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

забоев верхних подэтажей относительно смежных (расположен­ ных ниже) подэтажей на 20—25 м.

На участках с крепким углем для ослабления угольного мас­ сива перед гидроотбойкой применяют буровзрывные работы.

Выработки на участке проветривают за счет общешахтной де­ прессии. Подэтажные штреки, расположенные в массиве угля под перекрытием, во время их проведения проветривают, как спарен­ ные выработки.

Очистные забои в подэтажах проветривают следующим обра­ зом: струя свежего воздуха поступает по основному штреку в хо­ довую печь блока, в подэтажные штреки, орты, омывает очистные забои в проходах под перекрытием и выходит в вентиляционную печь блока.

Систему разработки с подэтажной гидроотбойкой под гибким перекрытием, монтируемым в двух плоскостях, успешно приме­ няют на гидрошахте «Красногорская» в Кузбассе при отработке сближенных пластов III и IV Внутренних общей мощностью 13,5— 14,5 м и углом падения 41—54° при отбойке угля под перекрытием струями высокого давления.

Угольный массив под перекрытием отрабатывают подэтажами в нисходящем порядке. Высота подэтажей составляет 7—10 м. В каждом подэтаже проводятся два штрека: один у почвы пласта, другой — в 4—6 м от перекрытия. Штреки через 15—20 м сбивают между собой ортами.

Уголь отбивают-струей воды давлением 80—90 кгс/см2. Гидро­ мониторы устанавливают одновременно в обоих штреках. Ширина заходок 3—4 м, заходки висячего бока опережают заходки лежа­ чего на 10—15 м.

Производительность труда рабочего по участку 6,6 т/смену, се­ бестоимость добычи угля 2 руб/т.

На шахте «Тырганская» была применена система с подэтажной гидроотбойкой под гибким перекрытием на выемочном участке пласта Мощного. Длина блока по простиранию составляла 114 м, высота этажа 50 м, мощность пласта в пределах блока 18—26 м, угол падения 63—65°. Уголь пласта крепкий и средней крепости. Боковые породы — глинистый сланец и песчаник.

Высота подэтажей изменялась от 6 до 8 м, расстояние между штреками в подэтаже — от 6 до 9 м. Штреки соединяли между со­ бой ортами, проводимыми через каждые 10 м по простиранию.

В процессе работ были опробованы две схемы отработки угля под перекрытием: с расположением гидромониторов в ортах и выем­ кой угля заходками в направлении от кровли к почве пласта и с рас­ положением гидромониторов в штреках и выемкой угля заходками от границ блока двумя забоями, двигающимися по простиранию.

Более эффективной оказалась вторая схема, при которой повы­ шалась безопасность труда, упрощалось управление перекрытием и улучшалось водоснабжение гидрозабоев. Кроме того, при этой схеме объем подготовительных выработок снижался на 25%.

100

Опыт эксплуатации гибких перекрытий показал, что при одно­ временной отработке двух или нескольких подэтажей опережение работ в смежных подэтажах должно быть не менее 15 м.

Подэтажные штреки в каждом подэтаже целесообразно прово­ дить следующим образом: первый в 2—3 м от почвы, а все по­ следующие в 6—8 м друг от друга. Ширину заходок следует при­ нимать 3—4 м.

Лучшие технико-экономические показатели гидроучастка: сред­ несуточная добыча 640 т, производительность труда рабочего на выход 11 т, себестоимость 1 т добытого угля 1,27 руб., расход леса на 1000 т добычи 19,6 м3.

Данную систему рекомендуется применять на наклонных с вы­ держанными элементами залегания пластах.

На крутых пластах с выдержанными элементами залегания можно применять вариант системы с гибким перекрытием, монти­ руемым в одной плоскости (со стороны восстания).

Такое перекрытие было применено при отработке пласта Мощ­ ного на шахте «Тырганская» (рис. 47). Перекрытие монтировали в монтажном слое, который имел наклон 5—8° в сторону почвы пласта и вынимался на вентиляционном горизонте.

