CC BY
37
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ «НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 97»
МОСКВА, МГГУ, 3.02.97 - 7.02.97 СЕМИНАР 7 •РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКИ ПЛАСТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ»
]
О.В. Колоколов, Н.А. Лубенец
Государственная горная академия Украины
ЭФФЕКТИВНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ РАЗРАБОТКИ ВЕСЬМА СБЛИЖЕННЫХ ПЛАСТОВ В ЗАПАДНОМ ПОНБАССЕ
Условия разработки угольных пластов на шахтах Западного Донбасса существенно отличаются от условий ведения горных работ в других геолого-промышленных районах. Наличие слабых боковых пород, крепость которых ниже крепости угля, малая мощность пластов и их обводненность, интенсивное проявление горного давления, сближенность ряда пластов требует научного обоснования целого комплекса инженерных решений, относящихся к вопросам подготовки шахтных полей, выбора очередности отработки пластов в свите, мест заложения, ораны подготовительных выработок и других. Механический перенос в эти условия практического опыта, полученного на шахтах других районов, не дает положительных результатов.
Шахтами Западного Донбасса в настоящее время разрабатывается нижняя
часть Самарской свиты С3, пласты которой относятся к нижнему карбону и являются непосредственным продолжением каменноугольных отложений Донецкого бассейна.
Особенно неблагоприятные условия разработки сложились на шахте “Западнодонбасская”, разрабатывающей два
весьма сближенных пласта С8 и
сн
8
на
глубине 480 м. Эта шахта отнесена к категории глубоких, так как слабометаморфизо-ванные вмещающие породы, представленные аргиллитами и алевролитами, и имеющие весьма низкие прочностные характеристики, обуславливают явления, характерные
для шахт с гораздо большей (до 1000 м) глубиной.
Традиционно на шахтах Западного Донбасса свиты пластов отрабатывают в нисходящем порядке. Отчасти это объясняется отсутствием в районе пластов, склонных к различным газодинамическим явлениям, отработку которых рекомендуется начинать с выемки защитных, как правило, нижних пластов. Вместе с тем иногда по разным причинам, например, в связи с первоочередной выемкой более мощного пласта, разработку сближенных пластов начинают с выемки нижнего пласта. Это приводит к тому, что оставшийся подработанный пласт в дальнейшем считали непригодным для последующей выработки, поскольку по укоренившимся геомеханическим представлениям он попадал в зону ожидаемого беспорядочного обрушения пород междупла-стья.
За показатель сближенности пластов, допускающий восходящий порядок отработки, принято отношение мощности пород междупластья к мощности подрабатывающего пласта. В различные периоды времени нормативные численные значения этого показателя (критерия) изменялись. В настоящее время согласно нормативным документам, действующим в отрасли, для различных горно-геологических районов страны принята шестикратная мощность подрабатывающего пласта [1].
Однако опыт разработки и современные представления о сдвижении подработанной толщи в совокупности с особен-
ностями залегания угольных пластов в Западном Донбассе свидетельствует о необходимости уточнения этого критерия для района. Высокая сближенность пластов, залегание их в слабых вмещающих породах, влияние горных работ на смежных пластах накладывает свои особенности на рациональную очередность и порядок их отработки, место заложения подготовительных выработок. Решение поставленных вопросов позволит снизить потери угля, продлить срок службы ряда шахт и улучшить технико-экономические показатели их работы.
Для этого были приведены комплексные исследования, включающие обобщение и анализ опыта разработки весьма сближенных пластов, шахтный эксперимент, аналитические и лабораторные методы.
Установлено, что предел сближенности пластов, допускающий восходящий порядок отработки может быть снижен до 3,2 т. Осуществление указанной возможности обосновывается закономерностями сдвижения подработанной толщи. После первоочередной выемки нижнего пласта, породы непосредственной кровли обрушаются на высоту, не превышающую мощности вынимаемого пласта. Вышележащие слоистые породы, изгибаясь, плавно опускаются на обрушенную часть пород междупластья и вспученные породы почвы. При этом необрушенные породы междупластья разбиты трещинами, которые практически заканчиваются у верхнего пласта. Они не нарушают целостности породных слоев почвы верхнего пласта и его самого, что позволяет в дальнейшем вести его успешную разработку.
В результате этого создаются более благоприятные геомеханические условия отработки обоих сближенных пластов в восходящем порядке. При первоочередной выемке нижнего пласта проявления горного давления в очистных и подготовительных выработках менее интенсивны из-за защит-
ного, экранирующего воздействия верхнего пласта. Верхний пласт вязкого и прочного угля перекрывает выработанное пространство, препятствует разрушению и распространению трещин в вышележащую толщу пород, повышая тем самым их устойчивость.
Условия отработки нижнего пласта при нисходящем порядке, напротив, менее благоприятные в сравнении с восходящим из-за интенсивного проявления горного давления в выработках. В кровле нижнего пласта, отрабатываемого во вторую очередь, в зоне влияния очистной выемки залегают слабые, частично разрушенные породы междупластья, над которыми расположены обрушенные породы кровли отработанного ранее верхнего пласта. В результате очистная выемка на нижнем пласте сопровождается выдавливанием пород кровли в рабочее пространство, вывалами, обрушениями и завалами лав. Частые остановки лав по этим причинам еще в большей степени усугубляют непростую геомеханическую обстановку в зоне ведения очистной выемки.
