Содержание к диссертации
Введение
I. Анализ практического опыта отработки мощных пологих угольных пластов на газовых шахтах 8
1.1. Анализ опыта применения известных систем разработки мощных пологих угольных пластов на газовых шахтах 8
1.1.1. Системы разработки и схемы проветривания выемочных участков 8
1.1.2. Оценка требований нормативных документов, регламентирующих оставление целиков при отработке пологих угольных пластов 15
1.2. Анализ опыта охраны повторно используемых участковых подготовительных выработок при бесцеликовой отработке пласта 17
1.3. Влияние параметров системы разработки и горно-геологических условий на нагрузку на очистной забой при отработке пологих угольных пластов 34
1.4. Опыт применения бесцеликовых систем разработки пологих угольных пластов 50
Выводы по главе I 54
II. Исследование влияния горнотехнических факторов на величину нагрузки на лаву при отработке мощных пологих пластов 56
2.1. Основы и принципы работы схемы проветривания с частичным удалением исходящей струи по воздуховодам 56
2.2. Проветривание за счет общешахтной депрессии по схемам а и д рис. 2.2 62
2.3. Проветривание за счет общешахтной депрессии по схемам б, е и з рис. 2.2 68
2.4. Проветривание с помощью вентилятора по схеме в рис. 2.2 69
2.5. Проветривание с помощью вентилятора схеме г рис. 2.2 71
2.6. Проветривание за счет общешахтной депрессии по схеме ж рис. 2.2 72
2.7. Влияние схемы проветривания выемочного участка на величину нагрузки на лаву при отработке мощных пологих угольных пластов 73
Выводы по главе II 93
III. Шахтные исследования влияния горнотехнических факторов на эффективность проветривания высокопроизводительных лав при отработке мощных пологих угольных пластов 97
3.1. Методика исследований 98
3.2. Характеристика горно-геологических условий отработки пластов на участках проведения исследований 102
3.3. Результаты шахтных исследований распределения воздуха в лавах 117
Выводы по главе III 138
IV. Исследование влияния горнотехнических факторов на воздухопроницаемость обрушенных пород 140
4.1. Известные методы оценки аэродинамического сопротивления выработанного пространства 140
4.2. Методика лабораторных исследований влияния горнотехнических факторов на воздухопроницаемость обрушенных пород 143
4.3. Результаты исследований фильтрации воздуха через обрушенные породы 146
Выводы по главе IV 168
V. Технико-экономическая оценка рекомендуемой бесцеликовой технологии отработки мощных пологих угольных пластов 170
5.1. Рекомендуемая технологическая схема и ее параметры 170
5.2. Методика расчета экономической эффективности применения рекомендуемой технологии 172
5.3. Результаты расчета экономической эффективности применения рекомендуемой технологии 175
Выводы по главе V 178
Основные выводы 180
Литература 182
- Анализ опыта охраны повторно используемых участковых подготовительных выработок при бесцеликовой отработке пласта
- Влияние схемы проветривания выемочного участка на величину нагрузки на лаву при отработке мощных пологих угольных пластов
- Характеристика горно-геологических условий отработки пластов на участках проведения исследований
- Методика лабораторных исследований влияния горнотехнических факторов на воздухопроницаемость обрушенных пород
Введение к работе
Актуальность работы. Экономическая эффективность и безопасность горных работ на угольных шахтах в значительной степени предопределяются принятой технологией отработки пластов. Задача правильного выбора этой технологии приобретает особое значение для газовых шахт при отработке пластов угля, склонного к самовозгоранию.
В течение последних 15-20 лет на шахтах Кузнецкого бассейна широкое распространение получили технологические схемы, основанные на использовании системы разработки длинными столбами с оставлением между выемочными участками не извлекаемых целиков угля в сочетании с комбинированными схемами проветривания выемочных участков, при которых часть воздуха поступает из лавы в выработанное пространство для изолированного отвода метановоздушной смеси на поверхность.
К числу недостатков этих технологических схем относятся: значительные эксплуатационные потери (до 10-12%) угля в целиках, величины которых возрастают при переходе горных работ на более глубокие горизонты; увеличение числа (до 76%) эндогенных пожаров, связанных с оставлением целиков угля и поступлением воздуха в выработанное пространстве лавы; повышенная выбросо- и удароопасность пластов; существенное осложнение горнотехнических условий отработки сближенных пластов.
Большой вклад в решение проблемы создания ресурсосберегающих экономически эффективных и безопасных технологий подземной разработки угольных пластов в сложных горно-геологических условиях внесли А.А. Борисов, Ю.В. Громов, Н.П. Бажин, В.В. Райский, К.А. Ардашев, В.П. Зубов, Ю.Н. Кузнецов, М.И. Устинов, Г.И. Козовой, А.Д. Рубан, Н.К. Гринько, В.Е. Зайденварг и др. исследователи.
