Планирование горных работ на шахтах. Учебное пособие

61

4.7. Нормативы проведения подготовительных выработок

Скорость продвигания забоя не должна быть меньше нормативов, (табл. 4.1) применительно к условиям проведения конкретных горных выработок.

Таблица 4.1

Техническая скорость проходки выработок буровзрывным способом

Примечания:

1.При проведении горизонтальных и наклонных выработок проходческими комбайнами нормативную скорость следует увеличивать на 50 %, а в случае проходки выработок буровзрывным способом без возведения крепи на 30 %.

2.В зависимости от горно-геологических условий, места и назначения, форм и размеров выработок, типа крепи допускается уменьшать нормативную скорость:

– при проведении участков выработок, где прогнозируются суфлярное выделение метана (водорода), горные удары, выбросы породы, угля и газа, прорывы воды, плывунов на 30 %;

– при проходке стволов в породах прочностью больше 10 МПа на 25 %;

– при проведении выработок с обратным сводом, а также выработок с действующего горизонта на 20 %;

– при сильном капеже непрерывными струями в горизонтальных и наклонных выработках на 15 %;

– при возведении монолитной бетонной и железобетонной крепи в горизонтальных

инаклонных выработках на 10 %.

62

В условиях, когда может быть принято несколько понижающих коэффициентов, принимается только один из них, наиболее соответствующий конкретным условиям.

Нормативы месячной скорости проходки подготовительных выработок являются минимальными и обязательными. Они разработаны для механизированного проведения подготовительных выработок узким забоем с выемкой горной массы и не распространяются на выработки, проводимые вслед за лавой. Если горнотехнические условия конкретных выработок отличаются от условий, учтенных в нормативах, то допускается применение к нормативам поправочных коэффициентов.

При одновременном влиянии нескольких неблагоприятных факторов результирующий поправочный коэффициент к нормативу определяется как произведение частных коэффициентов, но не может быть ниже 0,6.

Нормативы для конкретных условий с учетом поправочных коэффициентов представляются на утверждение одновременно с планом развития горных работ.

Планирование скорости месячной проходки выше норматива не ограничивается.

Для создания возможности скоростного проведения подготовительных выработок и уменьшения числа проходческих бригад подготовительные выработки рекомендуется проводить последовательно во времени со скоростями выше нормативных.

4.8.Взаимное расположение забоев очистных

иподготовительных выработок

Отставание подготовительных выработок, как и опережение ими очистных, является экономически нецелесообразным ввиду увеличения затрат на содержание и ремонт выработок, оборудования и сокращение планируемой прибыли.

Установление положения подготовительных выработок на подготавливаемом выемочном поле при данном положении очистного забоя в эксплуатируемом выемочном поле осуществляется в нижеследующем порядке.

На эксплуатируемом выемочном поле выбирается тот очистной забой (из числа одновременно работающих), который прекра-

63

тит работу первым, и определяется время на доработку этим забоем запасов по формуле

(4.33)

где L0 – расстояние, которое остается пройти очистным забоем в выемочном поле; vмес. – месячная скорость подвигания очистного забоя.

(4.34)

где Nм – число рабочих дней в месяце; пц – число циклов в сутки; lц – подвигание очистного забоя за цикл.

По подготовительным работам устанавливается резерв времени tрез в 1–2 мес. Следовательно, забой в новом выемочном поле, соответствующий забою, который прекратил свою работу в эксплуатируемом поле, должен быть подготовлен к очистной выемке за время

(4.35)

Рассчитываются длины нарезных и подготовительных выработок для отработки нового очистного забоя в эксплуатируемом выемочном поле. При этом время, затрачиваемое на проведение названных выработок, определяется в последовательности, обратной фактической последовательности проведения этих выработок. Суммарное время, затраченное на проведение отдельных выработок, должно составлять

(4.36)

где ti – время, затраченное на проведение отдельной п-й выработки, за i-е время.

64

Пример 1.

На рис. 4.1 дана схема к расчету взаимного положения забоев очистных и подготовительных выработок в панели.

Длина крыла Lкр = 1200 м, расстояние, которое остается пройти лаве, L0 = 650 м, ширина целика угля, оставляемого у бремсберга (панельного), а = 18 м.

Порядок отработки ярусов в панели – обратный, наклонная высота яруса (разрезной печи) hя = 450 м.

Месячная скорость проведения: разрезной печи vn = 100 м, штрека vm = 200 м.

Месячная скорость подвигания очистного забоя vмес = 65 м. Требуется установить положение забоев выработок, подготав-

ливающих ярус.

Решение:

1. Время на отработку оставшихся запасов лавой:

t0 650 65 10 (мес.).

2.Резерв времени устанавливаем в 2 мес., время проведениянарезных и подготовительных выработок: tn = 10 – 2 = 8 (мес.).

