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

шахт и, прежде всего, на ш. «Коксовая-1». В последние годы про­ ведены дополнительные работы по совершенствованию системы раз­ работки столбами по восстанию с закладкой в развитие варианта подобной системы с подвесным полком б. ВУГИ [21].

Рис. 2. Схема вскрытия, подготовки и отработки мощного крутоііадающего пласта горизонтальными слоями с пневматической закладкой:

1— бункер; 2 и 5 — конвейеры; 3 — скреперный склад; 4 — породоспуск из труб; в — пне­ вмозакладочная машина; 7 — закладочный трубопровод; 8 и 9 — насосные установки

Сущность системы состоит в том, что угольные столбы, ориенти­ рованные по восстанию, вынимаются участками (заходками) высотой 8—15 м в зависимости от устойчивости угольного целика и боковых пород. Уголь, отбитый в заходке, магазинируется и выпускается

20

через наклонную или горизонтальную выработку, возводимую на закладочном массиве у лежачего бока. После выпуска угля вырабо­ танное пространство заходки заполняется закладочным материалом, поступающим самотеком по скважине или печи, расположенной у висячего бока пласта.

Эта система применялась с гидравлической закладкой на нижнем горизонте ш. «Коксовая-1» (глубина от поверхности 380 м) на пласте IV Внутреннем на участке по простиранию 66 м и по восста­ нию 100 м, который располагался под породным отвалом, рекой Абой и железной дорогой широкой колеи.

Средняя мощность пласта 9,5 м, угол падения 65—70°. Строение пласта сложное. Крепость угля в зависимости от петрографического состава от 40 до 120 кгс/см2. Кровля пласта — среднезернистый монолитный песчаник, почва — крепкий и устойчивый песчаный аргиллит.

Опытный участок имел длину по простиранию до 70 м и с трех сторон выработанное и заложенное пространство. Это обусловило проявление значительного опорного давления и отрицательно влияло на устойчивость угольного массива и боковых пород. Было отра­ ботано и заполнено закладочным материалом четыре столба по 10 м по простиранию каждый.

Лучшие результаты показал вариант системы с применением передового вруба. Для подготовки первого участка в средней части столба проводились две печи — одна у висячего, другая у лежачего бока пласта. Печи через каждые 8—10 м соединялись сбойками с печами смежного столба. Над каждой печью на вентиляционном штреке устанавливались лебедки, которыми удерживалась и подтя­ гивалась защитная подвесная крепь (рис. 3).

Размер секций выбирался с таким расчетом, чтобы в натянутом состоянии ограждающее полотно крепи имело форму четырех­ угольной пирамиды, хорошо прилегающей к сводчатой поверхности угольного забоя.

Работы в столбе начинаются с удаления крепи первого парал­ лельного штрека и возведения специальной выработки для выпуска угля. Затем в пределах столба на уровне первого параллельного штрека вынимался поперечно-наклонный слой, который закреплялся деревянными стойками. В первом слое монтируется подвесная крепь.

Бурение и заряжание шпуров производится через ячейки сетки. Перед взрыванием защитная сетка убирается. После отбойки угля в пределах заходки на сбойках межстолбового целика возводятся комплектные водопроницаемые перемычки и уголь выпускается на конвейер, установленный на первом параллельном штреке. После выпуска угля выработанное пространство заходки заполняется закладочным материалом.

Данным вариантом системы отрабатывался столб в пределах каждого подэтажа, разделенного на три заходки наклонной высо­ той 10, 20 и 18 м. В третьей заходке выпускная выработка распола­ галась под углом 15—17°. В ней устанавливались эмалированные

21

і и 2 — ходовые печи; з — закладочная печь; 4 — сбойка; 5 — подвесная крепь; 6 — тяго вые канаты; 7 — лебедки; 8 — выработка для выпуска угля

желоба для доставки отбитого угля самотеком к углеспускной печи. Было установлено, что закладочный массив, возведенный гидравли­ ческим способом, не оказывает значительного давления на межстол­ бовой целик и толщина последнего может быть уменьшена. Поэтому толщина межстолбового угольного целика была принята равной 1,5 м. Толщина целика у лежачего бока принималась 0,8—1,2 м. Толщина целика между третьим и четвертым столбами не превы­ шала 1,5 м.

