МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по переходу геологических нарушений механизированными комплексами на угольных шахтах Якутской АССР и Магаданской области

ЯКУТСК 1980

А КАДИМ И И НАУК СССР СИПИГСКОК отдклкиик Якутский филиал

Институт финико-технических проблем Севера М ИНИСТО JH-.THO УГОЛЬНОЙ lipoMW Н1ЛОННОСТН СССР

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

но переходу геологических нарушений механизированными комплексами на угольных шахтах Якутской АССР и Магаданской области

Н куток

Якутский филиал СО АН СССР, 1<18(>

Рис.З. Мелкоступенчатый способ перехода геологических нарушений

Переход сбросов возможен с разворотом комплекса в вертикальной плоскости (рис.4). При мелкоступенчатом способе, в зависимости от физико-механических свойств пород кровли и почвы, принимается схема Ш или 1У с тем, чтобы разрушить комбайном или буровзрывными работами более слабые породы. При переходе по схеме Ш комплекс вплотную подводится к взбросу и затем опускается на ступеньку за цикл. В этом случае производится подрывка более слабых пород кровли. При переходе по схеме 1У комплекс на расстоянии от взброса необходимо начинать опускать на ступеньку за цикл. Путь перехода сброса при этом способе определяется по формуле (5), а количество циклов - по формуле

части основания секций крепи в траншею, образованную буровзрывным способом перед лавным конвейером. Глубина траншеи не должна превышать 0,8 м, ширина - 1,2 м, угол нак-

II

fP

лона комплекса не более 20°. Переход взброса по схеме У целесообразно осуществлять при более слабых породах кровли. В этом случае комплекс подводится к сбросу, и в угольном пласте образуется траншея. При более слабых породах почвы (схема У1) траншея образуется на расстоянии /_f от взброса. Путь перехода взброса определяется по формуле:

<⁸⁾

где оС, - угол наклона комплекса, град.

Переход сбросов возможен с подрывкой почвы или кровли. При мелкоступенчатом способе и более слабой породе кровли его целесообразно осуществлять по схеме УП. В этом случае комплекс необходимо поднимать на ступеньку за цикл на расстоянии от сброса. При более слабых породах почвы комплекс подводится к сбросу, ватем начинается его подъем за цикл (схема УШ). Путь перехода сброса при мелкосгупенчатом способе определяется также, как и при переходе взброса.

12

Переход сбросов комплексом с разворотом его в вертикальной плоскости за счет сокращения гидростоек при распертом козырьке секции крепи деревянной (металлической) стойкой, второй конец которой укрепляется у забоя лавы, и подкладывания под основание секций направляющих клиньев может быть осуществлен по схеме IX или X в зависимости от крепости пород кровли и почвы. Переход сбросов по схеме IX целесообразно осуществлять при более слабых породах кровли. В*этом случае комплекс разворачивается на расстоянии £_f от сброса. При более слабых породах почвы, в соответствии со схемой X, комплекс подводится вплотную к сбросу, где производится его разворот и эатем подрывка пород почвы в процессе перехода.

Переход комплексами сбросов и взбросов при наличии в кровле и почве пластов одинаковых по крепости пород может быть осуществлен мелкоступенчатым способом или после разворота крепи в вертикальной плоскости, но подрывку пород при этом целесообразно производить и в почве и в кровле пласта, что обеспечивает минимальный объем подрывки пород по сравнению с выемкой ее только в почве или кровле.

При мелкоступенчатом способе перехода сбросов или взбросов комплекс на расстоянии от нарушения начинают опускать (схема XI) или поднимать (схема ХП) на ступеньку за цикл. Таким образом совершается весь переход. Путь перехода нарушения определяется по формуле (5), а количество циклов - по формуле (7).

При переходе взбросов (схема ХШ)или сбросов (схема Х1У) с разворотом крепи в вертикальной плоскости комплекс на расстоянии от нарушения разворачивают. Дальнейший переход совершается под заданным утлом. Путь перехода нарушений определяется по формуле (8).

