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

Системы гидравлической разработки с креплением очистного забоя

Комбинированная система разработки длинными столбами по восстанию с выемкой угля из печей по падению под гибким пере­ крытием (рис. 39) испытана на шахте им. В. И. Ленина в Куз­ бассе.

вентиляционная снбатина d ^30Опт

Рис. 39. Система разработки длинными столбами по восстанию с выемкой угля из печей по падению под гибким перекрытием

При этой системе мощный пологий пласт разрабатывают в два слоя: верхний слой вынимают лавами, а нижний — камерами по падению под гибким перекрытием.

Верхний слой (монтажную лаву) мощностью 1,6—1,8 м выни­ мают под кровлю пласта с применением обычной механизации уг­ ледобычи, отбитый уголь по металлическим листам скатывается на аккумулирующий штрек, где струей воды из гидромонитора смывается по желобам на пульпоспускной бремсберг.

Монтажную лаву крепят деревянными рамами. На почве выра­ ботанного верхнего слоя настилают гибкое металлическое перекры­ тие конструкции КузНИУИ. Перекрытие состоит из металлических лент шириной 50 мм и толщиной 3 мм, которые переплетают ме-

80

жду собой и укладывают во взаимоперпендикулярных направле­

ниях.

Поверх каркаса из металлических лент в два ряда (в пере­ плет) настилают плетеную металлическую сетку. Иногда насти­ лают третий ряд сетки, который располагают по падению пласта. Управление кровлей в лаве осуществляют полным обрушением. С отставанием на 80 м по простиранию от лавы этого слоя под за­ щитой ранее настланного гибкого перекрытия производят взрыво­ гидравлическую разработку второго слоя на полную мощность камерами с выемкой столбов по падению. Одновременно отрабаты­ вают четыре столба камерами шириной по 10 м из четырех забла­ говременно пройденных выемочных печей.

При очистной выемке отбитый взрывными работами уголь струей гидромонитора, установленного в выемочной печи, смыва­ ется на аккумулирующий штрек, пройденный по почве пласта.

Управление гибким перекрытием при гидроотбойке произво­ дится так же, как и при обычной технологии угледобычи при ком­ бинированной системе разработки. Столбы отрабатывают по паде­ нию открытыми заходками.

За период испытаний среднесуточная добыча угля составила 936 т, в. том числе из-под перекрытия 815 т, производительность труда составила по системе разработки 5,2 т/смену, по нижнему слою — 6 т/смену, потери по системе 29,6%.

Достоинства рассматриваемой системы разработки: резкое сни­ жение потерь угля в очистном пространстве (по сравнению с ка­ мерной системой разработки уровень потерь уменьшается более чем в два раза); улучшение условий проветривания выемочного участ­ ка; более высокая безопасность работ, так как выемка угля в очи­ стном забое ведется под защитой гибкого перекрытия.

Основной недостаток системы — высокая трудоемкость работ по настилке гибкого перекрытия в монтажном (верхнем) слое.

Область применения системы разработки — мощные пологие пласты со слабоустойчивой трещиноватой кровлей.

Для повышения показателей работы лавы монтажного слоя был применен комплекс КТУ с гидромеханизацией (со смывом и гид­ ротранспортом угля из лавы). Показатели работы оказались в 1,5—1,7 раза выше, чем при комбинированной выемке по обыч­ ной технологии. Выемка угля комплексом КТУ обеспечила сниже­ ние потерь до 23—27% по системе разработки, а в контуре вы­ емки— 10%. Однако система не обеспечивала высокой нагрузки на выемочный участок (не превышала 300—500 т). Производитель­ ность труда рабочего по участку составила 7,8 т/смену, или 172 т/месяц, при себестоимости добычи угля 1,96 руб/т.

За период испытаний опробованы три варианта выемки угля под гибким перекрытием: диагональными столбами с магазиниро-

ванием угля, столбами по падению с выемкой одиночными односто­ ронними и двусторонними заходками.

Сравнительные технико-экономические показатели вариантов представлены ниже.