Подэтажи высотой 6—7 м подготовляли каждый двумя штре­ ками, сбиваемыми через 8—10 м ортами. Штреки и орты прово­ дили гидромониторами; при крепких углях применяли предвари­ тельное рыхление массива ВВ. Напор струи у насадки гидромони­ тора составлял 30—35 кгс/см2.

Подготовительные выработки проветривали вентиляторами ме­ стного проветривания «Проходка-500-2м».

Восстающие выработки проходили буровзрывным способом по предварительно пробуренным скважинам и проветривали за счет общешахтной депрессии. Высота монтажного слоя составляла 2 м, для выемки угля в нем устанавливали два гидромонитора.

Перекрытие монтировали участками, равными по длине шагу посадки. Оно состояло из металлических полос и двух рядов сетки. После окончания монтажа перекрытия выкладывали костры и обрушали потолочину.

Очистная гидромониторная выемка угля из подэтажных штре­ ков производилась с таким расчетом, чтобы очистные работы у почвы пласта опережали очистные работы у кровли не менее чем на 15 м.

Максимальная месячная производительность труда рабочего по участку 148 т. Среднесуточная добыча угля по участку 514 т. Применение рассматриваемой системы разработки позволило сни­ зить эксплуатационные потери угля до 30—32%.

Рассматриваемый вариант системы разработки был применен также на шахте «Коксовая» для выемки угля на пласте Мощном в замковой части Голубевской антиклинали.

Мощность пласта на разрабатываемом участке изменялась от 15 до 20 м, а в замковой части-—от 35 до 65 м. Угол падения

101

.»■• -у л у:

рекрытием

Уголь пласта крепкий (коэффициент крепости 1,5—1,85). Подэтажи высотой 4—7 м отрабатывали в нисходящем порядке

заходками из ортов, которые проводили в подэтажах через 4—5 м по простиранию.

В работе находились один или два орта. Через 5—6 м орты сбивали сбойками, которые служили запасными выходами и для вентиляции.

Уголь в заходках вынимали взрывогидравлическим способом. По мере смыва разрыхленного угля перекрытие опускалось на почву вынимаемого подэтажа. После выемки угля в заходке гид­ ромонитор переносили на новое место (ширина заходок 4—5 м). Очистные забои проветривали за счет общешахтной депрессии.

На шахте «Коксовая» при разработке пласта Мощного систе­ мой с подэтажной гидроотбойкой под гибким металлическим пе­ рекрытием были достигнуты хорошие технико-экономические по­ казатели: производительность труда рабочего на выход по участку (без гидроподъема) изменялась от 4,8 до 5,9 т; расход леса на 1000 т добытого угля не превышал 20 м3, ВВ — 340 кг; потери угля под гибким перекрытием в среднем по блоку составили 9%.

Применение системы разработки мощных крутых пластов с подэтажной гидроотбойкой под защитой гибкого металлического перекрытия позволяет, наряду с достижением высоких технико-эко­ номических показателей, резко снизить эксплуатационные потери угля и обеспечить безопасные условия труда для работающих.

Проведенные в шахтных условиях исследования показали, что при выемке угля при. помощи гидромониторов управление гибким перекрытием (по сравнению с обычной выемкой без применения гидромеханизации) упрощается, так как целики угля, препятст­ вующие его нормальной посадке, разрушают гидромониторами, на­ ходящимися под укрытием.

Большим недостатком системы разработки является высокая

доемкости по системе в целом).

Резервы совершенствования выемки с гибким перекрытием велики. Кроме совершенствования выемки монтажных слоев (при­ менение выемочно-монтажных агрегатов, совершенствование конст­ рукции гибкого перекрытия) имеется возможность освоения гид­ равлической или механогидравлической выемки из канав непосред­ ственно под перекрытием или с помощью передвижных комплексов. При этом отпадает необходимость в проходке подэтажных штре­ ков, перемонтаже труб и желобов, сократится объем работ по до­ ставке материалов, снизится нагрузка на перекрытие. Для вари­ анта с монтажом перекрытия в одной плоскости совершенствова­ ние осуществляется в том же направлении, что и для щитовой системы.

