книги из ГПНТБ / Смолдырев А.Е. Технология и механизация закладочных работ

снижение затрат на поддержание очистных выработок, особенно

вусловиях проявления повышенного горного давления и наличия

впласте или рудном теле слоистости и трещиноватости параллельно обнаженной поверхности очистного пространства;

интенсивную очистную выемку шахтных полей и концентрацию горных работ за счет одновременной отработки нескольких этажей, что имеет существенное значение для месторождений ископаемых,

склонных к самовозгоранию, а также при разработке рудных тел с малой протяженностью по фронту;

улучшение условий труда рабочих благодаря более рациональ­ ному использованию вентиляционных установок для интенсивного проветривания очистных забоев за счет резкого уменьшения объемов незаложенного выработанного пространства; меньшей опасности горных ударов, обрушений, вывалов и др.

Комплексная механизация и надлежащая организация закла­ дочных работ при освоенных системах разработки может обеспечить достаточно высокую производительность труда.

Примером горно-геологических условий залегания месторожде­ ния, для разработки которого требуется применение закладки, является месторождение каменных углей Прокопьевско-Киселев- ского района Кузбасса, где имеются многочисленные складки с углом наклона крыльев 50—70° и большое количество дизъюнктивов. Проявляется сильное давление кровли в очистных’ забоях, вызы­ вающее раздавливание угля. Применение взрывных работ еще более усложняет горные работы.

Наличие значительных обнаженных поверхностей боковых по­ род и медленное подвигание очистных забоев, характерные для применяемых систем разработки, в большой степени интенсифици­ руют процесс разрушения целиков угля и боковых пород.

Большие потери при разработке системами с обрушением, а также разрушение целиков, оставленных в зоне обрушения, приводят к возникновению подземных пожаров от самовозгорания угля.

Подобные явления возникают и при разработке рудных залежей (например, медных руд Дегтярского месторождения на Урале). Поэтому применение закладки выработанного пространства оказы­ вается часто технически необходимым для обеспечения безопасности ведения горных работ.

Эффективность ведения горных работ с закладкой выработан­ ного пространства определяется тем, насколько совершенна меха­ низация очистных и закладочных работ. Для освоения метода требуется в первую очередь наличие значительного количества дешевого закладочного материала и быстрое распределение его в выработанном пространстве. При этом возведенный закладоч­

И

3. О перспективах развития горных работ с закладкой

Чтобы дать оценку перспективам ведения горных работ с заклад­ кой, приведем характерные данные практики.

Опыт шахт Кузбасса и, в частности, Прокопьевско-Киселевского района, где в основном разрабатываются мощные крутые пласты, свидетельствует, что разработка мощных пластов с закладкой во многих случаях является не только необходимой по техническим причинам, но и не менее эффективной, чем разработка с обрушением

с закладкой на ш. «Коксовая-1» * оказались выше, чем при системах разработки с обрушением. На шахте «Черная гора» применение системы наклонных слоев с гидрозакладкой при разработке замко­ вой части пласта Мощного мощностью 11—14 м с углом падения от 15 до 55°, со сложной гипсометрией позволило нормально вести горные работы. Среднемесячная добыча угля с выемочного участка при отработке первого слоя достигла 9338 т, второго слоя — 9526 т, сменная производительность труда рабочего по участку — соответ­ ственно 3,62 и 4,12 т, расход леса на 1000 т угля — 42,9 и 40,3 м3. Общие потери угля не превышали 16% [10].

Применение закладки для управления горным давлением за последнее десятилетие на шахтах Кузбасса в большинстве случаев явилось радикальным средством отработки мощных пластов в слож­ ных горно-геологических условиях (сложное залегание, отработка под пожарными участками, горящими террикониками, поселками, рекой Аба и т. п.).

Однако современный уровень развития технологии и отсутствие комплексной механизации выемки угля и закладочных работ не обеспечивают повышения нагрузки на очистной забой. Подсчеты показывают, что применение закладки требует значительных до­ полнительных капитальных и эксплуатационных затрат на 1 т добы­ ваемого угля. Строительство гидрозакладочных комплексов с бун­ керами емкостью 1000—2000 м3 обходится в 1 —1,7 млн. руб. Стои­ мость закладочного материала из коренных пород (добыча в спе­ циальном карьере, дробление, грохочение и транспортирование) достигает 1,5 руб. за 1 м3.

