CC BY
33
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ «НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 97»
МОСКВА. МГГУ, 3.02.97 - 7.02.97 СЕМИНАР 7 «РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКИ ПЛАСТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ»
В.И.Пронин, к.т.н.
А.К. Сингх, инж.
Российский университет дружбы народов
ПРИРОДООХРАННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ
ПРИМЕНИТЕЛЬНО К УСЛОВИЯМ МЕСТОРОЖДЕНИЯ ДЖАРИЯ (ШТАТ БИХАР, ИНДИЯ)
Индия занимает одно из ведущих мест в мире по запасам и количеству добываемого угля. Средняя глубина разработки составляет примерно 150 м, максимальная -свыше 700 м. Разрабатываются, в основном, мощные пласты. Высококачественный каменный уголь залегает, в основном, в Дамо-дарском бассейне. Самыми крупными месторождениями этого бассейна являются Джария и Ранигандж, на долю которых приходится 1/6 часть всех запасов коксующихся углей. Площадь месторождения Джария составляет 453 кв.км, общие запасы (до глубины 640 м) около 12 млрд т. Многие шахты месторождения Джария имеют сходные горно-геологические условия : Гопали-чак, Путки, Булиари Хуриллади и др. В пределах горного отвода шахты Гопаличак залегает 10 рабочих пластов. Только три из них имеют мощность менее 4,5 м. Средний угол падения пластов 10°.
Сложность разработки мощной угленосной толщи связана с жесткими требованиями законодательных актов Индии по охране земной поверхности при ведении горных работ. Поэтому подземная разработка мощных угольных пластов ведется, как правило, с закладкой выработанного пространства.
На шахте Гопаличак применяется система разработки короткими столбами. Выемка угля на пластах мощностью более 3 -4м ведется в два слоя в восходящем порядке. После полной отработки нижнего
слоя приступают к выемке угля в верхнем слое. Извлечение угля ведется буровзрывным способом. Ширина камер равна 4,2 м. Размеры целиков в плане - 25,8x25,8 м. Погашение целиков ведется также буровзрывным способом м начинается с проведения выработки, которая делит целик на равные части. Затем производится закладка камер ниже целика по падению. Следующим этапом является выемка угля в пределах нижней части целика. Извлечение угля ведется заходками шириной 6,5 м с оставлением целиков шириной 1,5 м. После закладки отработанной части целика приступают к выемке угля в верхней части целика по восстанию. Применяемая система разработки отличается простотой. Вместе с тем она весьма трудоемка, потери угля превышают 30%. Производительность труда рабочих низка, себестоимость добычи 1 т. угля превышает розничную цену.
С целью снижения потерь угля, повышения уровня механизации работ авторами анализируются два возможных варианта отработки пласта IX (ш=6,5 м.): камерно-столбовая система разработки и длинными очистными забоями.
Аналитические расчеты ширины камеры проводились для глубины разработки 150 м по методике Норвежского института геомеханики и составили 8 м. Для ведения очистных работ принят комбайн фирмы Паурат с максимальной шириной рабочего органа 8 м. Комбайн оснащен оборудовани-
ем для возведения анкерной крепи. Минимально допустимая ширина междукамерно-го целика определялась по методике Р. Мориссона и составила 12 м, что значительно превышает возможности принятого комбайна по обработке забоя с одной позиции. С целью корректировки ширины целика с учетом подпора от закладочного массива были проведены лабораторные испытания образцов каменного угля. Размеры образцов принимались пропорциональными размерам междукамерных целиков. Образцы испытывались на сжатие без подпора и с подпором от закладочного материала. Было установлено, что целик шириной 8 м с подпором от закладочного материала обладает несущей способностью, превышающей уН, что говорит о работе целика и закладки как единой системы. При этом относительная деформация целика не превышает 10% для глубины разработки 150 м. Окончательно ширина целика принимается 10 м, причем в пределах 8 м уголь извлекается с оставлением ограждений толщиной 1 м с целью предотвращения прорыва закладочного материала из ранее отработанных камер в рабочее пространство.
При расчете параметров сдвижения земной поверхности в расчетных формулах учитывался отпор оставляемых в выработанном пространстве целиков угля.
