CC BY
21
© И.И. Шаровар, Б.Д. Терентьев,
Д.Б. Никишичев, В.А. Груздев, 2002
УДК 622.031.4
И.И. Шаровар, Б.Д. Терентьев,
Д.Б. Никишичев, В.А. Груздев
ТЕХНОЛОГИЯ ОТРАБОТКИ ЛОКАЛЬНЫХ УЧАСТКОВ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ КУЗБАССА
Сд уществующие в настоящее время в мировой практике традиционные технологии разработки угольных месторождений подземным способом осуществляются со значительными потерями в недрах по различным причинам, уже вскрытых и подготовленных запасов, что значительно снижает технико-экономическую эффективность горных работ, приводит к нерациональному использованию недр.
В сложившихся условиях первоочередное значение приобретает отработка запасов, сосредоточенных в локальных участках шахтных полей или месторождений и целиках под охраняемыми объектами угольных предприятий в уже освоенных бассейнах страны.
Под локальными участками понимаются участки угольных пластов с ограниченными размерами и, соответственно, небольшими запасами, где применение традиционных технологических схем и средств комплексной механизации очистных работ либо технически невозможно, либо экономически не оправдано. Учитывая, что суммарный объем запасов таких участков в уже освоенных регионах составляет значительную величину, например, только в ОАО "Прокопьевск-уголь" он определены в количестве около 323 млн т, то потери угля в недрах за счет недоизвлечения запасов существенно возрастают.
Вместе с тем, такие запасы, как показала практика их эксплуатации в Кузбассе, можно экономически эффективно отрабатывать предприятиями малой и средней производственной мощности по упрощенным технологическим схемам.
Кроме того, разработка локальных участков позволяет не снижать объемы добычи в угледобывающих регионах, полнее использовать земные недра, в некоторой степени нивелировать социальную напряженность при санации нерентабельных шахт.
Отработка участков с ограниченными запасами может быть экономически оправданной лишь при условии создания новых технологических решений и комплексного использования подземного пространства. В Московском горном университете предложена интегральная технология разработки мощных угольных пластов, предусматривающая совмещение процесса угледобычи с другими процессами, позволяющими увеличить экономическую эффективность разработки и экологическую безопасность региона, например, с размещением в выработанном пространстве твердых массовых промышленных и бытовых отходов. Технология с закладкой выработанного пространства для месторождений крутого или крутонаклонного падения мощных пластов, расположенных до глубины 500-600 м обеспечивает, кроме того, минимальное воздействие горных работ на дневную поверхность. Отработку мощных пластов локальных участ-
ков предлагается производить горизонтальными слоями в нисходящем порядке с использованием камерных или камерно-столбовых систем разработки. Для избежания негативных последствий применения указанных систем - высоких эксплуатационных потерь полезного ископаемого вследствие оставления межкамерных целиков и, связанных с этим, возможности возникновения эндогенных пожаров при выемке самовозгорающихся кузнецких углей - полнота выемки должна быть исключительно высокой.
После окончания очистных работ в камере, в нее по пневмотрубопроводу подается твердеющая закладка, приготовленная на основе шлаков мусоросжигающих предприятий теплоэлектростанций, металлургических заводов, породных отвалов шахт и обогатительных фабрик. В качестве связующего используется зола и шлаки мелкого помола. Следующей отрабатывается камера, расположенная через целик от первой. Выемка межкамерного целика осуществляется после заполнения двух соседних камер твердеющей закладкой и выдержки во времени, необходимой для схватывания материала закладки. Образовавшаяся камера также заполняется твердеющей закладкой. После отработки всех запасов в одном горизонтальном слое и заполнения камер закладкой, горные работы переходят на нижележащий слой, при этом продольные оси камер смещают на половину ширины камеры, чтобы обеспечить устойчивость закладочных блоков за счет их пространственной перевязки.
Технологические параметры камер и межкамерных целиков определяются применяемыми техническими средствами, свойствами вмещающих горных пород и угля, а также расположением камер относительно элементов залегания пород и пространственного направления отработки камер.
В качестве технических средств могут быть использованы: самоходный очистной комбайн фронтального действия с исполнительным органом избирательного типа, самоходные саморазгружающиеся вагонетки на пневматическом ходу или переносные конвейеры. Расположение камер определяется, в первую очередь, мощностью и углом падения пласта, способом подготовки месторождения и, в принципе, может ориентировано как вкрест простирания, так и по простиранию пласта. При ориентировке камер по простиранию их длина зависит от способа подготовки выемочных полей (блоков) или размера локальных участков.
