Опыты использования защитных пластов на шахтах бассейнов

21.05.2018
Опережающая отработка защитных пластов ведется в Кизеловском бассейне в основном на шахтах им. Урицкого, «Центральной», № 2-Капитальной, им. Ленина, № 4.

Наиболее значительный опыт использования защитных пластов накопила шахта № 2-Капитальная, отрабатывающая опасные по горным ударам пласты № 13, 11 и 9. Здесь пласты № 11 и 9 являются защитными по отношению к наиболее удароопасному пласту № 13. Междулластье пластов № 13 и 11 составляет 4—8 м, пластов № 11 и 9 — 3—8 м. Мощность пласта № 13 — 2—4 м, пласта № 11 — 1,0—1,4 м, пласта № 9 — 0,7—1,1 м. Угол падения пластов около 50°. Кровля пласта № 13 состоит из переслаивающихся кварцевых песчаников и глинистых сланцев общей мощностью до 16—18 м. Выше залегает слой крепких кварцевых песчаников.

Пласт № 13 отрабатывают длинными столбами по простиранию с выемкой их полосами по восстанию и магазинированием угля. При первоочередной отработке опасного по горным ударам пласта № 13 на шахте создалось аварийное положение. В 1948— 1954 гг. здесь произошло более 20 горных ударов, многие из которых имели тяжелые последствия. Горные удары чаще происходили в то время, когда очистные работы приближались к передовым скатам на расстояние 15—18 м.

В 1954 г. шахта перешла на первоочередную отработку пластов № 9 и 11, и только после этого была начата выемка наиболее опасного пласта № 13.

Шахта № 2-Капитальная провела большое количество горно-экспериментальных работ по установлению рациональных схем подготовки свиты пластов и порядка их отработки. На отдельных участках подработка проводилась двумя пластами. На рис. 86 показаны варианты последовательности отработки свиты пластов при различных величинах междупластий.

В ходе работ были решены вопросы безопасной подработки пластов крутого падения, установлены основные условия ведения горных работ на подработанном пласте в зоне активного сдвижения пород, вызванного отработкой защитного пласта.

Позднее, на основе опыта шахты № 2-Капитальная подработка удароопасного пласта № 13 стала проводиться и на шахте им. Ленина, где условия и характер залегания свиты пластов одинаковы с полем шахты № 2-Капитальная. Подработка пласта № 13 осуществлялась пластом № 9, залегающим ниже пласта № 13 на 10—15 м. После подработки выемка пласта № 13 значительно облегчилась, горное давление резко снизилось, улучшилось состояние кровли в очистных забоях, исчезли признаки удароопасности на подработанной части пласта.

В условиях шахт им. Урицкого и им, Калинина защитным пластом по отношению к пласту № 11, опасному по горным ударам, является вышележащий пласт № 13. На этих шахтах большинство горных ударов возникало ниже линии выклинивания пласта № 13, и только в отдельных случаях удары на пласте № 11 происходили под целиками, оставленными при отработке защитного пласта № 13.

Однако в последние годы горные удары на шахте им. Урицкого начали проявляться в выработках, пройденных ранее с оставлением целиков и надработанных защитным пластом Ae 13 (северо-фланговый уклон, штреки VI и VIII горизонтов). Проявление ударов вызвано тем, что пласт № 13 в указанном районе был выработан на большой площади 8—10 лет назад без оставления целиков угля. Это привело к значительному снижению защитного действия пласта № 13, особенно в центральной части площади, за счет распространения сдвижения пород до земной поверхности, так что целики пласта № 11 вновь получили возможность накапливать потенциальную энергию. Для иллюстрации этого положения на рис. 87 изображен геологический разрез по простиранию, относящийся к VII горизонту шахты.

Всего под отработанным пространством защитного пласта на шахте им. Урицкого произошло свыше 20 горных ударов. Один из них, возникший 11 сентября 1960 г. в целиках северо-флангового уклона в районе VII горизонта, привел к нарушению уклона на протяжении 65 м, а трубно-кабельного ходка на 90 м. Вследствие выхода из строя водоотливных ставов нижний горизонт шахты был затоплен. На восстановление нарушенных выработок и откачку воды потребовалось около двух месяцев.