Вместе с тем, практический опыт работы угольных шахт свидетельствуют о том, что вопросы, связанные с созданием новых и совершенствованием известных ресурсосберегающих технологий отработки склонных к самовозгоранию угольных пластов на газовых шахтах, обеспечивающих возможность достижения высоких нагрузок на очистной забой, являются актуальными, а их решение имеет большое практическое значение.
Цель работы. Разработка технологических схем выемки мощных пологих угольных пластов на газовых шахтах, обеспечивающих снижение эксплуатационных потерь полезного ископаемого и высокие нагрузки на очистной забой при использовании современных очистных механизированных комплексов.
Идея работы. Для снижения потерь угля и достижения высоких нагрузок на очистной забой следует применять системы разработки длинными столбами в сочетании с возвратноточной схемой проветривания выемочного участка, включающей подготовку столба сдвоенными выработками с последующей отработкой целиков угля между этими выработками после выполнения целиками возложенных на них функций.
Основные задачи исследований:
-
Оценка известных технологических схем с точки зрения эффективности их использования для отработки мощных пологих угольных пластов на газовых шахтах.
-
Исследование влияния горно-геологических горнотехнических факторов на величину нагрузки на очистной забой при использовании рекомендуемой технологии ведения работ.
-
Исследование влияния параметров системы разработки длинными столбами на эффективность применения комбинированных схем проветривания выемочных участков и их эндогенную пожароопасность.
-
Исследование влияния уплотненности обрушенных пород на аэродинамическое сопротивление выработанного пространства.
-
Определение области рационального использования рекомендуемой технологии.
Методы исследований. При выполнении работы принят комплексный метод исследований, включающий в себя: анализ и научное обобщение ранее опубликованных в горнотехнической литературе работ по вопросам разработки мощных пологих угольных пластов; аналитические исследования влияния горнотехнических факторов на величину максимально допустимой нагрузки на очистной забой; шахтные исследования влияния системы разработки на распределение воздуха в пределах выемочного участка; лабораторные исследования процессов фильтрации воздуха через обрушенные породы.
Научная новизна:
установлена зависимость максимально допустимой по газовому фактору нагрузки на очистной забой при использовании рекомендуемой технологии с отработкой целика, оставляемого между подготовительными выработками, на одной линии с очистным забоем, от параметров метановоздушной смеси, поступающей на верхнее сопряжение лавы из выработанного пространства;
установлена гиперболическая зависимость максимально допустимой нагрузки на лаву по газовому фактору от сечения воздуховода, расположенного на границе угольного массива и выработанного пространства смежного выемочного участка.
Основные защищаемые положения:
1. К числу основных причин постоянного увеличения в течение последних 10-15 лет эксплуатационных потерь угля, числа эндогенных пожаров в выработанных пространствах лав, снижения эффективности опережающей отработки защитных сближенных пластов относится широкое использование технологий с оставлением целиков угля в выработанном пространстве в сочетании с комбинированными схемами проветривания выемочных участков. В настоящее время на шахтах Кузнецкого бассейна эксплуатационные потери, связанные с оставлением целиков между выемочными столбами, достигают 10-12% балансовых запасов.
2. При использовании технологии с отработкой целика угля на одной линии с очистным забоем и отводом отработанной струи из концевого участка лавы по воздуховоду, расположенному на границе выработанного пространства, максимально допустимая среднесуточная нагрузка на лаву зависит от концентрации метана в газовоздушной смеси, поступающей из выработанного пространства смежного выемочного участка на верхнее сопряжение лавы, и отношения дебита этой смеси к расходу воздуха в лаве. Снижение максимально допустимой среднесуточной нагрузки на очистной забой по данному фактору может достигать 20-30% и более.
3. Использование рекомендуемой технологии разработки мощных пологих угольных пластов, включающей подготовку выемочного столба сдвоенными выработками с последующей отработкой целиков угля на одной линии с очистным забоем в сочетании с возвратноточной схемой проветривания выемочного участка, обеспечивает достижение на газовых шахтах среднесуточных нагрузок на очистной забой, сопоставимых с нагрузками, достигаемыми при оставлении неизвлекаемых целиков угля между выемочными столбами, и снижение эксплуатационных потерь полезного ископаемого на 10-12% и более.
Практическая значимость работы:
разработана методика расчета максимально допустимой нагрузки на лаву при использовании технологических схем с отработкой межстолбовых целиков на одной линии с очистным забоем;
установлены пределы изменения максимально допустимой нагрузки на лаву по газовому фактору, при различных параметрах газовоздушной смеси, поступающей на верхнее сопряжение лавы из выработанного пространства смежного выемочного участка;
разработана патентоспособная технология выемки мощных пологих угольных пластов на газовых шахтах, обеспечивающая снижение эксплуатационных потерь полезного ископаемого и высокие нагрузки на очистной забой.
