CC BY
47
------------------------------------------ © А.В. Тихонов, В.В. Агафонов,
2011
УДК 622.013
А.В. Тихонов, В.В. Агафонов
ОБОСНОВАНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ И ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ОТРАБОТКИ ОКОЛОСТВОЛЬНЫХ ЦЕЛИКОВ
Обоснованы необходимость и экономическая целесообразность отработки около-ствольных целиков при различной конфигурации околоствольных дворов.
Ключевые слова: подземная разработка, околоствольные целики, околоствольные дворы, горные работы.
ТЪ соответствии с современными
-Л# тенденциями развития технологии
угледобычи, ускорения научнотехнического прогресса, обеспечения необходимых экологических и социально-экономических требований к труду одной из основных проблем дальнейшего повышения уровней прогрессивности и экономичности ведения подземных горных работ является рационализация природопользования и охрана недр.
Одним из основополагающих вопросов в этой области является повышение полноты извлечения, комплексное и рациональное использование запасов угольных месторождений.
Передовые шахты с высокой технико-экономической эффективностью чаще всего отрабатывают запасы, отличающиеся высокой и достаточной технологичностью горно-геологичес-ких условий и повышение полноты выемки не требует значительных капитальных затрат.
Анализ показывает, что техника и технология угледобычи, применяемые до середины 70-ых годов, как правило обуславливали значительные потери угля по площади и мощности пласта и особенно велики были потери при раз-
работке мощных пластов, находящихся в зоне и вне зоны влияния очистных работ.
Общеизвестно, что при определении потерь последние могут характеризоваться как безвозвратные (забалансовые), проектные и сверхпроектные (ненормированные). Если первый вид потерь связан с объективными показателями, характеризующими качество и мощность принимаемых к отработке угольных пластов, а последний предопределяется стохастическими причинами, возникающими в процессе эксплуатации месторождения, то проектные потери нормируются регламентирующими документами и при достаточном обосновании могут быть скорректированы в сторону уменьшения. К этим потерям относятся потери в барьерных (у границ шахтных полей, блоков) и предохранительных (для охраны стволов и выработок с длительным сроком службы) целиках.
Анализ накопленного мирового опыта и проводимых в данной области исследований позволил синтезировать 9 основных схем отработки околоствольных целиков.
Схема 1. Равномерная выемка очистными забоями от ствола к границам целика.
Схема 2. Равномерная выемка очистными забоями от границ целика к стволу.
Схема 3. Гармоничная выемка расходящимися забоями, начиная с середины правой или левой половины целика (способ Лемана).
Схема 4. Одновременная выемка целика сонаправленными забоями от ствола и от одной из границ.
Схема 5. Гармоничная выемка в одном направлении забоями, расположенными в шахматном порядке (способ Балса).
Схема 6. Выемка одним забоем от одной границе целика к другой.
Схема 7. Последовательная выемка одним очистным забоем при разделении целика на две половины: сначала отрабатывается одна половина, затем в противоположном направлении - другая.
Схема 8. Веерная выемка длинным забоем, двигающимся вокруг ствола.
Схема 9. Выемка целика в произвольном порядке.
Наибольшее распространение получили 3 схемы выемки: с равномерным подвиганием забоев от ствола к границам целика, наоборот - от границ к стволу и с выемкой от одной границы к другой.
Анализируя работы в данной области можно отметить, что принципиальных отличий в состоянии крепи при различных вариантах применяемых при отработке систем разработки (спаренными лавами, длинными очистными забоями при столбовых и сплошных системах, длинными симметрично опережающими забоями) не наблюдалось. Существенным являются способы управления горным давлением и применение превентивных конструктивных мер защиты. Последние в совокупности с закладкой выработанных пространств предопределили минимальные деформации и разрушения.
Сравнительно широкое распространение данных трех схем выемки предохранительных целиков определяется меньшими затратами на подготовку очистного фронта, так как в качестве монтажных камер и выемочных штреков в максимальной степени используются пройденные на стадии строительства шахты подготовительные выработки или приконтурные выработки, обеспечивающие ведение очистных работ за границами целиков. Однако уже на больших глубинах применение схем 1 и 2 при ведении работ сплошными широкими фронтами является экономически нецелесообразным, так как требует увеличения общего числа очистных забоев и, соответственно, парка дорогостоящего очистного оборудования на сравнительно небольших участках шахтных полей - околоствольных целиках.