3.Время на проведение разрезной печи:

t рп 450100 4,5 (мес.).

4. За оставшееся время (8–4,5 = 3,5 мес.) штреки будут пройдены на длину (L= 3,5 200 = 700 м). При данном положении очистного забоя штреки, подготавливающие новый ярус, должны быть пройдены на длину (Lоп = 120 – 700 = 500 м).

65

Рис. 4.1. Схема к расчету взаимного положения забоев очистных и подготовительных выработок при выемке обратным ходом:

вариант спаренных столбов при панельной подготовке

Пример 2.

На рис. 4.2 дана схема к расчету взаимного положения очистных и подготовительных выработок в одностороннем бремсберговом (выемочном) поле с доставкой к заднему бремсбергу.

Расстояние, которое остается пройти лаве верхнего подэтажа, L0 = 400 м; расстояние между бремсбергами Lп = 900 м, ширина целика между разрезной печью и бремсбергом b = 8 м, наклонная высота этажа hэ = 450 м.

Месячная скорость проведения: разрезной печи vп = 120 м, штрека vш = 200 м.

Месячная скорость подвигания очистного забоя vмес = 65 м. Требуется установить положение забоев подготовительных

выработок.

Рис. 4.2. Схема к расчету взаимного положения забоев очистных и подготовительных выработок при выемке обратным ходом:

вариант длинных столбов с доставкой угля к заднему бремсбергу

66

Решение.

1. Время на отработку оставшихся запасов лавой:

t0 400 65 6,17 (мес.).

2.Резерв времени устанавливаем в 1,17 мес., время проведения подготовительных выработок: tn = 6,17 – 1,17 = 5 (мес.).

3.Время на проведение разрезной печи:

t рп 450120 3,75 (мес.).

4. За оставшееся время (5–3,75=1,25 мес.) штреки будут пройдены на длину (L = 1,25 200 = 250 м). При данном положении очистного забоя штреки, подготавливающие новый ярус, должны быть пройдены на длину (Lоп = 900 – 250 = 600 м).

Вопросы для самоконтроля по главе 4

4.1.Как формируется линия очистных забоев?

4.2.Как определяют плановый показатель среднедействующего числа забоев?

4.3.Дать определение, что означает действующая линия очистных забоев, фронт работ.

4.3.Как определяется суточная нагрузка на очистной забой?

4.4.Что означает суточный норматив нагрузки на очистной за-

бой?

4.5.Условие взаимного расположения забоев очистных и подготовительных выработок.

67

ГЛАВА 5. ПОДГОТОВКА РАСЧЕТНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

КПЛАНУ РАЗВИТИЯ ГОРНЫХ РАБОТ

5.1.Установление размеров целиков для поддержания

иохраны подготовительных выработок

На основе общих представлений механики устойчивость ка- кой-либо системы может быть охарактеризована условиями, обеспечивающими сохранение ее состояния в течение заданного времени. Применительно к горным выработкам устойчивость можно определить как способность сохранения, во-первых, формы и, вовторых, размеров выработки, обеспечивающих ее эксплуатацию в течение необходимого периода.

Для каждого сочетания горно-геологических условий существуют определенные (критические) размеры обнажений пород в выработках, при превышении которых выработки приходят в неустойчивое состояние и их эксплуатация становится небезопасной.

С целью регулирования размеров обнажений пород в выработанных пространствах часто оставляют целики, т. е. нетронутые участки угольного пласта или рудного тела, или вмещающих пород. При этом в зависимости от применяемой технологии целики или извлекают после отработки основной части полезного ископаемого, или же оставляют в недрах, что, естественно, приводит к увеличению потерь полезных ископаемых. Извлечение целиков сопровождается трудностями в организации и обеспечении работ, а иногда требует применения специфических систем разработки.

Назначением целиков является предотвращение развития недопустимых деформаций в массиве окружающих пород и предотвращение увеличения размеров зон разрушения. В зависимости от того, для охраны каких объектов они предназначены и каковы сроки их существования, целики подразделяют на несколько видов.

Целики, предназначенные для охраны сооружений поверхностного комплекса шахт и от вредного влияния очистных работ, называют предохранительными, срок их службы составляет обычно несколько десятилетий и часто совпадает с общим сроком эксплуатации горного предприятия.

Для охраны капитальных вскрывающих выработок (стволов, штолен, штреков или квершлагов) оставляют соответствующие

68

охранные целики (околоствольные, околоштольневые и т. д.). Срок их службы также весьма длителен и, как и в первом случае, может достигать нескольких десятков лет.

Для поддержания очистных пространств, предохранения подготовительных выработок, а также для исключения влияния очистных работ на соседних участках оставляют временные целики. Это наиболее массовый вид целиков, срок их существования обычно составляет несколько лет, т. е. соизмерим с периодом отработки отдельных участков, блоков или камер.