Эксплуатационные расходы на транспорт материала с поверх­ ности до забоев и возведение закладочного массива при различных способах закладки характеризуются показателями, приведенными в табл. 1.

При дальнейшем совершенствовании закладочного хозяйства, введении комплексной механизации и автоматизации процессов подготовки материала, транспорта и возведения закладочного мас­ сива в выработанном пространстве значительно снизятся стоимость

* С 1971 г. — «Коксовая».

12

П р и м е ч а н и е . Для пневматического и самотечного способов закладки—в условиях простейшей схемы транспорта.

закладочного материала и трудоемкость работ при ведении работ с закладкой.

Можно добиться также экономии за счет увеличения коэффи­ циента использования запасов, значительного сокращения эксплуа­ тационных потерь угля, уменьшения расходов на профилактическую обработку участков, тушение пожаров и др.

Значительного улучшения экономических показателей можно достигнуть при применении новых способов разработки, обеспечи­ вающих комплексное решение вопросов механизированной выемки угля, подготовки шахтпых и выемочных полей и порядка их отра­ ботки с применением комбинированных систем с обрушением и за­ кладкой, созданием искусственных барьерных и ограждающих цели­ ков, а также с применением способов упрочнения оставляемых це­ ликов.

Применение комбинированных систем разработки с обрушением и закладкой при наличии искусственных барьерных и ограждающих целиков, создаваемых по определенным схемам подготовки выемоч­ ных полей и надлежащем порядке их отработки, открывают широкие возможности комплексной выемки угля. Существенное значение для решения проблемы имеют вопросы по освоению механизированных комплексов выемки и закладки.

При разработке пологопадающих пластов средней и малой мощ­ ности, как уже отмечалось, является важным решение задачи раз­ мещения пустых пород в шахте. Это в значительной степени дости­ гается при проведении выработок по углю широким забоем.

Следует отметить, что при организации значительных по мас­ штабам закладочных комплексов и использовании современных ме­ тодов закладки (например, пневматической) уже в настоящее время трудоемкость по выемке породы, ее транспорту и закладке не болеѳ 8—9 чел-смен на 100 т угля. На 1 т угля эти работы составляют 12% от общих затрат. Затраты на переработку породы на поверхности составляют 2 — 3% от общих затрат на 1 т угля.

Обычно на шахтах из общей трудоемкости подземных работ около 38 чел-смен на 100 т угля приходится 3,2 чел-смен (8,3%)

13

на операции по закладке выработанного пространства. В то же время на транспорт и доставку закладочного материала затрачивается 10,6 чел-смен (>26,4%): в лавах 2,5, по штрекам 3,1 и по главным

выработкам 5 чел-смен [9].

На горнорудных предприятиях и, особенно, рудниках цветной металлургии удельные затраты на закладку в себестоимости 1 т полезного ископаемого обычно составляют около 10%.

На этих предприятиях возможны более радикальные меры по внедрению закладочных работ. На богатых залежах, особенно мощ­ ных медных, свинцово-цинковых и золотосодержащих руд, широко освоены камерно-столбовые системы с возведением искусственных (бетонных) целиков. Применение закладочных работ на таких пред­ приятиях с горнотехнической точки зрения, равно как и экономи­ ческой, полностью оправдывается.

Перечисленные достоинства метода ведения горных работ с за­ кладкой выработанного пространства при современных технических возможностях в области механизации процесса закладки дают осно­ вание ожидать широкое применение метода в случаях:

разработки месторождений, представленных относительно тон­ кими и маломощными крутопадающими залежами и пластами в слож­ ных горно-геологических условиях;

разработки угольных и рудных месторождений различной мощ­ ности при любых углах падения и различной устойчивости руды и боковых пород на больших глубинах;

разработки участков месторождений под сооружениями, водо­ емами и т. п.;

разработки сложных месторождений и месторождений особо ценных руд, а также сближенных угольных пластов;

отработки целиков, в том числе охранных, а также месторождений под пожарными участками;

разработки месторождений, представленных сульфидными ру­ дами и углями, склонными к самовозгоранию;

применения комбинированных систем разработки с возводимыми из закладки (бетона) монолитными искусственными целиками;

применения способа вскрытия и подготовки шахтных полей

иотделочных выемочных участков с возводимыми из закладки моно­ литными искусственными целиками (охранными, межэтажными и др.).