Авторами анализировался также вариант отработки пласта IX длинными очистными забоями с применением механизированных комплексов. Эта технологическая схема предусматривает выемку угля в два слоя с закладкой выработанного пространства. При определении опережения между слоями исходили из достаточности уплотнения закладочного материала под действием веса опускающейся пачки угля верхнего слоя, непосредственной и основной кровли. Такое опережение должно быть не менее 40 м.
Были определены также параметры сдвижения земной поверхности при отра-
ботке пласта IX в два слоя с гидравлической закладкой. Расчетная величина максимального оседания земной поверхности при отработке нижнего слоя составила согласно [1] 19 см, верхнего - 26 см. При отработке верхнего слоя с отставанием во времени от нижнего слоя 7 - 10 месяцев взаимное влияние на сдвижение земной поверхности составит 38 см. Горизонтальные деформации земной поверхности при отработке пласта IX сближенными слоями с закладкой составят: в полумульде по падению £1 = 2x10"3; в полумульде по восстанию Ег = 4х10"'\ что незначительно превышает предельно допустимую величину, равную 3,5x10'3. Наклоны поверхности на соответствующих участках составят: 11 = 3x10"3; 12 = 8x10"3, что превышает допустимую величину, равную 4x10"3. Максимальная кривизна составит 0,28x10'"', что также незначительно превышает допустимую величину 0,25х10"3. Таким образом, более предпочтительно отрабатывать мощный пласт IX с интервалом во времени между слоями 7-10 месяцев. С увеличением глубины разработки возможен переход на управление кровлей в верхнем слое частичной закладкой или частичным обрушением.
С целью сокращения расхода закладочного материала авторами рассматривается способ управления кровлей плавным опусканием при тонкощелевой подрезке в верхнем слое [2] при условии залегания в кровле пластичных горных пород (аргиллиты, алевролиты, глинистые сланцы, известняки).
Авторами впервые предлагается для рассматриваемых горно-геологических условий способ управления кровлей плавным опусканием с повторным использованием закладочного материала.
Природоохранный способ управления кровлей является не единственным условием снижения величин сдвижения земной поверхности. Правильно выбранное направление движения очистных забоев в вы-
емочных столбах также влияет на параметры сдвижения земной поверхности [3]. Анализ последовательности формирования мульды сдвижения земной поверхности показали, что направление одновременного движения забоев от центра к границе панели (выемочного поля) как и от границы к центру не изменяет характера сдвижения. Вместе с тем, движение очистных забоев в одном направлении меняет характер формирования области взаимного влияния.
При угле падения 10° и более (на шахте Буркунда угол падения угольного пласта мощностью 24 м составляет 20°) воздействие на параметры сдвижения земной поверхности можно осуществить изменением пространственного расположения очистных забоев.
Проведенные авторами расчеты параметров мульды сдвижения земной поверхности при поперечно-наклонном расположении очистных забоев обеспечивают максимальную полноту заполнения выработанного пространства, наибольшую плотность закладочного материала и в большей степени, чем другие технологические схемы, минимизируют параметры мульды сдвижения земной поверхности.
Пространственное расположение забоев одновременно отрабатываемых слоев мощного пласта существенно сказывается на величинах горизонтальных деформаций и уклонов земной поверхности.
Анализ способов искусственного уплотнения закладочного материала ( с по-
мощью пневмобаллонов, взрывной способ и др.) трудны для реализации и не дают должного эффекта. С этой точки зрения правильный выбор технологической схемы выемки угля и пространственное расположение очистных забоев могут обеспечить существенное снижение вредного воздействия на земную поверхность горных работ.
Предварительный анализ способов управления кровлей позволяет определить те из них, которые можно отнести к числу природоохранных. Применение того или иного способа из числа рассмотренных зависит от конкретных горногеологических условий и в первую очередь от глубины разработки и мощности пластов. Использование регулируемого плавного опускания кровли может привести к значительному сокращению расхода закладочного материала и сохранению природных объектов.
1. Правила охраны сооружений и природных
объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях. М.: Не-
дра, 1982.
2. Пронин В.И., Власов Б.Ф. Определение величины смещения пород кровли при известной функции распределения опорного давления. Сб. докладов IX НТК инженерного факультета УДН.
3. D.J. Reddish, X.L.Yao and R.KDunham/ Risk assessment of surface structural damage due to mining subsidence - an integrated computer-based approach. Transaction of the Institution of Mining and Metallurgy. Mining Industry. Vol. 104, 1995.
© В.И.Пронин, A.K. Сингх
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
