Вскрытие и подготовка пластов угля

21.05.2018
Разведка угольного месторождения, кроме получения данных о распространении, строении, мощности, угле падения угольных пластов, составе и мощности боковых пород, должна также давать, материалы для прогноза удароопасности пластов угля по горным ударам, что позволит заложить профилактику борьбы с горными ударами в проекты вскрытия и подготовки к выемке не только отдельных шахтных полей, а и месторождения в целом. Это означает, что уже при определении размеров и границ шахтных полей на данном месторождении можно будет решать вопросы планомерной их разработки, определять размеры междушахтных целиков исходя из условий перераспределения на них в будущем части веса подработанного массива пород.

В основу определения достаточных размеров междушахтных целиков могут быть положены данные о ширине зоны опорного давления, полученные в аналогичных условиях. При этом надо предусмотреть, чтобы краевые части целиков не подвергались совместному воздействию интенсивного опорного давления, вызванного выработанными пространствами обеих шахт. Для выполнения указанного условия необходимо, чтобы размеры целиков по простиранию были, по крайней мере, не меньше ширины зоны опорного давления (рис. 91).

Ширина заметного влияния зоны опорного давления l для каждых конкретных условий, а следовательно, и размеры целиков могут быть определены по графикам на рис. 30. С обеих сторон целиков, как это показано на рис. 91, должны быть выложены бутовые полосы шириной не менее 3-кратной мощности пласта угля. Рядом с указанными полосами (со стороны выработанного пространства) возможны проходка и поддержание горных выработок, в том числе и выработок, предназначенных для передвижения и пребывания в них людей.

В проекте вскрытия и разработки данного шахтного поля следует рассмотреть, учитывая удароопасность пластов, необходимость оставления целиков другого назначения (например, барьерных целиков, оставляемых в противопожарных целях и в целях избежания затопления горных выработок), определить их размеры. Ширину указанных целиков надо устанавливать в соответствии с требованиями «Правил безопасности».

В условиях крутого падения пластов должны приниматься меры по ограждению от перепуска угля при разрушении кромок целика. Это, конечно, относится к целикам, которые должны существовать длительное время, и особенно к целикам, вытянутым по простиранию.

Особо серьезный подход к решению вопроса о целиках — опорах подрабатываемого массива пород — необходим потому, чтобы впоследствии не оказалось, что оставленные целики имеют недостаточные размеры и вследствие этого являются опасными по горным ударам.

Вскрытие свит пластов, включающих пласты, опасные и угрожаемые по горным ударам, должно производиться, как правило, выработками, пройденными по породе или по пластам, не опасным по горным ударам.

В этом случае опасность от проявления горных ударов при проведении выработок возможна лишь в момент и в местах подхода их к угольному пласту или непосредственно в момент пересечения пласта, опасного по горным ударам. На этих же участках возможно проявление ударов в процессе эксплуатации выработок.

Меры по обеспечению безопасности в местах пересечения стволами пласта, опасного по горным ударам, могут быть двух видов. Во-первых, это разгрузка пласта от давления, выполняемая путем отработки защитного слоя вокруг ствола по угольному пласту, либо по породе, залегающей в кровле пласта на некотором расстоянии от него (рис. 92). Во-вторых, это нарушение структуры угольного пласта в целях приведения краевой части его в неудароопасное состояние, выполняемое либо путем проведения в нем камуфлетных взрывов через скважины длиной не менее диаметра ствола, либо путем нагнетания воды в пласт в таком же радиусе.

Любой из этих вариантов легче всего осуществим в период проходки ствола.

Схема вскрытия и подготовки пластов, опасных по горным ударам, путем проведения выработок по породе осуществлена, например, на шахте № 8 Шурабского месторождения.

Если до 1958—1959 гг. вскрытие нижних горизонтов здесь велось через уклоны, пройденные по пласту, опасному по горным ударам, а отработка пласта — через откаточный и вентиляционный штреки, пройденные по пласту (рис. 93, а), что приводило к частому проявлению горных ударов в момент проходки и поддержания выработок, то в настоящее время шахта перешла на вскрытие и подготовку пласта через полевые выработки (рис. 93, б).