Достоверность и обоснованность научных положений и рекомендаций обеспечивается использованием современных методов исследований; значительным количеством данных, полученных при проведении шахтных и лабораторных исследований; удовлетворительной сходимостью результатов, полученных при проведении аналитических и лабораторных исследований, с данными шахтных наблюдений.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на: международной научной школе молодых ученых и специалистов «Проблемы недропользования глазами молодых» (Москва, 2010 г.); ежегодной Международной конференции в Краковской горно-металлургической академии (Краков, Польша, 2010 г.); международной конференции молодых ученых «Проблемы недропользования» (Санкт-Петербург, 2010, 2011 гг.); научных семинарах кафедры разработки месторождений полезных ископаемых Санкт-Петербургского государственного горного университета.
Личный вклад автора. Сформулированы задачи исследований, разработана методика и проведены шахтные, лабораторные и аналитические исследования, сформулированы основные научные положения и выводы.
Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 6 печатных работах, из них 3 - в изданиях Перечня, рекомендуемого ВАК Минобрнауки России, получен патент на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертационная работа объемом 190 страниц состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 93 источников, включает 77 рисунков и 28 таблиц.
Автор выражает благодарность научному руководителю д.т.н., проф. В.П. Зубову за помощь в определении общей идеи работы и интерпретации полученных данных и сотрудникам кафедры Разработки месторождений полезных ископаемых за ценные замечания при выполнении работы.
Анализ опыта охраны повторно используемых участковых подготовительных выработок при бесцеликовой отработке пласта
На российских шахтах при отработке пологих угольных пластов системами разработки, предусматривающими охрану и повторное использование участковых подготовительных выработок, расположенных на границе с выработанным пространством, наибольшее распространение получили следующие способы охраны этих выработок: 1) усиление крепи участковых выработок стационарными конструкциями (установка дополнительных стоек, пробивка органной крепи, использование опорных тумб из различных материалов, возведение литых полос из твердеющих материалов, бутовых полос, разворот крепи); 2) удержание кровли выработки механизированными крепями в зоне динамического опорного давления, перемещаемыми вслед за ней (СПКМ, КПВ, КШУ, КГУ, гидравлическая бортовая крепь); 3) разупрочнение кровли выработок для уменьшения длины зависающей консоли пород (торпедирование, гидродинамическая стратификация, обрушение блоков кровли, бурение шпуров, формирование разрезных щелей). Крепи усиления в виде гидравлических стоек, металлических стоек трения или деревянных стоек в большинстве случаев применяются при охране выработок искусственными ограждениями [3, 12, 13, 14, 15]. Эти крепи устанавливаются впереди очистного забоя и снимаются после окончания активных сдвижений пород, а затем вновь устанавливаются впереди второй зоны повышенного давления. Идея данного способа охраны заключается в том, чтобы обойтись вообще без искусственного ограждения, обеспечив его функции с помощью повышения сопротивления штрековой крепи за счет крепи усиления. Этот способ внедрялся ПНИУИ, Печорниипроектом, ИГД им. А.А. Скочинского, КузНИУИ и МГИ на шахтах Донецкого, Кузнецкого, Печорского и Подмосковного бассейнов. На шахте «Сокольническая» объединения «Тулауголь» при сохранении выработки для повторного использования впереди очистного забоя устанавливали крепь усиления — две гидравлические стойки ГС или трения Т. Позади очистного забоя крепь усиливали третьей стойкой, а в промежутках между стойками основной крепи КАТ со стороны выработанного пространства устанавливали органный ряд из двух стоек между рамами основной крепи. После прохода активной стадии сдвижения пород гидравлические стойки или стойки трения крепи усиления снимали и переносили вперед к лаве, а деревянная органная крепь оставалась до погашения выработки. Данный способ обеспечил рабочее состояние выработки до ее погашения.
На шахте «Воркутинская» при отработке пласта Четвертый успешно опробован способ охраны выработок полосами из облегченных золоцементных блоков [16]. Мощность пласта 1,48 м. Смещения кровли на экспериментальном участке выработки сократились в 1,5-2 раза по сравнению с первоначальными.