Более высокая устойчивость подготовительных выработок верхнего пласта, в сравнении с выработками нижнего, отрабатываемого во вторую очередь, обусловлена большим эффектом разгрузки массива от напряжений при подработке по сравнению с надработкой, а также большей устойчивостью пород кровли, где нет слоя обрушенных пород. Следовательно, отработку пологих сближенных пластов с управлением кровлей полным обрушением, залегающих в условиях шахт Западного Донбасса, с мощностью междупластья больше 3,2 т допускается как в восходящем, так и нисходящем порядках. При этом отработку пластов с незначительной мощностью пород междупластья по условиям геомеханики рационально осуществлять в восходящем порядке.
Устойчивость подготовительных выработок на весьма сближенных пластах во многом зависит от очередности отработ-
ки и их места расположения. Особое значение имеет выбор места расположения выработок по пластам, отрабатываемым во вторую очередь, поскольку они дополнительно испытывают вредное влияние под- или над-работки.
Общий принцип расположения этих выработок в зонах разгрузки после выемки под- или надрабатывающего пласта не вызывает сомнения [1].Однако конкретное место заложения выработки зависит от способа охраны и характеристик охранных сооружений погашенных выработок на смежном пласте, структуры, мощности и физикомеханических свойств пластов и вмещающих пород, интервала времени между выемкой сближенных пластов и т.д. В настоящее время общеизвестно, что способ охраны подготовительных выработок на сближенных пластах должен осуществляться по бесцеликовой схеме.
Для условий шахт Западного Донбасса вопрос размещения подготовительных выработок на сближенных пластах при нисходящем порядке отработки пластов достаточно изучен, существуют рекомендации по размещению выработок на надрабо-танных пластах [2]. Согласно этим данным, в сочетании с бесцеликовой охраной подготовительные выработки рекомендуется размещать под выработками смежного пласта. Однако, как свидетельствует практика, этим не достигается удовлетворительная устойчивость подготовительных выработок, несмотря на то, что они находятся в зоне разгрузки от погашенных выработок на смежном пласте.
В Западном Донбассе принципы и места расположения подготовительных выработок при восходящем порядке отработки сближенных пластов практически не иссле-доваоись. Явления, протекающие в горном массиве, всесторонне не изучены, отдельные случаи подработки пластов не дали систематизированных знаний, а предложе-
ния, возникающие на и основе, носят эмпирический характер.
На основании проведенных нами исследований выбор места расположения выработок подработанного пласта должен производиться с учетом возможности их заложения в зонах пониженных напряжений, возникающих над выработанным пространством после очистной выемки на нижнем пласте и умеренной разрушенности вмещающих пород.
Это достигается за счет пространственной увязки подготовительных выработок на смежных весьма сближенных пластах. Подготовительные выработки подработанного пласта следует располагать в зонах, прилегающих к погашенным выработкам подрабатывающего пласта. Выработка на подработанном пласте должна быть смещена относительно погашенной выработки в направлении отработки угольного пласта. Рациональное расстояние (в плане) между ними должно составлять от одного до трех метров. Выполнение этого условия обеспечивает надежное попадание выработки в зону разгрузки, допустимых разрушений и смещений пород от погашенной к тому времени выработки на нижнем пласте. При этом влияние охранных конструкций на смежном пласте несущественно. Расположение выработки за пределами этой зоны негативно сказывается на их устойчивости. С увеличением смещения между выработками последняя попадает в зону опорного или установившегося горного давления. При уменьшении смещения между ними до нуля рассматриваемая выработка, находясь в зоне разгрузки, подвержена влиянию больших разрушений и смещений вмещающих пород. Это, со временем, может привести к непредсказуемым последствиям для выработки. Эти данные идут в разрез с рекомендациями, полученными в условиях антрацитовых районов * Донбасса, которые характеризуются прочными вмещающими породами [3] и где подготовительные выра-
ботки рекомендуется размещать за пределами зоны влияния искусственных охранных сооружений, т.е. в стороне от погашенных выработок и полос охранных сооружений.
Таким образом, технические решения по выбору рациональной очередности и месту заложения подготовительных выработок на весьма сближенных пластах, вытекающие из результатов проведенных исследований, расширяют познания и обогащают практический опыт в области разработки свит угольных пластов в Западном Донбассе. Предложения основаны на учете неизвестных ранее закономерностей сдвижения
пород при отработке сближенных пластов, которые проявляются в условиях высокой сближености пластов и слабых пород.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР /Л.: ВНИМИ, 1985 г., 222с.
2. Мартюшев B.C. Устойчивость выработок в зонах разгрузки и ПГД // Уголь Украины. - 1995. -№6. - С. 14-16.
3. Зборщик М.П., Мордасов В.Н. Расположение и охрана выработок при раздельной отработке сближенных пластов // Уголь Украины. - 1993. - №5. -С. 8-10.
© О.В. Колоколов, Н.А. Лубенец
