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

почвы или кровли, наиболее экономичными будут системы разработки, которые обеспечат уменьшение протяженности выра­ боток, проводимых с подрывкой.

При уменьшении мощности пласта производительность гидро­ отбойки снижается, однако отработка тонких пластов короткими забоями с применением выемочных машин с дистанционным уп­ равлением и использованием воды для транспортирования угля позволяет достичь более высоких технико-экономических показате­ лей по сравнению с механизированной выемкой на обычных шах­ тах. Наилучшие показатели имеют место при разработке пластов средней мощности и мощных.

По условиям применения в шахте наиболее эффективного без­ напорного гидротранспорта добычу угля гидравлическим способом целесообразнее вести на пластах с углом падения более 5°. При угле падения пласта менее 2° необходимо применять напорный гид­ ротранспорт для выдачи угля от забоев, а при угле падения от 2 до 6° — только от выемочных участков.

С другой стороны, увеличение утла падения пласта также мо­ жет ограничить область применения той или иной системы разра­ ботки в конкретных условиях. Например, разрабатывать тонкие пласты системой длинных столбов по восстанию с выемкой' ко­ роткими очистными забоями по падению целесообразно при угле падения пласта не более 20°, так как при больших углах затруд­ няются доставка по выемочным печам, монтаж оборудования в за­ бое, передвижение людей в нарезных выработках (в выемочных печах против потока пульпы) и возведение крепи.

На рис. 24 представлена схема расположения подготовитель­ ных выработок и очистных забоев при углах падения пласта 7° (рис. 24, а) и 13° (рис. 24,6).

Как видно из рис. 24, при угле падения пласта <7°, выработка (аккумулирующий штрек) должна располагаться под большим (более 35°) к линии простирания углом у. Это приводит к росту потерь в целиках и увеличению протяженности подготовительных выработок.

Угол наклона штреков (к линии простирания) при безнапор­ ном гидротранспорте (см. рис. 24, в)

sin 8

7 = arcsm-inr^-, градус,

где ß — угол наклона штрека, необходимый для осуществления безнапорного гидротранспорта угла по желобам (ß = 3—

4°); а — угол падения пласта, градус.

При прочих равных условиях на пластах с большим углом па­ дения потери снижаются, а производительность гидроотбойки уве­ личивается.

При наличии в почве пучащих и легкоразмывающихся пород в выработках могут образовываться промоины.

50

В Донбассе, например, около 30% шахтопластов из-за неутойчивости пород кровли и вспучивания почвы считаются непри­ годными для применения гидравлической добычи угля.

Большой объем подготовительных выработок, проводимых при гидромеханизации до начала очистных работ, способствует значи­ тельной дегазации угольных пластов в период подготовки выемоч­ ных участков. Это может снизить количество воздуха, подаваемого для проветривания очистных забоев во время выемки угля.

ö

о

На пластах, опасных по внезапным выбросам угля и газа, ди­ станционное управление гидромониторами снижает опасность ве­ дения работ, однако внезапность выделения газа при этом не уст­ раняется.

Основной причиной самонагревания и самовозгорания угля яв­ ляется его способность сорбировать кислород из воздуха, т. е. окисляться. Степень и скорость окисления, самонагревания и са­ мовозгорания угля находятся в прямой зависимости от размеров поверхности соприкосновения угольной массы с воздухом и ско­ рости движения воздушной струи. Наиболее опасными в отношении

от высоты этажа (яруса) и достигает 200—250 м. Столбы обычно ориентированы по восстанию, реже под углом 20—25° к нему.

Наклонное положение столбов принимается для облегчения пе­ редвижения людей и доставки материалов по печам при угле па­ дения пласта более 20°, а также если это позволяет ориентировать очистные забои в необходимом направлении относительно системы кливажных трещин.

Рис. 25. Система разработки длинными столбами по вос­ станию с выемкой угля заходками по падению:

Выемочные печи проводят снизу вверх с применением гидро­ мониторов и последующим гидросмывом угля, а также механогид­ равлическими проходческими машинами (ПКГ-4, КГ, К-56мг идр.).

Аккумулирующие и параллельные штреки, а также выемочные печи крепят деревянными (реже металлическими) рамами. В Дон­ бассе успешно применяются в печах и просеках металлическая и деревянная штанговая крепи, сокращающие объем крепежных ра­ бот и не мешающие нормальной работе гидромонитора.