На шахте «Зыряновская» ПО «Южкузбассуголь» [17] в качестве крепи усиления использовалась переносная органная крепь КПО-4 из гидротумб КПО-4. Основная крепь выработки – три анкера с металлическими верхнякми под металлическую сетку. На сопряжении штрека с лавой со стороны выработанного пространства устанавливался ряд деревянной органной крепи из расчета 3 рамы/м. В качестве усиливающей обрезной крепи на расстоянии 5-6 м за забоем лавы использован ряд гидротумб. В 100 м позади забоя лавы гидротумба снималась и переносилась вперед к забою лавы, а на ее место устанавливалась ножка инвентарной крепи. Состояние выработок было удовлетворительным. Способ рекомендуется применять при отработке пластов мощности до 3,5 м.
На шахте «Паттберг» в ФРГ на пласте мощностью 2 м эффективным оказался паспорт охраны, указанный на рис. 1.9, где укорочен верхняк, опирающийся иа костер, установлены три ряда стоек усиления на поперечных лежанах, применены жесткие соединения верхняков, хорошо сопротивляющиеся на изгиб. Наиболее благоприятный эффект поддержания получен при применении переносных гидравлических стоек, которые заменялись на деревянные в 40 м позади забоя лавы, Обрез кровли происходил за рядом бутокостров, состояние штрека было вполне удовлетворительным.
На шахте «Промышленная» в конвейерном штреке 513-ю пласта «Мощный» (вынимаемая мощность 3,2 м, глубина 540 м, кровля и почва — аргиллиты) применение крепи усиления типа КПУ позволило уменьшить смещения пород с 750 до 182 мм, т. е. в 4 раза.
На шахте «Глубокая» ПО «Донецкуголь» 35-й восточный ходок пласта h10 охранялся бутовой полосой шириной 8 м. Крепь выработки — арочная металлическая АП-3. Крепь усиления из гидростоек устанавливалась под рамы крепи, общая несущая способность составляла 500 кН/м. Породы кровли — глинистый сланец мощностью 13 м. Смещения пород кровли и почвы уменьшились в 1,5 раза. В выработках пласта l7 шахты «Красноармейская-Капитальная» ПО «Красноармейскуголь» на глубине 850-950 м применение крепи усиления с несущей способностью 700 кН/м уменьшает пучение песчанистого сланца в почве на 20-35%, в том же районе применение этих крепей уменьшает конвергенцию пород в 2-3 раза.
Существует также опыт охраны повторно используемых выработок искусственными ограждениями [12, 18, 19, 20, 21], например, одинарными или двойными бутовыми полосами, блоками БЖБТ, накатными кострами, деревянной органной 1-3-хрядной крепью, тумбами из керамзитобетонных, опилкобе-тонных, железобетонных блоков, заключаемыми в деревянные костры (ПО «Донбассантрацит», ПО «Ростовуголь»). Данные виды сооружений зачастую разрушаются на некотором расстоянии позади лавы залегающими в кровле мощными песчаниками либо вдавливаются в слабые породы почвы, не обеспечиваю удовлетворительное состояние выработки. ШахтНИУИ разработаны П-образные конструкции железобетонных блоков, заполняемые песком или породой и повторно используемые, предназначенные для пластов до 2,5 м.
К искусственным охранным сооружениям большой жесткости относятся литые полосы, возводимые из твердеющих материалов [12, 18, 22, 23, 24]. Полосы шириной не менее (0,7-1)m (m – мощность пласта) возводятся механизированным способом позади очистного забоя и за счет высокой скорости твердения материала начинают быстро воспринимать нагрузку со стороны вышележащих пород. Это типичное опорно-обрезное искусственное ограждение, полностью выполняющее все функции — обрезные (за счет высокой жесткости) и опорные (за счет высокой несущей способности).
Влияние схемы проветривания выемочного участка на величину нагрузки на лаву при отработке мощных пологих угольных пластов
Анализ показал, что наибольшие потери времени при ведении очистных работ комплексом КМ130 обусловливались отказами оборудования участка (44,6%), из которых наиболее частыми являются отказы конвейерной линии (23%) и механизированного комплекса (17%), у которого наименее надежные элементы механизированная крепь и забойный конвейер.
Большие потери времени (44,1%), практически равные потерям из-за отказа оборудования, происходят по горно-геологическим причинам. Причем их частота в два раза превышает частоту отказов оборудования. Они возникают вследствие проявлений отжима угольного массива, вывалов и просыпания пород кровли. Простои по общешахтным причинам составляют 11,3% общего времени простоев.
Наибольшее число отказов возникает в очистном забое вследствие отжима угля. Разбивка негабаритов в среднем требует 3,2 мин на один отказ. Однако из-за большой частоты отказов суммарные простои по данной причине составили 12% их общего времени. Вывалы и просыпание пород кровли имеют малую частоту, но велики затраты времени на ликвидацию их последствий - 140,7 мин на один отказ, вследствие чего суммарные простои составили 32%.
