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

Систему рекомендуется применять при вмещающих породах средней устойчивости и устойчивых. Присутствие в пласте пород­ ных прослоек крайне нежелательно. Наличие слабой ложной кровли и пучащей легкоразмокающей почвы исключает возмож­ ность применения системы, так как во всех этих случаях выемоч­ ные печи быстро разрушаются и загромождаются породой, а в очистных забоях неизбежны большие потери угля (40% и более).

Газообильность пласта не ограничивает область применения си­ стемы, так как при высоком газовыделении может быть использо­ ван вариант с односторонней отработкой столбов из выемочной печи.

Вариант с односторонней выемкой угля заходками по падению.

В определенных горно-геологических условиях (очень слабые бо­ ковые породы, наличие ложной кровли, высокая газообильность выработок, наличие трещиноватого легкоразрушаемого угля и др.) может оказаться более выгодным разрабатывать пологий угольный пласт системой длинных столбов по восстанию с односторонней выемкой столбов по падению без крепления очистного простран­ ства.

Врассматриваемом варианте системы разработки по сравнению

сдвусторонним вариантом площадь обнажения кровли при очист­ ной выемке значительно меньше. Поэтому возможность преждевре­ менных обрушений кровли снижается, что делает работу гидромониторщика более безопасной. Потери угля в очистном пространстве при этом снижаются.

Нарезные работы проводят в следующей последовательности. От аккумулирующего штрека до вентиляционного у границы вы­ емочного участка проводят параллельно две печи, которые перио­ дически соединяют между собой сбойками (рис. 29). Расстояние между сбойками 4—7 м (одна сбойка на одну заходку), между печами 6—8 м.

Очистные работы ведут заходками из крайней печи к границе выемочного участка, а во всех последующих печах в сторону вы­ работанного пространства. Технология очистных работ при этом варианте системы разработки аналогична технологии работ при варианте с двусторонней выемкой. Выработки проветривают только за счет общешахтной депрессии — это одно из основных досто­ инств данного варианта системы разработки.

Основным недостатком рассматриваемого варианта системы яв­ ляется увеличенный объем нарезных работ, который на 30—35% больше, чем при двусторонней выемке, вследствие чего технико­ экономические показатели его уступают показателям при двусто­ ронней выемке. Рассмотренный вариант наиболее целесообразно применять на пластах с высокой газоносностью и при механогид­ равлической выемке угля.

Механогидравлическая выемка угля в заходках комбайнами К-56мг и ПК-3 была впервые испытана (в 1960 г.) и освоена на гидрошахте «Заречная» на пологом пласте Полысаевском-1 мощ­

6 0

ностью 2,3 м. Способ подготовки выемочного участка и последова­ тельность отработки столбов варианта с механогидравлической вы­ емкой угля следующий (рис. 30).

Выемочный участок делят на блоки длиной 70—80 м по про­ стиранию. Для отработки блоков столбами по падению вначале из параллельного штрека через 4—5 м по простиранию комбайном проводят выемочные печи арочного сечения без крепи. Образу­ емые между печами столбы угля вынимают этим же комбайном сверху вниз заходками закрытого типа.

Рис. 29. Система разработки длинными столбами по вос­

станию с односторонней выемкой угля заходками по па­ дению:

При ведении очистных работ в заходках вначале комбайном по направлению от выемочной печи до обрушенного пространства (предыдущего столба) проводят сбойки шириной 2,7 м на всю

мощность пласта. Длина заходок-камер по простиранию колеб­ лется от 5,2 до 6,3 м.

При обратном ходе комбайна целик угля, остающийся со сто­ роны восстания, частично погашается и ширина заходки (по вос­ станию) увеличивается до 4—5,8 м. Допустимая ширина опреде­ ляется условиями безопасной работы при выемке угля в заходке.

Комбайн обслуживают два человека. Каждая комплексная су­ точная бригада состоит из шести человек и разделена на три звена (в звено входят машинист комбайна и его помощник). Одну смену бригада готовит комбайн и забой к работе, а две другие —

61

занимаются выемкой угля или проведением выработок. Бригадир

выемка позволяет резко снизить потери в недрах, уменьшить себе­ стоимость добываемого угля, повысить производительность и безо­ пасность труда.