Впрактике наметилась тенденция внедрения закладки из бетона.

Внастоящее время бетон используют не только для крепления выра­ боток, но и для возведения искусственных целиков, что резко умень­ шает расход крепежного леса, снижает затраты на поддержание горных выработок и обеспечивает безопасную и экономичную вы­ емку руды. При применении новейших средств механизации выемки

итранспорта полезных ископаемых основные резервы повышения эффективности очистной выемки с закладкой заключаются в техни­ ческом и организационном совершенствовании процесса закладки выработанного пространства и правильном сочетании параметров системы разработки и принятого метода закладки.

14

ГЛАВА II

ВЕДЕНИЕ ГОРНЫХ РАБОТ С ЗАКЛАДКОЙ ВЫРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВА ПРИ РАЗРАБОТКЕ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

1. Разработка мощных угольных пластов

Подготовка выемочных полей и системы разработки мощных пластов с закладкой. Наиболее характерным является опыт разра­ ботки Прокопьевско-Киселевского месторождения в Кузбассе. Место­ рождение весьма сложно по строению и представлено рядом крутых синклинальных складок северо-восточного простирания. Средняя глубина разработки около 200 м, наибольшая 360 м.

Наибольший объем очистных работ с закладкой имеют шахты «Коксовая-1», «Коксовая-2» и «Черная Гора», применяющие системы разработки с гидравлической закладкой. За последние годы объем работ с закладкой в целом здесь увеличен до 70%. Следует указать, что при применении различных систем с закладкой на этих шахтах в 2—2,5 раза снижены потери угля в недрах. На шахте «Коксовая-1» они составляют не более 15%, а на шахте «Черная Гора» — 12%. В то же время на шахтах, применяющих системы с обрушением, потери достигают 35—40% (в среднем около 30%).

На шахтах применяют способы вскрытия и подготовки выемоч­ ных полей и отдельных крыльев пластов в основном через концен­ трационные или полевые штреки и участковые квершлаги.

Горизонтальное вскрытие имеет место обычно на более глубоких горизонтах. Для схем вскрытия первых двух горизонтов большин­ ства шахт характерно беспорядочное размещение участковых квер­ шлагов с различной протяженностью выемочных полей. Средняя протяженность 250 м (80% из них имеет двукрылое вскрытие). Боль­ шая часть выемочных полей на вентиляционных горизонтах (70%) вскрыта уклонами с использованием квершлагов отработанных вышележащих горизонтов. Опыт показывает, что с углублением горных работ наиболее рациональной должна быть (по всем показа­ телям) полевая подготовка. При этом важнейшее значение приобре­ тает вопрос об увеличении концентрации горных работ (размеров выемочных полей по падению и простиранию). Например, в районе

13

средняя продолжительность отработки выемочного поля составляла 9—Ю мес. В то же время увеличение высоты этажа и протяженности выемочного поля по простиранию даст прирост запасов угля в вы­ емочном поле, увеличит срок его службы и снизит затраты на под­ готовку. Кроме того, с целью концентрации горных работ необхо­ димо одновременно разрабатывать всю свиту пластов.

Рациональные схемы вскрытия и подготовки выемочных полей для шахт рассматриваемого района с учетом перспективы перехода на более глубокие горизонты разработаны в рекомендациях ИГД им. А. А. Скочинского и рассмотрены на научно-техническом сове­ щании по совершенствованию технологии и средств комплексной механизации при разработке мощных крутых пластов Кузбасса с за­ кладкой выработанного пространства в 1972 г. в г. Прокопь­

евске.

Эти рекомендации сводятся к следующему: схемы вскрытия и подготовки шахтных полей должны базироваться на широком при­ менении комплексной механизации очистных и подготовительных работ, управлении горным давлением закладкой выработанного пространства. Причем закладочные работы должны быть механизи­ рованы и составлять единый комплекс с очистными.

Вскрытие, комплексная механизация очистных и закладочных работ должны обеспечивать: максимальное извлечение запасов; высокую концентрацию горных работ; безопасные условия труда; высокую нагрузку на очистной забой (1500—2000 т/сут); высокую производительность труда; эффективное использование капитало­ вложений на 1 т вскрываемых запасов.

