Технологические схемы и параметры пакетированной закладки выработанных пространств в длинных очистных забоях

ча полезного ископаемого может быть начата в течение года или даже в более короткий срок с начала работ.

Создание акционерных обществ по добыче различных полезных ископаемых способом скважинной гидродобычи, при использовании собственной буровой техники и специалистов, с привлечением отечественных и зарубежных инвесторов способствовало бы увеличению добычи многих полезных ископаемых, горно-геологические условия которых нахождения которых благоприятны для этой технологии.

Не маловажные перспективы в применение СГД, в связи со сложным положением в геологоразведке, это отработка забалансовых руд и руд залегающих в целиках, отрабатывать которые известными горными способами экономически невыгодно. Здесь технология СГД несмотря на свою недостаточную опытно-эксперементальную базу становится единственным доступным способом отработки

A. Kapylov, O. Konovalov, V. Salnikov

Summary analysis of current state well geo-technology

In article the considered basic scopes a hydro-technology chink currently, prospects of this area of geo-technology and its problem.

Key words: well geotechnology, well hydromining.

Получено 17.03.2010

УДК 622.016.62

В.И. Сарычев, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-20-41, g-sps@mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ),

А.Е. Харламов, ассистент,

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ И ПАРАМЕТРЫ ПАКЕТИРОВАННОЙ ЗАКЛАДКИ ВЫРАБОТАННЫХ ПРОСТРАНСТВ В ДЛИННЫХ ОЧИСТНЫХ ЗАБОЯХ

Предложены технологии ведения очистных работ в длинных комплексномеханизированных забоях с пакетированной закладкой выработанных пространств, рассмотрены способы возведения закладочного массива; приведены варианты транспортирования закладочных материалов; дано обоснование параметров пакетированной закладки.

Ключевые слова: комплексно-механизированный очистной забой, пакетированная закладка выработанного пространства, параметры закладки.

Одним из эффективных способов управления горным давлением при ведении очистных работ является закладка выработанных пространств, которая, с одной стороны, способствует снижению проявлений

194

горного давления в очистных забоях (в частности, устранению вторичных осадок основной кровли), а с другой стороны, обеспечивает устойчивость горных выработок (выемочных штреков) и предотвращает нерегламенти-рованную подработку земной поверхности, инженерных сооружений и естественных объектов. Кроме того, при ведении очистных работ с закладкой выработанных пространств решается проблема безотходного, экологически безопасного производства, связанного с использованием пустых пород в качестве закладочного материала. Применение закладки обусловливает также снижение потерь угля в недрах, что характеризует данный способ управления кровлей как пожаробезопасный.

горного давления в очистных забоях (в частности, устранению вторичных осадок основной кровли), а с другой стороны, обеспечивает устойчивость горных выработок (выемочных штреков) и предотвращает нерегламенти-рованную подработку земной поверхности, инженерных сооружений и естественных объектов. Кроме того, при ведении очистных работ с закладкой выработанных пространств решается проблема безотходного, экологически безопасного производства, связанного с использованием пустых пород в качестве закладочного материала. Применение закладки обусловливает также снижение потерь угля в недрах, что характеризует данный способ управления кровлей как пожаробезопасный.

В настоящее время в рамках полной или частичной закладки выработанных пространств известны различные технологии формирования закладочных массивов в закрепном пространстве при использовании современных механизированных комплексов, наибольшее распространение из которых получили пневматический, гидравлический и взрывной способ [1-3]. Каждый из этих способов имеет свои достоинства. Однако такие недостатки, как ограниченная область применения, значительное пылеобра-зование или повышенное увлажнение воздушной среды, износ трубопроводов, высокие требования к закладочному материалу и т.д., не позволяют обеспечить эффективность закладки выработанных пространств угольных шахт. Важной проблемой является также невозможность совмещения работ по возведению закладочного массива с выемкой угля, что приводит к снижению нагрузки на очистной забой.

В максимальной степени данные недостатки могут быть устранены на основе применения технологий пакетированной закладки за механизированными крепями, оснащенной консольными козырьками со стороны выработанного пространства. Для доставки пакетов с закладочным материалом предлагается использовать подвесные монорельсовые или монока-натные дороги [4]. Базовыми являются столбовые и сплошные системы разработки с комплексно-механизированными лавами, оборудованными крепями поддерживающего или поддерживающе-оградительного типа. Применение закладочных работ ориентировано на угольные пласты с труднообрушающимися кровлями или с кровлями, представленными неустойчивыми породами.

На рис. 1 представлены две принципиальные схемы ведения очистных работ с пакетированной закладкой выработанного пространства, отличающиеся способом доставки закладочного материала. Схемы разработаны из условия полной закладки.

