О первичных посадках труднообрушаемой кровли при разработке угольных месторождений Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

Коротко об авторах

Туласынов Н.А. - Якутский государственный университет.

------------------------------- © П.Н. Васильев, В.А. Шерстов,

Г.Д. Пересыпкин, 2006

УДК 622.862.3

П.Н. Васильев, В.А. Шерстов, Г.Д. Пересыпкин

О ПЕРВИЧНЫХ ПОСАДКАХ ТРУДНООБРУШАЕМОЙ КРОВЛИ ПРИ РАЗРАБОТКЕ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

ГПри разработке угольных месторождений подземным

II способом на пологих пластах наибольшее распространение получила система разработки длинными столбами по простиранию с использованием механизированных комплексов. При этом практически все комплексы с механизированной крепью работают в сочетании с полным обрушением кровли.

Начальное движение комплекса охватывает период от проведения разрезной печи до первого обрушения непосредственной кровли. По мере отхода забоя от целика, площадь обнажения кровли возрастает, затем наступает полное обрушение плиты. Это наиболее ответственный период в работе лавы, так как начальное обрушение пород нередко начинается внезапно, без предупредительных признаков и сопровождается в отдельных случаях воздушными ударами, что может привести к завалу лавы с аварией мехкомплекса.

Первичное обрушение кровли происходит неуправляемо, стихийно. Особенно опасна первичная посадка многолетнемерзлых пород кровли, поскольку смерзшиеся породы представляют единый массив, допускающий большие обнажения кровли до их обрушения. Поэтому при разработке угольных

пластов с труднообрушаемыми кровлями необходимо применение дополнительных мероприятий и различных технологий, исключающих проявления внезапных осадок пород кровли.

Отечественный и зарубежный опыт ведения очистных работ показывает, что для успешного управления кролей необходимы специальные мероприятия, обеспечивающие безопасность работ, особенно в период первичной посадки основной кровли. Это позволило выявить три основных направления в этой области [1].

Первое направление - это применение специальных мероприятий по разупрочнению пород путем воздействия на массив пород основной кровли с целью ее ослабления, позволяющие снизить зависания кровли в призабойном и выработанном пространстве.

К мероприятиям специального характера относятся метод взрывания зарядов ВВ в длинных скважинах (ШахтНИУИ, ИГД им. А.А. Скочинского), передовое торпедирование кровли (КНИУИ), гидроразрыв кровли [2].

Второе направление - разработка и внедрение в производство механизированных крепей повышенного сопротивления, соответствующих конкретным горно-геологическим условиям разработки угольных пластов.

Третье направление включает изменение параметров системы разработки (длина лавы, скорость ее подвигания) или изменение формы очистного забоя (диагональная, вогнутая и др.).

Следует отметить, что основные исследования и опытные проверки выполнены по первому и второму направлениям. Третье направление до настоящего времени остается недостаточно изученным, особенно по изменению формы очистного забоя.

На основании имеющихся способов первичной посадки труднообрушаемых кровель, нами была разработана их классификация (рис. 1) применительно к условиям многолетней мерзлоты.

Эта классификация предусматривает разделение всех способов но две группы, в одну из которых включены способы первичной посадки кровель с воздействием на труднооб-

рушаемые породы. Это воздействие возможно с применением ВВ, гидроразрывом, тепловым или электрохимическим способом.

Отличительными признаками данной группы способов является значительная трудоемкость подготовительных работ и продолжительные сроки их выполнения.

В другую группу включены способы, не предусматривающие непосредственного воздействия на породы кровли. Сюда вошли способы с применением разрушающихся целиков угля и с использованием геологических нарушений.

Касаясь вопроса подземной разработки угольных месторождений Республики Саха (Якутия), а также опыта

Рис. 1. Классификация способов первичных посадок труднообру-шаемых кровель

управления труднообрушаемыми кровлями, следует отметить, что согласно плану перспективного развития угольной промышленности РС(Я), потребность в угле до 2010 г. прогнозируется в объеме 31,7 млн т/год, в том числе на вывоз в другие районы - 14,8 млн т, на экспорт - 9,1 млн т.

