МЕТОДИЧЕСКИЕ

РЕКОМЕНДАЦИИ

по подготовке и отработке выемочных полей пологих пластов без оставления межлавных целиков угля на шахтах Кузбасса

Прокопьевск

1974

Министерство угольной промышленности СССР Техническое управление

Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский угольный институт (КузНИУИ)

МЕТОДИЧЕСКИЕ

РЕКОМЕНДАЦИИ

по подготовке и отработке выемочных полей пологих пластов без оставления межлавных целиков угля на шахтах Кузбасса

Прокопьевск

1974

легче. Перспективным способом охраны можно считать передвижной органный ряд длиной 40—50 м, установленный в зоне временного опорного давления, состоящий из тумб или стоек с достаточной несущей способностью и передвигаемый вслед за подвиганием очистного забоя.

Анализ различных вариантов схем подготовки и отработки выемочных полей без оставления межлавных целиков угля, применяемых в различных горно-геологических условиях, показывает, что эти схемы можно разделить на две группы (рис- 1 2).

Первая групца—схемы, при которых выработки проходятся вне зоны временного опорного давления по контакту с обрушенными породами-

Вторая группа — схемы, при которых выработки, сохраняемые на границе с массивом угля позади отрабатываемой лавы, располагаются в зоне временного опорного давления.

Каждая группа объединяет схемы, отличающиеся друг от друга взаимным расположением и направлени ем подвигания очистных и подготовительных забоев.

При выборе рациональных паспортов крепления подготовительных выработок необходимо пользоваться «Инструкцией по применению металлической рамной и анкерной крепей на шахтах Кузбасса», разработанной КузНИУИ в 1971 г-

Применение рекомендуемых схем подготовки и отработки выемочных полей без оставления межлавных целиков потребует во всех случаях применения различных способов управления метановыделением из выработанного пространства средствами вентиляции, если дебит метана из этого источника превышает 0.8—1,0 м*/мин. Для выбора наиболее целесообразного способа борьбы с газом в конкретных условиях необходимо использовать «Рекомендации но выбору способов управления метановыделением в местах сопряжений очистных выработок с вентиляционными штреками -при системе разработки длинными столбами по простиранию». разработанные ВостНИИ.

!0

2 СХЕМЫ ПОДГОТОВКИ И ОТРАБОТКИ ВЫЕМОЧНЫХ ПОЛЕЙ С ПРОХОДКОЙ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК ПО КОНТАКТУ С ОБРУШЕННЫМИ ПОРОДАМИ (первая группа)

Первая группа объединяет схемы, при которых одна или две из оконтуривающих лаву подготовительных выработок проходится по контакту с обрушенными породами с определенным отставанием от очистного забоя пли навстречу ему. Эти схемы приемлемы как при двухсторонних, так и односторонних выемочных полях, отрабатываемых длинными столбами по простиранию, падению или восстанию пласта с применением различных средств механизации выемки угля в очистных забоях |6. 8. 11. 15].

2.1* Схема подготовки и отработки двухсторонних бремсбсрговых (уклонных) полей с проходкой вентиляционных штреков по контакту с обрушенными породами (рис. 2.1.)

Двухсторонние бремсберговыс ноля подготавливаются с последовательным включением в работу лав в каждом крыле Вначале подготавливается первая лава верхнего подэтажа правого крыла- После пуска ее в работу сразу же приступают к подготовке второй лавы верхнего подэтажа левого крыла. К моменту отработки первой лавы должна быть подготовлена вторая лава в правом крыле этого подэтажа. После окончания подготовки второй лавы и пуска ее в работу подготавливают лаву в левом крыле второго подэтажа и т- д. При таком порядке подготовки и отработки выемочных полей вентиляционные штреки проходятся непосредственно у границы с выработанным пространством.