Переход взбросов с амплитудой, превышающей мощность пласта, может выполняться мелкоступенчатым способом по схеме ХУ и с разворотом крепи в вертикальной плоскости по схеме ХУШ(при более слабых породах почвы).

Аналогично может осуществляться переход сбросов: мелкосту-пенчатым способом по схеме XX (при более слабых породах кровли пластов) или способом с разворотом крепи в вертикальной плоскости по схеме XXI (при более слабых породах почвы) и по схеме ХХП (при более слабых породах кровли пластов).

Во всех случаях при переходе нарушений угол наклона комплекса не должен превышать 20°. Несоблюдение этого условия, как обнаружено на шахтах Севера, приводит к поломкам элементов комплекса, в частности, разрушаются направляющие лыжи лавного конвейера и редукторы шнеков комбайнов.

При переходе интрузий, даек очистными работами целесообразно предварительное рыхление крепких пород буровзрывными работами. Перед взрывными работами гидравлические части комплекса необходимо укрыть металлическими рештаками или транспортерной лентой. После производства буровзрывных работ осуществляется выемка двух-трех стружек угля до гашения лавой образовавшегося углубления. Затем указанные операции продолжаются. При переходе нарушений взрывные работы ведутся практически по всей лаве с расстоянием между районами взрывов 5-15 м. По мере подвигания лавы интрузия в пласт перемещается по лаве с нижней ее части в верхнюю и наоборот. На участках с замещением угля аргиллитами и алевролитами выемка осуществляется присечкой их шнеками комбайна. Породу от взрывных работ целесообразно доставлять и размещать на транспортерном штреке.

При ведении очистных работ на участках, нарушенных дайками, кроме решения вопроса о возможности перехода различных по мощности даек, требуется оценка целесообразности разработки около-дайковых зон, определение участков, непригодных к разработке вследствие метаморфизма углей. Эти зоны должны учитываться при рассмотрении вопроса о переходе дайки за счет поглощения ее выработкой или перемонтаже комплекса в задайковую часть пласта.

Призабойное пространство лавы при переходе геологических нарушений должно находиться в удовлетворительном состоянии. Прорывов пород кровли под крепь не должно наблюдаться. Контакт крепи с необрушенными породами осуществляется через козырьки, находящиеся также в удовлетворительном состоянии. Обрушенные породы подбутовывают перекрытие крепи и пригружают ее, но эти нагрузки, как показали исследования, не превышают номинальных.

При наличии интенсивно-трещиноватых пород в зоне нарушения целесообразно устройство накатника на козырьках крепи, который исключает прорывы породы под крепь. Дополнительным мероприятием для этого может служить перетяжка призабойного пространства досками, которые укладываются на перекрытия крепи при передвижке.

Перспективным способом укрепления пород в нарушенной зоне может быть упрочнение кровли быстротвердещими смолами.

Последовательное и своевременное выполнение операций выемочного цикла, в частности своевременная передвижка секций механизированной крепи вслед за комбайном при выемке стружки ут-ля, позволяет исключить проникновение обрушапцихся над крепью пород в призабойное пространство. Остановка комплексов в районе геологических нарушений более чем на сутки приводит к образованию трещин вдоль забоя и нарушению сплошности пород кровли призабойного пространства даже впереди забоя и поэтому должна категорически исключаться.

В целях уменьшения ущерба, вызванного переходом геологических нарушений, и осуществления перехода необходимо следующее: а) четкое геологическое обслуживание участков, оборудованных механизированными комплексами; б) своевременное выявление, описание каждого нарушения и составление проекта перехода его комплексом; в) детальная разведка выбранных участков путем предварительной проходки штреков на всю длину выемочного столба; г) запрещение остановки лав при подходе к нарушениям и переходе их, при этом подвигание забоя должно быть не менее 1,5-2,0 м в сутки.

Перечисленные факторы обусловливают применение в сложных горно-геологических условиях столбовой системы разработки. На более спокойных участках возможно применение комбинированных систем разработки.

Выбор, подготовка и отработка нарушенных участков механизированными комплексами

При выборе участков пластов для отработки их комплексами в первую очередь необходимо обращать внимание на наличие в пределах намеченных участков нарушений с амплитудами, превышающими мощность плаогов, и на частоту встречи нарушений. Кроме того, следует учитывать ряд обстоятельств, отражающих особенности геологии и технологии разработки угольных пластов [2]:

а) длина выемочного участка при отработке комплексами должна быть не менее 200 м;

б) длина очистного забоя, оборудованного механизированным комплексом, должна быть не менее 100 м;

15

УШ 622.23

В работе рассматриваются вопрооы повышения эффективности применения очиотных механизированных комплексов в условиях нарушенных плаотов Северо-Востока СССР. Установлены основные системы пространственного расположения геологических нарушений и предложены технологические схемы их перехода механизированными комплексами. Разработана экономико-математическая модель очистной выемки, учитывающая нарушенность и позволяющая рекомендовать оптимальные параметры лав и направления выемки угля при отработке пластов, залегающих в сложных горно-геологических условиях.

Методические указания предназначены для широкого крута работников угольной промышленности.

Ответственный редактор кандидат технических наук В.А.Шерстов

©Якутокий филиал СО АН СССР,1980 г,

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время на Северо-Востоке СССР начато техническое перевооружение шахт путем внедрения очистных механизированных комплексов. Одним из наиболее важных горно-геологических факторов, оказывающих существенное влияние на эффективность применения здесь комплексной механизации и недостаточно учитываемых при выборе параметров очистной выемки, является широко развитая в этом регионе нарушенность угольных месторождений.

Перспективы развития угольной промышленности в Якутии и Магаданской области обусловливают актуальность разработки инструкции по переходу геологических нарушений и выбору параметров очистной выемки при разработке нарушенных угольных пластов, удельный вес которых достаточно велик.

В настоящих методических указаниях изложены рекомендации по способам перехода геологических нарушений и порядку определения рациональных параметров очистной выемки, использованы результаты исследований, выполненных в Институте физико-технических проблем Севера Якутского филиала 00 АН СССР.

Методические указания составлены кандидатом технических наук Ф.М.Киржнером, инженерами М.А.Викуловым, В.П.Русаковым, В.В. Шиковым при участии и под руководством доктора технических наук профессора В.Н.Скубы.

3

СИСТЕМАТИЗАЦИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ НАРУШЕНИЙ ПО СЛОЖНОСТИ ИХ ПЕРЕХОДА МЕХАНИЗИРОВАННЫМИ КОМПЛЕКСАМИ

Степень влияния разнообразных по типам геологических нарушений на эффективность комплексной механизации колеблется в широких пределах, а сложность перехода того или иного нарушения зависит от амплитуды смещения, пространственного положения, утла падения плоскости сместителя, прочностных свойств боковых пород, состояния кровли в зоне нарушения, применяемого типоразмера крепи.

Опыт работы шахт Норильского угленосного района, Якутской АССР и Магаданской области показал, что по сложности перехода нарушения типа сбросов, надвигов могут быть разбиты на три группы.

К первой группе отнесены нарушения с амплитудой Н\ , при переходе которых отсутствует необходимость в подрывке боковых пород; ко второй - нарушения с амплитудой Н" , при переходе которых осуществляется присечка слабых пород кровли или почвы пласта исполнительным органом комбайна; к третьей - нарушения с амплитудой Н^т , переход которых совершается с подрывкой крепких вмещакъ щих пород БВР.

Признаком первой группы является соотношение Н'<m-h_min ,

второй -/77- h_mi„ * Н"*, т*т_с - h_min,

третьей ~т+т_с~ h_mi_n * Н^т.

В общем виде соотношения можно записать Н'*/77-Amin * Н'+ т+т_с-h_mtn Н" где Н - амплитуда нарушения, м;

/77- мощность пласта, м;

4

fl_mn - минимальная рабочая высота крепи, м; т_с - суммарная мощность слабых пород в кровле и почве пласта, м.

