книги из ГПНТБ / Охрименко В.А. Подземная гидродобыча угля учеб. пособие

конструкции УкрНИИГидроугля. Отбитый в полосеуголь самотеком перемещался на нижний подэтажный штрек и далее транспорти­ ровался потоком воды по желобам в зумпф углесоса.

Наиболее эффективно выемка угля велась при напоре у насадок 60 кгс/см2 и скорости подъема гидромонитора по скважине 0,13—■ 0,15 м/мин. Ширина полосы отбитого угля при этом режиме ра­ боты составляла 5,5—6,5 м, а производительность гидромонитора 35—40 т/ч при расходе воды 280—300 м3/ч.

Для предотвращения попадания обрушенных пород в призабой­ ное пространство отрабатываемой полосы через каждые 20—25 м по простиранию необходимо оставлять целики угля шириной 1—■ 1,5 м.

Данная система разработки характеризуется высокой степенью безопасности работ, так как рабочие находятся на расстоянии 50— 70 м от вынимаемой полосы. Предварительное проведение сква­ жин обеспечивает проветривание работ за счет общешахтной деп­ рессии, что позволяет применять рассмотренную технологическую схему на шахтах III категории и сверхкатегорных по газу.

Потери угля по системе не превышают 18—20%. По сравнению с разработкой длинными столбами по простиранию с подэтажной гидроотбойкой объем нарезных работ сокращается более чем в два раза. Однако подвесные гидромониторы рационально приме­ нять лишь для разработки однородных пластов с равномерной кре­ постью и трещиноватостью.

Системы разработки тонких и средней мощности крутых пластов с креплением очистных забоев

Для условий тонких и средней мощности крутых пластов ВНИИГидроуглем разработаны и испытаны на шахтах арочные металлические щиты.

Эксплуатация этих щитов на шахте «Красногорская» на плас­ тах VI Внутреннем и Проводник показала, что данная система разработки по сравнению с длинными столбами более эффективна. Так, среднемесячная производительность очистного забоя выросла почти в два раза (на пласте Проводник 3600 т), а производитель­ ность труда рабочего по участку увеличилась с 75 (лавы) до 110— 120 т/месяц (арочные щиты).

На пласте Проводник (мощность 1,4—1,5 м, угол падения 65— 70°) при подготовке для отработки очередного столба арочными симметричными щитами под щит длиной 24 м и шириной 1,2 м через каждые 6 м по простиранию пласта пробуривали четыре уг­ леспускные скважины (печи) диаметром 700 мм. Ходовую печь крепили сеткой на штангах. Между ней и входной печью через каждые 8 м по восстанию проводили входные сбойки.

Очистные работы с применением ВВ производили в три шести­ часовые смены. Уголь, поступающий по углеспускным скважинам на аккумулирующий штрек, смывали в желоба гидромониторами.

.90

В очистном забое ежесменно были заняты два рабочих, забой об­ служивал один взрывник.

За смену щитовое перекрытие опускали на 1 м, для предотвра­ щения зависания средняя часть перекрытия опережала, как пра­ вило, торцовые части.

Областью применения арочных симметричных щитов при гид­ ромеханизации угледобычи следует считать пласты мощностью 1,2—2,5 м с углом падения более 55°.

Взрывогидравлическая выемка под щитовым пневматическим перекрытием была опробована по предложению института ВНИИГидроуголь на шахте «Красногорская» для разработки кру­ того пласта VI Внутреннего мощностью 2—2,5 м.

Пневматическое перекрытие представляет собой воздухонадув­ ную камеру, помещенную в прочную защитную оболочку. Камеру выполняют в виде отдельных секций — баллонов длиной 3—4 м, соединенных между собой шлангами.

В качестве наружной оболочки перекрытия, воспринимающей основные нагрузки от избыточного давления воздуха и обеспечи­ вающей защиту баллонов от проколов, используется металличе­ ская щелевидная сетка из проволоки диаметром 2—4 мм с ячей­ ками шириной до 10 мм. Вес 1 м перекрытия составляет 30—50 кг.

Перекрытие монтируют на почве вентиляционного штрека и при помощи передвижного компрессора наполняют сжатым воздухом под давлением 0,3—0,7 кгс/см2.

Выемка угля под перекрытием производилась взрывогидравли­ ческим способом, остальные процессы и операции осуществлялись так же, как и при разработке крутых пластов средней мощности эластичными бессекционными щитами.