Первый вариант (см. рис. 1,а) основан на применении моноканатной доставки закладочного материала, второй (см. рис. 1. б) - на монорельсовой доставке. Технология возведения закладочного массива осуществляется следующим образом. После выемки угля и подвигания забоя на установленную технологическую величину по монорельсовым или

моноканатным дорогам, подвешенным на задних консолях-козырьках крепи, подается закладочный материал в виде пакетов, которые устанавливаются по площади выработанного пространства в систематическом порядке (всплошную, в шахматном порядке, полосами перпендикулярно или параллельно забою). Доставка пакетов осуществляется со стороны вентиляционного штрека, который в зависимости от проектного задания либо погашается, либо сохраняется (как представлено на рис. 1) для повторного использования. При односторонней схеме работы возведение закладочных пакетов осуществляется после передвижки крепи в процессе холостого перегона комбайна к вентиляционному штреку; при челноковой - установка пакетов производится с опережением движения комбайна также в сторону вентиляционного штрека. а

б

_и 1 1111II тгтт П.|.]| 1 1 1 1 1717 1.1II1 ц_ наши. 1

1 — И № І т

г . 1**

1

Г / ч-Д -

Рис. 1. Схемы ведения очистных работ с пакетированной закладкой: а - с использованием моноканатной доставки; б - с использованием

монорельсового транспорта:

1 - секции механизированной крепи; 2 - угольный пласт; 3 - очистной комбайн; 4 - ленточный конвейер; 5 - пакетированный закладочный материал; 6 - моноканатный транспорт; 7 - погашаемая горная выработка (полное обрушение); 8 - крепь сопряжения;

9 - монорельсовый транспорт

Важнейшим компонентом, от которого зависит эффективность закладочных работ является доставка материала к очистному забою. Известно, что доставка таких пакетов, как вспомогательных грузов, к очистным забоям при традиционных схемах транспорта [5] занимает около 50 % трудовых затрат, относящихся к погрузочно-разгрузочным работам: на поверхности - на пути от места формирования до материального склада шахты; в шахте - от ствола к забою, причем в подземных условиях перегрузка,

разгрузка в конечном пункте и доставка к призабойной зоне зачастую производятся поштучно вручную. Одним из основных направлений, способствующим уменьшению количества перегрузок и механизации неизбежных пунктов перегрузки, является создание систем и средств пакетноконтейнерного транспорта.

Комплекс пакетно-контейнерной доставки, предусматривающий механизацию погрузочно-разгрузочных и транспортно-такелажных работ, служит для погрузки материалов и изделий или формирования их в пакеты на пункте изготовления, доставки в шахту, спуска и транспортирования в очистной забой. Система пакетно-контейнерного транспорта предусматривает приведение транспортных грузов к виду, облегчающему погрузочноразгрузочные операции, т. е. позволяющему заменить поштучную ручную перегрузку вспомогательных грузов (особенно материалов) механизированной перегрузкой укрупненных единиц (пакетов и контейнеров).

Одним из важных условий прогнозирования поведения подрабатываемых массивов является корректная оценка характеристик кровли угольного пласта. Анализ литературных источников и нормативно-справочной документации показал, что в наибольшей степени требованиям адекватного выбора механизированных крепей очистных забоев отвечает классификация кровель по степени трудности управления, разработанная в ННЦ ГП-ИГД им. А.А. Скочинского [6]. Методика определения класса кровли состоит в дифференцированной оценке параметров непосредственной и основной кровель с последующим интегральным сочетанием их критериев.

В связи с этим для определения типа кровли на основе предлагаемого метода производится анализ изменчивости таких количественных переменных, как мощность, объемный вес, пределы прочности на растяжение и сжатие, интенсивность слоистости и трещиноватости пород основной и непосредственной кровли. При использовании дополнительных уравнений определяется шаг обрушения кровли (отнесение кровли к классу по обрушаемости), а также шаг, стадийность и интенсивность вторичных осадок основной кровли.

Условие взаимодействия основной кровли, представленной трудно-обрушающимися или средней обрушаемости породами, непосредственной кровли, представленной легкообрушающимися породами, и механизированной крепи определяется первым критерием. Оно проявляется во влиянии обрушений основной кровли на механизированную крепь в призабойном пространстве. Влияющими факторами в данном случае являются: -

мощность легкообрушающейся непосредственной кровли, м; т{ - мощность пласта, м; - коэффициент разрыхления пород непосредственной

кровли при мощности пласта т{; И'т - предельный прогиб нижних слоев

активной основной кровли до потери ими устойчивости в призабойном пространстве, м.

