книги из ГПНТБ / Ляхов Г.М. Основы разработки угольных месторождений подземным способом учебник
.pdfботки вышеили нижележащего пласта, не опасного по внезап ным выбросам;
б) рассредоточение напряжений в призабойной зоне уголь ного пласта;
в) усиленное крепление забоя; г) дегазация угольного пласта;
д) метод, позволяющий прогнозировать внезапный выброс. Опережающая разработка «защитного» пласта, залегающе го в почве пли кровле опасного пласта, является наиболее на
дежным способом предупреждения внезапных выбросов. За щитными называют такие пласты, которые отстоят от подза щитных на расстоянии не более 35 м по нормали. Диапазон дей ствия защитных пластов практически более широкий.
Некоторое снижение опасности внезапных выбросов дает бу рение из забоев подготовительных и очистных выработок опас ного пласта скважин большого диаметра (115—200 мм) на глу бину 10—12 м, а также производство сотрясательного взрыва ния.
Большим достижением является применение в горном деле сейсмоакустического метода предсказания приближающихся динамических явлений, к которым относятся внезапные выбро сы угля и газа, горные удары, прорывы газа, воды, плывунов, внезапные обрушения, высыпания и отжим, стреляние горных
пород.
Значительная часть работ по разработке этого метода и со ответствующей аппаратуры выполнена в Институте горного де ла им. А. А. Скочинского, а также на центральной научно-ис следовательской сейсмоакустической станции при шахте «Юнком» в Донбассе.
Суть этого метода заключается в следующем: слабые звуко вые (сейсмоакустические) колебания, сопровождающие частич ное разрушение угольного и породного массива под действием возрастающих напряжений, улавливают геофоном, установлен ным в скважине на глубине нескольких метров от забоя, преоб разуют в электрические сигналы звуковой частоты и фиксируют при помощи магнитной записи. По частоте следования, интен сивности и частотному спектру записанных сигналов можно су дить об угрожаемом состоянии массива за несколько часов до развития катастрофического явления, что позволяет заблаго временно вывести людей из опасной зоны и полностью исклю чить возможность человеческих жертв.
Временное прекращение очистных работ в сочетании с комп лексом определенных горнотехнических мероприятий, учитыва ющих индивидуальные особенности пластов, может снять напря женное состояние массива и ликвидировать опасность внезап ного выброса. Таким образом, внедрение контрольной сейсмо акустической аппаратуры не только резко повышает безопас ность труда горнорабочих, но и позволяет поднять годовую про
по
изводительность выемочных участков за счет устранения про стоев, достигающих после больших выбросов 3—5 месяцев.
В угольных шахтах Донбасса область чувствительности гео фона охватывает пространство около 30—50 м. В более крепких углях Кизеловского бассейна она простирается на 70—100 м.
Последняя модель подземного блока звукоулавливающей аппаратуры ЗУА-4 представляет собой цилиндрическую гильзу диаметром 76—80 мм и длиной 1150 мм, закрытую на торцах флянцами. Эту гильзу помещают в буровой скважине наблюда емого участка взрывоопасного пласта. Получаемые в ней сиг налы по проводам передают непосредственно в контору на по верхность и там соответствующим образом обрабатывают.
Эффективность комплексного применения предохранитель ных мероприятий в зонах прогнозированных как опасных очень велика.
Выбросы породы и газа
При переходе горных работ на глубокие горизонты в Дон бассе начали происходить новые газодинамические явления — выбросы породы или газа при взрывных работах во время про ведения полевых выработок. Число выбросов ежегодно возрас тает. Увеличение числа выбросов породы и газа происходит в связи с развитием горных работ на глубинах, превышающих 700 м. При этом число выбросов породы возрастает с увеличе
нием глубины разработки.
Причины, вызывающие выбросы породы или газа, можно объяснить действием трех родов сил, определяющих напряжен ное состояние пород: гравитационных (масса пород), тектони ческих и газовых, т. е. обусловленных присутствием газа в слое породы под давлением.
Природа этих явлений в настоящее время изучается, одно временно разрабатывают и меры борьбы с ними.
§ 8. ГОРНЫЕ УДАРЫ
Сущность горных ударов. В связи с разработкой более глу боких горизонтов на ряде шахт угольных бассейнов СССР ста ли наблюдаться горные удары большой разрушительной силы.
