CC BY
20
© П.Н. Васильев, В.П. Зубков, 2012
УДК 622.28.048:622.012.2[551.34](002) П.Н. Васильев, В.П. Зубков
НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРВИЧНОЙ ПОСАДКИ ТРУДНООБРУШАЕМОЙ КРОВЛИ ДЛЯ ШАХТ КРИОЛИТОЗОНЫ
Рассмотрены классификации пород кровли по обрушаемости и способам управления первичными посадками труднообрушаемых кровель. Приведена новая технология первичной посадки кровли в условиях криолитозоны.
Ключевые слова: классификация кровель, криолитозона, месторождения, первичная посадка кровли, технология.
В настоящее время добычу угля в очистных забоях ведут с помощью мощных средств механизации. Механизированные комплексы используются, как правило, в лавах при системе разработки длинными столбами по простиранию пласта. При этом применяется способ управления кровлей полным обрушением с использованием горного давления пород. От горного давления зависит эффективность и безопасность ведения горных работ. Главным фактором, определяющим характер проявления горного давления, являются физико-механические свойства горных пород: их устойчивость и склонность к самообрушению.
По степени управляемости кровли делятся на три класса: легкоуправляемые, средней трудности управления и трудноуправляемые.
В механизированных очистных забоях к наиболее аварийным относятся трудноуправляемые, труднооб-рушаемые кровли, при которых проявления первых и последующих осадок в выработанном пространстве
связаны с разрушением зависающих на значительных площадях и больших размеров прочных слоев кровли. Первичные посадки кровли, создающие кроме того воздушный удар, особенно опасны для работающих, а большие динамические нагрузки способны привести к поломкам механизированных комплексов. В работе [1] дана классификация кровель угольного пласта (табл. 1).
С и особы первичных посадок труд' юобру ш ас м ы х кровель
Г 1
Бе* непосредственного воздействия на породы кровель
I
5 4
Я о Л
£> а у Й
гз Г' с. Ь
5 ® = ¡2 = ¡и 3 я 9
5 5 5 Я 1 = £ Я си 3
— к й 2
и 9 и О т
С воздействием ив ттородЕ.1 кровель
I
(9 и £3 СП и г 0
У в 3 1С Л и в и а л га Си Я
£2 к & с и £ у £ и у
X
С ст £ 0 1 А О Сь. я
а а ,с
Рис. 1. Классификация способов первичных посадок труднообрушаемых кровель
По А-А
Рис. 2. Подготовка пород кровли к первичной посадке: 1 — выемочный столб; 2 — конвейерный штрек; 3 — вентиляционный штрек; 4 — монтажная камера; 5 — механизированный комплекс; 6 — обнаженное пространство; 7 — многолетнемерзлые породы; 8 — полезное ископаемое; 9 — органная крепь; 10 — вибраторная установка
Как следует из данной классификации к труднообрушаемым и к весьма труднообрушаемым относятся породы (аргиллиты, песчаники, алевролиты), имеющие значительные расстояния между плоскостями ослабления по напластованию и трещинами.
Однако в условиях многолетней мерзлоты любые типы пород относятся
к труднообрушаемым, поскольку они сцементированны и представляют единый смерзшийся монолит. Поэтому предъявляются совершенно другие требования к способам управления кровлями в условиях криолитозоны, основанные на понимании процессов, происходящих в подработанном массиве горных пород.
В монографии [2] приведена классификация способов первичных посадок трудно-обрушаемых кровель, применимая для разработки месторождений, расположенных в условиях многолетней и островной мерзлоты (рис. 1).
Так, на закрытой шахте «Сангарская» с успехом применялся способ первичной посадки с применением разрушающихся целиков угля, а на действующей шахте «Дже-барики-Хая» способы с использованием геологических нарушений и с применением взрывчатых веществ. Основные недостатки указанных способов: при использовании разрушающихся целиков угля (шахта «Сангарская») отработку запасов от границы столба ведут сначала с использованием индивидуальной крепи, а механизированный комплекс монтируют за разрушающимся целиком, что значительно усложняет технологию очистных работ. Способ с использованием геологического нарушения (шахта «Джебарики-Хая») имеет тот недостаток, что не везде такие нарушения имеются.
В ИГДС СО РАН разработана новая технология первичной посадки кровли с воздействием вибрации на породы кровли [3].
Технологию выполняют следующим образом (рис. 2).
После оконтуривания выемочного столба конвейерным и вентиляционным штреками в монтажной камере устанавливают механизированный комплекс и начинают очистную выемку столба. При этом обнаженное пространство постоянно увеличивается. Поскольку многолетнемерзлые породы криолитозоны, смерзшиеся в монолитный массив, являются труднообру-шаемыми, то обнаженное пространство может достичь значительной величины (2500—3000 и более м2). В таком случае обрушение пород кровли происходит внезапно, кровля смещается практически мгновенно. Происходит деформация установленной крепи, воздушные удары, завалы лав.
Чтобы не допустить подобных явлений при достижении обнаженного пространства примерно 2/3 от ожидаемых критических значений, установленных практикой, выемку полезного ископаемого прекращают. Вдоль комплекса со стороны обнаженного пространства устанавливают органную крепь, а нагрузки на секции крепи комплекса снимают.
К этому времени на поверхности над выработанным пространством размещают вибраторную установку со смещением ее от центра выработанного пространства в сторону падения пласта на величину Ь согласно выражению
1. Клишин В.И. Проблемы безопасности и новые технологии подземной разработки угольных месторождений / В.И. Клишин, Л.В. Зворыгин, А.В. Лебедев, А.В. Савченко. — Новосибирск: Изд. Дом «Новосибирский писатель», 2011. — 524 с.
2. Васильев П.Н. Геотехнологии подземной разработки угольных месторождений Якутии /П.Н.Васильев, В.П.Зубков,
Ь = Нда ,
где Н — расстояние от поверхности до центра выработанного пространства; а — угол падения пласта.
После выполнения указанных работ вибраторную установку включают в работу. При этом упругие волны, возбуждаемые установкой, разрушают много-летнемерзлый массив и происходит первичное обрушение пород кровли.
Если механизированный комплекс имеет крепь повышенной сопротивляемости, то в этом случае органную крепь не устанавливают, а на перекрытия секции крепи укладывают антивибрационные пластины.
Таким образом, данный способ позволяет значительно уменьшить шаг первичного обрушения, что снизит нагрузки на механизированную крепь и позволит избежать воздушных ударов в выработках шахты, исключить аварийные ситуации.
Способ применим в условиях смерзшихся пород кровли даже при значительной глубине разработки, поскольку мерзлый массив хорошо передает упругие колебания волн вибрации.
Преимуществами данной технологии являются:
• повышается безопасность горных работ;
• исключаются поломки механизированного комплекса.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Т.М.Иудина. — Якутск: Изд-во ЯНЦ СО РАН, 2010. — 245с.
3. Пат. 2331766 Российская Федерация, Е 21 С 41/00. Способ подготовки к первичной посадке труднообрушаемой кровли в условиях криолитозоны / Г.Д. Пе-ресыпкин, П.Н. Васильев; заявитель и патентообладатель Ин-т горн.дела Севера им. Н.В. Черского СО РАН; заявл. 18.10.2006; опубл. 20.08.2008, бюл. № 23. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Васильев Петр Назарович — кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Зубков Владимир Петрович — кандидат технических наук, зам. директора по научной работе, Институт горного дела Севера Сибирского отделения РАН им. Н.В. Черского, igds@ysn.ru
