Система разработки пластов средней и малой мощности длинными столбамипо простиранию с оставлением породы в шахте

УДК 622. 22

С.И. Иванов, Н.В. Титов, В.А. Ткачев, А.А. Привалов

СИСТЕМА РАЗРАБОТКИ ПЛАСТОВ СРЕДНЕЙ И МАЛОЙ МОЩНОСТИ ДЛИННЫМИ СТОЛБАМИ ПО ПРОСТИРАНИЮ С ОСТАВЛЕНИЕМ ПОРОДЫ В ШАХТЕ

Предложен способ разработки пластов средней и малой мощности системой разработки длинными столбами по простиранию с оставлением породы в шахте. Техническим результатом является повышение надежности технологической схемы подготовки лав с оставлением породы от проведения выработок на месте ее получения, а также оформление искусственной податливости целиков, исключающих их удароопасность. Сначала проводят комплекс панельных или этажных выработок, ведут подготовку выемочного поля опережающей проходкой транспортного штрека в начале в виде угольной камеры. Затем увеличивают сечение камеры до ширины штрека за счет выемки вмещающих пород с обеих сторон выемочного поля. Далее выбуривают полости в целике ниже транспортного штрека под углом к нему, в которые затем укладывают породу от последующей подрывки вмещающих пород. Проходку камеры ведут одновременно с проходкой в угольном массиве просека, размещенного на нижней границе будущей углепородной полосы под транспортным штреком, соединяя обе выработки печами.

Ключевые слова: система разработки, оставление породы в шахте, податливые целики, разработка пластов, бурение скважин, проходка выработок.

При разработке пластов малой и средней мощности количество породы от проходки выемочных выработок (штреков, бортовых ходков) может достигать 200 т и более на 1000 т добытого угля, поэтому доля затрат по ее транспортировке, выдаче на поверхность и складированию составляют значительную долю в общей себестоимости добычи.

Кроме того, совместная с углем выдача породы на поверхность в виде горной массы, значительно удорожает стоимость обогащения.

С другой стороны, высокие нагрузки на очистные забои предполагают надеж-

DOI: 10.25018/0236-1493-2017-8-0-174-178

ное функционирование прилегающих подготовительных выработок, которое можно достигнуть только при однократном их использовании, с оставлением межъярусных (межэтажных) целиков, удовлетворительная несущая способность которых, с увеличением глубины ведения работ, может быть достигнута только за счет увеличения их размеров, а значит — за счет больших потерь угля. Следует иметь в виду также, что, как правило, на больших глубинах, пласты антрацита становятся удароопасными (шахты «Обуховская», «Дальняя» и др.), что требует проведения мероприятий по

ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. № 8. С. 174-178. © С.И. Иванов, Н.В. Титов, В.А. Ткачев, А.А. Привалов. 2017.

заданию целикам искусственной податливости.

Нами предлагается высокопроизводительный вариант системы разработки, позволяющий комплексно решить задачу оставления породы в шахте совместно с оформлением искусственной податливости межъярусных (межэтажных) целиков для исключения их ударо-опасности и с несущей способностью, обеспечивающей безремонтное состояние выемочных выработок на весь период их эксплуатации при значительном уменьшении потерь угля.

Известен вариант системы разработки длинными столбами по простиранию, при котором вся порода от проведения откаточного штрека размещается в скважинах большого диаметра, пробуренных по углю в нижней стенке выработки [3]. Недостаток данного варианта подготовки к вводу новой лавы в эксплуатацию заключается в том, что работы по закладке породы входят непосредственно в проходческий цикл, выполняемый по традиционной схеме, и оказывают негативное влияние на возможность достижения высоких скоростей проведения выработки. Указанная технология, кроме того, не предусматривает снижения усадки заложенного в скважину породного массива, что отрицательно скажется на состоянии поддерживаемых выработок.