Горный удар представляет собой практически мгновенный выброс угля пли породы или того и другого вместе в результа
те их предельного напряженного состояния. |
Горный удар со |
|
провождается резким сильным звуком и сотрясением |
окружа |
|
ющих пород, ощущаемым на поверхности в |
радиусе |
до не |
скольких километров (иногда до нескольких |
сот километров). |
|
ill
Крепь выработок при этом сильно повреждается пли совер шенно разрушается, выработки заваливаются выброшенным уг лем и породой разной крупности, часто образуется много уголь ной пыли, а в некоторых случаях выделяется большое количест во газа.
Горному удару обычно предшествует усиление давления на целики угля и на крепь выработок. Почва вспучивается и в не которых случаях происходит выдавливание целиков угля, за полняющего все сечение выработки.
Очень часто при горном ударе возникает сильная воздушная волна — воздушный удар. Удары происходят на участках от нескольких метров до нескольких сот метров как в очистных, так и в подготовительных выработках. Уголь, остающийся в це лике, и окружающие породы растрескиваются, раскрываются трещины кливажа и прочность горных пород и угля в этой час ти массива уменьшается.
Горные удары происходят как в зонах влияния очистных выработок, так и в одиночной подготовительной выработке. В последнем случае горные удары происходят, как правило, на больших глубинах. Замечено, что горные удары большой силы возникают в напряженной среде под действием внезапно воз никшей дополнительной нагрузки.
Наблюдениями установлено, что для возникновения горных ударов необходимо сочетание ряда условий, а именно: значи тельная глубина разработок (200—250 м), наличие мощных пластов весьма прочных пород кровли и почвы, очень прочного угля.
С увеличением глубины разработок опасность горных уда ров увеличивается.
При разработке пластов Кизеловского бассейна горные уда ры наблюдаются уже больше 40 лет. Начались они на глубине свыше 250 м. Известны случаи горных ударов и па других шах тах СССР.
Причины горных ударов. Основной причиной горных ударов следует считать горное давление, величина и характер которого являются следствием главным образом гравитационных сил и лишь в отдельных случаях — добавочных напряжений тектони ческого происхождения. Однако основной источник напряже ний — это масса покрывающих пород. Горные удары часто про исходят вследствие обнажения и зависания больших горных масс над выработанным пространством, а также сосредоточе ния высокого опорного давления вблизи обнаженной поверхно сти угольного массива и резких изменений опорного давления, связанных с выемкой угля и управлением горного давления.
В 1952—1953 гг. Всесоюзным научно-исследовательским ин ститутом горной геомеханики и маркшейдерского дела (ВНПМИ) была предложена, а в последующие годы научно обосно вана и подтверждена гипотеза о механизме проявления горных
112
ударов, согласно которой в подготовке и проявлении горного удара принимает участие вся система боковые породы — уголь.
Мероприятия по борьбе с горными ударами. Обобщение шахтных, лабораторных и аналитических исследований, а так же опыта по борьбе с горными ударами позволило ВНИМИ разработать комплекс безопасных способов ведения горных ра бот на шахтах, разрабатывающих пласты, опасные по горным ударам.
По глубине и шпроте постановки работ по проблеме горных ударов, разработке комплекса мер борьбы с ними и достигну тому эффекту от его внедрения СССР занимает ведущее место.
Принципиально новым является подход к организации служ бы прогноза на действующих шахтах. Задача состоит не в том, чтобы предсказать время проявления горных ударов, а прежде всего в том, чтобы выявить опасные участки в шахтах и зара нее привести их в неудароопасное состояние. Такой подход к службе прогноза горных ударов и борьбы с ними надежно обе спечивает безопасность ведения горных работ.
Первая группа мероприятий заключается в изменении меха нических свойств угля и боковых пород, вторая — в уменьше нии концентрации опорного давления на целики. К мероприя тиям первой группы относят: использование защитного дейст вия соседних пластов, сотрясательное взрывание и предвари тельное рыхление угля в пласте. К мероприятиям второй груп пы относят: выбор соответствующих систем разработки, выбор способа управления кровлей и ряд более мелких мероприятий.
Разработана «Инструкция по безопасному ведению горных работ на шахтах, опасных по горным ударам».
Большое значение имеет разработка методов и приборов, позволяющих предсказывать горные удары, что позволит зара нее вывести людей из опасной зоны. В этом отношении сейсмо акустический метод, столь успешно применяемый в борьбе с внезапными выбросами угля или газа, является весьма перспек тивным и в данном случае.
Контрольные вопросы
1. Что понимают под системой разработки?
■2. Какие факторы влияют на выбор системы разработки?
