CC BY
13
УДК 622.016.5:622.453:622.831.245 © С.А. Солдатов, Г.В. Райко, А.С. Позолотин, А.В. Самок, С.А. Зиняков, 2019
Сохранение монтажной камеры для повторного использования в качестве вентиляционной выработки и организации
запасного выхода
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2019-10-86-91
СОЛДАТОВ С.А.
Технический директор
АО «Угольная компания «Северный Кузбасс»,
652427, г. Берёзовский, Россия
РАЙКО Г.В.
Заместитель директора по проектным работам ООО НИЦ-ИПГП «РАНК», 630090, г. Новосибирск, Россия, e-mail: [email protected]
ПОЗОЛОТИН А.С.
Канд. техн наук,
директор ООО НИЦ-ИПГП «РАНК», 630090, г. Новосибирск, Россия, e-mail: [email protected]
САМОК А.В.
Директор по проектным работам ООО «РАНК 2», 650000, г. Кемерово, Россия, e-mail: [email protected]
ЗИНЯКОВ С.А.
Главный технолог шахты «Первомайская» АО «Угольная компания «Северный Кузбасс», 652427, г. Берёзовский, Россия
В статье рассмотрен опыт применения технологии двухуровневого крепления монтажной камеры с целью ее сохранения для повторного использования в качестве вентиляционной выработки и организации запасного выхода при работе очистного забоя в условиях шахты «Первомайская» АО УК «¡Северный Кузбасс». Приведены результаты научных исследований, представлены схемы крепления выработки и ее сопряжения.
Ключевые слова: сохранение, монтажная камера, двухуровневое крепление, анкеры глубокого заложения, шахта, выработка, повторное использование, усиление, канатные анкеры.
ВВЕДЕНИЕ
Сохранение выработок на границе с выработанным пространством является эффективным направлением, поскольку не требует значительных объемов капитальных затрат на проходку и крепление вскрывающих выработок.
В соответствии с планом развития горных работ и действующей проектной документацией на отработку лавы № 412 пласта XXIV шахты «Первомайская» АО УК «Северный Кузбасс» ее необходимо обеспечивать определенным расчетным количеством воздуха для проветривания, а также иметь запасный выход в случае возникновения аварийной ситуации. Учитывая горно-геологические и горнотехнические особенности месторождения на данном участке, технической службой шахты, совместно со специалистами ООО НИЦ-ИПГП «РАНК», было принято решение о сохранении монтажной камеры 412 на границе с выработанным пространством на весь период отработки лавы № 412.
ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ДВУХУРОВНЕВОМУ
КРЕПЛЕНИЮ МОНТАЖНОЙ КАМЕРЫ
С ЦЕЛЬЮ ЕЕ СОХРАНЕНИЯ
ДЛЯ ПОВТОРНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
Как правило, в качестве выработок, сохраняемых на границе с выработанным пространством, используют выемочные штреки (конвейерный, вентиляционный), пройденные по простиранию пласта. Уникальность данной работы состоит в том, что сохраняется выработка (монтажная камера) на границе с выработанным пространством, пройденная по падению пласта.
Монтажная камера 412 пройдена по пласту XXIV на глубине 120-150 м от поверхности. Проходка выработки осуществлялась в соответствии с действующей нормативной документацией [1, 2].
Пласт XXIV характеризуется следующими горногеологическими условиями: основная кровля пласта мощностью 18-20 м представлена среднезернистым крепким песчаником; прочность на сжатие - 83 Мпа; кровля тяжелая, трудноуправляемая. Непосредственная кровля пласта общей мощностью 1,5-1,8 м представлена алевролитом либо песчаником прочностью от 40 до 70 МПа, мощностью 0,1-1,7 м. Пласт XXIV простого строения мощ-
Рис. 1. Видеоэндоскопическое обследование шпуров на сопряжениях монтажной камеры 412 с конвейерным и вентиляционным штреками № 412, глубина шпура - 6,5 м. Изображения на различной глубине исследования: а - 4 м; б - 5 м; в - 5,2 м; г - 6,5 м
Fig. 1. Video endoscopic inspection of the holes at the interfaces of the mounting chamber No. 412 with conveyor and ventilation drifts No. 412, the depth of the hole is 6.5 m. Images at different depths of the study: a - 4 m; b - 5 m; v - 5.2 m; g - 6.5 m
ностью 0,71-1,21 м представлен полублестящей разновидностью с прослоем крепкого, матового, расположенного в верхней части пласта мощностью 0,2-0,4 м. Прочность угля на сжатие - 10-13 МПа. Пласт отнесен к угрожаемым по горным ударам с глубины 150 м и угрожаемым по внезапным выбросам угля и газа с глубины 300 м.