Крепление вентиляционных штреков, проведенных по контакту с выработанным пространством, производится трапециевидными рамами, деревянными или металлическими с повышенной несущей способностью и постоянным сопротивлением, или, где позволяют породы кровли, анкерной крепью с деревянными или металлическими верхняками с установкой стоек через 1—3 м по верхнему борту штрека со стороны обрушенных пород-

12

RAfil

_ Рис- 2 I- Схема подготовки и отработки двухсторонних бремсберговых (уклонных) полей с проходкой вснтнля-с«з    инонных    штреков    по    контакту    с    обрушенными    породами

Применение этой схемы рекомендуется на пластах мощностью более 1,8 ж с породами кровли и почвы любой устойчивости. Она успешно применяется на шахтах «Комсомолец» и «Зыряновская» при отработке пластов Толмачевского, Бреевского, 30 и 32 мощностью 1,6—35 и с углами падения 6—18°. Вмещающие породы пластов слабой и средней устойчивости- Опыт проведения выработок по контакту с выработанным пространством показывает, что затраты на их поддержание уменьшаются в 1,5—2.0 раза по сравнению с выработками, охраняемыми целиками угля- Общий экономический эффект от внедрения схемы подготовки и отработки с проведением выработки по контакту с выработанным пространством в одной лаве достигает 80 тыс. руб. за счет снижения потерь угля и сокращения объемов перекреллеаия. Основным достоинством этой схемы является проходка вентиляционного штрека в дегазированной и разгруженной от опорного давления зоне угольного массива. Расположение штрека в зоне, разгруженной от опорного давления, обеспечивает его безремонтное поддержание- Недостатками этой схемы являются деконцентрация горных работ, большая длина транспортирования оборудования механизированного комплекса из одного крыла выемочного поля в другое во время производства его монтажа-демонтажа и трудность проветривания при проходке конвейерного штрека одиночным забоем при большой длине выемочного поля на пластах с высокой газо-обилыюстью.

2.2. Схема подготовки и отработки двухсторонних брсмсберговмх (уклонных) полей с проходкой вентиляционных штреков по контакту с обрушенными породами встречными забоями к подвиганию верхних лав (рис. 2.2).

В случае одновременной отработки двух лав в одном подэтаже на обоих крыльях бремсбергового поля ведется подготовка сразу в обоих крыльях-

При подходе верхней лавы к бремсбергу начинается проходка вентиляционного штрека нижележащей лавы с оставлением угольного целика. Одновременно с вентиляционным проходится конвейерный штрек. После

14

A

Рис- 22- Схема подготовки и отработки двухсторонних бремсбер* говых (уклонных) полей с проходкой вентиляционных штреков по контакту с обрушенными породами встречными забоями к подвиганпю верхних лав

прохождения линии встречи подготовительного и очистного забоев вентиляционный штрек выводится на контакт с выработанным пространством и проходится до границы выемочного поля- Оставление целика определенной длины обусловливается соотношением скоростей подвигания очистного и подготовительного забоев- Необходимо, чтобы к концу отработки верхней лавы был пройден вентиляционный штрек и подготовлена нижележащая лава. По этой схеме могут вестись работы в случаях отставания в подготовке очистного фронта. Основными ее недостатками являются: оставление целика большой длины, что влечет за собой потери угля, большая трудоемкость охраны вентиляционного штрека на участке с оставлением целика и небольшой разрыв во времени между проходкой вентиляционного штрека и очистными работами верхней лавы.

В случае невозможности обеспечения нормального проветривания вентилятором местного проветривания на пластах с высокой газообильностыо во время проведе-

15

Рекомендации по подготовке и отработке выемочных полей без оставления межлавных целиков угля разработаны на основе результатов исследований и данных промышленных испытаний различных способов охраны подготовительных выработок, схем подготовки и отработки выемочных полей, проведенных КузНИУИ совместно с инженерно-техническими работниками шахт Кузбасса в 1965—1973 гг. При этом учитывался опыт других бассейнов страны и данных исследований ВНИМИ и Кузбасского политехнического института.