3.В чем сущность сплошной системы разработки?
4.Что Вы знаете о столбовой системе разработки?
5.Каковы особенности работ на крутых пластах?
6.В чем сущность системы разработки наклонными слоями?
7.В каких условиях применяют систему разработки горизонтальными
слоями?
8.Расскажите о щитовой системе разработки.
9.Какие Вы знаете индивидуальные гидравлические стойки?
Ю. Для чего применяют механизированные крепи?
П. Что Вам известно о внезапных выбросах угля и газа? 12. Каково происхождение горных ударов?
8—583 |
113 |
Глава VIH ПОДЗЕМНАЯ ДОБЫЧА УГЛЯ
С ПРИМЕНЕНИЕМ ГИДРОМЕХАНИЗАЦИИ
§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Подземная добыча угля с применением гидромеханизации началась в 1935 г. Первые опыты проводились на шахтах Ура ла и Донбасса. В связи с Великой Отечественной войной опы ты были прекращены и возобновлены вновь после войны. Сущ ность метода сводится к тому, что уголь в забоях отбивают сильной струей воды под давлением 30—80 кгс/см2, подаваемой гидромонитором. На рис. 53 показана принципиальная схема гидродобычи.
Рис. 53. Технологическая схема добычи угля на гидрошахте
Вода из водосборника 1 высоконапорными насосами 2 пода ется по трубам 3 в забой к гидромониторам 4. Смесь отбитого угля с водой (пульпа) по желобам 5 доставляется в зумпф 6. Из зумпфа пульпа углесосами транспортируется по трубопрово ду 8 на обогатительную фабрику, где проходит через сито 9, грохот 10, а затем горизонтальные и вертикальные центрифу ги И. На них пульпа обезвоживается, после чего поступает па сушилки 12. Из сушилок уголь направляют на склад для по грузки в железнодорожные вагоны 13.
Отработанная вода попадает в шламмовый отстойник 14 и
114
после осветления поступает в водосборник 1 для использования
взамкнутом обороте.
Внастоящее время в СССР гидравлическим способом добы
вается около 2% угля общей подземной добычи.
В Кузбассе и Донбассе гидравлическим способом разраба тываются пологие, наклонные и крутые пласты мощностью от 0,7 до 1,8 м (в Донбассе) и от 0,8 до 15 м (в Кузбассе) с раз личной газоносностью, в том числе внекатегорные и опасные по
внезапным выбросам. Ңа сложных |
участках |
залегания мощ |
ность разрабатываемых пластов в |
Кузбассе |
иногда достигает |
90 м. |
|
|
Горные работы при гидродобыче ведутся в Кузбассе на глу бине до 200 м, в Донбассе — на глубине 500—600 м.
На гидрошахтах Донбасса 70% угля добывается при корот козабойных системах разработки и только 30% из лав.
Гидравлическая добыча угля применяется в настоящее вре мя в ФРГ, ПНР, ЧССР, США, Японии, Китае, Великобритании и других странах.
Гидродобыча имеет ряд достоинств по сравнению с обыч ным способом добычи: малооперационность, поточность произ
водства, |
высокая производительность труда ’, простота оборудо |
|
вания и |
сравнительно невысокая его стоимость, |
отсутствие в |
воздухе угольной пыли. |
энергоем |
|
К недостаткам гидродобычи относят: большую |
||
кость работ, сложность учета объема выполненных горных ра бот, неуправляемость поведения кровли, большие потери угля. Кроме того, гидромеханизация может применяться при наличии надежного источника водоснабжения, благоприятных свойств боковых пород и дешевой электроэнергии.
§ 2. СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ И СПОСОБЫ ВЫЕМКИ УГЛЯ
При строительстве крупных шахт, когда размеры шахтных полей по простиранию достигают 6—8 км, применяют блоковую подготовку. Пласты вскрывают вертикальными стволами и бло ковыми квершлагами, проводимыми от главного штрека. Кру тые пласты также вскрывают вертикальными стволами и этаж ными квершлагами при вертикальной высоте этажа 80—100 м.
При разработке пологих пластов шахтные поля делят на па нели, а при разработке наклонных и крутых пластов — на этажи. Шахтные поля делят на двусторонние панели размером по простиранию 1200—1500 м. По падению панели делят на ярусы. Наклонная высота яруса 200 м. Ярусы отрабатывают в нисходящем порядке.