Шахтными испытаниями было установлено, что перекрытие обеспечивает надежное удержание обрушенной породы в резуль­ тате распора между кровлей и почвой пласта. Конструкция пере­ крытия отвечает требованиям быстрого монтажа и демонтажа. Пе­ рекрытие успешно работает при колебаниях мощности пласта в пределах 10—15% и на участках пласта с неспокойной гипсо­ метрией.

В дальнейшем уголь под перекрытием предусматривается вы­ нимать механогидравлическими машинами. Преимущественное распространение пневматические перекрытия должны найти на тонких крутых пластах.

§5. СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ МОЩНЫХ КРУТЫХ

ИНАКЛОННЫХ ПЛАСТОВ

Система разработки длинными столбами по простиранию с подэтажной гидроотбойкой

Сущность системы разработки, получившей наибольшее рас пространение при гидродобыче на крутых мощных пластах, заклю­ чается в последовательной выемке угольного пласта подэтажами

91

внисходящем порядке, с перепуском обрушенных пород, как пра­ вило, без крепления очистного забоя. Уголь в заходках вынимают

ввосходящем порядке при помощи гидромониторов.

П о д г о т о в и т е л ь н ы е и н а р е з н ы е р а б о т ы . Систему разработки с подэтажной гидроотбойкой (рис. 43) применяют при этажной подготовке шахтного поля. Выемочные поля размером от 300—400 (односторонние) до 500—600 м (двусторонние) отраба-

70-100

Рис. 43. Система разработки длинными столбами по простиранию с подэтажной гидроотбойкой угля:

/—■3— последовательность выемки угля в заходке

тывают от ствола к границам шахтного поля. Каждое выемочное поле подготовляют откаточным (основным или аккумулирующим) и вентиляционным этажными штреками, которые проводят с укло­

ном 0,05.

Выемочные поля разрабатывают блоками в направлении от границ к промежуточному квершлагу. Время выемки блока не должно превышать 6 месяцев, предусмотренных условиями проти­ вопожарной профилактики для пластов, опасных по самовозгора­ нию угля.

На шахтах Кузбасса длина блоков по простиранию 100—160 м (при большей длине блоков затрудняются проветривание вырабо­ ток, доставка материалов и оборудования в забои, увеличиваются расходы на поддержание выработок).

■92

При нарезке блоков проводят блоковые печи (скаты) — ходо­ вую, вентиляционную и пульпоспускную и подэтажные штреки. Печи в каждом подэтаже по мере подготовки блока соединяют между собой ортами и штреками.

По терминологии, предложенной ВНИИГидроуглем, различают однопанельную, двухпанельную и многопанельную подготовку (от­ работку) блоков. При мощности пласта до 8 м в подэтаже прово­ дят один подэтажный (выемочный) штрек (однопанельная подго­ товка). Из блоковых печей в этом случае проходят только ходовую печь с лесоспускным отделением и пульпоспускную печь, причем крайней по отношению к новому блоку является ходовая печь. При мощности пласта более 8 м в подэтаже проводят два (двухпанель­ ная подготовка) и более (многопанельная подготовка) выемочных штреков. Расстояние между штреками (по горизонтали) в под­ этаже составляет 8—10 м. Пульпоспускную и ходовую печи про­ ходят у почвы, а вентиляционную — у кровли пласта.

отношению к нижним не менее чем на 15—20 м; по простиранию пласта отработка заканчивается у пульпоспускной печи.

Очистную выемку при наличии крепких углей ведут с предва­ рительным ослаблением угольного массива буровзрывным спосо­ бом. При очистных работах, осуществляемых при помощи гидро­ мониторов, подэтажи вынимают отдельными заходками.

Различают три типа заходок: закрытые, открытые и комбини­ рованные. При всех трех типах заходок уголь вынимается откры­ тым забоем, т. е. с обнажением забоя и изменением величины этого обнажения в процессе выемки заходки.

Закрытая заходка (рис. 44, а) — очистная выработка без крепи, забой которой отгорожен от обрушенных пород бокозым и лобо­ вым угольными целиками, оставляемыми в завале. Как показала практика, наибольшие (35—40%) потери угля в недрах имеют место при работе закрытыми заходками, особенно при мягком тре­ щиноватом угле и неустойчивых боковых породах.

Открытая заходка (рис. 44, б) — очистная выработка без крепи, забой ее отделен от обрушенных пород по восстанию угольной потолочиной («козырьком»), которая частично или полностью те­ ряется при доработке заходки. Потери угля в открытых заходках 20—25%.