Более совершенна по условиям организации работ является од­ носторонняя выемка столбов по падению, и она может быть реко­ мендована для промышленного применения. Другие схемы нужда­ ются в доработке.

Оптимальные параметры системы разработки следующие: Высота яруса — 75—100 м. При этом из условий поддержания

выработок рекомендуется ярус разделять на 2 части промежуточ­ ным аккумулирующим штреком. Каждая часть может быть отра­ ботана самостоятельно. При одновременной их разработке верх­ ний участок должен опережать нижний на расстояние, не меньшее длины фронта очистных забоев. При этом под очистными забоями верхнего участка на нижнем выработок быть не должно.

Ширина столба должна составлять в зависимости от горнотеологических условий 7—9 м, ширина целика между печами —• 4—6 м, длина заходки по падению — не более 4—4,5 м.

Количество одновременно отрабатываемых забоев — 4—5, их взаимное опережение — 4—5 м, а угол их расположения — 30—40°.

На участках, где мощность пласта превышает 12 м, очистную выемку необходимо вести с разделением толщи угля под перекры­ тием на 2 слоя, и отрабатывать их раздельно с опережением за­ боев второго слоя, либо с магазинированием угля второго слоя.

§4. СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ НАКЛОННЫХ

ИКРУТЫХ ПЛАСТОВ т о н к и х

ИСРЕДНЕЙ МОЩНОСТИ

Система разработки длинными столбами по простиранию с подэтажной гидроотбойкой

Система впервые была применена на гидроучастке шахты «Тырганская» (бывш. «Зиминка-З/4») в Кузбассе [1]. При этой системе этаж (ярус), ограниченный по восстанию вентиляционным и акку­ мулирующим штреками, делят по простиранию на отдельные уча­ стки (блоки) длиной до 200 м.

82

Блоки могут отрабатываться прямым или обратным ходом. В середине или на границе блоков по восстанию проводят блоко­ вые печи с подрывкой вмещающих пород. Печи служат для про­ ветривания, передвижения людей, доставки оборудования и мате­ риалов, прокладки коммуникаций и транспорта пульпы от блоко­ вых печей. В одну (при фланговом расположении) или в обе (при

течное движение пульпы из забоев. Подэтажные штреки периоди­ чески сбивают печами (сбойками).

Очистную выемку угля в подэтажах ведут из подэтажных штре­ ков при помощи гидромониторов, установленных на почве штре­ ков. Подэтажи отрабатывают заходками в нисходящем порядке с опережением забоев нижних подэтажей верхними. По мере от­ работки подэтажей обрушенные породы перепускают на почву по­ гашаемых подэтажных штреков.

Выемку угля в подэтажах, как правило, ведут в восходящем порядке, хотя в отдельных случаях (при весьма устойчивых вме­ щающих породах) может применяться встречная выемка заходки гидромониторами, установленными в двух смежных (по восста­ нию) подэтажных штреках, которые ограничивают данный под­ этаж.

В зависимости от принятой схемы проветривания и порядка отработки блоков возможны следующие три варианта системы раз­ работки (рис. 40).

При первом варианте (рис. 40, а) предусматривают подготовку двукрылых выемочных полей с проветриванием через осевую печь и проведением вентиляционных сбоек между подэтажными штре­ ками с интервалом 12—15 м.

При втором варианте (рис. 40, б) выемочные поля также под­ готавливают двукрылыми; по мере подготовки подэтажей для вен­ тиляции проводят фланговые печи (сбойки), охраняемые целиками. При этом в каждом крыле блока можно отрабатывать только по одному подэтажу.

При использовании третьего варианта (рис. 40, в) подготав­ ливают однокрылые выемочные поля. Очистные забои проветри­ вают за счет общешахтной депрессии на передовую фланговую печь.

На гидрошахтах Донбасса для рассматриваемой системы раз­ работки принимали однокрылые блоки длиной по простиранию 100—120 м, наклонной высотой 60—140 м. Высота подэтажей из­ менялась от 8 до 12 м, а опережение очистных забоев смежных подэтажей — от 15 до 30 м.