Безотказность механизированного комплекса довольно высокая, но ремонтопригодность низкая, в силу чего по уровню общей готовности подсистемы "Механизированный комплекс" и "Выработки" одинаковы (Кг = 0,53).
Исследование надежности очистной выемки с применением механизированного комплекса ОКП70 было также проведено при разработке мощных пластов Карагандинского угольного бассейна. В качестве исходных данных были использованы хронометражные наблюдения за 1980 г. (на шахтах "Шахтинская", "Молодежная", "Казахстанская", "Кировская"). В результате обработки данных всего было выявлено 329 отказов системы, в том числе 276 кратковременных (продолжительностью менее 30 мин) и 53 длительных (более 30 мин).
Анализ технологической схемы очистных работ с комплексом ОКП70 показал, что из общего времени простоев наибольший удельный вес (50,9%) составляют простои из-за отказов оборудования участка. Отказы по горно-геологическим причинам (из-за отжима угля, вывалов и просыпания пород кровли, остановок по газу) составляют 13,6% всех отказов. Из-за организационных причин потери времени составили 11,6%. Простои по общешахтным причинам составляют 23,8%.
Технологическая система с комплексом ОКП70 имеет недостаточный уровень надежности - коэффициент готовности системы 0,38. Элементы технологической системы значительно различаются по уровню безотказности и ремонтопригодности. Среднее время восстановления кратковременных отказов варьирует от 1,5 мин (разбивка негабаритов) до 18 мин (отказы комбайна), среднее время восстановления длительных отказов - от 46 мин (отказы общешахтного транспорта) до 138 мин (вывалы пород кровли).
Наработка на отказ системы в целом 12,2 мин. Время работы между кратковременными отказами 14,5 мин, среднее время восстановления 8,8 мин. Время работы между длительными отказами 77 мин, среднее время восстановления 77,1 мин.
Комплексы КМ130 предназначены для механизации очистных работ на пластахс углом падения до 35 при отработке по простиранию и до 10 по падению и восстанию мощностью 2-4 м с кровлями I и II класса по классификации б. ВУГИ в шахтах, опасных по газу и пыли. Вначале комплекс КМ130 был предназначен для замены и расширения, области применения комплексов КМ81, в настоящее время их устанавливают в первую очередь на пластах с труднообрушаемыми кровлями, где другие комплексы использовать не эффективно.
На шахте им. Кузембаева с июля 1980 г. по май 1981 г. участком № 1/3 был отработан столб длиной более 1300 м. Длина лавы в процессе отработки была увеличена с 115 до 150 м. За время отработки столба было добыто 801 тыс. т угля, при этом среднесуточная нагрузка на забой составила 2763 т, максимальная 6023 т. Максимальная производительность труда рабочего очистного забоя 800 т/мес. Эти показатели являются наивысшими.
На шахте им. Костенко отрабатывался пласт к 12 двумя слоями с вынимаемой мощностью по 3,3 м. Длина лав по 180 м. За первое полугодие 1983 г. Коллектив участка, руководимый О.Г. Руфом, добыл 474,6 тыс. т угля при среднесуточной нагрузке на лаву 2697 т и производительности труда рабочего очистного забоя 475 т/мес.
На шахте "Сокурская" участок № 4, возглавляемый В.М. Назаровым, с 1980 г. отрабатывает комплексами КМ130 пласты K10 и К12 столбами по падению. За первое полугодие 1983 г. из лавы длиной 156 м и вынимаемой мощности пласта 3,2 м было добыто 296,6 тыс. т угля при среднесуточной нагрузке на лаву 1704 т. Опыт эксплуатации механизированных комплексов КМ 130 показал, что они являются эффективным техническим средствам для выемки пологих и наклонных (до 35) пластов столбами по простиранию и пологих (до 18) пластов столбами по падению. В процессе эксплуатации комплексов установлено, что эффективность их повышается с ростом длины очистного забоя.
Комплексы ОКП70 предназначены для механизации очистных работ на пологих пластах мощностью 1,6-4 м, сопротивляемостью угля и породных прослоек резанию до 30 Н/м, с кровлями, в которых должны залегать легкообруша-емые породы, с почвами, допускающими давление не менее 1,2 МПа, при слабоволнистой гипсометрии пласта. Комплекс ОКП70 по сравнению с другими комплексами с крепями ОМКТ, ОКП оградительно-поддерживающего типа имеет более высокий технический уровень и эксплуатационные показатели за счет повышения грузоподъемности крепи, обеспечения большей устойчивости секций крепи в вертикальной и горизонтальной плоскостях, более высокой скорости крепления и др.