Выбор ширины камеры имеет важное значение для эффективной отработки участков, т.к. определяет удельный объем добычи и наличие дополнительных технологических процессов по креплению камер.
Расчет ширины камеры осуществляется в соответствии с техническими возможностями выемочных машин, спецификой горнотехнических условий и необходимостью отработки камер без крепления (анкерования кровли). При проведении горных работ в окружающей угленосной толще происходят сложные геомеханические процессы, приводящие к деформации, сдвижению и разрушению вмещающих горных пород. Кровля выработок представлена различными породными слоями, которые имеют разную мощность, прочностные характеристики, пустотность, проницаемость и
весьма неравномерно распределены в массиве. В процессе проведения выработок, под действием собственного веса и касательных напряжений, нижележащие слои пород по контактным плоскостям отделяются от вышележащих и между ними возникают полости расслоения.
Влияние данного процесса на ход разрушения пород, а, следовательно, на устойчивость непосредственной кровли определяется местонахождением плоскостей расслоения, так называемых, поверхностей ослабления механических контактов (ОМК) и степенью связанности между ними [1]. Вероятность вывалообразования зависит от расстояния между угольным пластом и ближайшей поверхностью ОМК, а также от коэффициента механического ослабления по данной плоскости. Увеличение расстояния и степени сцепления приводит к уменьшению ослабленности и возрастанию устойчивости кровли.
Представление углевмещающего массива плоскопараллельной структурой, состоящей из ряда геологических слоев, позволяет оценить их мощность и качество контактов на основе геофизических исследований. Физическая сущность их состоит в том, что при возбуждении сейсмоакустиче-ского сигнала в породах кровли возникает явление так называемого "толщинного" резонанса. Амплитуда отклика, т.е. колебаний части массива между поверхностями, ограничивающими данный породный слой, по резонансной частоте при наличии ОМК будет значительно превышать соответствующий параметр на той же частоте без расслоения массива. Собственная частота резонатора (породного слоя) определяется его толщиной и вертикальной средней скоростью упругих волн. Исходя из этого, расстояние от кровли угольного пласта до границы К-го породного слоя определяется по зависимости *=^
2 /
где Vср - средняя скорость распространения упругих волн; f - резонансная частота.
Таким образом, изучив спектральную характеристику породной толщи, можно вычислить число слоев, их геомет-
рические размеры и степень ослабленности механического контакта между поверхностями. В соответствии с полученными результатами изменения свойств пород кровли при их обнажении определяется эквивалентный пролёт выработки и, соответственно, ширина камеры,
ак = 2 Lэ, м
где Lэ - эквивалентный пролет выработки, м.
Для обеспечения безопасности очистной выемки и исключения обрушения пород кровли в результате ее расслоения необходимо определить время отработки камер. При отсутствии крепления в камерах скорость ее отработки и возведения закладочного массива должна быть равной или превышать скорость расслоения пород и потери их несущей способности.
Возможные время и скорость расслоения в соответствии с [2] определяется по зависимости
Я(yh - 3/ 4Кр
h
2
Ур =-
Lэ2
У*
где g - ускорение силы тяжести; у - средняя плотность пород; Кр - коэффициент разрыхления пород; * - расстояние от пласта до границы расслоения пород кровли; Lэ - эквивалентный пролет выработки; t - время от начала расслоения до потери несущей способности слоев.
Таким образом можно определить оптимальные параметры камеры - ширину и длину в соответствии со временем отработки.
Описанная технология позволяет снизить потери полезного ископаемого в недрах за счет более полного извлечения запасов, которые невозможно отработать традиционными способами. Одновременно решаются вопросы повышения экологической безопасности регионов, снижения вредного воздействия горных работ на дневную поверхность и нивелирования социальной напряженности в угледобывающих регионах при реструктуризации отрасли.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Молев М.Д, Гефанов И.В, Фролов А.В. Исследование и установление основ-
ных закономерностей поведения горных
пород в призабойной части горных выработок. Безопасность труда в промышленности.
I.: 2001, № 7, п. 41-43.
2. Слесарев В.Д. Механика горных пород. М. - Л.: Углетехиздат,1952,- 348 с.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Шаровар И.И., Терентьев Б.Д., Никишичев Д.Б., Груздев В.А. — Московский государственный горный университет.