С целью выбора оптимальных параметров крепи, обеспечивающих безаварийное поддержа -ние монтажной камеры на протяжении всего срока службы, была выполнена оценка деформационного состояния массива пород кровли при помощи видеоэндоскопа. Исследования проводились на сопряжениях монтажной камеры 412 с вентиляционным и конвейерным штреками.
В процессе проведения исследований расслоений, оказывающих влияние на устойчивость при-контурного массива, не выявлено (рис. 1).
Параметры крепи монтажной камеры приняты на основании методики расчета, представленной в ФНиП «Инструкция по расчету и применению анкерной крепи на угольных шахтах» [3] с учетом горно-геологических особенностей месторождения. Сохраняемую часть монтажной камеры 412 шириной 3,1 м рекомендовано крепить анкерами АКМ20.01 длиной 2,2 м с шагом установки 0,8 м (рис. 2).
При разработке документации по креплению монтажной камеры был учтен многолетний опыт расчетов параметров анкерной крепи для уголь-
Рис. 2. Схема крепления монтажной камеры Fig. 2. Mounting chamber mounting diagram
Рис. 3. Монтажная камера после выхода механизированного комплекса (сечение)
Fig. 3. The mounting chamber after the exit of the mechanized complex (section)
Рис. 4. Обрушение кровли после первичной посадки и сохранение монтажной камеры (сечение) Fig. 4. The collapse of the roof after the initial landing and the preservation of the mounting chamber (section)
Рис. 5. Схема крепления сопряжения монтажной камеры с конвейерным штреком (план) Fig. 5. The mounting scheme of the interface of the mounting chamber with the conveyor drift (plan)
Рис. 6. Монтажная камера 412 на выкопировке с плана горных работ с расположением замерных станций Fig. 6. Mounting chamber No. 412 on a copy from the mining plan with the location of metering stations
ных шахт и рудников России, основанный на применении различных методик расчета [4, 5, 6, 7], в том числе и зарубежных [8, 9, 10, 11, 12].
Для сохранения и повторного использования монтажной камеры № 412 на основании проведенной научно-исследовательской работы были предложены, а затем применены следующие технологические решения по усилению анкерной крепи.
Усиление крепи монтажной камеры 412 для безопасного и безаварийного монтажа механизированного комплекса и последующего сохранения для запасного выхода людей предусмотрено двумя рядами канатных анкеров АК02 длиной 6 м, с шагом установки анкеров 0,8 м, двойным органным рядом из деревянных стоек диаметром 200-250 мм, устанавливаемым по завальной стороне выработки, и одним рядом со стороны целика (рис. 3, 4).
Кровля конвейерного и вентиляционного штреков № 412 (на подходах к сопряжениям с монтажной камерой 412) закреплена анкерами АКМ20.01 длиной 2,2 м с шагом установки 1 м. Кровля сопряжений закреплена анкерами АКМ20.01 длиной 2,2 м с шагом установки 0,4 м.
Для обеспечения поддержания сопряжений на весь период эксплуатации было предусмотрено усиление тремя рядами канатных анкеров АК02 длиной 6,0 м - для сопряжения с конвейерным штреком № 412 (рис. 5), и 6 м - для сопряжения с вентиляционным штреком с шагом установки анкеров 1 м и двумя органными рядами из деревянных стоек диаметром 200-250 мм.
Глубина заложения канатных анкеров определялась с учетом закрепления анкеров за контуром свода естественного равновесия на величину не менее 1,1 м.
Для поддержания и сохранения конвейерного штрека в выработанном пространстве и ограждения от пород со стороны завала лавы была установлена костровая деревянная крепь (рис. 6).
Канатные анкеры устанавливались в кровлю выработки под углом 75-80° в промежутках между верхняками анкерной крепи первого уровня под «бесконечный» подхват из СВП.
На шахте «Первомайская» в монтажной камере 412 были проведены исследования деформаций прикон-турного массива в линейной части и на сопряжениях. Для этого были оборудованы замерные станции, каждая из которых оснащена глубинным репером РГ6, установленным в скважине, пробуренной в породах кровли на глубину 7 м (см. рис. 6). Наблюдения за состоянием крепи проводились с момента выезда механизированного комплекса из монтажной камеры. Результаты проведенных исследований смещения пород кровли в сохраняемой монтажной камере представлены на рис. 7.
Из результатов проведенных исследований видно, что смещения пород кровли затухают на расстоянии 200250 м после выезда механизированного комплекса из монтажной камеры. Максимальные зарегистрированные смещения в монтажной камере и на сопряжениях не превысили 100 мм, при этом состояние крепи удовлетворительное.
На протяжении всего срока эксплуатации монтажной камеры 412 производилась оценка состояния контура и крепи путем визуального обследования. При оценке состояния выработки особое внимание было уделено наличию раскрытых трещин в кровле и боку выработки, вывалам пород из кровли между анкерами, вывалам угля из бока выработки, видимым отслоениям прикон-турных слоев пород кровли и другим признакам проявления горного давления. Результаты визуального обследования следующие: подхваты и решетчатая затяжка поджаты к кровле, гайки на анкерах затянуты, провисания решетчатой затяжки и отслоение породы незначительные. Прорывы опорных элементов отсутствуют. Отжимы угля со стороны бока выработки локальные и незначительные.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Предложенная схема крепи монтажной камеры 412, сохраняемой для повторного использования, позволила обеспечить устойчивость пород кровли и боков выработки на весь срок ее службы, что в свою очередь создало условия для безремонтного поддержания, повышения безопасности и эффективности горных работ. Кроме этого, применение данной схемы крепи позволило шахте «Первомайская» снизить экономические затраты на проведение и крепление выемочных выработок, увеличить темпы подготовки выемочного участка.
На основании проведенной научно-исследовательской работы можно сделать вывод о технической возможности сохранения монтажной камеры с целью повторного использования в горно-геологических условиях не толь-
Расстояние до очистного забоя, м 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
s R,= 7,0 м
IS R = 5,0 м
Рис. 7. Зависимости смещений (мм) глубинных реперов РГ-6 в монтажной камере 412 на замерных станциях: а - станция 1; б - станция 2; в - станция 3 Fig. 7. Dependencies of displacements (mm) of RG-6 depth rappers in mounting chamber No. 412 at metering stations: a - station 1; b - station 2; at - station 3
% R2 = 6,0 м
a R3=
к 3
5,0 м
= 4,0 м
Расстояние до очистного забоя, м 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
Расстояние до очистного забоя, м 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
24 ас И
н 10 5Р
Si* 91 *
к Р6
50^ и_ Т»
7*
а
0
R2 = 6,0 м
R4 = 4,0 м
R5 = 3,0 м
R. = 2,0 м
б
0
R, = 7,0 м
ю R
з4
R5 = 3,0 м
R6 = 2,0 м
в
0
R = 7,0 м
о R2 = 6,0 м
R3 = 5,0 м
R4=4,0 м
R5 = 3,0 м
R6 = 2,0 м
ко шахты «Первомайская», но и на других шахтах Кузбасса. Для этого необходимо провести предварительные исследования деформационного состояния пород кровли в проводимой монтажной камере, на основании полученных результатов произвести расчет крепи с обоснованием применяемой технологии крепления и осуществлять мониторинг за состоянием крепи в процессе эксплуатации выработки.
Список литературы
1. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности в угольных шахтах». Серия 05. Выпуск 40. М.: ЗАО НТЦ ПБ, 2018. 198 с.
2. СП 91.13330.2012 Свод правил. Подземные горные выработки. (Актуализированная редакция СНиП 11-94-80), утвержденный приказом Министерства регионального развития Российской Федерации от 30 июня 2012 г. № 283.
3. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Инструкция по расчету и применению анкерной крепи на угольных шахтах». Серия 05. Выпуск 42. М.: ЗАО НТЦ ПБ, 2015. 186 с.
4. Ануфриев В.Е., Лупий М.Г. Опыт применения канатных анкеров в качестве крепи усиления демонтажных камер
и выработок, поддерживаемых на границе с выработанным пространством, и методика расчета их параметров. Кемерово: Институт угля и углехимии СО РАН, 2008. 220 с.
5. Широков А.П., Писляков Б.Г. Расчет и выбор крепи сопряжений горных выработок. М.: Недра, 1978. 304 с.
6. Цимбаревич П.М. Механика горных пород. М.: Угле-техиздат, 1948. 184 с.
7. Борщ-Компониец В.И. Практическая механика горных пород. М.: Горная книга, 2013. 322 с.
8. Pivnyak G., Bondarenko V., Kovalevs'ka I. Mining of Mineral Deposits. London, UK: Taylor & Francis Group, 2013. 384 p.
9. Abzalov M. Applied Mining Geology. Australia, 2016. 443 p.
10. Zong-Xian Zhang. Rock Fracture and Blasting. Theory and Applications. Longyearbyen, Svalbard, Norway, 2015. 487 p.
11. John A. Hudson. Rock Engineering Risk. London, UK: Taylor & Francis Group, 2015. 596 p.
12. Geomechanics of Mine Workings Support Systems / V. Bondarenko, I. Kovalevska, H. Symanovych, M. Barabash O. Vivcharenko. London, UK: Taylor & Francis Group, 2018. 231 p.