Рекомендации предназначены для инженерно-технических работников угольных шахт Кузбасса в качестве практического руководства при выборе схем подготовки и отработки выемочных полей без оставления межлавных целиков угля, способов охраны и видов крепей подготовительных выработок, располагаемых на границе угольного маосива с обрушенными породами- Они согласованы с ВостНИИ и Управлением Кузнецкого округа Гостехнадзора СССР, одобрены комбинатами Кузоассуголь, Южкузбассуголь и Прокопьевску голь.

Рекомендации разработаны кандидатами технических наук СЕРЕДЕНКО М. И., ЛЕБЕДЕВЫМ Б. К., АРСЕНОВЫМ Н. С., ДВОРЕЦКИМ Н- М., инженерами АНИСИМОВЫМ А. И., МОРОЗОВЫМ Ю. И . ФЕДОРОВЫМ А. С., СУХИХ В. М., РОЩУПКИНЫМ Г. И., ЕГОШИНЫМ В. В., техн. МУРАВЬЕВОЙ Н- И.

Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский угольный институт (КузНИУИ)

ВВЕДЕНИЕ

В Директивах по девятому .пятилетнему плану предусмотрено довести добычу угля в 1975 г. до 685—695 млн. т я повысить к концу пятилетки удельный вес ее на пластах пологого и наклонного падения с применением выемочных комплексов и механизированных крепей. Одновременно с ростом добычи угля должна повыситься производительность груда в 1,4 раза и снизиться себестоимость добываемого угля.

Рост добычи угля и производительности труда в очистных забоях сдерживается недостаточной скоростью проведения и большими затратами на поддержание подготовительных выработок. На отдельных угольных месторождениях, разрабатываемых. подземным способом, протяженность ремонтируемых выработок превышает 50—60% общей длины и на их ремонт задалживается до 15 % подземных рабочих. Стоимость ремонта 1 м выработки нередко превышает стоимость проходки-Удельный вес затрат .на ремонт составляет 10—20% от себестоимости 1 т добытого угля. В Кузбассе ежегодно тратится на поддержание выработок только по прямой зарплате до 40 мли. руб. Из-за плохого состояния подготовительных выработок осложняются условия работы очистных забоев, транспорта и вентиляции.

Охрана подготовительных выработок со стороны ранее отработанных лав осуществляется в большинстве случаев целиками угля различной ширины, которые часто под воздействием опорного горного давления раздавливаются, что является причиной деформации крепи выработок и возникновения эндогенных пожаров. С переходом горных работ па более глубокие горизонты

3

состояние подготовительных выработок ухудшается, а затраты на поддержание резко увеличиваются.

13 связи с этим МУП СССР издан приказ № 405 от 8 сентября 1971 г., в котором перед горняками поставлена задача обеспечить безремонтное, поддержание юрных выработок за счет рационального расположения их с учетом горного давления и устойчивости боковых пород, сократить потери угля и удельную протяженность поддерживаемых выработок на 10—15% к 1975 г. Наиболее полно эти задачи могут быть решены при широком внедрении схем подготовки и отработки выемочных полей пологих пластов без оставления межлавных целиков угля.

Промышленные испытания и исследования на шахтах Кузбасса показали, что применение беоцеликовых схем выемки пологих пластов позволит исключить случаи загазовывання верхней части лавы, обеспечить проведение вентиляционных штреков в дегазированной зоне угольного массива, сократить потери угля на 5—12%, создать благоприятные условия для роста производительности труда, обеспечить безремонтное поддержание подготовительных выработок и в результате этого получить значительный экономический эффект.

4

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Главной и постоянно действующей причиной горного давления является сила тяжести горных пород. В массивах, ослабленных горными выработками, горное давление вызывает деформацию, сдвижение и разрушение пород, нагрузку на крепь и т. д. Горное давление и его проявления изменяются в пространстве и времени, зависят от геологических и горнотехнических условий и определяют специфику ведения горных работ [18]. При отработке угольных пластов вокруг подвижных и неподвижных границ выработанного пространства возникает временное (эксплуатационное), а затем стационарное (остаточное) опорное давление. Зона временного и стационарного опорных давлений зависит от гор но-геологических факторов (мощности пласта, крепости угля и вмещающих пород, глубины залегания, кливажа и др.) и колеблется в широких пределах.