Комбинированные заходки представляют собой очистные выра­ ботки переходного типа от закрытых заходок к открытым; они по­ зволяют извлекать основную часть угля из потолочины. При из­ влечении целиков угля заходка открывается на завал, при этом можно извлекать часть угля, обрушенного в предыдущей заходке. Потери угля в комбинированных заходках 25—30%.

Забои очистных и подготовительных выработок проветривают вентиляторами местного проветривания «Проходка-500-2м», «Про­ ходка-600», СВМ-6М, ВЦ-7, ВЦМ-7 и др.

93

Рис. 44. Схема отработки подэтажей закрытыми и откры­ тыми заходками при однопанельной выемке:

1, 2 и 3 — последовательность выемки заходки; 4 — лобовой (под­ завальный) целик заходки до обрушения; 5 — потолочина («козы­ рек» )

При значительной метаноносности разрабатываемого пласта очистные гидрозабои проветривают за счет общешахтной де­ прессии.

За счет общешахтной депрессии проветривали очистные забои при разработке пласта VI Внутреннего шахты «Тырганская» (рис. 45, а) с однопанельной подготовкой подэтажей.

При этой схеме подэтажи соединяют печами (скважинами) че­ рез 6 м по простиранию. Место сопряжения печи с подэтажнымн штреками ограждают от проникновения пульпы.

При многопанельной подготовке этажа за счет общешахтной депрессии проветривали очистные забои на гидроучастке шахты «Коксовая» при системе разработки с подэтажной гидроотбойкой. Свежую струю в подэтажах (подэтажных штреках) отделяли от исходящей дощатыми перемычками, которые устанавливали в ор­ тах между пульпоспускной и вентиляционной печами или в под­ этажных штреках на участке между печами (рис. 45, б).

Свежий воздух с основного штрека поступал в вентиляцион­ ную печь, из которой направлялся в подзтажный штрек и орт и, омыв очистной забой, уходил в другой подэтажный штрек. Для поддержания орта в выработанном пространстве шпуры бурили таким образом, чтобы над ортом оставался навес угля, под при­ крытием которого сохранялся проход для струи воздуха в приза­ бойном пространстве.

На шахтах «Красногорская» и «Коксовая» при разработке мощ­ ных крутых пластов системой с подэтажной гидроотбойкой практи­ куются также ортовая подготовка и отработка подэтажей.

При ортовой выемке на пластах средней метанообильности и проветривании забоев за счет общешахтной депрессии исключается скопление метана и других газов в очистных забоях. При рассмат­ риваемой схеме проветривания число выемочных штреков в под­ этаже должно быть четным, так как каждая пара выемочных штреков погашается одним очистным забоем. Проветривание очи­ стных забоев последовательное.

При высокой метанообильности выработок разрабатываемого пласта каждый очистной забой при ортовой выемке можно проветривать обособленной струей воздуха (рис. 45, в). Струя све­ жего воздуха с основного (аккумулирующего) штрека поступает по вентиляционной печи на блоковый подэтажный орт, где при по­ мощи перемычек распределяется по очистным забоям. Исходящие из забоев струи воздуха поступают по кроссингу и выемочным штрекам на ходовую печь с исходящей струей воздуха.

Организацию работ и особенности разработки мощных крутых пластов системой с подэтажной гидроотбойкой рассмотрим на при­ мере отработки гидроспособом замковой части Голубевской анти­ клинали пласта Мощного на шахте «Коксовая».

Пласт Мощный мощностью 10—27 м весьма газоносен, сложен очень крепким углем, склонным к самовозгоранию. Боковые породы пласта — углистый сланец и глинистый песчаник.

95

Подготовка выемочных печей и блоков аналогична описанной выше. Высота подэтажей на гидроучастке шахты «Коксовая» для рассматриваемой системы разработки в большинстве случаев со­ ставляет 7—8 м. Подэтажи подготовляют по многопанельной схеме подэтажными штреками, проводимыми с уклоном 0,05—0,1. Рас­ стояние между штреками по мощности пласта равно 8 м.

Подготовительные выработки проводят многозабойным мето­ дом. В каждую смену в штреки выходят четверо гидромониторщиков. Два из них наращивают трубы водоводов, переносят гидро­ мониторы, крепят и обуривают забои, заряжают и взрывают шпуры. Другие в это время заняты на гидроотбойке и гидросмыве угля.

Скорость проведения подэтажных штреков 7 м в смену. Подэтажи вначале отрабатывали в нисходящем порядке ком­

бинированными заходками. Позже на гидроучастке была освоена взрывогидравлическая отработка подэтажей с ортовой подготов­ кой. При очистной выемке в качестве ограждающей крепи исполь­ зовали металлическую сетку, навешиваемую с завальной стороны отрабатываемого орта.