Вертикальные грузо-людской и скиповой стволы пройдены с поверхности до нижнего горизонта. Пласт «В» вскрывается и подготавливается к выемке с полевого штрека участковыми квершлагами (рис. 93, 6), оборудованными транспортерами. Переход на новую схему позволил резко сократить потери угля в недрах и опасность проявления горных ударов.

Осуществили переход на вскрытие вертикальными стволами и участковыми квершлагами с полевых штреков также кизеловские шахты № 2-Капитальная, им. Ленина.

На этих шахтах, отрабатывающих свиты крутых пластов, вскрытие и отработка новых горизонтов велась через уклоны по пласту угля, чаще всего по пласту № 13, опасному по горным ударам, и через пластовые штреки по пластам № 13 и № 9, иногда по пластам № 11 и № 5. Такая схема подготовки приводила к большим потерям угля в целиках, к необходимости .неоднократного перекрепления и даже полного восстановления выработок, пройденных в слабоустойчивых породах. Особенно большие затруднения при использовании защитных пластов возникали в связи с поддержанием штреков по пласту № 13, которые после подработки приходилось полностью перекреплять.

В 1957—1960 гг. шахта № 2-Капитальная перешла на подготовку запасов (полевыми штреками и промежуточными квершлагами, проходимыми через 70—100 м. Полевые штреки при этом стали располагаться в 25—40 м от пласта в наиболее прочных породах — кварцевых песчаниках (рис. 94).

Крупным недостатком применяющейся схемы вскрытия на шахте № 2-Капитальная, а также и на шахте им. Ленина пока еще остается то, что первоначальное вскрытие новых горизонтов ведется уклонами по пласту, опасному по горным ударам. Это объясняется систематическим запаздыванием проходки и оборудования вертикальных стволов для нового горизонта. Устранение этого недостатка позволит еще лучше обезопасить шахты от вредного проявления горных ударов.

Вскрытие отдельных пластов, опасных по горным ударам, и свит, включающих такие пласты, выработками по породе дает возможность наиболее полно решать вопросы ведения работ без оставления целиков угля у горных выработок, т. е. ликвидировать очаги особенно разрушительных ударов. Кроме того, работа без оставления целиков угля сама по себе является прогрессивным направлением, так как при этом отпадает необходимость проведения нарезных работ, предназначенных для оконтуршзапия целиков, сокращаются потери угля на 10—15% от количества подготовленных к выемке запасов, особенно в условиях крутого падения пластов, где последующая отработка оставленных целиков весьма затруднительна.

В отдельных случаях, главным образом при разработке одиночных угольных пластов мощностью до 1,5—2 м, опасных и угрожаемых по горным ударам, допустимо вскрытие стволами и уклонами, пройденными по пласту. Защита от вредного проявления горных ударов при этом может быть обеспечена за счет применения специальных способов проходки и поддержания стволов и уклонов. Возможны две принципиальные схемы: с оставлением целиков угля и без их оставления. В том и другом случае проходка ведется широким ходом.

При применении первой схемы ширина целиков с обеих сторон уклона принимается равной 1,0l, где l — ширина зоны опорного давления для данных конкретных условий, определяемая по графикам.

Проходку уклона осуществляют так. Прежде всего проходят разрезную печь по угольному пласту на всю высоту этажа. Затем эту печь расширяют в обе стороны, возводя призабойную крепь и два ряда костров — по одному ряду с каждой стороны будущего уклона (рис. 95). После этого, обычно с нескольких точек, начинается подрывка боковых пород и возведение бутовых полос из породы, получаемой от подрывки.

Между бутовой полосой и целиком угля рекомендуется оставлять свободное пространство шириной не менее 1 м, предназначенное для того, чтобы гасить живую силу горного удара на тот случай, если в целике произойдет горный удар. Раскоска, заполненная кострами и породой, должна выполняться также и на сопряжениях уклона с горизонтальными выработками (рис. 95).