103

Варианты щитовой системы разработки

На шахте «Красногорская» в 1960 г. были проведены промыш­ ленные испытания сдвоенного щита (конструкции ИГД СО АН

СССР и ВНИИГидроугля) с передовой опорной крепью. Щитовой системой разрабатывали пласт IV Внутренний мощ­

ностью 10—13 м и с углом падения 64°. Кровля пласта — песчани­ стый аргиллит средней устойчивости.

Щит монтировали по частям в порядке, обычном для монтажа сдвоенных щитов. После монтажа перекрытия углеспускные печи были сбиты канавой (3x3 м), в которой по простиранию пласта в местах соединения щитов было установлено пять секций передо­ вой опорной крепи.

В трех секциях опорной крепи (двух фланговых и одной сред­ ней) были подвешены гидромониторы с укороченными стволами. Гидромониторы у ходовой печи включались клинкерной задвиж­ кой; кроме того, задвижки были установлены в ходовой сбойке и на основном штреке. Высоконапорную воду подавали под щит с основного штрека по ходовой печи по трубопроводу. Под щи­ том и в ходовой сбойке водовод был выполнен из гибкого шланга.

Длина щита по простиранию составила 22 м. Для выпуска угля из-под щитового перекрытия были проведены две печи сечением по 2 м2. Одну из них через каждые 8—10 м соединяли сбойками с ходовой печью.

Очистная выемка под щитом осуществлялась гидромонитором (как с предварительным ослаблением массива буровзрывным спо­ собом, так и без него). Щитовое перекрытие опускалось плавно, по мере разрушения опорных целиков струей гидромонитора. Це­ лик угля под тумбами передовой опорной крепи раздавливался и смывался без предварительного рыхления.

Породу, попадающую под щит, выдавали вместе с угольной пульпой, причем незначительное количество породы не влияло на увеличение зольности угля в целом по участку. Небольшое коли­ чество породы просыпалось под щит.

Наблюдения за режимом проветривания очистного забоя, про­ веденные ВостНИИ, показали, что проветривание забоя по сравне­ нию со щитовыми забоями при обычной технологии выемки улучшается благодаря интенсивной эжекции воздуха струей гидро­ монитора. Очистной забой проветривали за счет общешахтной де­ прессии— свежий воздух с аккумулирующего (основного) и парал­ лельного штреков по пульпоспускным печам поступал под щит и, омыв подщитовое пространство, уходил по сбойке в ходовую печь,

азатем в ближайший подэтажный штрек.

Впроцессе испытаний были достигнуты следующие показатели: среднесуточная добыча угля по добычным сменам 140—160 т, сменная производительность труда забойщика 23—27 т, часовая производительность гидромонитора 36 т, общие потери угля 33%,

втом числе по мощности пласта 27%.

104

ш ахтные испытания щита показали, что сдвоенный бессекционный щит с передовой опорной крепью является надежным и без­ опасным перекрытием для ведения очистной выемки гидромонито­ рами и обеспечивает безопасные условия для посадки щита при помощи гидромониторной струи.

Институтом ВНИИГидроуголь для отработки крутых пластов предложен способ выемки угля, основанный на тонкослоевой гид­ роподсечке угольных целиков в щитовых забоях с использованием горного давления. Для очистной выемки под гибким щитом разра­ ботан гидравлический выемочный агрегат (ГВА), который подре­ зает высоконапорными струями боковые угольные целики на вы­ соту шага опускания щита. В результате врубообразования на­ грузку со стороны щита воспринимают угольные целики (консоли), которые под воздействием внешних сил и собственного веса раз­ рушаются. Мощность подсекаемого слоя составляет примерно 0,1—0,3 м, что обеспечивает необходимую кусковатость угля по ус­ ловиям безнапорного гидротранспорта.