На шахте "Молодежная" ПО "Карагандауголь" в августе 1980 г. отрабатывался пласт дд комплексом 20КП70. Вынимаемая мощность пласта 3,5 м, длина лавы 122 м. Выемка угля производилась полосами, т.е. при движении комбайна вверх по лаве производилась выемка верхней полосы (слоя) мощностью 2,5 м, следом передвигались секции крепи. При движении комбайна вниз по лаве производилась выемка нижней полосы (слоя) и передвигались верхний привод, крепь сопряжения и конвейерная линия. Зарубка осуществлялась способом косого заезда, пласт вынимался на полную мощность. Нагрузка на забой составила 1500-3000 т/сут., производительность труда 30-50 т/выход.
В 1983 г. в Кузнецком угольном бассейне при среднесуточной нагрузке на очистной забой 1200 т в 20% лав достигнуты значительно более высокие результаты: нагрузка на забой составляла более 2000 т/сутки, производительность труда рабочего до 50 т/выход. Рекорд суточной добычи 8,7 тыс. т; очистные бригады знатных шахтеров М.Н. Решетникова и В.Г. Девятко трижды добывали по 1 млн. т угля за год.
Наряду с комплексами КМ130, ОКП70 применяются комплексы 2УКП, 4КМТ130 с повышенной несущей способностью для выемки пластов мощностью 2,4-4,2 м с трудноуправляемой кровлей.
Характеристика горно-геологических условий отработки пластов на участках проведения исследований
Над пластом угля залегает «ложная» кровля, (отсутствует при залегании на кровле пласта песчаников основной кровли либо крупных алевролитов) мощностью от 0,0 до 0,5 м. «Ложная» кровля сложена алевролитом мелким, трещиноватым с многочисленными отпечатками флоры, шрамами скольжения, крепостью f = 1,5-2,0. Местами «ложная» кровля представлена переслаиванием алевролита, аргиллита и угля, мощностью данной «слоенки» 0,0-0,30 м, крепость f = 0,8-1,5. Средняя мощность «ложной» кровли по лаве 0,30 м.
Непосредственная кровля сложена алевролитом мелким, трещиноватым, слоистым, крепостью f = 3,0-3,5, мощностью 0,0-8,0 м, (т.е. породы непосредственной кровли выклиниваются, замещаясь песчаником основной кровли). Непосредственная кровля на большей части площади лавы относится к 3 классу устойчивости с допустимой площадью обнажения 10-15 м2 в течение 1 ч. Непосредственная кровля 2 класса устойчивости с допустимой площадью обнажения 5-10 м2 в течение 20 мин наблюдается при работе лавы в местах замещения непосредственной кровли песчаниками основной кровли при снижении мощности алевролитов кровли до 1-1,5 м и менее. По результатам проходки подготовительных выработок неустойчивую кровлю 2 класса также следует ожидать ориентировочно на первых 190 м отработки лавы, где основным ослабляющим кровлю фактором является, помимо трещиноватости, наличие многочисленных прослойных остатков флоры, развитие шрамов и зеркал скольжения по плоскостям трещин, включения и инъекция угольной массы в породы непосредственной кровли на высоту по нормали до 1,0-1,5 м. В местах замещения непосредственной кровли в лаве песчаниками основной кровли возможна встреча алевролитов мощностью до 1,0-1,5 м, залегающих линзообразно на кровле пласта. Кровля в таких местах также неустойчива, относится ко 2 классу устойчивости.
Основная кровля пласта в основном сложена песчаником мелкозернистым крепостью f = 3,0-6,5, в общей толще песчаника прослеживаются слои минерализованного песчаника крепостью f = 8,0-10,0 мощностью 3-4 м. В толще песчаника основной кровли местами залегают линзы алевролита мелкого крепостью f = 3-3,8, мощностью 1-3 м. На отдельных участках в составе основной кровли принимают участие алевролиты крупные, мощностью 0,0-4,0 м, крепостью f = 3,5-4,5. Мощность основной кровли 45-60 м. Кровля отнесена к труд-нообрушаемой. Первичный шаг посадки основной кровли 45-50 м, последующие 8-12 м.
«Ложная» почва развита неповсеместно, сложена алевролитом мелким, крепостью f = 1,5-2,0, мощностью до 0,15 м, склонная к пучению и размоканию при увлажнении. Непосредственная почва пласта сложена алевролитом мелким, крепостью f = 2,5-3,0, мощностью 2,0-3,0 м и алевролитом крупным крепостью f = 3,2-4,2, мощностью 5,0-6,0 м. Ниже залегает пласт Меренковский, мощностью 0,4-0,9 м, в среднем 0,6 м.