Крупный удар 24 августа 1962 г. произошел в верхней части лавы № 204 X горизонта по пласту № 11 на участке, с момента надработки которого защитным пластом прошло около шести лет. Расстояние от места горного удара до ближайшего массива угля по пласту № 13 достигало 130 м. Удар возник в условиях, когда забой лавы № 204 подходил к передовому скату, пройденному вдоль крупного, нормально секущего тектонического нарушения. Это привело к тому, что на оставшемся между лавой и скатом целике сосредоточилось давление подработанного массива пород.

Порядок подготовки и отработки свиты пластов, параметры и геометрическое расположение выработок, а также размеры оставляемых надштрековых целиков (или полная замена их бутовыми полосами) определяют как безопасность работ на удароопасных пластах, так и экономичность избранной схемы вскрытия.

Рассмотрим принятые в бассейне схемы подготовки свиты пластов к очистной выемке.

Учитывая специфику использования защитных пластов в зависимости от утла залегания и мощности пластов, следует выделить 3 типовых варианта подготовки и отработки свиты пластов:

1) свита тонких и средней мощности пластов крутого падения;

2) свита тонких и средней мощности пластов пологого и наклонного падения;

3) одиночные мощные пласты пологого и наклонного падения.

При разработке свиты крутых пластов, когда наиболее опасный пласт залегает верхним в свите, принимается восходящий или смешанный порядок отработки пластов (рис. 88).

В условиях, когда два нижних пласта опасны по горным ударам в одинаковой степени, первым из них отрабатывается верхний, находящийся ближе к особо удароопасному (рис. 88, схемы 1 и 2). В этом случае величина а1 неподработанного участка выше откаточного горизонта по опасному пласту, определяемая из соотношения (33), получается наименьшей, а защита нижнего пласта обеспечивается на всю высоту этажа.

В случае, когда средний пласт не может быть использован в качестве защитного, а нижний пласт в свите является наименее опасным, принимается восходящий порядок отработки пластов (рис. 88, схема 3).

Порядок отработки пластов, изображенный на рис. 88 (схема 4), самый невыгодный, так как величина неподработанного участка а1 здесь является наибольшей. Эта схема может применяться лишь в случаях, когда выемка среднего пласта из-за небольшой величины междупластья может привести к нарушению верхнего пласта.

Важным является также вопрос подготовки пластов к выемке. Подготовка свиты пластов крутого падения, как правило, производится с помощью полевых штреков и участковых транспортерных квершлагов, проходимых через 80—100 м. Доставка угля до квершлагов осуществляется по транспортерным штрекам, пройденным по каждому из пластов свиты.

При проходке транспортерных штреков с подрывкой боковых пород, в целях сокращения объема работ по выдаче из шахты породы, штрек проходят с оставлением породы в нижней раскоске. При этом прохождение штрека должно опережать очистной забой на длину блока между квершлагами. Перед заполнением раскоски породой вдоль нижней кромки массива угля выкладывают костры, которые должны предотвращать перепуск породы при отработке нижележащего горизонта.

На пластах средней мощности штрек проходят без подрывки боковых пород,

В обоих случаях проходки штреков (с подрывкой боковых пород и без нее) нижняя граница выемки угля по защитному пласту должна проходить по горизонту кровли промежуточных квершлагов, т. е. пласт должен отрабатываться без оставления целиков угля.

Отработку верхнего, наиболее опасного по проявлению горных ударов пласта, можно проводить через гезенки (рис. 89, схема 1). В этом случае ведение работ на неподработанном участке а1 исключается.

При мощности верхнего удароопасного пласта 1,3 м и выше, когда ведение работ без оставления целика между этажами невозможно, транспортерный штрек должен располагаться в подработанной части пласта выше участка а1 и сбиваться с квершлагом печами, пройденными по пласту (рис. 89, схема 2). При такой схеме подготовки неподработанную нижнюю часть угольного пласта прорезают лишь углеспускной печью, приведенной в неудароопасное состояние.

На тонких удароопасных пластах возможна полная отработка этажа до уровня полевого штрека без оставления целиков, как это показано на рис. 89 (схема 3). В этом случае необходимо применение мер по снижению удароопасности пласта в нижней части этажа.

В настоящее время большая часть шахт Кизеловского бассейна перешла на полевую подготовку пластов к выемке, и это значительно улучшило состояние горных выработок в целом по комбинату, обеспечило нормальный режим работы шахт, улучшило технико-экономические показатели. Исключение проведения выработок по удароопасным пластам снизило опасность проявления горных ударов.

