Опыт подготовки очистных забоев к демонтажу в условиях шахты имени «7 ноября»

© И.Л. Харитонов, 2013

И.Л. Харитонов

ОПЫТ ПОДГОТОВКИ ОЧИСТНЫХ ЗАБОЕВ К ДЕМОНТАЖУ В УСЛОВИЯХ ШАХТЫ ИМЕНИ «7 НОЯБРЯ»

Проведен анализ способов подготовки демонтажной камеры для сокращения сроков перемонтажа мехкомплексов. Ключевые слова: демонтажная камера, очистной забой, перемонтаж механизированных комплексов.

На многих шахтах Кузбасса проделана большая работа по техническому перевооружению очистных забоев. За последние 10 лет среднесуточные нагрузки возросли в два-три раза и составляет в среднем 10—15 тыс. т (до 30 тыс.т). Для наращивания годовой добычи в целом по предприятию данный ресурс во многом уже исчерпан, дальнейшее наращивание нагрузок повлечет за собой необходимость серьезной модернизации систем конвейерного транспорта и вентиляции, что сопряжено со значительными финансовыми затратами.

В данной ситуации основным резервом увеличения объемов производства является сокращение сроков перемонтажа механизированных комплексов в очистных забоях. Анализ положения дел по данному вопросу показывает, что срок перемонтажа может быть сокращен с 50—60 дней до 15—20 дней в зависимости от длины очистного забоя.

Определяющее значение на сокращение сроков перемонтажа мехкомплексов оказывает способ подготовки очистного забоя к демонтажу, проведения демонтажной камеры (ДК):

• формирование ДК в очистном забое по мере продвижения комплекса;

• заблаговременное формирование ДК с помощью проходческой техники;

• комбинированный способ, который подразумевает заблаговременную подготовку демонтажного ходка на ширину 3—4 м и формирование перекрытия над секциями крепи в очистном забое при подходе комплекса к границе доработки.

Значительный опыт подготовки ДК накоплен на шахте имени «7 Ноября» ОАО «СУЭК-Кузбасс» (Ленинское каменноугольное месторождение).

Для рассмотрения примем четыре ДК (№1362,1390,1325 и 1324), подготавливаемых в разное время на шахтах по пласту Байкаимскому при отработке выемочных столбов.

Мощность пласта Байкаимского в среднем составляет 4,6 м. Пласт имеет ложную кровлю мощностью 0,3—0,6 м, представленную трещиноватым мелкозернистым алевролитом, с многочисленными ослабляющими поверхностями, в виде прожилков угля, отпечатков растительных остатков, зеркал скольжений, / = 3 (коэффициент крепости по шкале М.М. Протодьяконова), = 30 МПа (предел прочности на одноосное сжатие), склонным к обрушению на призабойную дорожку вслед за выемкой угля. Непосредственная кровля пласта сложена мелкозернистым алевролитом, мощностью от 0 до 14 м, / = 4^5, =40^50 МПа. По устойчивой площади обнажения и продолжительности ее устойчивого состояния, непосредственная кровля определяется от среднеус-тойчивой до неустойчивой. Мощность основной кровли составляет до 76 м. Сложена кровля крепким мелкозернистым песчаником, / = 8^9, =80^90 МПа, труднообрушаемым, склонным к зависанию, с прогнозируемым шагом обрушения до 20 м. Непосредственная почва представлена трещиноватым мелкозернистым алевролитом мощностью 8—12 м, / = 3^4, =30^40 МПа, средней устойчивости, сопротивление вдавливанию 3,0—4,0 МПа. Глубина ведения работ варьируется от 150 до 290 м.

Отработка выемочных пластов прежде велась механизированным комплексом 2КМ-142Н, с 2007 года комплексом Тагор 24/25 производства Польской Республики.

Демонтажная камера №1362

Горные работы в очистном забое №1362 велись на глубине 120—150 м. Забой был оборудован механизированным комплексом 2КМ-142Н с лавным конвейером Рыбник 255/842 и комбайном КвБ -750. Демонтажная камера в данном случае формировалась непосредственно в очистном забое с помощью очистного комбайна. В качестве перекрытия над секциями крепи был использован деревянный брус размером 6,0x0,2x0,08 м, уложенный со смещением относительно друг друга на 1,5—2,0 м, см. рис. 1.

Рис. 1. Схема подготовки демонтажной камеры №1362

В качестве призабойной крепи призайбойной «дорожки» была принята сталеполимерная анкерная крепь в составе:

• анкера А-20В L = 2200 мм (анкера первого уровня);

• анкера АК-01 Ь = 5000 мм (анкера второго уровня);

• продольные подхваты из швеллера №8;

• поперечные подхваты из СПВ-17;

• решетчатая затяжка.

Характерной особенностью для данной ДК был продолжительный временной интервал (более шести месяцев) между подготовкой камеры и началом демонтажных работ.