В качестве главного звена подвесной крепи применялась спле­ тенная из каната сетка с размерами ограждаемой поверхности вру­ бовой части забоя 1,8x6 м. К коротким сторонам сетки с помощью скоб крепились жесткие элементы из двутавра (рис. 4).

Рис. 4. Подвесная крепь с жесткими элементами:

1 — контурный канат d = 30 мм; 2 — канат d = 9—12 мм; з — тяговые канаты; 4 — двутавр № 20; 5 — проушины

Защитная крепь подвешивалась на четырех канатах, два из ко­ торых проходили по печи лежачего бока, а два — по печи висячего бока пласта. Крепь в забое располагалась так, чтобы жесткие эле­ менты прилегали к почве печей. К одному жесткому элементу при­ креплялись два тяговых каната, проходящие по печи; направля­ ющие закреплялись у забоя на расстоянии, превышающем 8 м.

Отбойка угля с помощью буровзрывных работ производилась в два приема. Крепь затягивалась в выработку после взрывания.

Опыт выемки третьего и четвертого столбов показал, что кон­ струкция подвесной крепи обладает хорошими эксплуатационными качествами. После выемки трех столбов крепь была демонтирована и применялась при выемке четвертого столба.

Для исключения межстолбовых целиков при выемке четвертого столба был применен вариант системы с возведением межстолбового

23

ограждения из металлической сетки и канатов. На границе столба со стороны угольного массива у висячего и лежачего боков прово­ дили две печи и бурили две скважины, по которым перед началом отработки столба пропускались и закреплялись канаты диаметром

стигла 1000—1500 т. Отработка пласта ведется без оставления целика между горизонтами.

Сущность способа (рис. 6) — пласт на откаточном и вентиляцион­ ном горизонтах вскрывается промежуточными квершлагами с поле­ вых штреков.

Вентиляционные квершлаги пересекают пласт на границе отра­ ботки вышележащего горизонта. В квершлаге на всю длину пересе­ чения закладочного массива устанавливается бетонная крепь, кото­ рая ограждает уголь от закладочного массива, расположенного сверху. Под бетонной крепью располагаются лесоспускные скаты для каждого слоя.

24

Опыт отработки межгоризонтного целика на пласте Мощном подтвердил, что закладочный массив к моменту подхода к нему очист­ ных забоев достаточно уплотняется и выемку угля можно произво­ дить под массивом.

Ведется также подготовка одновременной отработки сближенных пластов Горелого, Лутугинского и Прокопьевского горизонтальными полосами с механизированной выемкой угля (по опыту французской шахты «Мерлебах»).

На шахте сооружены производственный и закладочный ком­ плексы. Для закладки будет использована мелкодробленая перего­ ревшая порода (терриконики, пески, хвосты и шлаки).

л

Рис. 6. Схема подготовки пласта без оставления целиков угля между гори­ зонтами:

1 — вентиляционный промежуточный квершлаг; 2 — бетонная крепь; з — закладочный мас­ сив; 4 — лесоспускной скат; 5 — очистной забой; в — скат в закладке из тюбинговой метал­ лической крепи; 7 — конвейерный промежуточный штрек; 8 — полевой штрек

Для крепления углеспускных скатов, сохраняемых в закладке, разработана металлическая водонепроницаемая крепь, которая обес­ печит одновременную выемку угля и подачу закладки в смежных забоях.