Увеличение размеров выемочных полей может оказаться эффек­ тивным, прежде всего, при условии повышения интенсивности их отработки. При этом должны решаться две важнейшие задачи — снижение до минимума потерь и создание надежной изоляции выра­ ботанного пространства (для создания нормальных условий работы на глубоких горизонтах). Для глубоких горизонтов, помимо вопроса управления кровлей, необходимо решать вопрос и пыле-газового режима. Поэтому возможны варианты полевой подготовки в соче­ тании с возведением искусственных целиков.

Подготовку особо опасных в пожарном отношении пластов можно производить полевыми штреками с разделением выемочных полей на блоки (при размещении восстающих выработок в породах лежа­ чего бока). Опыт показывает, что особенно сильно горное давление проявляется при двукрылом вскрытии выемочных полей, когда очистные работы ведутся в сторону квершлажного целика. Прихо­ дится значительно увеличивать размеры этих целиков. Однако и при увеличенных размерах целиков давление в районе целика настолько велико, что становится почти невозможным поддерживать в рабочем состоянии квершлаг и последнюю ходовую печь. Целесообразнее создавать здесь искусственный (бетонный) целик. Желательны бе­ тонные столбы (перемычки) для изоляции отработанных полей по простиранию.

16

Для отработки мощных крутых пластов в настоящее время применяют в основном следующие системы разработки с закладкой

[15-20]:

наклонные слои с выемкой в восходящем порядке и отработкой их короткими полосами по простиранию также в восходящем по­ рядке с гидрозакладкой;

наклонно-поперечные слои с выемкой пласта на полную мощность в восходящем порядке с гидрозакладкой;

длинные столбы, т. е. выемка пласта на полную мощность длин­ ными полосами по простиранию в восходящем порядке с гидроза­ кладкой;

наклонные слои (обычные варианты); комбинированная система разработки с отработкой первого слоя

короткими полосами по простиранию в восходящем порядке и остав­ шейся пачки угля наклонно-поперечными слоями также в восходя­ щем порядке с гидрозакладкой.

Указанные системы предложены в развитие систем разработки наклонными слоями с гидрозакладкой в обычном варианте. Приме­ няют также наклонные слои с самотечной закладкой, а в особо слож­

и выбросов угля. Для избежания этих явлений переходят на выемку первого слоя длинными механизированными лавами по прости­ ранию.

При нисходящем порядке отработки слоев эти недостатки отсут­ ствуют, хотя нисходящему порядку свойственны другие существенные недостатки.

На шахтах Кузбасса внедрен видоизмененный вариант системы разработки наклонными слоями в восходящем порядке короткими полосами по простиранию с гидрозакладкой. Этот вариант системы применяют на пластах средней мощности при углах более 35°, а на мощных пластах при углах до 45°.

При этой системе пласт или слой толщиной 2,5—3,5 м отрабаты­ вается полосами шириной 10—12 м в восходящем порядке. Слои вы­ нимаются двумя или тремя парами встречных забоев на общий для каждой пары забоев углеспускной скат. Размер шага закладки 12 — 15 м; верхняя незаложенная часть служит для данной полосы вен­ тиляционным штреком.

При этом варианте системы протяженность подготовительных выработок сокращается до 6—7 м на 1000 т добычи. Производитель­ ность труда рабочего на ш. «Коксовая-1» на участке, разрабатыва­ емом этой системой (пласт Мощный), достигла 5,1 т на выход.

Недостаток системы — большой расход леса. Однако опыт по­ казал, что при углах падения слоев 50—65° поведение закладочного массива позволяет полностью отказаться от отшивки потолочины слоев. Расход пиломатериалов снизился в этих условиях на 5—& м3 — j

2 А. Е , Смолдырев

) Гос. П.

! нѵ.'-г '

I биб;

на 1000 т добычи, значительно сократились затраты рабочего вре­ мени на подготовку выработанного пространства к закладке.

Этот вариант системы разработки для отработки участков с вы­ соким газовыделением и с неустойчивыми углями по условиям безоопасности не применяют.

На ш. «Коксовая-1» было проведено сравнение результатов при­ менения слоевых систем в восходящем порядке (В. И. Ильин и Е. А. Андрейчук) с наклонными слоями (на пластах Мощный, IV Вну­ тренний, VI Внутренний, Горелый). Было установлено, что наиболь­ шую сложность представляет отработка первого слоя вследствие повышенного газовыделения. Выемка последующих слоев не пред­ ставляет трудностей: поддержание пространства в зоне пониженных напряжений упрощается, газовыделение стабилизируется.