1 В 1973 г. на шахте «Юбилейная» комбината «Южкузбассуголь» ком плексная бригада Героя Социалистического Труда Г. Н. Смирнова за 10 меся
цев добыла 1 млн. т коксующегося угля |
с применением комбайна К-56МГ и |
гидромонитора ГМДЦ-З. |
|
8* |
115 |
На гидрошахтах для разработки пологих пластов применя ют следующие системы разработки:
а) столбами по падению с выемкой из спаренных печей или столбами по падению и простиранию с гидравлической и меха ногидравлической выемкой угля в очистных и нарезных забоях (гидрошахты «Красноармейская», «Юбилейная», «Энергетичес кая», «Полысаевская-Северная»)
б) |
столбами |
по падению с взрывогидравлической выемкой |
угля; |
лавами с |
механогидравлической выемкой комплексами |
в) |
КМ-87, ОМКТМ, узкозахватными и широкозахватными комбай нами (гидрошахты «Красноармейская», «Юбилейная», «Энерге тическая») .
Для разработки крутых пластов применяют следующие си
стемы разработки; |
(гидрошахты «Самсонов |
|
а) с подэтажной гидроотбойкой |
||
ская» № 1, «Красногорская») и с подэтажной |
гидроотбойкой |
|
под гибким перекрытием («Красногорская»); |
комбайнами |
|
б) лавами с выемкой отбойными |
молотками, |
|
УКР и взрывной выемкой с последующим гидротранспортом уг ля (гидрошахта «Самсоновская» № 1, «Красногорская»).
Опытом установлено, что на гидрошахтах в зависимости от условий могут эффективно применяться гидравлический, взры вогидравлический и механогидравлический способы выемки в коротких и длинных очистных забоях. В Донбассе наиболее эф фективной является выемка гидравлическим и взрывогидравли ческим способами, а в условиях Кузбасса — механогидравлическим и гидравлическим способами.
Особенности технологии гидравлической добычи угля позво ляют иметь относительно небольшие сечения горных выработок, малый срок их службы, относительно небольшой объем вырабо ток, проходимых по пустым породам, что в значительной степе ни уменьшает трудоемкость этих работ. Весьма эффективным оказалось применение механогидравлических нарезных комбай нов «Урал-38» и К-56МГ (рис. 54).
§ 3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ И СРЕДСТВА
ГИДРОТРАНСПОРТА И ГИДРОПОДЪЕМА УГЛЯ
Внастоящее время на действующих гидрошахтах применя ют следующие технологические схемы и средства транспорта и подъема угля.
Впределах выемочного участка наиболее эффективным яв ляется самотечный гидравлический транспорт по желобам.
Восновных горных выработках в настоящее время применя ют либо самотечный транспорт по желобам (гидрошахта «Юби лейная», «Полысаевская-Северная», «Самсоновская» № 1), ли-
116
Рис. 54. Механогидравлический комбайн К-56МГ
бо напорный по трубопроводам с помощью землесосов или уг лесосов (гидрошахта «Красноармейская» и др.).
Углесосы обеспечивают гидротранспортирование горной мас сы по уклонам и основным горизонтальным выработкам дейст вующих гидрошахт при высокой надежности и экономической эффективности работы, решая проблему транспорта при высо кой производительности шахт (до 1000 т/ч горной массы из крыла шахты) и большой протяженности выработок (до 5 км). Вместе с тем благодаря небольшим размерам поперечного се чения транспортных линий (трубопроводов) они при любой про пускной способности не лимитируют сечений горных выработок.
Гидроподъем угля в настоящее время осуществляется высо конапорными углесосами и эрлифтами (устройство, обеспечива ющее подъем жидкости или пульпы с большой глубины сжатым воздухом).
В углесосных станциях для гидроподъема используются се рийно выпускаемые машины 12УВ-6, 14У-7, 14ВР-2.
§ 4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ГИДРОДОБЫЧИ
Сравнение основных технико-экономических показателей ра боты гидрошахт с показателями шахт с обычной технологией показало, что по СССР среднемесячная производительность тру
да рабочего при гидродобыче выше, чем |
на обычных шахтах |
приблизительно на 4О°/о- |
себестоимость добычи |
По гидрошахтам Донецкого бассейна |
1 т угля и приведенные затраты находятся на уровне сравнива емых шахт с обычной технологией.
117
По гидрошахтам Кузнецкого бассейна себестоимость и при веденные затраты ниже аналогичных показателей па шахтах с обычной технологией.
Контрольные вопросы
1. В чем сущность добычи угля с применением гидромеханизации?
2.Где в СССР применяется гидродобыча?