Данные о балансовых запасах A+B+C1 по угольным бассейнам Якутии и ориентировочные оценки запасов для подземных работ, приведенных в таблице. Как видно из табли-

цы, на долю запасов для подземных работ приходится около 70 %.

Угольные бассейны Якутии Балансовые запасы А+В+С1, млн.т. Основные месторождения для подземных работ

Всего в т.ч. для подзем. работ

Зырянский 164,0 130,0 Буор-Кемюксское

Ленский 4951,0 3500,0 Джебарики-Хайское, Сангарское

Южно-Якутский 4500,0 2900,0 Чульмаканское, Денисовское

Всего по Якутии 9615,0 6530,0

Анализ горно-геологических и горнотехнических условий эксплуатации Джебарики-Хайского, Чульмаканского и Денисовского месторождений, которые предназначены для подземного способа разработки, свидетельствует о том, что условия этих месторождений близки по своим параметрам: все пласты мощностью 0,9-4,5 м, представлены свитами пологого залегания и находятся в тектонически нарушенных зонах. Глубина залегания до 200-500 м., вмещающие породы представлены песчаниками, аргиллитами, алевролитами.

По прочностным свойствам породы угленосного комплекса рассматриваемых месторождений относятся к категории прочных и весьма прочных.

Опыт управления первичными посадками на шахтах Якутии отличается от общепризнанных и рекомендуемых способов и технологий, указанных выше.

Так на шахте «Сангарская» в трех лавах по пласту «Лотовой» был успешно применен способ первичной посадки кровли, разработанный в ИГДС и ВНИМИ, основанный на формировании разрушающегося целика, снимающего с механизированного комплекса разрушающие нагрузки (рис. 2). Способ осуществляют следующим образом. Участок, длина которого от границы выемочного столба и разрезной печи до места размещения монтажной камеры равна предельному пролету основной кровли, отрабатывают лавой с индивидуальной крепью.

Перед проведением монтажной камеры предварительно рассчитывают ширину разрушающегося целика по методике

П-’-ГП

■ Ч. У'иЛ

Рис. 2. Способ отработки пластов угля с труднообрушаемой кровлей: 1 -

граница выемочного столба; 2 - монтажная камера; 3 - механизированный комплекс; 4 - разрушающийся целик.

ВНИМИ и определяют длину диагональных участков 1 в зависимости от расстояния участка, на котором нагрузка на разрушающийся целик изменяется от максимальной до минимальной величины по выражению:

I = .

где I - длина диагональных участков целика, м; Ь0 - предельный пролет основной кровли, м; Н - глубина разработки, м; о - угол наклона трещин, °; Ь -разрушающегося целика, м; опти-

максимальная ширина мальные параметры I составляют 15-20 м.

Монтажную камеру проходят, оформляя целик угля с приданием ему трапециевидной формы.

По окончании отработки выемочного участка и подвига-ния забоя к границе разрушающегося целика производят первичное обрушение непосредственной кровли в пределах отработанного участка выемочного столба, для чего извлекают индивидуальную крепь в отработанном пространстве. При движении механизированного комплекса от монтажной камеры на расстояние 4-6 м происходит саморазрушение целика и обрушение непосредственной, а затем основной кровли.

Способ защищен авторским свидетельством.

Длительный опыт эксплуатации мехкомплексов на шахте «Джебарики-Хая» показывает, что правильная раскройка шахтного поля № 2, по пласту «Верхний», когда разрезную печь подготовленного к выемке столба проводят у геологиче-

ского нарушения, значительно снижает опасность первичной посадки кровли (рис. 3).

В «Проекте подготовки и отработки шахтного поля № 3 по пласту «Верхний»», выполненным АО «Востсибгипрошахт» в 2002 г., отмечается, что по геологическому строению и характеру развития разрывной тектоники шахтное поле № 3 отнесено к сложным.