Однако в ряде случаев проведение полевого штрека не давало существенного эффекта. Происходило это потому, что полевой штрек попадал в зону опорного давления от очистных работ на отрабатываемом горизонте. Из этого следует, что полевой штрек надо проходить в наиболее прочных породах лежачего бока свиты пластов вне зоны опорного давления от нижней кромки массива угля.

В случаях, когда устойчивость пород, по которым проводят полевой штрек, недостаточна и при отработке защитного пласта штрек под давлением опорных нагрузок деформируется, целесообразно отработку защитного пласта вести на задний квершлаг, а проходку полевого штрека — в разгруженной зоне вслед за очистным забоем защитного пласта (рис. 78, схема в). В этих условиях транспортерный штрек по защитному пласту поддерживается по всей длине между квершлагами до момента перехода к ведению работ на следующий квершлаг. Поддержание штрека на границе - с выработанным пространством можно проводить одним или двумя рядами костров или кустами.

На шахте № 2-Капитальная на V и VI горизонтах южного крыла, где отсутствуют достаточно прочные породы в лежачем боку, полевые штреки № 502 и 602 проведены в кварцевых песчаниках кровли.

Опыт подработки полевого штрека № 502 очистными забоями по пластам № 11, 9 и 5 суммарной мощностью около 3 м показал, в общем, удовлетворительные результаты. Однако впереди лавы на расстоянии 25—30 м полевой штрек подвергался довольно существенным деформациям, в результате чего требовалось его перекрепление.

При разработке свиты пластов пологого и наклонного залегания в условиях шахт бассейна встречаются случаи, когда наиболее удароопасный пласт залегает верхним в свите и должна предусматриваться его подработка (рис. 90, схема 1), а также случая, когда удароопасный пласт залегает вторым сверху и для его безопасной отработки должен применяться нисходящий порядок выемки пластов (рис. 90, схема 3). В этих условиях полевые штреки следует располагать в лежачем боку свиты. Промежуточные квершлаги целесообразно проходить через 200—300 м. Доставка угля до квершлага по всем пластам производится по транспортерным пластовым штрекам.

Подготовку верхнего удароопасного пласта к выемке можно выполнить как с помощью наклонного гезенка (рис. 90, схема 1), так и непосредственно промежуточным квершлагом, пройденным до пласта на уровне откаточного горизонта (рис, 90, схема 2). В этом случае квершлаг сбивается с транспортерным штреком по удароопасному пласту углеспускной печью, пройденной в неподработанной его части. Печь при этом надо привести в неудароопасное состояние.

Целесообразность применения последнего варианта должна подтверждаться технико-экономическим анализом, учитывающим технологию очистных работ, баланс времени и стоимость поддержания выработок.

В качестве исключения возможна отработка незащищенного участка пласта угля без подработки защитным пластом, но, конечно, с применением мер по приведению этого участка в неудароопасное состояние.

Свиту пологих и наклонных пластов отрабатывают в бассейне шахты им. Урицкого, «Центральная», № 6-Капитальная и др. На первых двух в качестве защитного пласта используется пласт № 13, залегающий верхним в свите. На шахте № 6-Капитальная пласт № 13 отнесен к категории удароопасных, и здесь требуется подрабатывать его пластами № 9 или № 11.

Отработка мощных пластов пологого и наклонного падения, опасных или угрожаемых но горным ударам, может проводиться с опережающей выемкой верхнего защитного слоя. В таких условиях целесообразно принимать возможно меньшую толщину защитного слоя. Это позволяет обеспечить плавное опускание кровли, представленной устойчивыми кварцевыми песчаниками. В соответствии с опытом отработки, тонких пластов плавное сближение боковых пород может быть надежно достигнуто лишь при мощности пластов, которая не превышает 1 м.

Отработка верхнего слоя осуществляется сплошной системой разработки без оставления целиков угля. Проходка нижнего транспортерного штрека проводится вслед за подвиганием очистного забоя, уголь при этом следует доставлять па задний квершлаг.

В целях обеспечения лучших условий для поддержания полевого штрека, сокращения длины квершлагов целесообразно проходку полевого штрека вести также вслед за очистным забоем первого защитного слоя вне зоны опорного давления от очистных работ. Отработку нижнего, более мощного, слоя можно выполнять любой системой разработки так же, как на пласте, не опасном по горным ударам.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: