Совершенствование слоевой отработки мощных угольных пластов

УДК 622.275:622.831

В.Н.Корнилков, А.М.Вандышев

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СЛОЕВОЙ ОТРАБОТКИ МОЩНЫХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ

Мощные пласты угля на шахтах России и за рубежом разрабатываются различными системами, что обусловлено многообразием горно-геологических условий их залегания. Разработка мощных пластов более сложна, чем пластов средней мощности, и связана с высокими эксплуатационными потерями угля, возможностью возникновения эндогенных пожаров, необходимостью обеспечения определенной последовательности ведения горных работ в слоях и устойчивости пород кровли при отработке нижних слоев.

Многообразие горно-геологических условий залегания мощных пластов явилось причиной различных технических решений по их разработке, которые, как показывает анализ, не всегда являются бесспорными и требуют дальнейшего совершенствования. Особенно это касается мощных пластов с самовозгорающимися углями. При переходе горных работ на большие глубины недостатки, присущие применяемым в практике вариантам подготовки и отработки мощных пластов, усугубляются, что не позволяет достичь высоких технико-экономических показателей, несмотря на применение новой высокопроизводительной техники.

Однако ситуация, создавшаяся в последние годы в угольной отрасли России, требует проведения исследований и внедрения рекомендаций по совершенствованию технологии разработки угольных пластов. Необходимо повысить ее надежность, безопасность и обеспечить возможность использования высокопроизводительных механизированных комплексов (КМ 138, КМК 700/800. КМ 142, КМ 145 и др.), позволяющих обеспечить суточную нагрузку на очистной забой 2,5-5,0 тыс.т.

На основании анализа отечественного и зарубежного опыта отработки мощных пологих и наклонных пластов самовозгорающегося угля в данной статье рассматриваются варианты подготовки н отработки мощных пластов, которые позволяют обеспечить выполнение отмеченных требований.

С х е м а 1. Полная полевая подготовка выемочного поля (панели) с одновременной выемкой двух слоев в ярусе. В данной схеме предусматривается одновременная отработка двух слоев (рис.1,а). При этом варианте не требуется проводить и поддерживать слоевые штреки по всей длине выемочного столба, что весьма существенно при слабых вмещающих пласт породах.

Рис.1. Схемы полной полевой подготовки панели с одновременной (а) и разновременной (б) выемкой слоев в ярусе: 1 - полевой откаточный штрек. 2 - полевой вентиляционный штрек; 3 - полевой бремсберг, 4 - рельсовый ходок бремсберга; 5 - ярусные слоевые ипрски первого слоя; 6 - ярусные слоевые плреки второго слоя; 7 - полевые ярусные штреки,

8 - участковые квершлаги 36

Н^стоянис между смежными лавами рекомендуется сохранять в пределах 25-60 м. При его крашении до 25 м и менее начинает существенно сказываться влияние очистных работ в вкнем слое на верхний.

Схема предусматривает проведение откаточного 1, вентиляционного 2. ярусных штреков 7 и ^гемсберга 3 с ходком 4 полевыми Пласт с полевых выработок вскрывается участковыми | квершлагами 8.

Увеличение этого расстояния (более 60 м) приведет к значительному ухудшению состояния Ёсэгсвых штреков между очистными забоями, повысит эндогенную пожароопасность.

Достоинствами рассматриваемой схемы являются: простота планирования горных работ, сгможность обеспечения высокой концентрации горных работ и нагрузки на выемочное поле, а кпкже изоляция отдельных участков в случае пожара

Возвратноточная схема проветривания очистных забоев, являющаяся основным недостатком г лгнной схемы при разработке сильногазоносных пластов, ограничивает технические возможности ^оборудования нового технического урооия. При газообильности менее 10 м3/т может быть Б постигнута нагрузка на очистной забои до 2,0-2,5 тыс.т/сут.

Наилучшие результаты могут быть получены при отработке пластов мощностью 5,5-7 м с чтлами падения до 35° с разделением пласта на два наклонных слоя.

С х е м а 2. Полная полевая подготовка выемочного поля (панели) с разновременной выемкой I с юев в ярусе (рис. 1. б).