На месторождениях области многолетней мерзлоты в процессе ведения разведочных, подготовительных и очистных горных работ встречено большое количество разрывных нарушений, в основном сбросов, реже взбросов и надвигов [i]. Диапазон их амплитуд варьирует от нескольких дециметров до десятков метров, Как правило, нарушения с амплитудой в несколько метров прослеживаются в пределах угольного пласта. Нарушения с амплитудой менее 0,5 м не выходят за пределы одного выемочного столба.

Разрывные нарушения второй и третьей групп (по амплитудам) прослеживаются в пределах всей угленосной толщи. Они имеют в основном северо-западное простирание и, реже,- северо-восточное (рисЛ). По углам наклона плоскости смесгителя нарушения

CJ/ Ш 2ШзШ* CDs Рис Л. Розы-диаграммы нарушений угольных пластов месторождений Северо-Востока: I,2,3.4 - соответственно шахтычБеринговскаящ (амплитуда смещения //=» о,5*3,5 м), "Анадырская* ( н= 1.5*3,5 м), "Сангарская" ( Н = 0,5*2,5 м),"Чульманская“( н = 0.5*1,о м); 5 - шахты Норильского угленосного района ( н = 0,5*3,! м)

могут быть разделены на вертикальные (утлы падения от 85 до SO⁰), крутопадавдие (от 45 до 85°) и пологие (от ДО до 45°).

Для выявления наиболее общих систем нарушений построена круговая диаграмма, которая позволила сделать следующие выводы.

1.    На месторождениях Северо-Востока СССР наблюдается восемь систем разрывов.

2.    Наибольшее распространение имеют нарушения с азимутами падения на северо-восток 40-60°, юго-запад 200-220° и северо-запад 300-320° с крутопадающими углами падения плоскостей сместите ля.

5

3. Наиболее крупными по амплитудам смещения являются вторая и третья группы нарушений.

В зоне дробления пород плоскости сместителя чаще всего заполнены перемятым углем, глиной, реже кристаллическим полупрозрачным кальцитом. Ширина зоны смещения в условиях многолетней мерзлоты обычно измеряется сантиметрами, а зоны дробления - 0,5 + 2 м.

Кроме разрывных нарушений угольных пластов на месторождениях Севера существуют и неразрывные, такие как замещения угля породами, размывы, пережимы и раздувы пластов, интрузии в пласт и т.п.

В зоне размыва уголь, как правило, замещен песчаниками, алевролитами и конгломераговидными песчаниками.

Интрузивные тела широко распространены на шахтах Норильского угленосного района и представлены пологосекущими интрузиями и крутопадающими дайками. Угольные пласты в районе крупных интрузий не отрабатываются.

Лайки имеют мощность от нескольких сантиметров до 7-10 м. и протяженность до 1,5-4 км. Установлено, что дайки на нижележащих пластах имеют большую мощность.

При классификации даек применительно к переходу их комплексами важное значение имеет определение параметров околодайковых зон угля, пригодных и непригодных для эксплуатации вследствие метаморфизма полезного ископаемого. Наиболее существенными показателями, характеризующими изменение качества и свойств углей,являются: зольность (А^с), выход летучих (У^с), теплота сгорания «V), содержание углерода (С), плотность (^)>отражательная способность (Ятах), микротвердость (Н_м ) и дополни-тельный показатель - двуокись углерода ( Л'у).

Значения всех показателей по мере приближения к дайке увеличиваются, за исключением выхода летучих и теплоты сгорания, которые уменьшаются.

По степени сложности дайки делятся на простые и сложные (состоящие из системы даек).

Ширина зон измененного угля зависит от мощности дайки или системы. У даек первого типа ширина этой зоны в 1,5 раза превышает мощность самой дайки, у даек второго - ширина измененной зоны в 2 раза превышает мощность крайней дайки (из самой системы даек), непосредственно с ней контактирующей.