Для Кузнецкого бассейна, где глубина горных работ в основном колеблется в пределах от 100 до 300 м, зона интенсивного действия временного опорного давления за очистным забоем, за которой породы кровли находятся в состоянии относительного покоя, распространяется на 30—60 м. Под воздействием временного опорного давления в период ведения очистных работ край угольного массива шириной до 5—7 м разрушается, в результате этого наибольшая величина опорного давления нависающей толщи пород перемещается в глубь массива на 10—15 м. Схема распределения опорного давления показана на рис- 11. Оставляемые целики угля шириной 6—12 м для охраны подготовительных выработок не вы-

держивают больших напряжении, вызванных опорным давлением, и разрушаются. В результате этого происходит интенсивное смещение кровли над охраняемой выработкой и деформации ее крепи.

Рис- Ы- Распределение зон iирною давления: /—зона опорного давления; 2—зона разрушения угля; 3—зона, разгруженная от опорного давления; 4—зона уплотнения обрушенных пород

Стремление улучшить условия поддержания выработок за счет увеличения размеров целиков приводит к большим потерям угля и вызывает осложнения при разработке нижележащих сближенных пластов. Кроме этого, накопленный многолетний опыт разработки угольных месторождений и многочисленные исследования проявлений горного давления показали, что целики не выполняют своей функции нс только по охране крепи подготовительных выработок, но и по изоляции очистного забоя от выработанного пространства в зоне опорного давления.

Наблюдениями установлено, что формирование зоны разрушения края угольного массива у границы с выработанным пространством происходит за довольно длительное время- Однако основные деформации, от которых зависят величина и характер распределения нагрузок в опорной зоне, наблюдаются в течение трех-шести месяцев. Выработки, пройденные по. истечении этого срока по контакту с выработанным пространством и закрепленные деревянной рампой и анкерной крепями, находятся в хорошем состоянии [1, 2, 3, 4, 5, 7]. Инструментальные наблюдения показали, что смещение кров-

6

ли в таких выработках в период отсутствия влияния очистных работ незначительно и находится в пределах 6—20 мм- Заметные смещения кровли появляются на расстоянии 20—30 м от очистного забоя нижележащем лавы и при приближении забоя до 10 м достигают 30—60 мм- С дальнейшим приближением очистного забоя опускание кровли резко возрастает и выходит за пределы податливости (160 мм) деревянной рамной крепи. Поэтому с целью создания безопасных условий труда и обеспечения нормальной работы очистного забоя на сопряжении длиной 5—10 м крепь выработки усиливается подхватами на металлических стойках трения с клиновыми замками или устанавливается специальная крепь сопряжения. При охране выработок целиками угля шириной 6—8 м общие смещения кровли достигают 250—500 мм. По этой причине проведение выработок по контакту с обрушенными породами более рационально. чем в массиве угля на расстоянии 6—12 м от выработанного пространства.

Применение схем подготовки и отработки выемочных полей с проведением выработок у границы с выработанным пространством более приемлемо по сравнению со схемой с оставлением целиков на пластах, с высокой га-зообилыюстыо и склонных к самовозгоранию. Дренирование газа происходит из края угольного массива еще в период отработки вышележащей лавы, и при проходке вентиляционного штрека для нижележащей лавы по контакту с выработанным пространством наличие метана не обнаруживается, хотя при проведении этого штрека с оставлением целика шириной 6—12 м у забоя часто имеет место скопление газа выше допустимых пределов-Во время отработки лавы с оставлением целика также часто происходит скопление газа в верхней ее части- По этой причине приходится останавливать лаву и разгазо-вывать ее верхнюю часть. При отработке лавы без оставления целика случаев загазовывания не наблюдалось, так как газ дренируется через выработанное пространство отработанной вышележащей лавы.