Рис. 30. Система разработки длинными столбами по восстанию с механогидрав­ лической выемкой угля заходками по падению

Часовая производительность комбайнов при очистной механо­ гидравлической выемке составляет в среднем 15—20 т, рекордная месячная производительность труда рабочего по добыче превышает 1150 т, а среднемесячная производительность труда рабочего со­ ставляет 110 т.

В настоящее время на гидрошахте «Заречная» более 90% угля добывается механогидравлическими машинами. Гидромониторная выемка угля в заходках применяется в основном при небольшом объеме работ и на выходах пласта со слабой почвой и мятым углем.

Вариант с двусторонней выемкой угля заходками по простиранию

Принятый порядок выемки угля недостаточно учитывает петро­ графические и структурные особенности угольного массива и вме­ щающих пород. При полысаевском варианте выемки угля на пологих пластах приходится большую часть времени тратить на ма-

62

лопроизводительную выемку угля в направлении, близком перпен­ дикулярному плоскости основной прирожденной трещиноватости. Вследствие этого производительность гидромонитора заметно сни­ жается, уменьшаются размеры выемочных столбов и увеличива­ ется объем нарезных выработок (на 1000 т добычи ПО—120 м). При неустойчивых породах кровли наблюдаются большие потери угля в заходках.

Для интенсификации гидроотбойки и улучшения технологии вы­ емки угля гидравлическим способом на пологих пластах разрабо­ тана схема выемки [9], более полно учитывающая естественные осо­ бенности строения и физические свойства углей для повышения производительности и безопасности труда (рис. 31). При той же системе разработки длинными столбами по простиранию с выем­ кой полос заходками по падению ширина выемочных столбов уве­ личена до 100 м. Через каждые 6—8 м выемочные столбы разре­ заются' просеками, проходимыми под уклоном, обеспечивающим гидротранспорт угля. Длина просека равна половине ширины вы­ емочного столба (20—50 м). Срок службы просека незначитель­ ный. Поэтому крепить его можно вразбежку одной стойкой под распил с интервалами 1 —1,5 м. Сечение просека должно быть ми­ нимальным, так как в нем необходимо располагать только гидро­ монитор. После проведения просека из него производится выемка угля закрытыми заходками. Таких заходок с данного просека мо­ жет быть отработано две—пять. Порядок выемки угля в заходках остается прежним. Существенная особенность данной схемы вы­ емки заключается в том, что гидроотбойка угля ведется почти все­ гда параллельно плоскости основной прирожденной трещиновато­ сти. Благодаря этому производительность гидромонитора на пластах, поддающихся эффективному разрушению струей воды, возрастает на 55—65%. Данная схема может быть применена на пластах мощностью 1—3,5 м при породах кровли средней устойчи­ вости и устойчивых.

При разработке крепких, вязких и монолитных углей возможна технологическая схема выемки угля с предварительным ослабле­ нием массива взрыванием зарядов ВВ в скважинах, расположен­ ных по восстанию пласта (рис. 32).

При этой схеме выемочный столб (полосу) разбивают на ка­ меры длиной 50 и шириной 14 м просеками, проводимыми с раз­ резных печей по простиранию под углом, обеспечивающим самотеч- ,ный гидротранспорт угля. Угольный массив в камерах ослабля­ ется взрыванием зарядов ВВ в скважинах, пробуренных по восстанию пласта. В благоприятных условиях можно перед гидро­ отбойкой ослабить массив по всей длине камеры, чем обеспечить значительный фронт работ. Выемку угля в камерах без крепления выработанного пространства осуществляют гидромониторами, уста­ навливаемыми в просеках. Условия поддержания выработанного

63

ватости пород кровли параллельно вынимаемым заходкам будет вызывать обрушение кровли сразу же после выемки угля (зависа­ ния консолей, имеющего место при работе по первой схеме, не будет). Поэтому для обеспечения выемки угля из заходки и пре­ дохранения ее от преждевременного завала на границе с вырабо­ танным пространством оставляют целик угля шириной 1—1,5 м, на который и будет опираться консоль. Кроме того, при этой схеме

3

6 7 5

Рис. 32. Система разработки длинными столбами по восстанию с двусторон­ ней взрывогидравлической выемкой угля заходками по простиранию:

даже при обрушении кровли представляется возможным вести частичную выемку угля из заходки. Поэтому применение указан­ ной схемы допустимо не только при устойчивых кровлях, но и кровлях средней устойчивости.