В структурном плане пласт Байкаимский в пределах столба лавы залегает моноклинально, полого-волнисто, с падением на юго-запад под углами 8-14. Разрывных нарушений при проведении подготовительных работ не обнаружено. По забою лавы при ее работе будут встречены нарушения пликативного характера – пологие складки. Особенно это будет проявляться на протяжении 150-190 м от монтажной камеры. В местах перехода лавой складок непосредственная кровля будет менее устойчива и в их замковых частях происходит скопление воды. Стратиграфическая колонка пород кровли приведена на рис. 3.4.
Угольный пласт разбит двумя системами трещин: основного и торцевого кливажа. Азимут простирания основного кливажа 130-165, угол падения кли-важных трещин несогласный и равен 76-86. Торцевой кливаж выражен слабо, трещины секут пласт только по пачкам наслоения.
Дополнительные разнонаправленные системы трещин будут встречены при проходе лавы пликативных нарушений – складок в столбе лавы. Кроме того, по забою лавы постоянно будет прослеживаться трещиноватость, секущая пласт под углом 20-30 с падением в сторону конвейерного штрека лавы. Частота таких трещин от 0,5 до 3 м по длине забоя лавы. Трещиноватость угля будет обусловливать отжимы до 0,3- 0,5 м, а также отслоение пород кровли после подрезки комбайном и увеличение зольности горной массы.
Горно-геологические условия лавы 2454 шахты им. С.М.Кирова Лава 2454 подготовлена в поле блока № 3 по пласту Болдыревскому. Глубина разработки 240-385 м. Угол падения пласта от 2 (в оси складки) до 89 на крыльях. Средняя мощность пласта 2,25 м и колеблется в пределах 1,9-2,6 м с местным увеличением до 3,0 м на незначительных площадях. Коэффициент крепости угля f=1,5-2,0. В нижней части пласта прослеживается прослоек слабого аргиллита мощностью 0,01-0,10 м. В юго-западной части столба лавы на протяжении 400 м прослой в центральной части пласта. Пласт представлен блестящим углем с преобладанием компонентов группы витринита. Основная система трещиноватости расположена под углом 45 к конвейерной печи с углом падения 80. В тектоническом отношении участок может быть осложнен наличием разрывного нарушения с амплитудой 2-2,5 м. Кроме того, в осевой части синклинали (по опыту отработки соседних участков в аналогичных условиях) не исключено наличие обратного угла залегания пласта с мульдами, что значительно осложняет горно-геологические условия подготовки. По внезапным выбросам угля и газа пласт не опасен, по взрывчатости угольной пыли и газа пласт опасен. С глубины 150 м отнесен к угрожаемым по горным ударам. Склонности к самовозгоранию не имеет. Природная газо носность пласта 13-15 м3/т с.б.м. Непосредственная кровля пласта – аргиллит мощностью 1,0-6,0 м средней крепости и средней устойчивости (f=3-4). Возможны локальные участки с замещением пород непосредственной крови песчаником.
Имеется слой «ложной» кровли мощностью 0,05-0,25 м, слабая (f=2,5). Допустимая площадь обнажения 7 м2 в течение 40 минут при подготовке лавы, при отработке 10-15 м2 в течение 1 ч.
Методика лабораторных исследований влияния горнотехнических факторов на воздухопроницаемость обрушенных пород
Результаты исследований в лаве 1384 шахты им. 7 Ноября Длина лавы 290 м. Длина выемочного столба по простиранию 1740 м. Лава укомплектована механизированным комплексом Тагор-24/50-по. При проектировании вентиляции участка принята скорость подвигания лавы 8 м/сут. Система разработки – длинные столбы по простиранию, управление кровлей – полное обрушение.
Для проветривания выемочного участка лавы №1384 пласта Байкаимский применяется комбинированная схема проветривания с отводом метановоздуш-ной смеси из отработанного пространства лавы №1384 по системе дегазационного трубопровода через скважину на поверхность (рис. 3.15).
Схема проветривания лавы 1384 им. 7 Ноября. Сущность способа заключается в следующем: метан, выделяющийся из отрабатываемого пласта в призабойное пространство лавы, удаляется вентиляционной струей с допустимым содержанием метана, по системе действующих горных выработок за счет общешахтной депрессии; часть метана из разрабатываемого пласта и метан, поступающий из под- и надрабатываемых пластов в выработанное пространство, отводится по дегазационному трубопроводу, смонтированному на конвейерном штреке №1382 через сбоечные скважины диаметром 250 мм каждая. Расстояние между сбоечными скважинами принимается равным 40-50 м.
Сбоечные скважины проводятся до подхода лавы и обсаживаются трубами. Скважины со стороны лавы охраняются клетками. Одновременно могут быть подключены три скважины, причем дальняя от лавы скважина должна находиться не дальше 100 м. По мере отработки лавы расстояние между скважинами и расстояние от линии забоя определяется опытным путём (внесением изменения в паспорт).