Уголь между каждыми двумя ортами вынимали в две стадии, которым предшествовало ослабление угля взрыванием зарядов ВВ в шпурах длиной 1,8 м. После первого взрывания и выемки угля на крепь с завальной стороны орта навешивали сетку, препят­ ствующую попаданию в орт породы.

Очистые работы, так же как и подготовительные, вели много­ забойным методом. При трех-четырех очистных забоях выемку обычно производили в двух. Проведение подготовительных выра­ боток и выемка угля в очистных забоях производилась рабочими одной комплексной бригады, в обязанности которых входили: прием и сдача смены; гидроотбойка и гидросмыв угля с возмож­ ным измельчением негабаритных кусков угля; оборка забоя и вы­ равнивание боков выработки до заданного сечения (в подготови­ тельных забоях); демонтаж, переноска и монтаж гидромонитора; наращивание (демонтаж) желобов; укорачивание или наращива­ ние вентиляционных труб; уборка старой крепи в подготовитель­ ных выработках.

Из подготовительных забоев добывали в среднем 21% угля. Среднемесячная производительность труда рабочего по добыче составляла 80—100 т. Себестоимость 1 т угля, добытого на гидро­ участке, была на 2,5—3 руб. ниже, чем в целом по шахте с обыч­ ным способом угледобычи. Расход леса по гидрокомплексу состав­ лял в среднем 15 м3 на 1000 т добытого угля. Эксплуатационные потери не превышали 30%.

Улучшить показатели данной системы разработки можно за счет применения высоких (необходимых для эффективного разру­ шения угля) напоров гидромониторной струи и отказа вследствие этого от предварительного рыхления массива ВВ, перехода на от­ бойку гидромониторами с программным управлением.

Систему разработки длинными столбами по простиранию с под­ этажной гидроотбойкой без крепления очистного пространства це­ лесообразно применять на крутых и наклонных, залегающих в сложных горно-геологических условиях и весьма нарушенных пластах.

Система разработки мощных пластов с подэтажной гидроотбойкой под гибким перекрытием

Основным недостатком системы разработки с подэтажной гид­ роотбойкой без крепления на мощных крутых пластах являются высокие потери угля. Технико-экономические расчеты показывают, что при потерях более 30—35% экономически целесообразно пере­ ходить на отработку пластов под защитой гибкого перекрытия.

Сущность системы разработки с подэтажной гидроотбойкой под гибким металлическим перекрытием, монтируемым в двух плоско­ стях (у кровли пласта и на вентиляционном горизонте), заключа­ ется в следующем (рис. 46, а). Мощный крутой пласт делят на два слоя. Верхний (монтажный) слой у кровли пласта отраба­ тывают лавами. На почве лавы по мере выемки угля монтируют гибкое металлическое перекрытие. Второй слой (толщу угля под перекрытием) отрабатывают из подэтажных штреков на всю остав­ шуюся мощность пласта без крепления выработанного простран­ ства.

Гибкое металлическое перекрытие отделяет обрушенные породы от угля (рис. 46, б), обеспечивая проветривание очистных забоев и безопасные условия труда во втором слое с минимальными по­ терями угля в недрах.

Запасы угля под перекрытием для подэтажной гидроотбойки подготавливают проведением из блоковых ортов подэтажных штре­ ков с подъемом 0,05—0,08. Высоту подэтажей, как правило, при­ нимают 6—8 м.

Непосредственно у перекрытия делают проход для надежного проветривания каждого подэтажа.

Гибкое металлическое перекрытие состоит из металлических лент шириной 50 мм и толщиной 3 мм (которые переплетают между собой и укладывают перпендикулярно друг другу по 5 штук на 1 м) и металлической сетки, настилаемой поверх каркаса из лент в два-три ряда (в переплет).

Очистные работы в монтажном слое (мощностью 1,5—1,8 м) ведут, как в обычной лаве, на крутом пласте средней мощности. Кровлю в монтажном слое обрушают на гибкое перекрытие при помощи буровзрывных работ.

Очистные работы под перекрытием производят гидромонитор­ ной отбойкой из подэтажных штреков (ортов). До начала работ под перекрытием в подэтажных штреках монтируют водоводы, же­ лоба для стока пульпы и гидромониторы. Подэтажи отрабатывают заходками шириной 2—6 м в нисходящем порядке, с опережением

98

Г' |. .

è.

Рис. 46. Система разработки длинными столбами по простиранию с подэтажной гидроотбойкой под гибким перекрытием, монтируемым в двух плоскостях

7*