При этом необходимо отметить, что ни процесс подготовки ДК ни последующий период до начала демонтажа не сопровождался какими-либо существенными признаками увеличения нагрузки на крепь, проявлениями повышенного горного давления в виде отслоений пород кровли, деформаций крепи выработки, отжимов в бортах и т.п. Отсутствие смещений пород

кровли так же подтверждалось приборами для оценки состояния кровли типа СК, установленными на сопряжениях ДК с вентиляционным и конвейерными штреками и в самой камере.

Сам процесс демонтажа сопровождался существенными вывалами породы, прежде всего из кровли над секциями крепи при их демонтаже. Это было связано с тем, что из-за длительного нахождения и без того не достаточно надежное деревянное перекрытие в агрессивных шахтовых условиях, утратило свои прочностные свойства, что повлекло за собой его полное разрушение вслед за выдвижкой секций крепи при демонтаже. Данный фактор стал существенным сдерживающим фактором при демонтаже, продолжительность которого составила более 60 дней.

Демонтажная камера №1390

Горные работы в очистном забое №1390 велись на глубине 200+ 230 м. Забой был оборудован механизированным комплексом Тагор24/50 с лавным конвейером Анжера -34 и комбайном 6ЬБ3.С целью сокращения сроков подготовки очистного комплекса к демонтажу в данном случае был заблаговременно пройден демонтажный ходок шириной 4,0 м на границе у охранного целика. Выработка была закреплена сталеполи-мерной анкерной крепью в составе:

• анкера А-20В Ь = 2200 мм (анкера первого уровня);

• анкера АК-01 Ь = 5000 мм (анкера второго уровня);

• верхняки из швеллера №8;

• продольный подхват СПВ-17;

• решетчатая затяжка.

Ходок был оборудован монорельсовой дорогой типа МПД-24Ф.

При подходе механизированного комплекса к границе доработки над секциями крепи из желобчатого профиля, анкеров АВ-20В длиной 2,2 м и решетчатой затяжки было сформировано сплошное перекрытие (рис. 2). Кроме того, паспортом предусматривалась заводка над секциями крепи подхват-ной «нитки» из СВП-17.

Заранее пройденный демонтажный ходок позволил сократить временные затраты при подготовке ДК. Однако стал причиной обрушения пород непосредственной кровли при подъезде механизированного комплекса. На разбор завала и пере-крепку демонтажного ходка было затрачен около семи дней.

Рис. 2. Схема подготовки демонтажной камеры №1390

В результате ожидаемый эффект в сокращении сроков подготовки очистного комплекса к демонтажу не был получен. Кроме того, расслоившиеся породы непосредственной кровли и пустоты в кровле выработки, образовавшиеся из-за вывала пород усугубили сам процесс демонтажа, скорость которого не превысила 2—3 секции в сутки, общая продолжительность составила более 50 дней.

Демонтажная камера №1325

Горные работы в очистном забое №1325 велись на глубине 210—280 м. Забой был оборудован механизированным комплексом Тагор 24/50 с лавным конвейером Анжера-34 и комбайном 6ЬБ3. Учитывая опыт подготовки к демонтажу двух предыдущих очистных забоев была принята технология формирования ДК в очистном забое по мере продвижения комплекса (рис. 3).

ак-01, ь=:

Шпур d=43мм ,Ь=6м для нагнетания полимерной смолы для укрепления пород кровли

не менее 200

Рис. 3. Схема подготовки демонтажной камеры №1325

В качестве крепи демонтажного ходка и перекрытия над секциями крепи была принята сталеполимерная анкерная крепь в составе:

• анкера А-20В Ь=2200 мм (анкера первого уровня);

• анкера АК-01 Ь=5000 мм (анкера второго уровня);

• продольные подхваты из желобчатого профиля;

• продольные подхваты из СПВ-17;

• решетчатая затяжка.

Ходок был оборудован монорельсовой дорогой типа МПД-24Ф.

Отсутствие заранее пройденных выработок на границе остановки очистного забоя послужили благоприятным фактором. Состояние пород в кровле демонтажной камеры позволило использовать монорельсовую дорогу не только для демонтажа и перевозки элементов лавного конвейера, но и транспортиров-

ки секций крепи весом 32 т. Следует отметить, что ведение демонтажных работ во время выемки секций крепи в редких случаях вывалы породы имели место, однако они носили весьма локальный характер и каждый раз развивались на высоту не более 2,0 м. Что так же свидетельствует о более устойчивом состоянии приконтурного массива и меньшем расслоении пород непосредственной кровли.

Вместе с тем данный способ подготовки ДК при всех его преимуществах характеризуется достаточно большим объемом работ по установке анкерной крепи, который входит в цикл выемки угля последовательно с другими операциями и не может выполняться параллельно с операциями по добыче угля. Это приводит к увеличению затрат времени на процесс подготовки ДК. В данном случае камера готовилась в течении 3,5 недель. Для сокращения сроков подготовки ДК необходимо в последствии разработать технологию установки анкерного крепления и оснастить забой необходимыми средствами.