Выемку угля в столбах производят из выемочных печей в нис­ ходящем порядке короткими очистными забоями — заходками. Управление кровлей при очистной выемке — полное обрушение. Между очистными забоями соседних столбов выдерживается опе­ режение 30—50 м.

Между печами в направлении простирания пласта (с некото­ рым наклоном к линии простирания, который соответствует

53

наклону очистного забоя заходки по отношению к линии простира­ ния) проводят сбойки (просеки). Последние служат в качестве за­ пасного выхода и проветривания забоев. Наличие сбоек между выемочными печами облегчает передвижение рабочих при одно­ временном обслуживании ими нескольких забоев. Расстояние ме­ жду сбойками по условиям безопасности не превышает 15 м.

Наклонное положение заходки необходимо для улучшения тран­ спортирования угля из очистного забоя. Практикой установлено, что этот наклон должен составлять 6—7°.

При очистной выемке применяют открытые и закрытые заходки. Открытая заходка (рис. 26,а) — короткая очистная выработка, проводимая без крепления выработанного пространства.

Рис. 26. Схема отработки столбов открытыми и закрытыми заходками по падению:

1—7 — последовательность выемки угля в заходке

Забой закрытой заходки (рис. 26, б) отгорожен от обрушенных пород предыдущей заходки так называемым подзавальным цели­ ком угля, который частично погашается при доработке заходки.

При данной системе разработки применяют следующие способы выемки угля: гидравлический, взрывогидравлический, с предвари­ тельным ослаблением массива нагнетанием воды в пласт.

При гидравлической выемке угля последовательность выпол­ нения производственных процессов и операций в заходке следую­ щая. В выемочной печи устанавливают гидромонитор. Место уста­ новки гидромонитора и сопряжение выемочной печи с очистным пространством заходки усиливают дополнительной крепью. При не­ устойчивой кровле возможна перестановка или дополнительная установка стоек крепи. В этот промежуток времени работы подобыче прекращают.

После подготовки рабочего места гидромониторщика, расчистки русла для пульпы и закрепления механизмов дистанционного уп­ равления начинают очистную выемку.

54

Очистные работы в забое ведет, как правило, бригада из двух человек — гидромониторщика и помощника гидромониторщика. Ра­ боты включают следующие операции: гидромониторная отбойка и смыв угля, укорачивание водоводов и желобов, перемещение гид­ ромонитора на новую позицию, доставка демонтированных труб водовода и желобов на аккумулирующий штрек.

Процесс гидравлической выемки угля в заходке подразделя­ ется на два вида работ — врубообразование и отбойка угля. Наи­ более трудоемким является врубообразование. Опыт работы гид­ рошахт показывает, что производительность гидромонитора по от­ бойке угля почти в десять раз превышает производительность по производству вруба.

На практике применяют два вида вруба — вертикальный и гори­ зонтальный (последний бывает верхним, средним и нижним).

При выборе типов заходок и видов вруба необходимо: стре­ миться к уменьшению затрат времени на отработку каждой заходки и, следовательно, добиваться максимальной производительно­ сти гидромонитора; вруб, как правило, производить в мягких пач­ ках угольного пласта; максимально использовать горное давление, отжим и собственный вес угля в заходках для его обрушения; вруб выполнять таким образом, чтобы размер отбиваемых кусков угля удовлетворял требованиям транспортирования их безнапор­ ным потоком.

При неустойчивой кровле пласта наиболее часто применяют го­ ризонтальный нижний вруб. Открытую заходку и горизонтальный вруб по простиранию рекомендуется применять главным образом при сравнительно устойчивой кровле, а врубы по диагонали и по вертикали — при слабой кровле и мягком трещиноватом угле.

Уголь отбивают слоями, параллельными врубу. Заходку отра­ батывают в соответствии с утвержденным паспортом ведения работ.

Полнота выемки угля из заходок в значительной мере зависит от квалификации гидромониторщика и освещенности очистного про­ странства. Особенно сложна выемка в заключительной стадии от­ работки заходок, примыкающих к выработанному простран­ ству.