Графическая интерпретация оценки класса кровли по первому критерию представлена на рис. 2. Кривая 2 характеризует верхнее граничное условие минимально необходимой мощности легкообрушающихся пород непосредственной кровли на пластах различной мощности для предотвращения резких осадок основной кровли.

Для характеристики непосредственной кровли рассмотрены интенсивность трещиноватости и слоистости и устойчивость пород.

К неустойчивым относятся кровли, представленные породами типа углистых аргиллитов, аргиллитов, расслаивающихся алевролитов и глинистых сланцев с интенсивностью слоистости Жсл = 5.. .15 и трещиноватости ^тр = 3.5, пределом прочности на сжатие не ниже 20.30 МПа, шагом периодического обрушения менее 2 м и допустимой площадью обнажений до 10 м . Этот критерий используется Гипроуглемашем для определения области применения механизированных крепей.

Область с одинарной штриховкой является зоной отсутствия резких осадок и активных сдвижений основной кровли и отображает первый критерий, который характеризуется следующим выражением:

К,>

Рис. 2. Графики для оценки класса кровли по первому критерию

Если основная кровля представлена трудно- и весьма труднообру-шающимися породами значительной мощности, создающими большие концентрации напряжений в непосредственной кровле, то наиболее рациональное условие взаимодействия основной и непосредственной кровель и механизированной крепи по первоначальному критерию определяется по выражению:

К/т ^ К

где К = 1,25 - коэффициент концентрации напряжений.

При рассматриваемом строении пород шаг обрушения основной кровли в режиме установившегося движения является основным параметром, определяющим условия взаимодействия непосредственной, основной кровель и крепи.

Для обеспечения безопасного и эффективного ведения закладочных работ необходимо, чтобы закладочный материал образовывал плотный закладочный массив, дающий наименьшую допустимую усадку под давлением.

Схема установки пакетов представлена на рис. 3. Влияющими факторами в данном случае являются: тэф - эффективная мощность КУП - коэффициент уплотнения пород закладочного материала; Д- - технологическое расстояние от кровли до закладочного пакета, м; а, - ширина пакета, м; НП - высота закладочного пакета, м; Ь1 - расстояние между соседними пакетами, м.

После установки закладочного пакета А2В2С2Е2 в выработанном пространстве, вследствие воздействия на него обрушающихся пород кровли, он займет все пространство АВСБ. Площадь АВСБ будет в КУП раз меньше площади закладочного пакета А2В2С2Е2, тогда эффективная мощность тэф будет определяться по следующей формуле:

УП

Рис. 3. Схема установки закладочных пакетов в выработанном

пространстве

В результате многовариантных исследований были получены зависимости тэф от расстояния между закладочными пакетами (частоты установки), представленные на рис. 4. После определениятэф, необходимо

произвести переопределение класса кровли, используя выражения (1) и (2) и графики рис. 2.

....ш=2,5 м • ш=2,4 м “ • “ш=2,3 м

““““ш=2,1 м ^^^“ш=2 м

Рис. 4. Зависимость m3iф от расстояниями между закладочными пакетами

Таким образом, замена вынимаемой мощности на эффективную мощность, получаемую в результате пакетированной закладки, приводит к новому более благоприятному классу управляемости кровлей.

Список литературы

1. Бурчаков А.С., Гринько Н.К., Черняк И.Л. Процессы подземных горных работ: учебник для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1982. 423 с.

2. Закладочные работы в шахтах: справочник/ под ред. Д.М. Бронникова, М.Н. Цыгалова. М.: Недра, 1989. 400 с.

3. Якоби О. Практика управления горным давлением; пер. с нем. М.: Недра, 1987. 566 с.

4. Машины и оборудование для угольных шахт: справочник/ под ред. В.Н. Хронина. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1987. 424 с.

5. Татаренко А.М., Максецкий И.П. Рудничный транспорт. Учебное пособие для техникумов. М.: Недра, 1984. 264 с.

6. Докукин А.В., Коровкин Ю.А., Яковлев Н.И. Механизированные крепи и их развитие. М.: Недра, 1984. 288 с.

V. Sarichev, A. Harlamov

Technological schemes and parameters of packaged backfilling open area in longwall faces

Coal extraction technologies in mechanized longwall faces with packaged backfilling open areas were proposed and methods of forming backfilling massif were considered. Variants of transporting backfilling materials and foundation of parameters packaged backfilling were shown.

Key words: complex-mechanized face, fagotted backfilling open aria, backfilling parameters.

Получено 17.03.2010