Оказалось также, что мощность первого слоя минимальна в сравнении со вторым и третьим слоями. По мере движения полос по восстанию, т. е. по мере роста площади обнажения кровли, гор­ ное давление значительно увеличивается, о чем свидетельствует рост аварийности забоев в верхней части этажа в 8—10 раз по сравне­ нию с нижней частью.

Отработка мощных пластов со слабыми углями, особенно в зонах нарушений, в восходящем порядке практически невозможна из-за большого числа куполообразований уже после продвижения горных работ по восстанию на 30 м.

При нисходящем порядке отработки пластов с гидрозакладкой первый слой с висячего бока вынимают полосами по простиранию в восходящем порядке, второй — поперечно-наклонными слоями

иполосами по простиранию и нижележащий слой под закладочным массивом — поперечно-наклонными слоями без межслоевого настила

иполосами при качественном настиле.

На шахтах Кузбасса нашла также применение система разра­ ботки наклонными слоями в варианте выемки слоев наклонно­ поперечными слоями с гидрозакладкой. Систему применяют в основ­ ном для отработки пластов мощностью более 3,5 м. Эта система заре­ комендовала себя на пластах III Внутреннем, Лутугинском, Прокопьевском (мощность 3,5—5,5 м). Достоинство системы — мини­ мальная усадка закладочного массива.

По опыту ш. «Коксовая-1» систему применяют на пластах мощ­ ностью не свыше 5,5 м с углом падения от 40—45° и выше. В то же время применение системы на пластах IV Внутреннем и Горелом с выемкой последних на всю мощность (8—9 м) не дало положитель­ ных результатов, так как увеличение площади обнажения уголь­ ного массива по нормали, наличие мятых пачек в почве пластов приводят к значительному расслоению и растрескиванию вышеле­ жащей части пласта, которое достигает 2—3 м по восстанию.

При применении системы наклонно-поперечных слоев было уста­ новлено, что после выемки шести—восьми слоев на высоту 20—25 м отработка слоев на протяжении следующих 10—12 м становится затруднительной из-за расслоения и растрескивания угля в выше-

18

лежащей части пласта, что приводит к образованию куполов. Для устранения этих недостатков (обоих вариантов слоевой системы) А. С. Литвиненко предложил комбинированный вариант системы разработки мощных пластов наклонными слоями с гидрозакладкой (рис. 1). Сущность этого варианта системы состоит в том, что при отработке мощных (и особо мощных) пластов первый слой выни­ мается короткими полосами по простиранию, а оставшаяся толща пласта — наклонно-поперечными слоями.

/1-л

Рис. 1. Схема варианта комбинированной системы разработки наклонными слоями с закладкой выработанного пространства:

1 — угольный массив; 2 — дренажная печь; з — закладочный массив; 4 — углеспускной скат; 5 — лесоспускной скат; 6 — вентиляционный полевой штрек; 7 — откаточный полевой

штрек

Наклонно-поперечными слоями может отрабатываться и послед­ ний слой. Так, на пласте Мощном ш. «Коксовая-1» три слоя отраба­ тывались короткими полосами. Это вызвано тем, что при последо­ вательной отработке трех слоев в восходящем порядке породы кровли пласта сильно деформируются. Наклонно-поперечные слои при мощ­ ности оставшейся пачки 3,5—4,5 м таких обнажений не дают, по­ этому система в данных условиях является наиболее рациональной.

Предпринимаются меры по внедрению в наклонных слоях механи­ зированной выемки. Для отработки пластов в сложных геологиче­ ских условиях (в замках антиклинальных и синклинальных складок, сильно нарушенных участков и особо мощных раздутий пластов) применяли систему разработки горизонтальными слоями с пневма­ тической закладкой.

Схема подготовки и система разработки для одного из выемочных полей (замковая часть) с расположением слоев и основных горных выработок показаны на рис. 2. Эта система применяется в обычном классическом варианте и в отношении параметров и элементов си­ стемы заметных изменений не претерпела.

Опытно-промышленные работы по применению новых вариантов систем. В значительных масштабах такие работы выполнены на ряде