Предусматривается проведение тон же сети горных выработок, что и при схеме 1 (см. рис. 1.а) I Главное отличие заключается в том. что очистные забои в слоях выемочного поля ведутся практически независимо друг от друга, расстояние между ними жестко не регламентируется Минимально допустимое опережение во времени при разработке смежных слоев зависит в основном от времени стабилизации активных сдвижений горных пород при отработке вышележащего слоя и активности углей к самовозгоранию. При наличии в кровле пород, склонных к слеживанию, минимальный разрыв между отработкой смежных слоев составляет 5-6 нес (1].

Схема 2 предусматривает отработку столбов в шахматном порядке. Это позволяет вести подготовительные работы в новом столбе независимо от работ в отрабатываемом столбе.

Данный вариант подготовки выемечных полей следует принимать на умеренных глубинах из-за концентрации опорного давлении на пропущенных столбах. Как показали результаты, исследований на шахтах Средней Азии и Челябинского бассейна, осложнения, и особенно с поддержанием подготовительных выработок , возникают на глубине разработки больше 300 м при выемке первых слоев и 450 м - при выемке последующих.

Рис.2. Схема подготовки и отработки мощного пласта с использованием групповых слоевых штреков

С х с м а 3. Полная полевая подготовка мощного пласта и использование групповых слоевых штреков (рис.2). Предусматривается одновременная отработка слоев в выемочном столбе. Дтя обслуживания двух слоев проводятся по одному общему конвейерному и вентиляционному штреку. Это позволяет сократить объемы проведения слоевых выработок и затраты на их поддержание. Слоевые выработки проводятся сечением 15-20 м и располагаются примерно

посередине пласта. Для обеспечения устойчивости этих выработок при отработке первого слоя позади лавы выкладываются костры или пробиваются органные ряды. Для предотвращения самовозгорания угля и обеспечения слеживаемости обрушенных пород необходимо производить подачу пульпы или воды в выработанное пространство.

Расстояние между отрабатываемыми смежными слоями должно быть не более 1оп ~ У* * Гикху где Уса - скорость подвигания очистного забоя, м/мес; тинк - инкубационный период, мес.

Схема 3 рекомендуется при разработке пластов мощностью 5,5-6,5 м наклонными слоями.

По схеме 3 в экспериментальном порядке отработаны лавы 11 и 21 на шахте №8 Шурабского месторождения (Таджикистан) и был получен удовлетворительный результат.

С х е м а 4. Полная полевая подготовка выемочного поля (панели) с поочередной отработкой слоев (рис.3.а). Предусматривается проведение полевых откаточного и вентиляционного штреков I. 2. ярусных полевых штреков 7 и полевого бремсберга с ходком 3, 4, промежуточных квершлагов 8, слоевых штреков 5,6 и отработка одной лавы в выемочном столбе. В пределах панели отработка слоев осуществляется поочередно.

Схема 4 предусматривает последовательную отработку выемочных столбов. Подготовка очередного яруса и даже его совместная отработка с вышележащим становится возможной путем проведения вентиляционного полевого бремсберга 9. На выбор минимального разрыва во времени между отработкой одного и подготовкой другого (смежного) столбов при проведении слоевых выработок на границе г обрушенными породами оказывают основное влияние те же факторы, что и на выбор опережения между слоями. Рекомендуемый разрыв во времени между отработкой смежных столбов при выемке первого слоя составляет не менее 5-6 мес.. а при выемке нижних слоев - 6-7 мес. (1).

Схема 4 рекомендуется при отработке высокогазоносных пластов угля мощностью до 10-15 м и при любой слеживаемости обрушенных пород кровли. При плохослеживающихся породах следует осуществлять площадное заиливание или обработку их водой [2].