В случаях если оставляют целики излишне больших размеров, это приводит к неоправданным потерям, если же размеры целиков недостаточны, то происходит их разрушение, которое влечет за собой перераспределение напряжений в окружающем массиве пород, часто в обширных областях. При этом разрушение целиков на одном участке может вызвать лавинообразное разрушение целиков на соседних участках. С этой точки зрения оставление недостаточных по размерам целиков может приводить к гораздо большим трудностям, нежели ведение работ вообще без оставления целиков.

Все многообразие пространственных схем расположения целиков, встречающихся при разработке пластовых месторождений, может быть сведено к следующим основным случаям:

неограниченная периодическая последовательность одинаковых по своим размерам и формам между штрековых, около - штрековых и других целиков;

неограниченная периодическая последовательность целиков различных размеров и формы;

бессистемное расположение целиков различных размеров и конфигурации;

одиночные целики различных параметров.

С точки зрения геомеханики условия работы этих целиков различны:

ленточные целики – в условиях плоской деформации;

столбчатые целики – в условиях одноосного напряжённого состояния.

Поскольку выработанное пространство и целики образуют единую систему в массиве горных пород, их оптимальные параметры во всех случаях должны быть взаимосвязаны и взаимообусловлены. Вместе с тем, с параметрами выработанных

69

пространств и целиков непосредственно связаны размеры областей массива пород, которые вовлекаются в процесс деформирования при разработке месторождений полезных ископаемых. Поэтому для обоснованного определения оптимальных параметров систем разработки, в том числе размеров очистных выработок и целиков, в общем случае необходимо рассматривать напряженнодеформированное состояние всей системы «дневная поверхность – толща вышележащих пород – кровля очистной выработки – почва очистной выработки».

В принципе, наилучшим способом исследования подобных систем являются аналитические методы и методы математического моделирования. При этом возможна оценка как состояния всей системы в целом, так и отдельных её элементов, практически, с любой степенью детальности.

Однако в практике горных работ весьма часто возникают потребности оценить состояние и выбрать оптимальные параметры каких-либо локальных элементов, не прибегая к исследованию всей указанной взаимосвязанной системы. Для подобных случаев весьма широко применяется подход, когда в каждом конкретном случае стремятся выявить наиболее слабое звено – лимитирующий элемент, устойчивое состояние которого предопределяет состояние всех остальных звеньев, и устанавливают остальные параметры элементов всей системы разработки.

Часто подобными лимитирующими элементами является кровля выработок или целики, реже – почва выработок. Для последнего случая характерны явления вдавливания целиков в почву, в результате чего происходили завалы выработок на больших площадях.

Лимитирующим элементом может являться и дневная поверхность в случаях, когда необходимо обеспечить устойчивость наземных зданий и сооружений.

Большое влияние на характер деформирования отдельных элементов и в целом всей указанной системы оказывают соотношения деформационно-прочностных свойств пород, слагающих целики, кровлю и почву очистных выработок, а также вышележащую толщу. Весьма существенны также характер и свойства контактов целиков с кровлей и почвой выработок.

Для расчета оптимальных параметров очистных выработок и целиков необходимо:

70

1)установить характеристики нагрузок (величины напряжений

вмассиве пород), действующих на элементы системы разработки, размеры которых подлежат определению;

2)на основании характеристик напряженно-деформированного состояния и сравнения их с деформационно-прочностными параметрами пород, слагающих кровлю и целики, оценить несущую способность и устойчивость этих элементов.

Первый пункт указанной последовательности операций может быть выполнен с привлечением различных методов (теоретических и экспериментальных), о которых речь шла выше. Он является необходимым при оценке несущей способности целиков и обнажений пород, но принципиальных отличий от методов определения напряженного состояния массива пород вокруг выработок не имеет.

Второй пункт составляет сущность расчета оптимальных параметров целиков и обнажений пород в очистных выработках. Он

вобязательном порядке включает проверку указанных элементов систем разработки на прочность и устойчивость.

5.2.Методика расчета размеров охранных целиков

увскрывающих выработок

Исходными данными для расчета размеров охранных целиков являются конкретные горно-геологические, горнотехнические геодинамические условия разработки участка МПИ.

Наличие проектных планов развития горных работ, геологические отчеты по разведке участка МПИ, геофизические исследования о наличии аномальных зон – позволяет произвести необходимые расчеты. Все расчеты производятся по формулам [20].

Ниже на примере изложен порядок расчета размеров предохранительных целиков.

1. Определение расчетной глубины проводимых вскрывающих выработок Hр

Расчетную глубину Hр размещения выработки следует определять по формуле