4. Слоевые системы разработки мощных пластов. Общие сведения. Порядок отработки слоев.
К мощным относятся пласты толщиной свыше 3,5 м.
Мощные пласты, выемка которых сразу на полную мощность затруднена, разделяют на отдельные слои, отрабатываемые самостоятельно (как отдельный пласт средней мощности) в определенной последовательности.
Слой – ограниченная двумя параллельными плоскостями часть мощного угольного пласта.
Слои бывают:
наклонные – располагаются параллельно плоскости напластования, т.е. кровле и почве;
горизонтальные – горизонтально к плоскости напластования;
поперечно-наклонные – под углом 30-45°к плоскости напластования.
Толщина слоя составляет:
при индивидуальной крепи не более 2,5-3,5 м;
при механизированной крепи достигает 4,5-7 м.
Чем больше толщина слоя, тем меньше их в пласте, а следовательно, меньше подготовительных выработок проводится для выемки пласта. С увеличением толщины слоя требуется более сложная и тяжелая крепь, труднее производить выемку угля и управлять горным давлением, что в конечном счете, снижает производительность труда и безопасность работ.
Слои могут отрабатываться в нисходящем, восходящем и комбинированном порядке (при нисходящем порядке сначала вынимают самый верхний слой, а затем нижележащий, при восходящем – наоборот).
Порядок отработки слоев определяется с учетом свойств угля и вмещающих пород, мощности и угла падения пласта, а также необходимостью недопущения сдвижений земной поверхности.
В зависимости от выбранного порядка выемки слоев применяют следующие способы управления кровлей.
Полное обрушение смещающих пород (только при нисходящей отработки слоев). При этом для защиты призабойного пространства нижележащего слоя от проникновения в него обрушенных пород между слоями оставляют породные прослойки (при их наличии и достаточной прочности) или межслоевые пачки угля толщиной 0,3-1 м. делают это в связи с тем, что процесс слеживания и уплотнения обрушенных пород кровли, особенно труднообрушаемых, весьма длительный. Однако породные прослойки бывают не всегда, а оставление межслоевой пачки увеличивает потери угля (до 20%0 и связано также с возможностью возникновения эндогенных пожаров (при склонности углей к самовозгоранию) → для снижения потерь толщину межслоевых пачек угля можно уменьшить путем их химического упрочнения:
за счет нагнетания через шпуры, пробуренные в почве вынимаемого слоя, упрочняющего раствора из карбамидной смолы;
за счет пропитки верхнего слоя межслоевой пачки угля этим же раствором, подаваемым в выработанное пространство по трубопроводу через форсунки из-под механизированной крепи.
Вместо оставления породных прослойков и межслоевых пачек угля возводят искусственную кровлю следующими способами.
Возведение межслоевых перекрытий. Укладываются на почве всех вынимаемых слоев (кроме последнего) и бывают:
деревянные настилы из обапола (уже не применяют);
перекрытия из полимерной пленки или капроновой сетки;
гибкие перекрытия из металлических полос сечением 50х3,2 мм в виде решетки (впереплет) с ячейкой 20х25 мм и сверху в 2-3 слоя сетка Рабица.
Химическое упрочнение обрушенных в верхнем слое пород. При пропитке верхнего слоя межслоевой пачки угля пропитывается одновременно и нижний слой обрушенных пород в этом слое.
Увеличение слеживаемости обрушенных пород. Между отработкой слоев выдерживается время, необходимое для формирования отработанного пространства вышележащего слоя в устойчивую кровлю для нижележащего слоя. Способ возможен при наличии в кровле пород, склонных к уплотнению и слеживанию. Для ускорения периода слеживаемости некоторые породы увляжняют с помощью глинистой пульпы, подаваемой в выработанное пространство по трубам с вент.штрека или из призабойного пространства.
Закладка выработанного пространства производится обычно при восходящем (закладочный материал в нижнем слое служит почвой для верхнего) и реже – при нисходящем порядке отработки слоев.
В результате закладки слоев при восходящем порядке после отработки нижнего слоя почвой для второго слоя служит массив закладочного материала и т.д. для всех последующих слоев. При этом верхний слой может быть отработан с полным обрушением кровли.
В результате усадки закладочного массива под воздействием горного давления угольный массив вышележащего слоя растрескивается на отдельные блоки → потери угля, ГДЯ и т.д.
Для уменьшения деформаций в вышерасположенных слоях (т.е. для избежания разрушения вышележащего массива угля) необходимо применять закладку с высокими компрессионными свойствами. Как правило, это зидрозакладка из песка или дробленных горных пород, обеспечивающая максимальное уплотнение и минимальную усадку.