Схема 5. Полная полевая подготовка панели с восходящим порядком отработки в ней ярусов (рис.3,6). Наибольшую аналогию по развитию горных работ имеет со схемой 2. Главное отличие между ними заключается в направлении отработки ярусов. Схемой 5 предусматривается последовательная отработка ярусов в восходящем порядке. Восходящий порядок отработки ярусов имеет ряд преимуществ: обеспечивается высокая надежность проветривания, утечки воздуха в пределах участка практически отсутствуют, в значительно»'« мере снижается пожароопасность. В случае необходимости профилактической обработки обрушенных пород водой или глинистой пульпой повышается качество этих работ и исключаются осложнения из-за

Рис.3. Схемы полной полевой подготовки панели с поочередной отработкой ярусов в нисходящем (а) и восходящем (б):

1 - полевой откаточный штрек, 2 - полевой вешиляционный ипрек, 3,4 - полевой Зремсберг с ходком . 5 — ярусные слоевые нпреки; 6 - ярусные полевые ипреки; 7 - промежуточные квершлаги.

при отработке смежных столбов. Данную схему следует считать перспективной и ювать не только для отработки уклонных, но и бремсберговых панелей, полевая подготовка мощных пластов при отработке их наклонными слоями имеет ряд [ущсств перед другими способами подготовки, а именно:

- малые затраты (или их отсутствие) на поддержание полевых выработок, расположенных в 1ивых породах почвы пласта;

- незначительная длина, а следовательно малый срок службы, и затраты на поддержание 1ых штреков:

- снижение эндогенной пожароопасности за счет уменьшения потерь угля, утечек воздуха в иом пространстве;

- простота изоляции выемочных участков в случае возникновения эндогенного пожара и {ветвления мер по его активному тушению.

Схемы полной полевой подготовки мощных пластов с самовозгорающимися углями пока не »дят широкого применения Однако имеющийся опыт отработки мощных пологих и донных пластов самовозгорающегося угля на шахтах Челябинского бассейна и месторождений Средней Азии (1,3] подтверждает перспективность перехода на полную полевую подготовку.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

/ Бесцеликовая отработка мощных пологих и наклонных пластов / Корнилков В.Н.. Вандышев A.M.. Токаев B.B. и др.-М.: Недра. 1988. - 171 с.

2 Кузьминский СЛ.. Лелеко А.II., Нугаев В.К. Образование искусственной кровли из обрушенных пород три слоевой разработке мощных пластов // Уголь. - 1973. - N 11. - С. 14-16.

3 Корнилков В.И.. Сытников H.H. Отработка мощных самовозгорающихся пластов угля брз оставления вежстолбовых целиков на шахте "Корккнская" // Технология подземной разработки месторождений: Межвуз.науч.темат.сб. /СГИ. - Свердловск. 1988. - С. 3-13.

УДК 622.333

В.Н.Корнилков, Н.В.Неволин, В.В.Ветошкнн 200 ЛЕТ РАБОТЫ КИЗЕЛОВСКОГО БАССЕЙНА

Кизеловский угольный бассейн расположен на западном склоне Среднего Урала в пределах Пермской области и приурочен к узкой полосе распространения нижнего карбона. Промышленная часть бассейна (Кизеловский, Губахинский, Гремячинский и Чусовской районы) ограничивается на севере рекой Яйвой, на юге - рекой Чусовой, на востоке - выходом девонских и более древних отложений, на западе - глубиной залегания пластов (отметка - 900 м). Длина бассейна в указанных границах составляет около 150 км при ширине 15-20 км.

Открытие запасов каменного угля на западном склоне Урала относится к концу XVIII века. Впервые залежь каменного угля была обнаружена в 1783 году при постройке плотины Кизеловского металлургического завода. В 1786 году угольные пласты были обнаружены при горных работах в районе этого завода крепостными крестьянами Моисеем Юговым, Екимом Меркушевым и Данилой Иванцовым. О своей находке они заявили в местное горное управление. Пермскую казенную палату и императору Павлу I [2].

После небольших разведок в 1797 году на берегу Кизеловского пруда была заложена штольня "Запрудная" и ряд мелких шахт, положивших начало разработки запасов каменного угля в Кизеловском бассейне. В последующие годы были открыты Владимирское, Луньсвскос, Губахннское, Усьвинскос и другие месторождения угля.

Однако, несмотря на открытие большого количества месторождений, добыча угля в бассейне практически не развивалась. Уголь добывался в основном для удовлетворения местных