Опытом работы и данными исследований ВостНИИ установлено, что оставляемые целики шириной 6—15 м нс препятствуют проникновению воздуха в выработанное пространство и являются сами причиной возникновения эндогенных пожаров, поэтому с точки зрения по-

7

жаркой безопасности схемы подготовки и отработки с проведением выработок у границы с выработанным пространством более приемлемы- Однако при отработке пластов, особенно с переменной мощностью, необходимо более тщательно производить выемку угля и сократить его потери по мощности до минимума-

В выработках, пройденных по пластам с пучащими почвами у границы с выработанным пространством, пучение почвы резко снижается (в 2—4 раза) по сравнению с выработкой, охраняемой целиком, и проявляется менее интенсивно, чем в выработке, пройденной в массиве угля [101-

Таким образом, при отработке пластов без оставления межлавных целиков обеспечивается хорошее состояние крепи выработки, пройденной по контакту с выработанным пространством, ликвидируется загазованность верхней части лавы и вентиляционного штрека при его проходке, уменьшается возможность возникновения эндогенных пожаров, снижается пучение почвы пласта и уменьшаются потери угля на 6—12%.

С целью повторного использования промежуточных конвейерных штреков для нижележащих лав в качестве вентиляционных их сохраняют у границы с выработанным пространством за очистным забоем. На пластах средней мощности сохраняют выработки на полное или половину сечения, при отработке мощных пластов комбинированной системой с гибким перекрытием и крепью КТУ на полное сечение-

Сохраняемая выработка попадает в зону действия временного опорного давления (в зону влияния очистных работ). Временное опорное давление по данным исследований оказывает интенсивное влияние на выработку на участке длиной 30—50 м от очистного забоя и выражается в виде интенсивного смещения кровли (100— 300 мм) и деформации крепи. Смещение кровли на расстоянии 0—5 м позади забоя не значительно (30—50 мм). С увеличением расстояния абсолютные величины и скорость смещения резко возрастают, а затем на расстоянии 30—60 м происходит их затухание- Поэтому на участке длиной 10—50 м от очистного забоя важно сохранить выработку в хорошем состоянии, так как от этого зависит ее дальнейшее состояние-

В настоящее время выработки охраняются от воз-

действия временного опорного давления различными способами (бутовыми полосами» кострами, органными рядами или сочетанием указанных способов). Охрана бутовыми полосами производится при отработке пластов до 1,5 м. Бутовые полосы дают усадку 40—60% от мощности (пласта, поэтому деревянная крепь выработки полностью деформируется После полного восстановления крепи выработка находится в удовлетворительном состоянии- Лучшее состояние выработки обеспечивается гири «креплении ее металлической арочной крепью и охране бутовой полосой шириной 2—4 м, пройденной позади забоя.

Способ охраны выработки, закрепленной деревянной рамной крепью и кострами, устанавливаемыми в один или два ряда с расстоянием между ними от 0,1 до 1,0 м, в большинстве случаев не обеспечивает нормальных условий для ее поддержания. Обычно костры применяют при мощности пластов до 1,5 м. Под воздействием опорного давления происходит интенсивное смещение кровли и сжатие костров, величины которых составляют около 50% мощности пласта Рамная деревянная крепь при таких смещениях кровли деформируется и выработка перекрепляется. Лучшие результаты были получены при охране выработок деревянными органными рядами в сочетании с деревянной и анкерной крепями и металлическими рамами на стойках трения.

Органные ряды выполняют функцию жесткой (режущей) опоры, вдоль которой происходит облом консоли непосредственной и основной кровель, в результате чего воздействие временного опорного давления на угольный массив снижается и крепь выработки лучше сохраняется При зависании кровли за органным рядом необходимо принудительное обрушение ее.

Хорошо себя зарекомендовал способ охраны выработок железобетонными тумбами на пластах мощностью до 1,5 м с вмещающими породами не ниже средней устойчивости [9]. Железобетонные тумбы устанавливаются на расстоянии 1 м от верхнего борта штрека в один ряд. Расстояние между тумбами принимается равным 1 м Тумбы собираются из отдельных плит размерами 0,5x0,4 м толщиной 100 и 150 мм- В дальнейшем железобетонные тумбы необходимо заменить на газобетонные, так как они по своему объемному весу в два раза

9