Способы бесцеликовой охраны выработок

Охрана выемочных пластовых выработок целиками угля допускается как исключение преимущественно при отработке одиночных непожароопасных пластов, не подверженных динамическим явлениям.

Как уже отмечалось, вскрывающие выработки (выдачные стволы) обычно размещают в лежачем боку, вне зоны сдвиже-ния пород с целью избежать потерь руды в охранных целиках. В висячем боку стволы проходят редко, только в случае неблагоприятных условий для проведения их в лежачем боку (рельеф местности, обводненные породы лежачего бока и пр.). Непосредственно! над рудным телом стволы располагают только при разработке пологих залежей большой площади, так как охранный целик при пологой залежи имеет существенно меньшие размеры, чем при крутой.

По отношению к простиранию рудного тела возможно различное расположение стволов. В принципе, при центральном расположении выдачного ствола сокращается длина транспортирования руды, но увеличивается общее количество стволов (в любых условиях необходимо два фланговых вентиляционных ствола). Выбор между расположением выдачного ствола в центре или на фланге месторождения осуществляется путем экономического сравнения вариантов по формуле:

 

где Ен – нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений, 1/год; t – срок службы рудника, лет; К – стоимость вспомогательных и вентиляционных стволов и квершлагов к ним, проводимых при строительстве рудника, руб. ; К' – те же, на весь рудник, руб. ; С – сравнительные эксплуатационные расходы на подземный транспорт, руб. ; Уп – ущерб от потерь руды в охранных целиках стволов, руб.

При центральном расположении ствола его располагают не по середине длины шахтного поля, а в том месте, которое соответствует минимуму затрат на подземный транспорт руды.

 

 

Эффективная работа очистного забоя возможна при обеспечении нормальных условий эксплуатации горных выработок, т. е. когда сохраняются размеры их поперечного сечения и крепь находится в исправном состоянии, что достигается путем их систематического поддержания (ремонта).

На условия поддержания влияет большое число факторов: природных (мощность и угол падения пласта, устойчивость вмещающих пород и др.) и производственных (длина и тип выработки, размер и форма сечения, материал крепи, близость очистных работ, способ охраны, глубина ведения горных работ и др.).

Воздействуя на производственные факторы, теоретически можно обеспечить так называемое безремонтное поддержание горных выработок, при котором отсутствует замена крепи, выпуск породы и т. д. Однако текущий мелкий ремонт (поддирка почвы, замена затяжек и отдельных элементов крепи и др.) не исключается.

Безремонтное поддержание выработок можно обеспечить:

соответствующим расположением горных выработок в толще пород и пласта, которое исключает влияние временного и стационарного опорного давления;

проведением выработок с длительным сроком службы полевыми;

проведением выработок с завышенной площадью поперечного сечения с тем, чтобы после деформаций оно было в пределах нормы по условиям эксплуатации;

установкой податливой крепи, при которой общее опускание пород кровли не должно превышать предела технологической податливости постоянной крепи (700 мм для пятизвенных ме таллических арок) ;

определением размеров выемочных полей с учетом физико-механических свойств пород, темпов проведения выработок и подвнгания очистных забоев, допустимой податливости крепи.

Реализация указанных мероприятий возможна, естественно, только на вновь проводимых выработках. Ранее проведенные выработки приходится поддерживать в реально сложившейся обстановке. При этом около 85% выработок от общей их протяженности имеют условия поддержания, неодинаковые по длине и изменяются во времени по мере перемещения очистного забоя (пластовые и полевые штреки, конвейерные бремсберги и ходки при отработке выемочных столбов по падению или восстанию).

По характеру проявления горного давления штрек по длине можно разделить на три зоны, которые особенно четко выделяются при сплошной системе разработки, а также при бесце-ликовой технологии отработки пластов при столбовой системе, когда выемочная выработка сохраняется в выработанном пространстве для повторного использования (рис. 8. 21, а, в) или проводится вприсечку к выработанному пространству (рис. 8. 21, 6).

Первая зона (первоначального напряженного состояния горных пород) располагается на 15-20 м впереди очистного забоя и распространяется до забоя штрека. Поскольку на этом участке штрек располагается в массиве угля, то крепь не испытывает усиленного горного давления и не подвергается существенным деформациям.

Вторая зона (активного горного давления) начинается от первой зоны и условно заканчивается на расстоянии 100-150 м позади забоя лавы. Здесь происходит массовое обрушение и опускание пород кровли в выработанном пространстве, и, следовательно, наибольшая деформация крепи.

 

Рис. 4. Характер проявления горного давления в выработках, охраняемых без целиков, по их длине: а – при охране искусственными ограждениями для повторного использования выработок; б – в выработках, проводимых вприсечку к выработанному пространству; в – в выработках, оформляемых за лавой в выработанном пространстве.

 

Третья зона (установившегося горного давления) охватывает остальную часть штрека от второй зоны до наклонной выработки. На этом участке опускания пород кровли постепенно затухают, бутовая полоса успевает уплотниться, и крепь штрека испытывает более или менее установившееся по величине горное давление.