Основные выводы по технологической реализации остальных схем выемки околоствольных предохранительных целиков сводятся к следующему: кроме увеличения на больших глубинах числа очистных забоев для реализации схем 3 и 4 требуется также повышенный объем горно-подготовительных работ; еще в большей степени данные проблемы возникают при использовании гармоничной выемки по схеме 5, которые, к тому же, усугубляются сложностью транспортных потоков и схемы проветривания; схеме 7 присущи те же недостатки как и схеме 2 при разделении целика на участки; для веерной выемки (схема 8) характерны, с одной стороны (при движении забоев по кругу), многообразие сложных маневровых операций по перемещению оборудования в лавах, трудности с управлением кровлей, в непосредственной близости от ствола и необходимость проведения криволинейных подготовительных выработок, а с другой (при отработке выемочными
столбами разной ориентации), большой объем монтажно-демонтажных и горноподготовительных работ; произвольная выемка (схема 9), хотя и не требует подготовки очистных фронтов, так как осуществляется лавами соседних выемочных участков при доработке длинных столбов, но вызывает хаотичное изменение проявлений горного давления, при котором прогнозировать поведение вмещающих пород и их влияние на ствол во времени и в пространстве практически невозможно.
Выполненный анализ отечественного и зарубежного опыта погашения около-ствольных целиков свидетельствует о технической возможности и экономической целесообразности отработки око-лоствольных предохранительных целиков. Анализ показывает, что во многих случаях выемка может осуществляться с эксплуатацией подрабатываемых стволов, пересекающих рабочие пласты полезного ископаемого. Увеличение полноты выемки приводит к росту интенсивности процессов сдвижения и деформаций пород и крепи, а применение классических способов требует использования традиционного очистного оборудования на базе большого количества комплексно-механизированных забоев, которое на стадии строительства и ввода шахты в эксплуатацию является экономически и технологически невозможным. Оптимальным в таком случае является переход к частичной выемке целиков на базе однотипного для подготовительных и очистных работ оборудования и (или) к применению закладки выработанных пространств; последнее, однако, требует соответствующих дополнительных затрат на поставку закладочных комплексов и ведение закладочных работ.
Проведенный анализ позволяет сделать вывод о необходимости и целесо-
образности отработки околоствольных целиков на стадии строительства шахт. Однако опыт отработки околоствольных целиков показывает, что при этом возникает ряд серьезных задач, которые требуют кардинального решения. Во-первых, необходимо разработать гибкую систему технологических решений, позволяющую производить отработку око-лоствольных целиков на стадии строительства шахт с обеспечением эксплуатационной надежности вертикальных шахтных стволов в течение всего срока эксплуатации шахты. Поскольку отработка околоствольных целиков приводит к проявлению опорного давления и его влиянию на крепь и армировку вертикальных стволов, то возникает вторая основная задача, которую необходимо решить для обеспечения эксплуатационной надежности стволов, находящихся в зоне влияния очистных работ. В первую очередь необходимо осуществлять постоянный контроль за напряженно-деформированным состоянием крепи и разработать аппарат обработки результатов натурных измерений, позволяющий производить оперативную
оценку фактического напряженно-
деформированного состояния крепи с целью гибкого регулирования технологии отработки околоствольного целика. Кроме этого, необходимо разработать аппарат, позволяющий выявлять зоны, в которых возможно максимальное воздействие опорного давления. На участках возможного максимального деформирования ствола следует предусматривать технологические и конструктивные решения по креплению и армированию ствола.
Одним из важнейших показателей, предопределяющим корректный выбор той или иной системы разработки, технологической схемы ведения очистных работ, направления подвигания очист-
ного фронта, системы транспорта и проветривания, являются размеры подготавливаемых к отработке запасов. В традиционном понимании такие размеры устанавливаются на стадии подготовки пластов, в результате чего все шахтное поле делится по простиранию и по падению на части, удобные для последующего разделения на выемочные участки, а определение данных размеров осуществляется на основе технико-экономи-ческих расчетов, например, с помощью хорошо зарекомендовавшего себя метода вариантов.
В отличие от традиционной раскройки шахтных полей определение размеров выемочных участков в пределах околоствольных целиков имеет свои специфические особенности, суть которых сводится к следующим объективным обстоятельствам:
• максимальные размеры запасов по падению и по простиранию ограничены размерами околоствольного целика, контуры которого в зависимости от углов сдвижения и глубины устанавливаются по нормативным документам;
• в пределах целика сооружается околоствольный двор, каждый тип двора
характеризуется своими габаритными размерами и сетью околоствольных и вскрывающих выработок, охрана которых осуществляется предохранительными целиками шириной не менее 30 м;
• к околоствольному двору примыкают магистральные откаточные (конвейерные) и вентиляционные выработки общешахтного назначения, которые также охраняются предохранительными целиками.
Таким образом, на стадии строительства и подготовки шахты для сдачи ее в эксплуатацию отработке подлежит только часть околоствольного целика, ограниченная с внешних сторон его контуром, а внутри границами предохранительных целиков, в пределах которых располагается комплекс выработок околоствольного двора с примыкающими к нему магистральными выработками. В связи с этим задача определения размеров выемочных участков в околоствольных целиках может быть реализована только при взаимной увязке всех отмеченных выше геометрических параметров. втеге
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ------------------------------------------------------------------
Тихонов Антон Викторович - аспирант, Московский государственный горный университет, Moscow State Mining University, Russia, ud@msmu.ru Агафонов Виталий Валерьевич - горный инженер, РГС.