При гидравлической отбойке угля без предварительного ослаб­ ления массива достигается однооперационность процессов выемки и доставки угля из очистного забоя, что обеспечивает достижение высоких технико-экономических показателей работы.

В настоящее время при очистной выемке для гидроотбойки применяют гидромониторы с дистанционным и программным уп­ равлением. Давление струи воды на выходе из насадки диаметром 15—25 мм составляет 50—80 кгс/см2, реже 100 кгс/см2 и более, расход воды 120—150 м3/ч.

Взрывогидравлическая выемка угля осуществляется скважин­ ным способом. Способ применен при разработке пластов с уг­ лями средней крепости и крепкими системой длинных столбов

55

по восстанию с отработкой заходками по падению (шахта № 3 «Но- во-Гродовка» комбината Красноармейскуголь, «Одесская» комби­ ната Свердловантрацит, № 3 «Дарьевская» комбината Донбассантрапит, «Тырранская» в Кузбассе). На гидрошахте «Одесская» столбы отрабатывали двусторонними заходками (рис. 27) из вы­ емочной печи, закрепленной анкерной крепью.

Размеры столба по простиранию (ширина) составляли 16—18 м, по восстанию — 95 м. Для ослабления угольного массива под уг­ лом 30° к простиранию пласта бурили скважины длиной 5,5—9 м. Бурение производилось составными штангами длиной 1,7 м из ви­ той буровой стали стандартного профиля.

Рис. 27. Схема отработки столбов заходками по падению с предварительным ослаблением массива взрыванием зарядов ВВ в скважинах:

a — схема расположения скважин; б — последовательность (1—4) выемки угля в заходке

Скважины длиной до 15 м бурили пустотелыми цилиндриче­ скими штангами с удалением буровой мелочи водой.

Величина заряда в скважинах колебалась от 2,4 до 4,5 кг. Скважины заряжали рассредоточенными зарядами.

Число скважин в заходке выбирали в зависимости от степени устойчивости кровли и размеров заходки по падению. В большин­ стве случаев одновременно взрывали по четыре-пять скважин. Подвигание забоя по падению при этом составляло 2,5—3 м.

При отработке столба открытыми заходками с применением скважинного способа значительно повысилась производительность гидроотбойки, увеличился выход крупных классов и снизился вы­ ход штыба в отбитом угле.

В опытном порядке была испытана выемка угля закрытыми за­ ходками. Скважинный способ ослабления массива в закрытых заходках увеличивает потери угля (до 45%) и расход ВВ на 1 т до­ бытого угля (до 0,8—1 кг).

На гидроучастке шахты № 3 «Ново-Гродовка» комбината Кра­ сноармейскуголь при разработке пологого (12—14°) пласта т3

56

мощностью 1 —1,1 м (с двумя породными прослойками) испыта­ ние скважинного способа ослабления угля в заходках осуществля­ лось при креплении выемочных печей штангами. Такая технология позволила ликвидировать затраты труда и материалов на креп­ ление заходок, уменьшить объем взрывных работ и затраты вре­ мени на проветривание, сократить потери угля.

На гидрошахте № 3 «Дарьевская» комбината Донбассантрацит скважинный способ ослабления применяли при отработке по­ логого (12—18°) антрацитового пласта hu Вишневецкого мощ­ ностью 1,1—1,3 м. Пласт разрабатывали открытыми заходками, как и при описанных выше вариантах. Размер заходок по прости­ ранию составлял 6—7 м, по падению 2,5—3,5 м. В пределах захо­ док на сопряжении печи с выработанным пространством оставляли небольшой целик. Целик погашали гидромонитором после выемки и смыва угля в заходке. Производительность гидромонитора по смыву угля была около 35—40 т/ч, а при разрушении временно оставляемого целика — 20 т/ч.

На 1 т добычи расходовали 0,28—0,3 кг ВВ, потери угля в очистном пространстве 30%. Производительность труда рабочего очистного забоя на выход 13—16 т.

Таким образом, предварительное ослабление угольного массива в заходках скважинным методом позволяет получить достаточно высокие результаты работы. При этом способе повышается безо­ пасность труда. По сравнению с очистной выемкой без предвари­ тельного ослабления массива объем нарезных работ на каждые 1000 т добытого угля снижается примерно на 30% (в связи с уменьшением количества просеков), расход ВВ на 1 т сокра­ щается на 40%.

