Условия безопасной подработки угольных пластов

В условиях применения опережающей отработки защитного пласта, когда он залегает ниже пласта, опасного по горным ударам или внезапным выбросам угля и газа, возникает необходимость решения вопроса о возможности последующей выемки подработанного пласта.

Установление допустимой для подработки величины междупластья С.Г. Авершин, В.Д. Слесарев, Г.Н. Кузнецов связывают с высотой зоны обрушения, которая определяется в зависимости от мощности подрабатывающего пласта и коэффициента разрыхления пород при обрушении. Указанный коэффициент, но данным Д.С. Ростовцева, В.Д. Слесарева и других исследователей, колеблется в пределах 1,05—1,53.

В работах докт. техн. наук Г.Н. Кузнецова при определении высоты зоны обрушения последняя подразделяется на две части: нижнюю и верхнюю, с коэффициентами разрыхления, соответственно, 1,25—1,40 и 1,05—1,15. Кроме того, способ расчета высоты зоны обрушения исходит из конкретного геологического разреза и учета состава и мощности отдельных слоев пород кровли. В целях повышения точности формул, предлагаемых Г.Н. Кузнецовым, необходимо, по нашему мнению, пользоваться некоторой приведенной мощностью пласта, равной m—Am, где m — мощность пласта (м), Am — сближение основной кровли и почвы на линии обрушения непосредственной кровли (м), в том числе и сближение, происходящее в зоне опорного давления.

Многие исследователи (В.Т. Даеидянц, А.П. Килячков, Б. Крупинский, М. Чехович, В. Мразка, В. Пиршл и др.) допустимую величину междупластья определяют без учета в явной форме коэффициента разрыхления, а только в зависимости от мощности подрабатывающего пласта. Допустимое междупластье по данным названных ученых колеблется в пределах 8—20-кратной величины мощности пласта.

При решении вопроса о выборе способа определения допустимости подработки пластов угля пластами мощностью до 1,3—1,5 м необходимо исходить из следующих положений.

Горная наука и практика в настоящее время не располагают рекомендациями по надежному выбору величины коэффициента разрыхления пород при обрушении для сколько-нибудь широкого круга конкретных горно-геологических условий. Это исключает возможность широкого практического использования формул, содержащих коэффициент разрыхления.

Высота зоны обрушения пород кровли на пологих пластах Донецкого, Кизеловского бассейнов и Воркутинского месторождения не превышает 3—6-кратной мощности отрабатываемого угольного пласта. С возрастанием угла падения пластов высота зоны обрушения снижается вследствие ряда особенностей поведения подработанных пород в этих условиях. Этому способствует то, что в условиях крутого и наклонного падения обрушенная порода, выбитая или упавшая крепь, уголь раздавленных верхних целиков не остаются на месте, а, скатываясь вниз, задерживаются обычно на кострах, стоечной крепи, специально сооружаемых полках и пр. В результате этого возникают своеобразные податливые опоры, способствующие общему плавному сближению боковых пород и локальным обрушениям кровли между опорами в виде отдельных вывалов. Развитие вывалов существенно ограничивается тем, что предельный пролет для слоев кровли с увеличением угла падения возрастает примерно в 1/cos a раз. Таким образом, в условиях разработки тонких пластов наклонного и крутого падения создаются более благоприятные условия для снижения высоты зоны беспорядочного обрушения пород и, следовательно, легче решаются вопросы подработки пластов без нарушения их сплошности. Отмеченное выше хорошо подтверждается опытом шахт Кизеловского бассейна: па крутом падении имели место случаи успешной подработки мощного пласта угля тонкими пластами при междупластье, равном двойной-тройной мощности нижнего пласта.

На основе всестороннего анализа многочисленных случаев подработки тонкими пластами па шахтах Кизеловского бассейна при углах падения пластов от 3 до 70° и учета отмеченных ранее особенностей поведения подработанных пород при наклонном и крутом залегании была получена следующая эмпирическая зависимость для определения допустимой мощности междупластья при подработке пластов угля:

где m — мощность подрабатывающего пласта (до 1,5 м);

а — угол падения пласта (от 0 до 70°).

Десятилетний опыт использования зависимости (35') на шахтах Кизеловского бассейна, а в последние годы — проверка ее для условий шахт Воркуты дают удовлетворительные результаты. Указанная зависимость может быть распространена на условия шахт Донбасса и других месторождений, имеющих аналогичные горногеологические условия.

В работе польского специалиста Т. Староня, появившейся позднее исследований, приводится аналогичная по структуре (35') зависимость, с той лишь разницей, что коэффициент в ней принимается равным 8,

В отдельных случаях можно допускать подработку пластов и при меньшей мощности междупластья, чем это следует из зависимости (35'). К ним относятся, например, случаи, когда на подрабатывающем пласте наблюдается плавное сближение кровли и почвы.