Газопровод в конвейерном штреке №1382 имеет диаметр 377 мм, газопровод в вертикальной скважине на поверхность 400 мм. Разделением воздушной струи на 2 потока при комбинированной схеме проветривания достигается максимальное использование эффекта аэродинамической изоляции призабой-ного пространства очистной выработки от выработанного, что исключает условия для образования слоевых и местных скоплений метана на сопряжении лавы с вентиляционной выработкой и в исходящей струе из очистного забоя. Кроме того, на участке применяется дегазация выработанного пространства скважинами, пробуренными с конвейерного штрека №1382.
Схема утечек и графики приведены на рис. 3.16. На рис. 3.16 а представлена топология вентиляционной сети очистного забоя, где утечки в выработанное пространство показаны сосредоточенными ветвями (пунктирные линии). Как видно, к очистному забою подается 1608 м3/мин. На сопряжении лавы с воздухоподающим штреком утечки составляют 187 м3/мин, в лаву поступает 1421 м3/мин. Данное количество воздуха сохраняется в лаве на расстоянии 150 м, после чего в выработанное пространство уходит еще 247 м3/мин. На оставшемся участке лавы наблюдаются притечки воздуха из выработанного пространства в объеме 266 м3/мин. В итоге исходящая из лавы равна 1440 м3/мин. На рис. 3.16 б показан график изменения расхода воздуха в лаве по ее длине. Как видно из рис. 3.16 а и б, максимальные утечки воздуха из лавы сосредоточены в погашаемой воздухоподающей выработке. По длине лавы утечки распределены практически равномерно. Второе максимальное значение утечек относится к сопряжению лавы с конвейерным штреком. Т.е. утечки имеют характер, аналогичный предыдущему. Кроме того, в конце лавы имеется интенсивный вынос воздуха из выработанного пространства в призабойное.
График изменения удельных утечек по длине лавы приведен на рис. 3.16 в. Как видно из графика и результатов вычислений, удельные утечки на всех участках лавы, кроме 70-150 м, попадают в интервал пожароопасных значений.
Результаты исследований в лаве 1740 шахты «Комсомолец» Выемочный участок №1740 расположен в уклонном поле №3 пласта Бреевского, на глубине 300-340 м. Лава является пятой на данном участке (ранее отработаны лавы №1727, №1728 и №1729, дорабатывается лава №1730). Границами выемочного участка являются: по падению - от конвейерного концентрационного штрека до проектируемой лавы №1741; по простиранию - от флангового путевого уклона №173 до флангового вентиляционного уклона №173.
Выемочная длина столба - 2020 м, длина лавы - 213 м. Угол падения пласта изменяется от 9 у монтажной камеры до 25 при подходе к демонтажной камере. Средняя вынимаемая мощность пласта 2,8 м. Природная газоносность пласта в контуре лавы изменяется от 4 до 11 м3/т. Промышленные запасы в лаве составляют 1930 тыс. т угля по горной массе. Способ управления кровлей - полное обрушение вслед за передвижкой секций крепи механизированного комплекса.
Выемка угля в лаве осуществляется механизированным комплексом 4М138/4, ранее эксплуатировавшимся в выемочных участках №№1729, 1730 пласта Бреевского. В состав комплекса входят: механизированная крепь 4М138/4; очистной комбайн «JOY» 4LS-20; забойный скребковый конвейер «Анжера-30»; перегружатель ПСП-308; дробилка ДУ-910; насосная станция AZE-5 (2 шт.). Направление выемки запасов производится снизу вверх (на восстание). Крепление кровли лавы осуществляется секциями крепи механизированного комплекса 4М138/4. Количество секций крепи 134 шт. Шаг установки секций - 1,5 м. Крепление сопряжения лавы с вентиляционным штреком 1740 осуществляется с помощью 2-х секций крепи 4М138/4 (№136 с выдвижным козырьком и №137). Крепление сопряжения лавы с конвейерным штреком 1740 осуществляется с помощью секции крепи 4М138/4 №135 с удлиненным козырьком.
Для проветривания выемочного участка №1740 свежий воздух подается по западному путевому, вентиляционному уклонам №173 на вентиляционный штрек №1730, концентрационный конвейерный штрек №173, через ближайшую сбойку на конвейерный штрек 1740 и к очистному забою.
Выемочный участок №1740 проветривается по комбинированной схеме с изолированным отводом метановоздушной смеси из выработанного пространства (рис. 3.17). Проветривание очистного забоя предусматривается с восходящим движением вентиляционной струи, исходящая струя из очистного забоя выдается по вентиляционному штреку №1740 через ближайшую сбойку на конвейерный штрек №1741 и далее на фланговый конвейерный и путевой уклоны №173 через вентиляционный наклонный ствол на поверхность.