Для выбора рационального способа крепления с более полным учетом горно-геологических и горнотехнических факторов всю площадь сопряжения лавы со штреками условно разделяют на пять зон, каждая из которых характеризуется своими закономерностями. Так, зоны 1', 1 – участки откаточного и вентиляционного штреков впереди очистного забоя, на которых возникают опасные деформации крепи под воздействием опорного давления. Длина участков до 10 м, здесь необходимо усиление крепи штрека.

Зоны 2', 2 – участки штреков в створе поддерживаемой части очистного забоя; характеризуются повышенными нагрузками и уменьшением несущей способности крепи штрека. Требуется специальная крепь. Здесь постоянная крепь полностью исключается из работы и заменяется временной крепью сопряжения, два из возможных вариантов которой представлены на рис. 6. В этот период нарушается целостность находящихся под нагрузкой металлических арок; перемонтаж стоек со стороны лавы, как правило, сопровождается снижением несущей способности постоянной крепи.

Зоны 3', 3 – участки лавы и ниш, примыкающие к штрекам; характеризуются повышенной трещиноватостью пород кровли и их неустойчивостью.

 

Рис. 5 Характерные зоны на сопряжении лавы с прилегающими штреками (по П. И. Сергейчуку и В. В. Чельцову): 1-5 и 1'-5' – номера зон соответственно на вентиляционном и откаточном штреках

 

Рис. 6. Паспорта крепления верхнего (а) и нижнего (б) сопряжения лавы со штреком: 1 – секции с удлиненным козырьком; 2 – крепь из рельсов; 3 – металлические или деревянные стойки; 4 – деревянный прогон; 5 – секция крепи сопряжения.

 

Зоны 4', 4 – участки штреков за лавой, характеризуются активным смещением пород кровли, имеют длину – 50-140 м, в зависимости от типа кровли. В этом случае требуется установка ограждающей крепи, препятствующей вывалу породы в штреки со стороны выработанного пространства, а также необходимо усиление крепи штреков.

Зоны 5', 5 – участки штреков за лавой; характеризуются стабилизацией горного давления и смещений пород кровли.

Допускается снятие усиливающей крепи. Целесообразен ремонт крепи штреков.

Способы охраны пластовых штреков зависят как от природных, так и от производственных факторов. При этом необходимо учитывать, что бутовая полоса, целики и краевая часть массива деформируются под воздействием опорного давления в различной степени. Бутовые полосы деформируются значительно интенсивнее, чем массив или целик (величина их деформации достигает 50% вынимаемой мощности пласта). В результате крепь деформируется неравномерно. Поэтому охрана штреков с возведением односторонних бутовых полос допускается только при разработке тонких пластов.

Охрана выработок целиками может применяться при разработке пластов тонких и средней мощности при глубине ведения горных работ до 400-500 м. При больших глубинах резко возрастают размеры целиков и потери угля. В этих условиях рекомендуется проводить выработки вприсечку к выработанному пространству, т. е. в зоне разгрузки, что позволяет уменьшить смещение почвы и кровли в 5-8 раз. Однако проведение выработок по контакту с обрушенными породами может быть рекомендовано на пологих пластах мощностью более 1, 8 м при любой устойчивости пород кровли и почвы. Применение его затруднено лишь на пластах с волнистой почвой и большим притоком воды из выработанного пространства при отработке лав по простиранию, а выемочных полей – в нисходящем порядке. При этом общий объем проводимых подготовительных выработок не уменьшается, поэтому их рационально применять только в том случае, когда подготовка и отработка выемочных полей с проведением в целике или сохранением подготовительных выработок позади отрабатываемой лавы дает худшие результаты.

В последние годы нашла широкое применение бесцеликовая разработка пластов, одной из особенностей которой является необходимость сохранения выработки за очистным забоем, при этом возникают две трудности: обеспечение устойчивости одинарных выработок и борьба с пучением почвы. Обеспечение устойчивости выемочных штреков и бремсбергов на весь период эксплуатации возможно прежде всего за счет повышения сопротивления постоянной и временной усиливающих крепей, поддерживания выработок без нарушения целостности крепи на сопряжении с лавой и ограждения пучения почвы до технологически допустимых пределов.

Усиливающие крепи – железобетонные тумбы, гидравлические металлические и клиновые стойки, которые устанавливают по длине выработки между арками крепи в зоне временного опорного давления в 20-50 м впереди очистного забоя и снимают в 50-80 м позади него. Сохранение ранее проведенных выработок целесообразно на тонких и средней мощности пологих пластах с легкоуправляемой кровлей средней устойчивости и почвой, не склонной к пучению, если не проводятся специальные мероприятия, предотвращающие это явление, а также в тех случаях, когда временное опорное давление не вызывает больших затрат по поддержанию сохраняемой выработки.

На пластах с труднообрушаемой кровлей, способной к зависанию на больших площадях, с длиной нависающей консоли более 10 м схемы с проведением или сохранением ранее проведенных выработок позади очистного забоя применять не рекомендуют.