Нагрузка на крыло этажа (яруса) при данной системе разра­ ботки может изменяться в весьма широких пределах в связи с раз­ личным числом одновременно действующих очистных и нарезных забоев.

Рассмотрим примеры использования данной системы в Кузбассе и Дон­ бассе.

В Кузбассе на шахте «Тырганская» разрабатывали крутые пласты V и VI Внутренние. Пласт V Внутренний имеет мощность 1,4—1,7 м, пласт VI Внут­ ренний 1,7—2,4 м. Боковые породы пластов — слабоустойчивые аргиллиты. Пла­ сты залегают под углом 60—65°.

Подэтажи высотой 5—9 м отрабатывали в нисходящем порядке откры­ тыми заходками шириной 6 м по простиранию. При выемке заходок предвари­ тельно перед гидромонитором устраивали бортовой настил, необходимый для изоляции нижележащего подэтажа от обрушенных пород.

Технико-экономические показатели по системе разработки, достигнутые на

логии угледобычи длинными столбами по простиранию (лавами) с креплением. Потери угля составили 15—20% вместо 5—7% по проекту.

При испытании данной системы разработки на крутом (45—50°) пласте VI Внутреннем (шахта «Красногорская») с неустойчивой кровлей взрывогидравли­ ческая выемка угля в подэтажах (высотой 6—8 м) осуществлялась открытыми заходками шириной по простиранию 2—4 м.

Система разработки длинными столбами по простиранию с подэтажной гид­ роотбойкой получила распространение и в Донбассе при отработке наклонных (гидроучастки шахт № 7 «Белянка», № 63 «Зимогорье», № 4. «ПривольнянскаяСеверная») и крутых (шахта № 4 комбината Орджоникидзеуголь, шахта № 160 комбината Донбассантрацит, гидроблок № 4 Яновского гидрорудника и др.) пластов.

На гидроблоке № 4 Яновского гидрорудника в Донбассе разрабатывается антрацитовый пласт Л8 Фоминской полезной мощностью 0,78—1,95 м. Угол па­

поля блоками размером по простиранию 150—220 м. При подготовке очередного блока для очистных работ на всю высоту этажа проводят ходовую и пульпо­ спускную печи, которые, как правило, крепят всплошную деревом. Печи на уровне подэтажных штреков соединяют сбойками. На этом же уровне над пульпоспуск­ ной печью устраивают обходную площадку для перехода людей из подэтажных штреков в ходовую печь.

В каждом блоке в период подготовки проводят шесть—восемь подэтажных штреков сечением в свету 3 м2. Высота подэтажей 10—15 м. Подэтажные штреки проводят при помощи гидромониторов по пласту без подрывки боковых пород и без предварительного ослабления массива с уклоном 0,07. В штреках у кровли укладывают желоба для гидротранспорта и рядом с ними монтируют трубы во­ довода.

Очистную выемку производят из подэтажных штреков гидромониторной струей с напором на выходе из насадки 60 кгс/см2. Выемку угля в зависимости от устойчивости боковых пород производят открытыми или закрытыми заход­ ками. Заходки шириной по простиранию 3—6 м вынимают на всю мощность пласта и высоту подэтажа. Для обеспечения безопасных условий гидромониторщика на расстоянии 6 м от вынимаемой заходки в подэтажном штреке возво­ дят усиленную деревянную крепь.

Работы на пласте /г8 в пределах блока вели в четыре смены (три добычные и одна ремонтно-подготовительная). Производительность гидромониторов быстро возрастала по мере перехода в нижележащие подэтажи за счет отжима угля и деформации массива угля под влиянием усиливающегося горного давления.