Демонтажная камера №1324

Горные работы в очистном забое №1325 велись на глубине 290—210 м. Забой был оборудован механизированным комплексом Тагор 24/50 с лавным конвейером Анжера-34 и комбайном 6ЬБ3.

В данном случае ставилась задача подготовить ДК необходимых для демонтажа размеров до подхода очистного забоя к демонтажу — заблаговременно сечение приведено соответственно на (рис. 4).

Расчет анкерной крепи был выполнен специализированной организацией, в соответствии с данным расчетом был разработан паспорт проведения и крепления ДК. Камера включала в себя забойную и завальную части, а так же угольный целик мощностью 3 м между ними, который впоследствии должен был вырезаться очистным комбайном.

Паспорт крепления включал целый комплекс мероприятий, в т.ч.:

• крепление выработок сталеполимерной анкерной крепью двух уровней;

• установка проколот из СПВ-17 в целике между забойной и завальной частями ДК;

• химическое упрочнение бортов ДК и угольного целика полимерными смолами.

Рис. 4. Схема подготовки демонтажной камеры №1324

ВШ1324

Рис. 5. Схема размещения шпуров для гидроразрыва пород в кровле

Учитывая имеющийся на шахте отрицательный опыт въезда механизированного комплекса в заранее подготовленные ДК паспортом был предусмотрен гидроразрыв пород кровли со стороны подхода очистного забоя с целью устранения возможных последствий связанных с зависание пород в кровле выработки и последующим их крупноблочным обрушением. Для осуществления гидроразрыва по всей длине завальной части ДК со стороны подхода очистного забоя были отбурены шпуры длиной 8—14 м с шагом 25—30 м (см. рис. 5).

Все вышеприведенные работы выполнялись параллельно с отработкой выемочного столба.

Въезд механизированного комплекса в ДК осуществлялся последовательно по 7—8 секций, начиная с конвейерного штрека. На участке, примыкающему к нижнему сопряжению очистного забоя, длиной около 30 м процесс въезда механизированного комплекса протекал в нормальном плановом режиме. Однако при дальнейшем продвижении очистного забоя породы кровли потеряли устойчивость и начали обрушаться. Были предприняты дополнительные меры по усилению крепи де-монтажной камеры, в т.ч.:

• с шагом 3—4 м выложены «клетки» из шлального бруса разером 3x3 м;

• установлены дополнительные канатные анкера АК-01 длиной 7,5 м;

• установлены дополнительные подхваты из СВП-17 на канатные анкера с полным заполнением шпура смолой;

• выполнено химическое упрочнение пород кровли.

В итоге общие затраты на подготовку ДК превысили 40 млн руб.

Вместе с тем начинается процесс сдвижения пород кровли продолжился на всем протяжении камеры. Породы кровли опустились на 1,0—2,5 м по всей длине ДК, за исключением участков длиной 25—30 м, примыкающих к конвейерному и вентиляционному штреку. Заранее смонтированная монорельсовая дорога утратила свою несущую способность, в результате секции крепи при демонтаже транспортировались волоком по почве выработки. Продолжительность перемонтажа составила более 60 дней.

По результатам проведенного анализа вышеописанных четырех фактов подготовки ДК следуют основные выводы:

1. При заблаговременной подготовке ДК в кровле пласта заранее пройденной выработки происходит расслоение пород непосредственной и основной кровли с образованием значительного горного давления. Этот процесс зависит от времени проведения ДК.

2. При расчете крепи ДК не учитываются величина опорного давления наезжающего очистного забоя.

3. Отсутствует необходимые измерения величины максимального опорного давления впереди очистного забоя и шага обрушения основной кровли. Существующие методики расчета шага обрушения основной кровли не дают точного ответа в связи с постоянным изменением горно-геологических условий.

4. Формирование ДК в результате доработки очистного забоя является наиболее благоприятным вариантом подготовки ДК.

5. Произведенный гидроразрыв кровли не произвел положительного результата. Во-первых, непонятно на какой стадии развития опорного давления он был произведен и по всей видимости он мог даже оказать отрицательный эффект. Во-вторых, он производился, он производился в зоне перемятых ослабленных пород, что подтверждено заключением «НТЦ Восточный».

6. В угольной промышленности отдельных зарубежных стран, в том числе США, наработан значительный опыт подготовки ДК и сделан вывод о том, что заблаговременное проведение ДК является самым неблагоприятным имеющим высокий риск и применение его возможно только при очень благоприятных гонрно-геологических условиях.

7. Технология подготовки ДК при доработке запасов в выемочном столбе достаточно апробирована и успешно применяется в мировой практике. В том числе положительно решены вопросы анкерного крепления ДК. Остается данный опыт и технологию крепления ДК анкерным креплением тщательно изучить и применять в шахтах России. ЕШ

КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -

Харитонов Игорь Леонидович - начальника отдела подготовительных работ ОАО «СУЭК-КУЗБАСС», office@suek.ru