Предлагаемая схема гидравлического выемочного агрегата ха­ рактеризуется простотой эксплуатации и конструктивного исполне­ ния и позволяет создать щит—автомат на базе существующих плоских перекрытий.

Для выемки тидроспособом пластов мощностью до 7 м были разработаны специальные конструкции раздвижных щитов.

Для разработки мощных крутых пластов при углах падения 45—90°, с боковыми породами не ниже средней устойчивости, без больших зон перемятого угля, при нарушениях пласта с отклоне­ ниями по его мощности до 1,5 м может быть применен выемочный агрегат ШГВК с отбойкой угля тонкими высоконапорными стру­ ями и закладкой выработанного пространства. Пласты мощностью до 6 м отрабатываются сразу на полную мощность, а выше мощ­ ности 6 м — с разделением на слои. Пласты могут быть любой ка­ тегории по газу и опасные по пыли.

Механизированный комплекс включает в себя шагающую гидрофицированную крепь, углесборочный полок, выемочный агрегат и оборудование для возведения закладочного массива и его уп­ рочнения.

Гидрофицированная крепь, работающая по восстанию пласта, отделяет забой от закладываемого выработанного пространства, поддерживает боковые обнаженные породы с висячей стороны за­ боя и свод угля в забое, обеспечивает направленное передвижение крепи по восстанию посредством опорно-распорных элементов. По специальным направляющим, опирающимся на верхнюю часть крепи, перемещается выемочный агрегат.

Участки свода забоя, поддерживаемые решетками, образуют так называемые «карты», с которых поочередно отбивается уголь. Выемка угля с карты производится при обнаженном забое, для чего сперва полностью опускается поддерживающая решетка, а по окончании отбойки угля участок обнажения опять подпирается

105

решеткой. Очередность выемки угля с карт предусмотрена по Челно­ ковой схеме вкрест простирания пласта. Это позволяет сразу же после окончания выемки угля с двух смежных карт поднять стойки крепи, опирающиеся на закладочный материал и принимать его в освободившееся от стоек пространство под полком. Закладочный материал поступает с вентиляционного штрека по печи, пройден­ ной у висячего бока, а отбитый уголь сбрасывается на откаточный штрек по печи у лежачего бока в закладочном массиве.

Благодаря надежному распору крепи во вмещающих породах для отбойки угля могут быть использованы выемочные машины

сисполнительными органами разного типа.

Восновном варианте крепи для выемки угля предложен агре­ гат с тонкими высоконапорными струями. Агрегат состоит из кор­ пуса, в котором находится механизм передвижения исполнитель­ ного органа в направлении простирания пласта. Исполнительный орган включает трубчатую штангу с насадками, которая одним концом входит в обойму головки манипулятора. Во время работы штанга с насадками при помощи специального механизма осуще­

ствляет возвратно-поступательное движение в осевом направ­ лении с одновременным возвратно-качательным движением вокруг оси на некоторый угол. При таком движении штанги с насадками обеспечивается достаточной ширины сплошной вруб в целике угля, в который свободно проходит штанга. Головка манипулятора со штангой с помощью механизма двойной телескопичности может подниматься на высоту до 1 м, а также поворачиваться в горизон­ тальной плоскости вокруг телескопического устройства.

Ожидаемая эффективность от применения механизированного комплекса ШГКВ с выемочным агрегатом, в котором использу­ ются высоконапорные тонкие водяные струи для отбойки угля, ха­ рактеризуется следующими техническими показателями:

106

Г л а в а IV

ПРОВЕДЕНИЕ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

§ \. ОСОБЕННОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК НА ГИДРОШАХТАХ

Подготовительные и нарезные выработки гидрошахт по сравне­ нию с аналогичными выработками шахт с обычной технологией до­ бычи характеризуются двумя отличительными особенностями.