Особый интерес представляют опытно-промышленные работы по освоению щитовой системы разработки с закладкой. Известно, что при выемке угля щитовой системой с обрушением межэтажный це­ лик на всю мощность пласта и межстолбовые целики особенно ин­ тенсивно окисляются и являются очагами самовозгорания угля.

Для избежания переспуска пожароопасной горной массой с вы­ шележащих горизонтов и сведения до минимума возможной подвижки боковых пород в ИГД СО АН СССР разработан вариант щитовой системы разработки с самотечной закладкой и возведением межэтаж­ ного перекрытия из бетона.

В Прокопьевске проведены испытания крепи из монолитного железобетона. Указанная крепь предназначена для предохранения межэтажного целика от разрушения при разработке мощных крутых

25

пластов столбами по падению со щитовым перекрытием с закладкой выработанного пространства (рис. 7).

Для испытания была уложена плита из монолитного железо­ бетона длиной 40,2 м по простиранию, под которой отработано два щитовых столба. Для подачи закладочного материала в выработан­ ное пространство в железобетонной плите оставлялись соответ­ ствующие окна. Максимальная величина оседания поверхности со­ ставила 30 мм, или 0,3% вынутой мощности пласта.

Рис. 7. Схемы межэтажных перекрытий:

1 — крепь в виде плиты; 2 — окна для подачи закладочного материала; з — вруб в породах кровли и почвы; 4 — закладочный массив; 5 — щит

Наблюдения за крепью проводились в течение 8,5 мес. За этот период максимальная нагрузка на крепь составила в плоскости напластования 13,5 тс/м2, со стороны кровли — 20,8 тс/м2 и со стороны почвы — 35,2 тс/м2. Стоимость материалов на 1 т добычи составила 0,41 руб. В качестве закладочного материала при испыта­ ниях применялась охлажденная порода горящего терриконика, доставлявшаяся к месту укладки ленточным конвейером.

В Прокопьевско-Киселевском районе в 1972 г. добыто системами разработки с закладкой выработанного пространства 1,4 млн. т, что составляет 5,5% от общей добычи.

Экономические показатели при этом следующие: нагрузка на забой — до 150 т/сут, производительность труда рабочего по участку 4,1—5,3 т/выход, себестоимость 1 т угля по участку 4,5 руб., расход лесных материалов на 1000 т добываемого угля 40—60 м3, трудоем­ кость закладочных работ в забое 35 выходов на 1000 т угля. Воз­ можности существующих систем разработки мощных пластов в на­ стоящее время почти исчерпаны, а опытные работы не завершены.

26

Высоких технико-экономических показателей при системах раз­ работки с закладкой можно достигнуть только при комплексной механизации процессов выемки угля и закладки выработанного пространства и улучшении на основе этого технологии.

В настоящее время ряд научно-исследовательских и конструк­ торских институтов работает над созданием механизированных ком­ плексов для разработки мощных пластов с закладкой.

Инженерно-технические работники ш. «Коксовая-1» предложили вариант комбинированной системы разработки мощных крутых пластов с гидравлической закладкой. Как отмечалось выше сущность этого варианта состоит в следующем: выемка угля в мощном пласте производится слоями. Уголь в первом слое (у кровли или у почвы) вынимается на весь этаж, последующие слои отрабатываются попе­ речно-наклонными слоями. В 1969—1970 гг. на пласте IV Внутреннем

путем механизированной выемки комбайном УКР-1. Размеры шахт­ ного поля: по простиранию — 145—170 м, по падению — 115 м. Шаг закладки принят 20 м.

Промышленные испытания показали, что при разработке наклон­ ных слоев мощных пластов комбайном УКР-1 (лавой-этаж) с гидра­ влической закладкой экономические показатели в 1,2—1,6 раз выше, чем при отработке слоев короткими полосами. При этом повы­ силась безопасность ведения горных работ, улучшилось проветри­ вание забоев.