Достоинства системы разработки длинными столбами по про­ стиранию с подэтажной гидроотбойкой: универсальность системы, позволяющая применять ее при разработке пластов различной мощности, в том числе нарушенных, с *неспокойным залеганием

85

и переменной мощностью; возможность достижения высоких тех­ нико-экономических показателей (нагрузки на пласт и выемочное поле, производительности труда рабочих забойной группы и др.); обеспечение при некоторых вариантах системы проветривания ^очи­ стных забоев за счет общешахтной депрессии; небольшой расход лесоматериалов и ВВ. Положительной стороной данной системы разработки является также то, что в процессе подготовки выемоч­ ного участка (блока) к отработке осуществляется и очистная вы­ емка. Систему целесообразно применять на пластах со слабыми породами почвы даже при гидротранспортировании пульпы по почве подэтажных штреков без желобов, так как уклон и срок службы этих штреков невелики.

Недостатки системы разработки: большой удельный объем на­ резных работ, необходимость органной крепи и сложность погаше­ ния блоковых целиков у печей; повышенные потери угля в очист­ ном пространстве и стесненность рабочего пространства в под­ этажных штреках при отработке тонких (менее 0,8—0,9 м) пластов. Для устранения этого недостатка в отдельных случаях реко­ мендуется на тонких пластах проводить подэтажные штреки с не­ большой подрывкой боковых пород. Получаемую от подрывки по­ роду можно оставлять в шахте в специальных закладочных под­ этажах или в раскосках.

Система разработки длинными столбами по простиранию со взрывогидравлической выемкой угля

Впервые система разработки длинными столбами по простира­ нию со взрывогидравлической выемкой и гидротранспортированием угля была испытана в Кузбассе на шахтах «Тырганская» и «Кра­ сногорская».

При этой системе разработки выемочный блок подготавливают для отработки длинными столбами по простиранию. Уголь в столбе отбивают сплошными зарядами ВВ, помещаемыми в скважины, которые бурят параллельно забою на всю высоту столба.

Ширина ленты угля, отрабатываемого за одно взрывание, за­ висит от крепости и трещиноватости угля, мощности пласта и дру­ гих факторов. Обычно она составляет 1 —1,5 м.

В зависимости от устойчивости боковых пород одновременно взрывают скважины, расположенные в одной — трех лентах.

Отбитый уголь магазинируют в нижней части забоя, откуда смывают гидромонитором, установленным на нижнем штреке, и самотеком по желобам транспортируют до пульпоспускной печи.

Уголь вынимают без крепления очистного забоя. Кровлю удер­ живают на целиках угля шириной 2 м, расстояние между кото­ рыми принимают равным шагу посадки.

Если после выемки угля кровля не обрушается, то целик угля над штреком разрушают и в выработанное пространство перепус­ кается порода с верхнего подэтажа.

86

Разрезную печь в очередном выемочном поле проводят по пред­ варительно пробуренной сбоечно-буровой машиной скважине диа­ метром 500 мм.

Очистные забои проветривают за счет общешахтной депрессии. Свежий воздух подводят к очистному забою по нижнему подэтаж­ ному штреку, затем по верхнему штреку и ходовой печи отводят на вентиляционный горизонт.

На шахте «Тырганская» гидравлическим способом разрабаты­ вали пласт V Внутренний мощностью 1,75—2,3 м с углом падения

Рис. 41. Система разработки длинными столбами по простиранию со взрывогидрав­ лической выемкой угля:

1 — грузоходовая печь; 2 — пульпоспускная печь; 3 — аккумулирующий штрек; 4 — вентиля­ ционный штрек; 5 — промежуточный штрек; 6 — гидромонитор; 7 — скважины

60—62°. Уголь средней крепости, пласт обводнен. Почва и кровля пласта представлены песчанистым аргиллитом средней устойчи­ вости и слабоустойчивым.

На шахте «Красногорская» промышленные испытания рассмат­ риваемой системы разработки проводили на пласте Проводник. Мощность пласта 1,8—2,4 м, угол падения 70—75°.

На шахте «Красногорская» при отработке пласта Проводник были опробованы три схемы ведения горных работ (рис. 41): оди­ ночным забоем (рис. 41, а); одиночным забоем с магазином в ниж­ ней части (рис. 41, б); спаренными очистными забоями длиной по 7—12 м (рис. 41, в).