Основными преимуществами данной технологической схемы взрывогидравлической выемки являются: большая скорость отра­ ботки, в 1,5—2 раза превышающая скорость отработки применяв­ шихся до нее схем выемки; увеличение нагрузки на забой и уменьшение потерь угля; повышение устойчивости пород кровли вследствие сокращения времени отработки камеры и лучшего ис­ пользования основной прирожденной трещиноватости угля и пород; возможность применения взрывогидравлической выемки угля при вмещающих породах средней устойчивости.

При вязких, монолитных углях, когда ослабление угольного массива не обеспечивает высокой производительности гидромони­ тора, необходимо разрыхлять массив угля до полной или частич­ ной потери им несущей способности. Естественно, что в таких ус­ ловиях невозможно предварительно разрыхлить массив по всей длине камеры до начала выемки его гидромонитором. Работы по рыхлению и выемке должны выполняться последовательно. При этом размеры заходок ограничиваются допустимой площадью об­ нажения боковых пород. Это несколько снижает эффективность данной схемы выемки. Однако опыт работы по данной схеме сви­ детельствует о ее значительных преимуществах по сравнению с другими технологическими схемами выемки.

Камерно-столбовая система разработки

Вариант системы с применением выемочного комплекса КГ це­ лесообразно применять при разработке пологих (5—20°) пластов мощностью 0,8—-1,3 м с устойчивой почвой. Подготовка шахтного поля панельная. Панель разбивают на ярусы, для чего из панель­ ных бремсбергов в обе стороны проводят ярусные аккумулирую­ щие штреки с уклоном, при котором возможен самотечный транс­ порт пульпы. Подготовка и разработка выемочного поля, порядок отработки ярусов в панели и схема гидротранспортирования до панельных бремсбергов те же, что и при системе длинных столбов по восстанию с выемкой угля заходками по падению.

Наклонная высота яруса в соответствии с техническими дан­ ными агрегата ККГ (комплекс комбайна Я. Я. Гуменника) 50 м. Основной машиной комплекса является механогидравлический комбайн КГ фронтального действия. Кроме комбайна, в комплекс входят стартовая площадка и направляющий барабан. Комбайн, выходящий из камеры (заходки), поступает на площадку, на ко­ торой он перемещается по штреку на новое место, и подается на забой при зарубке в пласт. Поэтому штрек необходимо проводить с нижней подрывкой; ширина штрека должна быть достаточной для размещения комбайна поперек выработки.

Исполнительный орган комбайна (три коронки буроскалываю­ щего типа) обеспечивает проведение выработок шириной 1,95 м и высотой 0,8 м в пологих пластах. Отбитый в забое уголь транспор­ тируется потоком отработанной воды.

Подготовительные выработки (ярусные аккумулирующие штреки, просеки и сбойки между ними) проводятся при помощи гидро­ мониторной отбойки с предварительным ослаблением массива ВВ.

Камеры (заходки или полосы по падению) отрабатывают без

на расстоянии управляют комбайном и стартовой площадкой, а также устанавливают на сопряжении камер со штреком камерные рамы. Рабочая бригада по ведению очистных работ состоит из трех

66

человек (машинист и два помощника). Продолжительность одного цикла с учетом рабочей и маневровой скорости машины, а также времени на зарубку, разворот машины и другие операции 2,5—3 ч.

После отработки очередной камеры комбайн на маневровой скорости выводят задним ходом на платформу, перемещаемую за­ тем на место засечки новой камеры, и т. д.

Взависимости от горно-геологических условий возможны сле­ дующие три варианта отработки заходок (рис. 33): с оставлением целика (ножки) через каждый цикл; с оставлением ножки через каждые три цикла; с закладкой отработанных камер (заходок) породой от проведения ярусных штреков.

Врассматриваемой системе разработки наиболее сложной яв­ ляется организация проветривания участка (проветривание через

незакрепленные выработки действующими ПБ запрещено). Акку­ мулирующий штрек можно проветривать при помощи вентиляци­ онного просека.