Известен также вариант способа разработки пластов малой и средней мощности системой разработки длинными столбами по простиранию с оставлением породы в шахте, включающий подготовку выемочного поля опережающей проходкой транспортного штрека в начале в виде угольной камеры, затем увеличение сечения за счет выемки вмещающих пород, выбуривание полостей в целике ниже транспортного штрека под углом к нему, в которые затем укладывают породу от последующей подрывки вмещающих пород с обеих сторон выемочного

поля, совмещая во времени операции по проведению разрезной печи и монтажу в ней очистного оборудования.

Одним из недостатков этого варианта технологии в том, что совмещение во времени операции по проведению разрезной печи и монтажу в ней очистного оборудования не только не сокращает время ввода лавы в эксплуатацию, но увеличит его по причине скученности оборудования и взаимозависимости монтажных и нарезных работ.

Второй недостаток способа заключается в том, что сформированная таким образом углепородная полоса из-за значительной усадки не будет оказывать необходимого сопротивления опорному горному давлению, неизбежному при отработке запасов выемочного столба.

Сущность нашего предложения заключается в том, что в известном способе разработки пластов малой и средней мощности системной разработки длинными столбами по простиранию с оставлением породы в шахте, предполагается вести подготовку выемочного поля опережающей проходкой транспортного штрека в начале в виде угольной камеры, затем увеличение сечения ее до ширины штрека за счет выемки вмещающих пород с обеих сторон выемочного поля, выбуривание полостей в целике ниже транспортного штрека под углом к нему, в которые затем укладывают породу от последующей подрывки вмещающих пород; проведение камеры ведут одновременно с проходкой в угольном массиве просека, размещаемого на нижней границе будущей углепородной полосы под транспортным штреком, соединяя обе выработки печами.

Другое отличие от известных способов состоит в том, что процесс размещения породы в пробуренные скважины чередуют с подачей под давлением в закладываемый породный массив твердеющей смеси с началом схватывания,

определяемым временем полного заполнения смесью пустот в породном массиве, и набором прочности через сутки не менее 12—19 МН/м2.

Кроме того, монтаж комплекса в разрезной печи начинают после соединения последней с вентиляционным штреком, для чего в угольном массиве под транспортным штреком на одной оси с разрезной печью оставляют целик угля, ширина которого соответствует ее размерам.

Предварительная (совместно с камерой) проходка имеющего выход на транспортный штрек просека позволяет более производительно выполнить бурение скважин бурозокладочными машинами, исключить «уход» исполнительного органа последних по падению пласта, например, при использовании передового бурения скважинами малого диаметра и применении расширительных головок и, что немаловажно, резко улучшить вентиляцию работ как при проведении камеры, так и при выполнении работ по доведению ее сечения до требуемого.

Проходку камеры и просека предполагается производить нарезными комбайнами, автоматизированными или дистанционно управляемыми в комплексе с телескопическими конвейерами. Раз-буривание целиков скважинами обеспе-

чит нужную податливость, т.е. исключит их удароопасность. Оформление штреков из камеры и просека (подрывка породы) с двух встречных направлений позволит значительно сократить сроки подготовки выемочного столба.

Подача твердеющей смеси в закладываемую в скважины породу обеспечивает возможность снижения до допустимой усадки формируемой углепо-родной полосы по всей длине штрека и обеспечит его безремонтное состояние на весь период его эксплуатации.

Возможны следующие варианты задания смеси:

• отдельный инъектор, который подает вяжущую смесь в скважину после заполнения породой части ее объема, определяемой процессом полного заполнения пустот в закладываемом массиве;

• изгото вление внутренней трубы шнека бурозакладочной установки полой для подачи твердеющей смеси с возможностью подсоединения в нижней части быст-росъемной перфорированной насадки;

• внедрение инъектора в закладываемую породу с просека и транспортного штрека после заполнения определенной части скважины.

Принципиальное отличие предлагаемого способа от известного в части того,

Система разработки длинными столбами с оставлением породы в шахте: 1 — камера; 2 — просек; 3—6 — печи; 7 — скважины; 8 — твердеющая смесь; 9 — разрезная печь; 10 — целик угля

что разрезная печь имеет выход на вентиляционный штрек, позволяет снизить время монтажа комплекса (ликвидируется скученность оборудования в монтажной камере, появляется возможность использования оборудования для ведения монтажных работ, установленного в вентиляционном штреке), повысить безопасность работ (в схеме монтажа имеется четко выраженный запасный выход).