В случаях, когда проходят спаренные выработки, например грузовой уклон и трубно-кабельный ходок около него, можно либо оставлять целики угля между ними шириной не менее 0,5 l, либо возводить бутовую полосу шириной не менее 6 т (рис. 96).

На. рис. 97 приведена другая схема проходки и поддержания уклонов по пласту, опасному по горным ударам, предусматривающая поддержание их без оставления целиков угля.

Здесь тоже сначала проходят разрезную печь по угольному пласту, которую затем расширяют по простиранию до необходимого размера, выкладывая костры по бокам уклона. Вслед за этим осуществляется подрывка боковых пород в уклоне и выкладка бутовых полос шириной (4—5) т по обе стороны уклона.

В целях создания воздушной непроницаемости бутовых полос одна треть полосы, располагающаяся в середине, должна выкладываться на глине. После сжатия полос, которое может достигать 70% их первоначальной толщины, просачивание воздуха через такую полосу будет исключено. Ширина раскосок должна быть выбрана такой, чтобы между бутовой полосой и целиком оставались печи, достаточные для последующего развития от них очистных работ в обе стороны от уклона.

Высота подрывки боковых пород должна быть не менее чем
Вскрытие и подготовка пластов угля

где h — необходимая высота уклона вчерне;

m — мощность угольного пласта.

Постоянную крепь в уклоне надо возводить либо после большого отхода очистных забоев, по крайней мере, на расстояние, равное, наклонной высоте этажа, либо непосредственно в момент проходки.

В первом случае в период проходки выкладывают металлические балки непосредственно на костры. При наличии прочных пород никакую другую крепь не устанавливают до окончания процесса сдвижения горных пород.

Во втором случае возможно применение раздвижной металлической крепи, несущая способность которой должна быть рассчитана только на предотвращение обрушения отдельных коржей, так. как кровля здесь опирается на бутовые полосы. Возможно применение крепи с ограниченной податливостью и в данном случае, но для этого высота подрывки пород в уклоне должна быть равна высоте его вчерне. При этом верхняки из металлических балок необходимо укладывать непосредственно на почву пласта (под костры). Наиболее полно специальные способы проходки и поддержания уклонов освоены и внедрены на кизеловских шахтах им. Урицкого и «Центральной».

Грузо-людской уклон шахты им. Урицкого на участке с VIII до X горизонта пройден широким ходом по схеме, изображенной на рис. 95. Схема, впервые примененная на шахте в 1953 г., полностью себя оправдала. Она обеспечивает безопасность в случае проявления горных ударов, оставление в шахте всей породы от проходки уклона и повышенную скорость проходки уклона, достигающую в условиях шахты 60—70 м в месяц. Большая скорость проходки достигается в результате того, что подрывка породы и выкладка бутовых полос ведутся одновременно на нескольких участках.

По такому же способу пройден уклон между V и VI горизонтами по одиночному пласту, опасному по горным ударам, на северном крыле поля шахты «Центральная».

Описанная схема проходки и поддержания уклонов и наклонных стволов должна применяться при углублении существующих уклонов и стволов, так как переход на поддержание их без целиков угля увеличит нагрузку на целики вышележащего горизонта и сделает их опасными по горным ударам, особенно на горизонте перехода.

На новых шахтах или в случае закладки нового уклона на действующей шахте должна преимущественно применяться схема, изображенная на рис. 97.

В том случае, когда уклон, поддерживаемый целиками угля, ниже не углубляется, при разработке нижнего горизонта под уклоном во избежание передачи больших опорных нагрузок на нижнюю часть уклона должен быть оставлен опорный целик (рис. 98, а). Такой же целик необходимо оставлять, но выше устья уклона, в случаях, когда закладывается новый уклон (рис. 98,б). Наклонная высота указанных целиков должна быть не менее ширины зоны влияния опорного давления.