно 3,5-5,4 м и 4 м. В толще пластов прослеживается от 3 до 7 породных прослойков, не выдержанных по мощности. Угли -трещиноватые, весьма хрупкие, их прочность на сжатие по натурным испытаниям составляет 35-60 кгс/см2. Угли коксующиеся, пласты опасны по газу и пыли. Вмещающие породы представлены алевролитами, аргиллитами и песчаниками с прочностью на сжатие в образце от 500 до 1500 кгс/см2. Максимальная глубина горных работ достигает 250 м.

1.4.2, В Ленинском районе к мощным относятся пласты Журин-ский и Байкаимский. Их мощность достигает соответственно 4,8 и 4,5 м, углы падения колеблются от 2 до 12°. В толще пластов встречается от 1 до 4 породных прослойков толщиной 0,OS-О.35 м, нередко содержатся включения колчедана. Угли средней крепости и крепкие, трещиноватые, с прочностью на сжатие по натурным испытаниям 75-65 кгс/см2, а по верхней, наиболее зольной пачке пласта Байкаимского - до 160-200 кгс/см2. Пласты

склонны к самовозгоранию, опасны по газу и пыли. В непосредственной кровле и почве залегают аргиллиты и алевролиты, в основной - песчаники. Прочность пород на сжатие в образце обычно составляет 200-600 кгс/см^. На отдельных участках обоих пластов встречается ложная кровля мощностью до 1 м. Породы кровли после обрушения склонны к уплотнению и слеживанию.Поч-ва выработок склонна к пучению. Глубина разработки достигает 200 м.

1,4,3, Кроме рассмотренных в п. 1.4.1 и 1.4.2 , участки с мощными пластами пологого и наклонного залегания разрабатываются в Беловском (пласты Сычевский I, Полысаевский п), Комеровском (пласты Волковский, Кемеровский) и Кондомском (пласты З-За, 21, 23, 29, 6 и 9) районах Кузнецкого баосейна.

1.5. В Челябинском бассейне к числу мощных пологих пластов относятся Верхне-Батуринский, II-в, ЧумлякскиА, Подчумлякский, 1-д и Х-ж. Запасы угля в них составляют около 40% всех запасов.

а удельное участие в общее добыче по бассейну - свыше 33%, Все пласты не выдержаны по мощности и имеют сложное строение: угольные пачки чередуются с прослоями аргиллита, углистого и глинистого сланцев. Число и мощность породных прослойков изменяются в значительных пределах. Кроме того» имеются включения валунрв размерами 0*2-1,5 м. Пласты Верхне-Батуринский и Чумлякский достигают мощности 18 м. Мощность остальных не превышает 5-6 м. Углы их падения изменяются от 0 до 25°. Все пласты обводнены, опасны по газу и пыли и склонны к самовозгоранию. Угли пластов являются переходными от бурых к каменным. Для всех пластов характерно значительное изменение мощности, состава и строения пород в пределах небольших участков. Вмещающие породы представлены аргиллитами, алевролитами и песчаниками, изредка конгломератами. Их прочность на сжатие в образце составляет 100-400 кгс/смЯ Породы непосредственной кровли большинства пластов - легкооб-рушаемые, а после обрушения склонны к слеживанию и уплотнению. Значительное распространение имеет ложная кровля мощностью 0,2-0,6 м. С увеличением глубины работ влажность пород уменьшается, а прочность возрастает. Средняя глубина разработки по бассейну составляет 200-250 м, а максимальная - 350 м.

1.6.    Кроме указанных бассейнов, разработка мощных пологих и наклонных пластов осуществляется на месторождениях Восточной Сибири (Букачачинское, Черемховское, Черновское, Гусино-оэерское, Черногорское), Северо-Востока и Дальнего Востока (Аркагалинское, Анадырское, о. Сахалин и др.), Якутии, Средней Азии (Шурабское, Кызыл-Кийское, Сулюктинское. Ангренс-кое), Грузии (Ткибульское), а также в Печорском, Подмосковном и Днепровском бассейнах. Породы кровли по устойчивости изменяются от сыпучих (Днепровский бассейн) до весьма устойчивых (Воркутинское месторождение) и характеризуются различной склонностью к слеживанию после обрушения. Мощность пластов колеблется от 3,5 до 15-16 м.

1.7.    Горные работы на мощных пологих пластах в различных горногеологических условиях отличаются способами подготовки шахтных полей, параметрами систем разработки и управления кровлей, средствами механизации очистных и подготовительных работ.

1.7.1.    Для подготовки шахтных полей применяют этажный и панельный способы, В последние годы на пластах с углами падения до 12° все большее распространение получает погоризонт-ный способ подготовки. Панельные, главные и этажные выработки проводят по угольному пласту или полевыми.

1.7.2.    Управление кровлей при разработке мошных пологих пластов осуществляется, как правило, полным обрушением. Применение способа ynpai юния кровлей полной закладкой практически не вышло из стадии экспериментов.

1.8.    Сиотема разработки наклонными слоями применяется в двух вариантах:

-    с разделением пласта на одновременно или последовательно отрабатываемые слои при высоте призабойного пространства, равной вынимаемой мощности слоя;

-    с разделением пласта на два слоя (у кровли и почвы пласта), между которыми оставляется толща угля, погашаемая одновременно с отработкой нижнего слоя.

1.8.1. Отработку наклонных слоев при первом варианте осуществляют в нисходящем порядке. Большинство пластов отрабатывают двумя-тремя слоями и только особо мощные пласты (более 12 м) разделяют на пять-шесть слоев. Для механизации выемки угля и управления кровлей в очистных забоях применяют практически все типы механизированных крепей и комплексов, выпускаемых для пластов средней мощности. Наибольшее распространение получили комплексы ОМКТМ, КМ-87, КМ-61 и ОКЛ.

В условиях исслеживающихся обрушенных пород применение существующих крепей в нижележащих слоях осложняется неустойчивостью кровли и невозможно без оставления межслоевых предохранительных пачек или возведения искусственных межслоевых перекрытий.

1*8.2. При втором варианте верхний (монтажный) слой отрабатывают с помощью агрегата АМС или с индивидуальной крепью. Отработка нижнего слоя и погашение межслоевой толши, как правило, осуществляются с помощью механизированной крепи типа КГУ.

Обрушение и выпуск межслоевой тощи производят либо непосредственно под ослабленной кровлей пласта, либо под защитой гибкого межслоевого перекрытия. Ослабление кровли может осуществляться путем ее подработки длинным забоем или за счет проведения сети подготовительных выработок.

1.9.    Отработка мощных пологих пластов без разделения на слои может осуществляться либо сразу на всю мощность, либо с выпуском угля подкровельной толщи. Для выемки пластов мощностью 3,6-5,0 м в нашей стране созданы комплексы типа КМ-120 и КМ-130. Для разработки пластов с выпуском угля подкровельной толши применяется комплекс КТУ с крепью оградительного типа и создан комплекс К МВ с крепью поддерживающего типа.

За рубежом для пластов мощностью 4-6 м используются комплексы МК-380 (Япония), 'Хемшейдт' (ФРГ), GI&-0W(Польша) и др. При разработке пластов с выпуском угля применяются крепи поддерживающего типа (Франция), в которых частичная механизация выпуска угля достигается с помощью гидродомкрата и изогнутого оградительного элемента ('банана'), шарнирно закрепленного на заднем конце верхняка.