Было установлено, что при разработке нарушенных пластов и пластов с невыдержанной гипсометрией выемку угля целесооб­ разно осуществлять спаренными очистными забоями (лавами) не­ большой длины. В этом случае улучшаются условия проветривания

87

забоев, так как при завале нижнего сопряжения углем забои про­ ветриваются через два верхних штрека.

Внедрение системы разработки длинными столбами по прости­ ранию со взрывогидравлической выемкой и гидротранспортом угля при помощи скважин позволило (по сравнению с подэтажной гид­ роотбойкой) : снизить эксплуатационные потери угля в полтора-два раза; значительно (примерно в два раза) увеличить производи­ тельность труда рабочих и снизить себестоимость 1 т угля; увели­ чить нагрузку на забой и сократить протяженность подготовитель­ ных и нарезных выработок в два-два с половиной раза; улучшить условия проветривания очистных забоев.

Взрывогидравлическую выемку угля при помощи скважин с гидротранспортом рекомендуется применять на тонких и средней мощности пластах с углами падения 50° и более, с устойчивыми и средней устойчивости боковыми породами, а при меньших углах падения — на пластах с устойчивыми боковыми породами, в тех случаях, когда «чистая» гидроотбойка не дает должной (не менее 25 т/ч) производительности.

Для осуществления нормального проветривания, особенно при разработке газоносных пластов, целесообразно впереди очистного забоя (на 5—6 м) бурить одну-две скважины диаметром 250—

350мм.

ВДонбассе взрывогидравлическая выемка угля при помощи скважин испытывалась на гидрошахте № 4 комбината Орджоникидзеуголь при отработке пласта /із Подремовского сложного строения (угол падения 69—71°, мощность 2,2—3 м). При этом осуществлялась селективная выемка угольных пачек в различной последовательности в зависимости от конкретных условий. Кроме гидромониторной выемки, здесь для проведения некоторых нарез­ ных выработок (ниш) использовали отбойные молотки.

Проведенные испытания подтвердили эффективность взрыво­ гидравлической выемки угля при помощи скважин при разработке крутых пластов тонких и средней мощности с углем повышенной крепости, где гидроотбойка малоэффективна.

Системы разработки длинными столбами по простиранию с выемкой полос по восстанию подвесными гидромониторами

В Донбассе на гидроучастке шахты № 4 «Лутугинская» Илли­ рийского шахтоуправления, разрабатывавшей тонкий крутой пласт 1\, был испытан способ выемки угля подвесными гидромониторами.

Пласт имеет полезную мощность 0,75—1,25 м и угол падения 86—90°. Строение пласта сложное, прослойки представлены аргил­ литом общей мощностью до 0,07 м. Коэффициент крепости угля 1,1—1,65. Основная кровля пласта — аргиллит и алевролит мощ­ ностью до 3 м, выше — песчаник. Непосредственная почва пла­ ста — алевролит, основная — песчаник.

88

При подготовке выемочного поля (рис. 42) проводили основной и вентиляционный штреки с самотечным (0,05—0,06) уклоном. Этаж разделяли по падению на подэтажи. Наклонная высота под­ этажа определялась горно-геологическими условиями залегания угольного пласта и техническими возможностями средств бурения скважин. Между подэтажами оставляли целик угля, который ча­ стично (на 50% и более) извлекали при отработке нижележащего подэтажа.

fsr- ------Г » t-tfS

Рис. 42. Система разработки длинными столбами по простиранию с выемкой по­ лос по восстанию подвесными гидромониторами:

Из подэтажных штреков (по восстанию или по падению пласта) бурили скважины диаметром 300 мм. Расстояние между скважи­ нами по простиранию определялось свойствами угля и боковых пород и принималось не более двойной эффективной длины гид­ ромониторной струи.

На опытном участке наклонная высота подэтажа составляла 14—15 м, подэтажные штреки были пройдены с уклоном 0,06—0,08. Восстающие скважины бурили колонковым электросверлом ЭБК-5 на всю высоту подэтажа. Расстояние между скважинами по про­ стиранию 6,5 м.

Очистную выемку угля из пробуренной скважины производили по восстанию пласта при помощи подвесного гидромонитора

89