3.Расскажите об особенностях гидравлической добычи угля на пологих
пластах.
4.В чем сущность применяемой при гидродобыче системы разработки на крутых пластах?
5.Какие технические средства применяют при гидродобыче?
Глава IX ШАХТНАЯ ВЕНТИЛЯЦИЯ
§ I. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Для обеспечения гигиенических условий труда, повышения его производительности и безопасности работ подземные горные выработки необходимо проветривать с таким расчетом, чтобы шахтная атмосфера по возможности не отличалась от атмосфе ры на поверхности. В данном разделе рассматриваются: физи ческие свойства и физико-механическое состояние воздуха, цир кулирующего по сети подземных выработок; свойства, процес сы выделения и образования шахтных газов; процессы теплооб мена и пылевыделения, а также способы и средства проветри вания горных выработок.
§ 2. ШАХТНЫЙ ВОЗДУХ И ЕГО СОСТАВНЫЕ ЧАСТИ
Атмосферный воздух является смесью азота (78°/о), кислоро да (20,95%), углекислого газа (0,04%) и редких инертных га зов (0,01%). В воздухе содержится также некоторое количество водяных паров. Проходя по подземным выработкам, атмосфер ный воздух претерпевает изменения: к нему примешиваются различные газы, угольная и породная пыль, изменяются темпе ратура, влажность и удельный вес воздуха.
Некоторые из выделяющихся в шахте газов являются ядо витыми, как, например, окись углерода, сероводород, сернистый газ и окислы азота. Углекислый газ и метан при большом со держании их в шахтной атмосфере снижают процентное содер жание кислорода в воздухе, в этом случае воздух становится не пригодным для дыхания.
Основные составные части шахтного воздуха
Кислород (Ог) — газ без цвета, вкуса и запаха. Его удель пый вес относительно воздуха 1,11. Кислород — газ, необходи мый для дыхания, разных химических реакций.
148
Содержание кислорода в воздухе подземных выработок, в которых находятся или могут находиться люди, должно состав лять не менее 20% по объему. При понижении кислорода до 17% у человека начинается одышка, сердцебиение, а уменьше ние содержания кислорода менее 12% становится смертельно опасным.
Азот (N2) — газ без цвета, запаха и вкуса, с удельным весом 0,97. Азот — инертный газ, не поддерживающий дыхания и горения. При высокой температуре он способен соединяться
скислородом и давать ядовитые окислы азота. Азот поступает
вшахтный воздух из угля и пород. Он образуется при взрыв ных работах, а также при гниении органических веществ. Газо носность угольных пластов по азоту может достигать 2 м3/т.
Углекислый газ (СО2) — бесцветный газ со слабым запа хом. Удельный вес 1,52. Углекислый газ весьма инертен. Он не горит и не поддерживает горения.
Бензиновые лампы гаснут при содержании СО2 в неподвиж ном воздухе 3—4% и 4—5% в движущемся. Хорошо раство
ряется в воде. Образуется при взрыве метана, угольной пыли и при подземных пожарах.
При малых скоростях движения воздуха СО2 скапливается у почвы выработок, особенно в низких местах. Некоторое ко личество СО2 может поступать в шахту с поверхности при го рении породных отвалов.
Ядовитые газовые примеси в шахтном воздухе
инормы допустимого их содержания
Ктаким примесям относят: окись углерода (СО), окись азо та (NO2), сернистый газ (SO2) и сероводород (H2S).
Окись углерода, или угарный газ, не имеет цвета, запаха и
вкуса. В шахтах СО образуется при взрывных работах, под земных пожарах и других процессах. Окись углерода очень
ядовита.
При очень высоком содержании СО потеря сознания и смерть могут наступить сразу после нескольких вздохов. Содер жание СО в шахтном воздухе допускается не более 0,0016% по
объему.
Сероводород (H2S) — газ без цвета, со сладковатым вку сом и запахом тухлых яиц. Удельный вес 1,19, сильно ядовит — он действует на слизистые оболочки глаз и дыхательных путей. Допустимое содержание в воздухе не более 0,00066% по объему. Симптомы отравления: раздражение глаз, усталость, тошнота, рвота, обморок. При концентрации 0,1% смертельно опасен.
Сернистый газ (SO2) — бесцветный, кисловатого вкуса, с запахом горящей серы. Сернистый газ очень ядовит — дейст вует на слизистые оболочки глаз и дыхательных путей, в тяже лых случаях вызывает воспаление бронхов, отек гортани и лег-
119