Предлагаемый вариант системы разработки представлен на рисунке.

Технологически, особенно для пластов мощностью более 1,5 м, он сопоставим

с вариантом столбовой системы разработки при подготовке лав спаренными штреками и оставлением породы в выработанном пространстве между ними. Однако принципиальным отличием предлагаемого способа является наличие в технологии закладки полостей-пространств, ограниченных стенками скважин, что позволяет разместить породу в них с достаточно высоким (до 0,7) коэффициентом заполнения и добиться прочности углепо-родной полосы, под транспортным штреком, сопоставимой с нагрузочными свойствами целика угля.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Титов Н. В. Феоктистов В. М. и др. Закладочное устройство. Патент на изобретение № 2524918 РФ, Заявл. 24.06.2013 г., опубликовано 11.06.2014 г.

2. Титов Н. В., Феоктистов В. М., Чумаков В. В. О проблемах оставления породы в шахтах / Перспективы развития Восточного Донбасса: материалы IV Международной и 62 Всероссийской научно-практической конференции. — Новочеркасск: ЮРГТУ, 2013. — С. 45—47.

3. Титов Н. В., Феоктистов В. М., Титова Т. В. Эколого-экономические проблемы выдачи шахтной породы на поверхность / Перспективы развития Восточного Донбасса: материалы 61 Всероссийской научно-практической конференции. Шахтинский институт (филиал) ЮРГТУ (НПИ). — Новочеркасск: ЮРГТУ, 2012. — С. 44—47.

4. Генте М. Возведение околоштрековых полос из гидравлических вяжущих материалов // Глюкауф. — 1966. — № 6. — С. 6—17.

5. Ланге Г., Раус Б., Гарте Р. Опыт возведения околоштрековых полос из блинденмера // Глюкауф. — 1971. — № 3. — С. 31—40.

6. Гетуев В., Каммер В. Воздействие технологии проходки и техники крепления на конвергенцию выемочных штреков // Глюкауф. — 1976. — № 15. — С. 15—23.

7. Титов Н. В., Розембаум М. А., Привалов А. А. Геомеханическое взаимодействие угольных целиков с системой «Выработка-вмещающая порода». Монография. ШИ ЮРГТУ. — Ростов-на-Дону, 2006. — С. 92.

8. Васильев В. В., Левченко В. И. Технология физико-химического упрочнения горных пород. — М.: Недра, 1991. — С. 267.

9. Страданченко С. Г., Прокопов А. Ю., Титов Н. В., Феоктистов В. М., Добряков Е. В., Чумаков В. В. Патент на изобретение № 2445460.

10. Дубровский Е. М. Организация породного хозяйства угольных шахт. — М.: Недра, 1979. — С. 35—37.

11. Описание изобретения к патенту РФ № 2287687 по кл. Е21С41/18; опубликовано 20.11.2006, бюл. № 32.

12. Братченко Б. Ф. Комплексная механизация и автоматизация очистных работ в угольных шахтах. — М.: Недра, 1977. — С. 172—184.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Иванов Сергей Иванович1 — аспирант, e-mail: s_i_ivanov@mail.ru, Титов Николай Викторович1 — доктор технических наук, профессор, Ткачев Валерий Александрович1 — доктор технических наук, профессор, Привалов Александр Алексеевич1 — доктор технических наук, профессор, 1 Шахтинский институт (филиал) Южно-Российского государственного политехнического университета (НПИ) имени М.И. Платова.

ISSN 0236-1493. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2017. No. 8, pp. 174-178.