6

В случае пересечения пластов дайкам» вокруг последних образуются зоны приконтактовых изменений, состоящие из двух подзон:

а)    подзоны интенсивно метаморфизованного угля шириной до О,5-0,7 м, окружающей дайку и не подлежащей эксплуатации;

б)    подзоны измененного угля шириной, равной 1,5-2 м мощности дайки, подлежащей эксплуатации с учетом целевого назначения добытого здесь угля.

Дайки сложного строения, имеющие апофизы в почве или кровле пласта, оказывают одинаковое влияние на качество и свойство угля. Зона изменения утля в этих случаях охватывает практически всю мощность пласта. Наличие таких апофиз является основным показателем, определяющим ширину зоны изменений угля в пластах, пересекаемых сложной системой даек.

Основными критериями оценки сложности перехода всех типов нарушений лавами являются физико-механические свойства вмещающих пород и объем работы по породе.

ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕХОДА НАРУШЕНИЙ И ОЧИСТНОЙ ВЫЕМКИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ

Технология перехода нарушений

Опыт работы шахт Севера показал, что разработка нарушенных пластов механизированными комплексами затруднена, так как перемонтаж комплекса здесь требует значительных трудовых и материальных затрат, которые колеблются в зависимости от длины лавы и длины транспортирования узлов и элементов комплекса в пределах 20-40 тыс.руб. Поэтому решение вопроса снижения количества пе-ремонтажей в выемочном столбе на нарушенных пластах является актуальным. Возможны три варианта отработки шахтных полей без перемонтажа комплекса в пределах выемочных столбов: первый -расположение столбов таким образом (по падению или простиранию пласта), чтобы их не пересекали крупные геологические нарушения, переход которых экономически нецелесообразен, т.е. вдоль нарушений; второй - применение технологических схем и мероприятий, позволяющих осуществлять переход геологических нарушений без перемонтажа; третий, наиболее рациональный, - комбинированный вариант, при котором столбы, подлежащие отработке.

7

Рис.2. Технологические схемы перехода комплексами геологических нарушений:    _t

/77 - мощность пласта; Н - амплитуда сброса; h - высота ступени по верхней пачке; Л, - высота ступени по нижней пачке;

hmi„ - минимальная раздвижность гидростойки крепи; - угол наклона секции крепи. I - песчаник; 2 - аргиллит

располагаются вдоль крупных нарушений, переход которых явно нецелесообразен; для перехода менее крупных нарушений применяются технологические схемы и специальные мероприятия.

Опыт работы и проведенные исследования показали, что переход встречающихся нарушений осуществляется без особых осложнений, если их амплитуда не уменьшает мощность пласта на величину, меньшую минимальной высоты крепи. Сложнее производить переход, если мощность пласта меньше минимальной рабочей высоты крепи, так как в этом случае необходимы подрывка и присеч-ка пород кровли или почвы пластов или кровли и почвы (в зависимости от крепости пород)до необходимой высоты. При этом объем подрываемых пород ( Q_n м³) и соответственно зольность добываемой горной массы в зоне нарушения зависят от способа, а также от принятой технологической схемы его перехода и определяются по формулам, приведенным в табл.1. В процессе отработки нарушенных участков угольных пластов на шахтах Севера были предложены и проверены два способа перехода нарушений: мелкоступенчатый и с разворотом комплекса в вертикальной плоскости до придания ему допустимого угла наклона. Направление перехода с технологической точки зрения более удобное снизу вверх, хотя объем вынимаемой породы не из?.*енится.

Для перехода нарушений типа сбросов, взбросов и надвигов

разработаны 22 технологические схемы,охватывающие практически все возможные случаи отработки нарушенных участков угольных пластов (рис.2).

Переход нарушений, если их амплитуда не уменьшает выемочную мощность пласта на величину, меньшую минимальной рабочей высоты крепи, рационально производить мелкоступенчатым способом (рис.З).

На расстояние I, от нарушения комплекс необходимо опускать (поднимать) на величину h (высота ступени) за цикл с тем,чтобы к сбросу комплекс подошел с разцвижностыо крепи,равной мощности пласта за вычетом величины амплитуды нарушения.При этом

9