Во-первых, они имеют меньшую площадь поперечного сечения, которую выбирают исходя из условий нормального проветривания выработок. Использование гидравлического транспорта угля (и по­ роды) от забоев до гидроподъемных установок позволяет в боль­ шинстве случаев отказаться от применения для транспортирования добываемого полезного ископаемого в подземных выработках раз­ личных видов и устройств механического транспорта (рельсовых путей, подвижного состава, конвейеров и др.). Крепежные и дру­

бам.

Во-вторых, для обеспечения эффективного безнапорного гидро­ транспорта угля подготовительные и нарезные выработки проводят с уклоном 0,05—0,07 в сторону углесосной камеры [5].

Применение гидромеханизации при проведении горных вырабо­ ток позволяет существенно упростить технологический процесс и улучшить технико-экономические показатели. Технология гидроме­ ханизации обеспечивает поточность и безопасность выполнения операций проходческого цикла, улучшение условий труда шах­ теров.

Использование воды для отбойки угля и смыва породы устра­ няет пылеобразование и улучшает условия проветривания за счет дополнительного подсоса воздуха в тупиковый забой стремительно движущейся водяной струей. Температура воздуха в гидромеха­ низированных забоях на 23—25% ниже, чем в забоях с обычной механизацией.

Применение гидротранспорта угля и породы при проведении горных выработок позволяет улучшить транспортный режим в це­ лом по шахте, так как в этом случае основной груз транспортиру-

108

ется по желобам или трубам, которые занимают мало места в вы­ работке. В результате этого улучшается организация работы шахтного транспорта, что в конечном итоге положительно сказы­ вается на технико-экономических показателях.

Практика подземной разработки угольных месторождений по­ казывает, что применение способа гидромеханизации для проведе­ ния горных выработок позволяет обеспечить высокие темпы про­ ведения и простую организацию работ.

Сущность этого способа заключается в отбойке угля и породы и удалении горной массы из забоя струей воды гидромонитора, самотечном или напорном гидротранспорте к околоствольному двору и дальнейшем транспортировании на поверхность гидрав­ лическими или механическими средствами подъема.

Эффективность гидравлического способа проведения горных выработок зависит от параметров струи воды гидромонитора (на­ чального давления, диаметра насадки), предопределяемых проч­ ностными характеристиками разрушаемого массива, горно-геоло­ гических и горнотехнических факторов, включающих мощность пласта, угол падения, глубину разработки, систему разработки и т. д.

Опыт проведения выработок гидроспособом показывает, что гидроотбойка угля и пород в условиях одной плоскости обнаже­ ния забоя достаточно эффективна при коэффициенте крепости их f ^ 1 при напорах струи до 50 кгс/см2, а при коэффициенте кре­ пости /=1-ъ1,5— до 100 кгс/см2.

При проведении выработок гидроспособом по более крепким, вязким, слаботрещиноватым углям и породам необходимо пред­ варительно ослаблять угольный массив. В практике гидромехани­ зации для этих целей применяют буровзрывные работы.

Другими способами проведения выработок при гидромехани­ зации горных работ являются механогидравлический и гидромеха­ нический.

При механогидравлическом способе выемку горной массы про­ изводят специальными машинами, оборудованными механическими органами для разрушения массива, с последующим смывом и гид­ ротранспортом отбитого угля и породы низконапорной (до 15— 25 кгс/см2) струей воды.

При гидромеханическом способе выемки угольный и породный массив разрушают струями воды, являющимися исполнительными органами специальных нарезных машин на гусеничном ходу.

Транспортирование отбитой горной массы при гидромеханиче­ ской проходке может быть гидравлическим или механическим (рельсовым, конвейерным и т. п.).

Механогидравлический и гидромеханический способы являются наиболее перспективными и на них следует ориентироваться при выборе технологической схемы проведения горных выработок на гидрошахтах по крепким углям и породам.

109