UDC 622. 22

S.I. Ivanov, N.V. Titov, V.A. Tkachev, A.A. Privalov

MINING SYSTEMS FOR MEDIUM-THICK AND THIN BEDS BY LONGWALLING ALONG THE STRIKE WITH BROKEN ROCK LEFT IN ROADWAYS

The method of reservoir medium and low power the development system long poles along strike, leaving the rocks in the mine. The technical result is to increase the reliability of the technological scheme of the preparation of the Lav, leaving samples from the excavations at the place of receipt, as well as the design of artificial pillars give excluding their rock burst hazard. When designing seams of medium and low power the development system long poles along strike, leaving the rocks in the mine first carried out a complex of panel or floor of the workings, conduct preparation of the extraction field ahead of the sinking of the transport tunnel beginning in form of coal chamber. Then increase the cross section of the chamber to the width of the roadway by excavation containing rocks from both sides of the extraction field. Then drilled out a cavity in the pillar below the transport passage at an angle thereto, in which then placed the breed from further Podravka host rocks. Driving cameras are simultaneously with the excavation of coal in the array line is placed at the lower border of a future coal strip under the transport tunnel connecting the two production furnaces.

Key words: system development, leaving the rocks in the mine, pliable pillars, development of reservoirs, drilling of wells, excavation of mine workings.

DOI: 10.25018/0236-1493-2017-8-0-174-178

AUTHORS

Ivanov S.I.1, Graduate Student, e-mail: s_i_ivanov@mail.ru, Titov N.V.1, Doctor of Technical Sciences, Professor, Tkachev V.A.1, Doctor of Technical Sciences, Professor, Privalov A.A.1, Doctor of Technical Sciences, Professor, 1 Shakhty Institute (branch) of Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI), 346500, Shakhty, Russia.

REFERENCES

1. Titov N. V. Feoktistov V. M. Patent RU 2524918, 11.06.2014.

2. Titov N. V., Feoktistov V. M., Chumakov V. V. Perspektivy razvitiya Vostochnogo Donbassa: mate-rialy IV Mezhdunarodnoy i 62 Vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferentsii (Development Prospects for the Eastern Donbass: Proceedings of International and 62nd All-Russian Conference), Novocherkassk, YuRGTU, 2013, pp. 45-47.

3. Titov N. V., Feoktistov V. M., Titova T. V. Perspektivy razvitiya Vostochnogo Donbassa: materialy 61 Vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferentsii (Development Prospects for the Eastern Donbass: Proceedings of the 61st All-Russian Conference), Novocherkassk, YuRGTU, 2012, pp. 44-47.

4. Gente M. Glyukauf. 1966, no 6, pp. 6-17.

5. Lange G., Raus B., Garte R. Glyukauf. 1971, no 3, pp. 31-40.

6. Getuev V., Kammer V. Glyukauf. 1976, no 15, pp. 15-23.

7. Titov N. V., Rozembaum M. A., Privalov A. A. Geomekhanicheskoe vzaimodeystvie ugol'nykh tselik-ov s sistemoy «Vyrabotka-vmeshchayushchaya poroda». Monografiya (Geomechanical interaction between coal pillars and longwall-enclosing rocks system. Monograph), Rostov-na-Donu, 2006, pp. 92.

8. Vasil'ev V. V., Levchenko V. I. Tekhnologiya fiziko-khimicheskogo uprochneniya gornykh porod (Technology of physicochemical strengthening of rocks), Moscow, Nedra, 1991, pp. 267.

9. Stradanchenko S. G., Prokopov A. Yu., Titov N. V., Feoktistov V. M., Dobryakov E. V., Chumakov V. V. Patent RU 2445460.

10. Dubrovskiy E. M. Organizatsiya porodnogo khozyaystva ugol'nykh shakht (Waste rock management in coal mines), Moscow, Nedra, 1979, pp. 35-37.

11. Patent RU 2287687. Description of the invention, 20.11.2006.

12. Bratchenko B. F. Kompleksnaya mekhanizatsiya i avtomatizatsiya ochistnykh rabot v ugol'nykh shakhtakh (Integrated mechanization and automation of coal-face work), Moscow, Nedra, 1977, pp. 172-184.