Из зарубежного опыта особый интерес представляют шахты «Мерлебах» и «Симон» во Франции, где крутые пласты мощностью 1,5—5 м разрабатываются системой горизонтальных полос по про­ стиранию с гидравлической закладкой выработанного пространства.

Горно-геологические условия залегания пластов в ПрокопьевскоКиселевском районе Кузбасса близки к Лотарингским, поэтому целесообразно систему горизонтальных полос по простиранию в вос­ ходящем порядке с гидравлической закладкой применить для раз­ работки мощных крутых пластов в этом районе.

Предлагается также мощные крутые пласты приводить к пластам средней мощности путем предварительной отработки среднего слоя и на особо мощных пластах —двух слоев с упроченной закладкой. Оставшиеся слои будут представлять собой крутые пласты средней мощности, разработка которых не вызывает особых трудностей. Причем все слои следует разрабатывать с закладкой выработанного пространства (рис. 8).

Сибшахтпроект совместно с КузНИИ и работниками комбината Прокопьевскуголь составили проект разработки сближенных пла­ стов Горелого и Лутугинского на ш. «Коксовая-1» с использованием очистного оборудования зарубежных фирм.

Вскрытие и подготовка свиты пластов — полевыми штреками, пройденными в породах почвы нижележащего пласта на вентиля­ ционном и откаточном горизонтах.

27

^Свита пластов вскрывается: на откаточном горизонте — квер­ шлагом, пройденным в середине выемочного поля, и на вентиля­ ционном — промежуточными квершлагами, пройденными на гра­ ницах выемочного участка.

Сопряжение промежуточного квершлага на откаточном горизонте с пластами выполняется из бетона, и на него укладываются опор­ ная рама и секция металлической тюбинговой крепи углеспускного ската. От углеспускного ската к границам выемочного поля про­ водятся «нулевые» полосы, в которых монтируется забойное обору­ дование.

Система горизонтальных полос с гидравлической закладкой поз­ воляет производить одновременно отработку нескольких крутых пластов в свите, в результате чего возможна высокая концентрация работ с нагрузкой на квершлаг 1000—1500 т/сут.

Таким образом, одним из направлений решения проблемы меха­ низации очистных работ на мощных крутых пластах, залегающих под углом до 65°, может являться разработка этих пластов горизон­ тальными слоями по простиранию в восходящем порядке с гидравли­ ческой закладкой выработанного пространства и комплексной меха­ низацией выемки и закладки.

По данным исследований этой системы, можно добывать около 3,6 млн. т угля в год.

Сибгормаш для этой системы разработал комплекс оборудования. Для крепления очистного забоя предусматривается специальная металлическая крепь и тюбинговая крепь для крепления скатов, оставляемых в закладке. Перестановка забойного конвейера из слоя в слой будет осуществляться без разборки на специальных понтонах.

В качестве закладочного материала будут использованы дробле­ ные горелые породы террикоников. Эта система позволит вести одно­ временную разработку свиты крутопадающих пластов. При этом нагрузка на квершлаг составит 1500 т/сут, а производительность труда 10 т/выход.

Зарубежный опыт разработки. Большой интерес представляет разработка мощных угольных пластов в зарубежных странах, в том числе в ПНР, где половина добываемого в стране угля извлекается с полной закладкой выработанного пространства. Во Франции с за­ кладкой добывается 30—35% угля, в ФРГ — 20—25%, в ЧССР —

13%, в ВНР - 10-12% .

Применение закладки в этих странах вызвано главным образом необходимостью охраны застроенной поверхности, а также требо­ ваниями при разработке пластов, опасных по горным ударам и склон­ ных к самовозгоранию. В зарубежной практике особое внимание уде­ ляется качеству закладочного материала, которое зависит от физико­ механической характеристики материала и качества его подготовки.

В ПНР мощные угольные пласты отрабатывают лавами по вос­ станию: при мощности <3,5 м — без разделения, а при большей мощности — с разделением на слои. При слоевых (чаще наклонных)

29