SUBSOIL USE
UDC 622.016.5:622.453:622.831.245 © S.A. Soldatov, G.V. Raiko, A.S. Pozolotin, A.V. Samok, S.A. Zinyakov, 2019 ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' - Russian Coal Journal, 2019, № 10, pp. 86-91 DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2019-10-86-91
Title
PRESERVING THE INSTALLATION CHAMBER FOR REUSE AS A VENTILATION OUTLET AND ORGANIZING AN EMERGENCY EXIT Authors
Soldatov S.A.', Raiko G.V.2, Pozolotin A.S.2, Samok A.V.3, Zinyakov S.A.'
1 "Severniy Kuzbass" Coal Company JSC, Berezovskiy, 652427, Russian Federation
2 NITS-IPGP "RANK" LLC [Scientific Research Center - Institute of Design of Mining Enterprises "RANK"], Novosibirsk, 630090, Russian Federation
3 "RANK 2" LLC, Kemerovo, 650000, Russian Federation
Authors' Information
Soldatov S.A., Technical Director
Raiko G.V., Deputy Director of Projects, e-mail: [email protected] Pozolotin A.S., PhD (Engineering), Director, e-mail: [email protected] Samok A.V., Director of Projects, e-mail: [email protected] Zinyakov S.A., Chief technologist of "Pervomayskaya" mine
Abstract
The paper discusses the experience of applying the technology of two-level mounting of the mounting chamber with the aim of preserving it for reuse as a ventilation outlet and organizing an emergency outlet when working the face in the "Pervomaiskaya" mine of "Severniy Kuzbass" Coal Company JSC. The results of scientific research are presented, the schemes of fastening the working and its pairing.
Keywords
Preserving, Mounting chamber, Two-level fastening, Deep-laid anchors, Mine, Production, Reuse, Reinforcement, Rope anchors.
References
1. Federalnye normy i pravila v oblasti promyshlennoy bezopasnosti "Pravila bezopasnosti v ugolnykh shakhtakh" [Federal rules and regulations in the field of industrial safety "Coal Mine Safety Regulations"]. Series 05. Issue 40. Moscow, NTTs PB JSC Publ., 2018, 198 p. (In Russ.).
2. SP 91.13330.2012 Svodpravil. Podzemnyyegornyye vyrabotki. (Aktualizirov-annaya redaktsiya SNiP II-94-80), utverzhdennyy prikazom Ministerstvom regional'nogo razvitiya Rossiyskoy Federatsii ot 30 iyunya 2012 g. №283 [SP 91.13330.2012 Code of practice. Underground mining. (Updated version of SNiP II-94-80), approved by order of the Ministry of Regional Development of the Russian Federation dated June 30, 2012, No. 283]. (In Russ.).
3. Federalnye normy i pravila v oblasti promyshlennoy bezopasnosti"/nstrukt-siya po raschetu iprimeneniyu ankernoy krepi na ugolnykh shakhtakh" [Federal rules and regulations in the field of industrial safety "Instructions for the calculation and application of roof bolting in coal mines"]. Series 05. Issue 42. Moscow, NTTs PB JSC Publ., 2015, 186 p. (In Russ.).
4. Anufriyev V.Ye. & Lupiy M.G. Opyt primeneniya kanatnykh ankerov v kachestve krepi usileniya demontazhnykh kamer i vyrabotok, podderzhivayemykh na granitse s vyrabotannym prostranstvom i metodika raschota ikh parametrov [The experience of using rope anchors as a lining for reinforcing dismantling chambers and workings supported at the border with a worked-out space and a method for calculating their parameters]. Kemerovo, Institut uglya i uglekhimii SO RAN Publ., 2008, 220 p. (In Russ.).
5. Shirokov A.P. & Pislyakov B.G. Raschet i vybor krepi sopryazheniy gornykh vyrabotok [Calculation and selection of lining mines]. Moscow, Nedra Publ., 1978, 304 p. (In Russ.).
6. Tsimbarevich P.M. Mekhanika gornykh porod [Rock mechanics]. Moscow, Ugletekhizdat Publ., 1948, 184 p. (In Russ.).
7. Borshch-Komponiets V.I. Prakticheskaya mekhanika gornykh porod [Practical mechanics of rocks]. Moscow, Gornaya Kniga Publ., 2013, 322 p. (In Russ.).
8. Pivnyak G., Bondarenko V. & Kovalevska I. Mining of Mineral Deposits. London, UK, Taylor & Francis Group, 2013, 384 p.
9. Abzalov M. Applied Mining Geology. Australia, 2016, 443 p.
10. Zong-Xian Zhang. Rock Fracture and Blasting. Theory and Applications. Longyearbyen, Svalbard, Norway, 2015, 487 p.
11. John A. Hudson. Rock Engineering Risk. London, UK, Taylor & Francis Group, 2015, 596 p.
12. Bondarenko V., Kovalevska I., Symanovych H., Barabash M. & Vivcharenko O. Geomechanics of Mine Workings Support Systems. London, UK, Taylor & Francis Group, 2018, 231 p.
Received September 09,2019