При гидравлической вы.емке с предварительным ослаблением угольного массива нагнетанием воды в пласт с аккумулирующего штрека по восстанию пласта проводят разрезные печи на расстоя­ нии 14—16 м друг от друга (рис. 28). Просеки, которыми сбивают через каждые 15 м печи, служат для вентиляции. Работы по ос­ лаблению угольного массива ведут сверху вниз по падению пласта. Скважины бурят из разрезных печей в направлении, близком пер­ пендикулярному плоскостям основной трещиноватости. При такой ориентировке скважин способ наиболее эффективен. Расстояние между скважинами, их длину и расположение по мощности пла­ ста устанавливают в каждом конкретном случае отдельно с уче­ том равномерного ослабления угольного массива.

Выемку угля ведут: сразу же после окончания работ по ос­ лаблению массива угля в заходке; одновременно с работами по ослаблению угольного массива в выемочном столбе, но с некото­ рым отставанием работ по выемке от работ по ослаблению; после окончания работ по ослаблению угольного массива во всем вые­ мочном столбе.

При гидравлической выемке угля, ослабленного нагнетанием воды, производительность гидромонитора возрастает в 2—3 раза

57

при соответствующем снижении энергоемкости процесса гидроот­ бойки.

Проветривание очистных выработок при системе разработки длинными столбами по восстанию с отработкой столбов заходками по падению осуществляется за счет общешахтной депрессии, а на­ резных выработок — вентиляторами местного проветривания (вен­ тиляторы устанавливают в аккумулирующем штреке).

12

Рис. 28. Система разработки длинными столбами по восстанию с нагнетанием воды в пласт через скважины, параллельные очистному забою, и с выемкой угля заходками по падению:

тилядионный штрск

Проветривание очистных забоев за счет общешахтной депрес­ сии при наличии просеков (сбоек) между выемочными печами про­ изводится следующим образом. Свежий воздух из аккумулирую­ щего штрека поступает в выемочную печь и, омыв забой заходки, направляется в вентиляционный штрек. В следующие печи воздух поступает так же, как и в первую печь, из аккумулирующего штрека. В этом случае сбойки между печами проводят на рассто­ янии не более чем через 10 м друг от друга.

Основные параметры систем разработки при гидродобыче за­ висят от энергетических показателей гидромониторной струи — на­ пора на выходе из насадки,- расхода воды (диаметра насадки) и

58

принятой технологии ведения работ, которая определяется горно­ техническими и горно-геологическими условиями разработки.

Основными параметрами системы разработки длинными стол­ бами по восстанию с отработкой заходками по падению являются: размер столба по простиранию (ширина столба), размер заходки по падению (ширина заходки), опережение смежных очистных за­ боев по падению.

От размера столба по простиранию зависит удельный вес за­ трат на проведение нарезных выработок в общей сумме затрат на добычу 1 т угля по системе и производительность гидроотбойки.

Ширина столба и размер заходки по падению определяют площадь обнажения пород кровли. По данным практики значения основных параметров системы для условий шахт Донбасса приве­ дены в табл. 3.

а— ширина столба,

б— размер заходки по падению.

Достоинства системы: простота и малооперационность техноло­ гии горных работ, что позволяет достичь сравнительно высоких технико-экономических показателей по системе в целом; возмож­ ность обеспечения высокой нагрузки на выемочный участок вво­ дом в действие большого числа очистных забоев; надежность си­ стемы— неполадки в одном забое не оказывают влияния на сосед­ ние забои.

Недостатки системы: сложность проветривания, которая вызы­ вается необходимостью применения в ряде случаев вентиляторов местного проветривания не только для подготовительных, но и для очистных забоев; трудность доставки и сложность механизации транспортирования материалов и оборудования по нарезным вы­ работкам; низкая интенсивность работ на выемочном участке при предварительном ослаблении угольного массива ВВ; сравнительно высокие потери угля.

Систему разработки целесообразно применять на пластах мощ­ ностью от 1 м (при меньшей мощности крайне затрудняется пе­ редвижение людей и доставка материалов по выемочным печам против потока пульпы) до 3,5 м (дальнейшее увеличение мощности пласта осложняет выемку заходок).

59