В целом, тектоника шахтного поля № 3 требует дальнейшего изучения с целью уточнения характера распространения пространственного положения выявленных зон геологических нарушений.

Следует особо отметить, что предусмотренный проектом и полученный шахтой новый комплекс КМ 138 с четырехстоечной крепью 3М 138И значительно отличается от применяемых на шахте своей громоздкостью, сложностью разворотов в вертикальной плоскости, большой массой. Так, длина секции крепи составляет 5,4 м, а масса 11,8 т. В связи с эти, возникает необходимость в проведении дополнительных исследовательских работ по совершенствованию технологии эксплуатации данного комплекса.

Касаясь вопроса управления мерзлыми труднообру-шаемыми кровлями, следует отметить, что вновь вводимый в работу механизированный комплекс КМ-138 имеет сопротивление секций крепи 6300 кН, что значительно больше, чем у комплексов типа КМ-87Э и 1 0КП70. В то же время, опасность первичных посадок кровли сохраняется. Поэтому вопрос применения тех или иных способов и методов снижения площадей первичных посадок по-прежнему остается актуальным.

Учитывая то обстоятельство, что шахтное поле № 3 имеет большое количество геологических нарушений, то при его отработке возможно использование, разработанного в ИГДС им. Н.В. Черского способа управления труднообрушаемой кровлей.

Указанный способ отработки пластов с труднообру-шаемой кровлей предусматривает использование геологического нарушения для первичной посадки кровли и выполняется следующим образом: раскройку шахтного поля и нарезку выемочных столов ведут таким образом, чтобы

имеющиеся геологические нарушения приурочить к середине столба. Монтажную камеру для отработки столба прямым ходом располагают непосредственно у геологического нарушения с оставлением небольшого целика. После монтажа комплекса, перед началом его работы, оставленный целик разрушают взрывными работами, оголяя геологическое нарушение. В случае если это нарушение располагалось под углом к выемоч-

Главный конвейерный штрек

Рис. 3. Выкопировка из плана горных работ по пласту «Верхний» шахтного поля №2 шахты «Джебарики-Хая»

ному столбу, то при движении комплекса его сначала разворачивают в плоскости столба. После некоторого отхода комплекса непосредственная (если она имелась), а затем и основная кровли обрушаются. По этой технологии первичный шаг обрушения не достигает критических для комплекса значений, поскольку горные породы кровли имеют одну обнаженную плоскость - геологическое нарушение. При даль-

нейшем движении комплекса шаг обрушения устанавливается, и он не превышает размеров первичного. Для отработки столба обратным ходом от геологического нарушения проводят монтажную камеру так же у нарушения, монтируют механизированный комплекс и после отработки столба прямым ходом, пускают его в работу, предварительно разрушив буровзрывными работами имеющийся целик у геологического нарушения

Что касается перспективных угольных месторождений Южной Якутии-Чульмаканского и Денисовского, то следует отметить, что эти месторождения расположены в зонах островной мерзлоты, тектонически нарушены геологическими нарушениями с различными амплитудами. Следовательно, на шахтах Чульмаканская, Локучакитском подземном участке и шахте Денисовская, очистные работы будут осложнены, как геологическими нарушениями, так и осложнениями при управлении кровлей, особенно при первичных посадках кровли.

---------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ефремов А.П., Лось И.Н., Слепцов В.П., Розенбаум М.А. Управление геологическими процессами при подземной разработке угольных месторождений Севера. Якутск: Издательство СО РАН Якутский научный центр, 1998. - 212 с.

2. Клишин В.И. Адаптация механизированных крепей к условиям динамического нагружения. - Новосибирск: Наука, 2002. - 199 с.

Коротко об авторах_____________________________________________

Васильев П.Н. - старший научный сотрудник, кандидат технических наук,

Шерстов В.А. - доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник,

Пересыпкин Г.Д. - инженер,

Институт горного дела Севера им. Н.В. Черского СО РАН.