При очистной выемке проветривать тупиковые забои камер за счет общешахтной депрессии невозможно, однако обильное ороше­ ние забоя водой позволяет предотвратить скопление метана высо­ кой концентрации и возможность его взрыва.

Потери угля по системе достигают 30%.

Расчетная производительность машины при рабочей скорости 50 м/ч и ширине захвата вынимаемой полосы 1,85 м на пласте мощностью 0,9 м составляет 100 т/ч, а на пласте мощностью 1,3 м составляет 150 т/ч. Средняя производительность труда рабочего по участку (с учетом ведения подготовительных работ) достигает 16—18 т/выход.

Вариант системы с комплексом КГ был испытан на гидроруд­ нике «Пионер» в Донбассе, где были отработаны параметры си­ стемы и определены условия ее применения.

При варианте системы с агрегатом ГВД проводят без возведе­ ния крепи узкую камеру (печь) по восстанию пласта с аккумули­ рующего подэтажного штрека прямым ходом и расширяют ее об­ ратным ходом.

Гидромонитор с автоматическим передвижением ствола по за­ данной программе перемещается вперед и назад при помощи станка, установленного на штреке, за счет наращивания или сокраще­ ния става, на котором он укреплен.

Для предотвращения преждевременного обрушения кровли ши­ рину камеры (размер по простиранию) принимают минимальной (не более 1,5—2 м), при обратном ходе камеру расширяют до 12—15 м .

Участок проветривают по тем же схемам, что и при использо­ вании комплекса КГ.

Достоинство данной системы по сравнению с предыдущим спо­ собом отработки (ККГ) — возможность погашения междукамерных целиков и работы без барьерных целиков, недостаток — боль­ шой объем подготовительных работ.

Производительность труда рабочего по участку составляет 15— 17 т/выход.

Вариант с применением комбайна УГП (проект). При подго­ товке выемочного участка от аккумулирующего штрека этажа (яруса) через 60 м по простиранию проводят печи, которыми на­ резаются столбы по восстанию. Для целей вентиляции и удобства в эксплуатации печи сбивают между собой просеками, которые про­ водят через 30 м по восстанию.

Каждый столб оконтуривается полосой угля, расположенной по обе стороны от печи на длину 30 м. На это же расстояние из пе­ чей проводят просеки, каждый с требуемым уклоном в сторону со­ ответствующей печи. Основные выработки — аккумулирующий штрек и печи — проводят высотой 2 м.

Столбы отрабатывают заходками шириной 2—2,5 м (по паде­ нию) от разрезной печи по простиранию с применением комбайна УГП. При прямом ходе комбайн вынимает в заходке полосу угля

0,6 м. При обратном ходе подзавальный целик погашается комбай­ ном. Для предотвращения завалов скорость движения комбайна при обратном ходе увеличивается, управление комбайном осущест­ вляется дистанционно из штрека или печи.

Доставка отбитого угля из заходки до печи и по печи осущест­ вляется самотеком. Очистной забой не крепят. Кроме описанной схемы отработки столбов комбайном УГП, возможен вариант си­ стемы с выемкой заходок по падению.

Расчеты показывают, что при одновременной работе на участке двух комбайнов УГП производительностью 17—26 т/ч суточная добыча при разработке пласта мощностью 1 м составит 600—900 т, производительность труда рабочего по участку 20—26 т/смену, рас­ ход леса на 1000 т добычи 6—10 м3, потери угля по системе 20—■ 25%.

Камерно-столбовую систему разработки с применением ком­ байна УГП рекомендуется использовать при разработке пластов мощностью 0,8—2 м с углом падения 5—20°.

Система разработки длинными диагональными столбами

Систему разработки длинными диагональными столбами целе­ сообразно применять на пластах с углами падения 20—25°, где затруднена работа гидромониторов и механогидравлических ма­ шин при проведении восстающих выработок.

Известны два варианта системы: с односторонней выемкой угля заходками по падению, применяемая на гидрошахте «Энерге­ тическая» в Кузбассе (рис. 34, а) ; с односторонней выемкой угля заходками по восстанию, испытанная на гидрошахте Д-2 гидроруд­ ника «Пионер» в Донбассе (рис. 34,6).

69