Технология очистной выемки заключается в следующем: комбайн извлекает нижнюю пачку угля мощностью до 5 м, остающаяся верхняя пачка угля под действием собственной массы и горного давления обламывается и грузится на забойный конвейер. Завальный элемент крепи позволяет разбивать крупные куски обрушившейся пачки угля.
Из опыта отработки выемочного столба 21-1-5 на шахте «Ольжерасская-Новая» [8] при системе разработки длинными столбами по простиранию с оставлением межлавных целиков следует, что система имела следующие параметры: длина выемочного столба составила 1320 м; длина лавы - 149 м.
Выработки имели различное расположение в пределах пласта: часть выработок была проведена у кровли, а часть - у почвы. Помимо стандартных оконтуривающих выработок (конвейерного, вентиляционного штреков и монтажной камеры), дополнительно для обеспечения безопасности и эффективности очистных работ были пройдены следующие выработки: газодренажный штрек, промежуточный штрек, дренажный водоотводящий штрек и вентиляционная печь. Промежуточный и газодренажный штреки сечением в свету 3,5 м2 были пройдены у кровли пласта, а конвейерный и вентиляционный штреки сечением в свету 5,5 м2 - у почвы в нижней пачке угля.
Монтажная камера имела сечение от 8,3 до 9,3 м2 и была пройдена у почвы пласта.
За 20 месяцев работы подвигание забоя достигло 1402,8 м, комбайном извлечено 1045,3 тыс. т угля, выпуск из подкровельной пачки составил 1191,9 тыс. т, общая добыча составила 2237,2 тыс. т.
Авторы отмечают [8], что суточная и месячная добыча угля при переходе диагональных выработок меньше, чем до перехода и после перехода соответственно в 1,84 и 2,46 раза.
Принципы деления мощных пластов на слои. Восходящий и нисходящий порядок отработки слоев
В тех случаях, когда выемка мощных пластов на всю мощность технически трудно осуществима или экономически не выгодна, их разрабатывают с разделением на слои.
Сущность деления мощного пласта на слои заключается в том, что подготовительные выработки в пласте располагают во взаимно параллельных плоскостях, ориентированных в пространстве соответственно расположению отдельных слоев. Пласты могут разделяться на наклонные, горизонтальные и поперечно-наклонные слои. При разделении на наклонные слои пласт по мощности сечется плоскостями, параллельными кровле и почве. Границами этих плоскостей по мощности являются подготовительные выработки, проводимые как по простиранию, так и по падению пласта.
На горизонтальные слои пласт разделяется параллельными горизонтальными плоскостями, расположенными на определенном расстоянии друг от друга. Оконтуривание горизонтального слоя в пласте осуществляется подготовительными выработками, проводимыми по простиранию.
Поперечно-наклонные слои в отличие от горизонтальных располагаются с наклоном к лежачему боку пласта под углом 30-40°.
Мощность слоя определяется безопасностью работ и горношахтными и технико-экономическими показателями. Исходя из этих факторов, мощность слоя при применении индивидуальной крепи не должна быть более 3,5 м. При разработке пологих пластов с применением гибких металлических перекрытий, а также механизированных крепей типа 2 УКП, КМ-130 мощность слоя может быть значительно увеличена.
Различают нисходящий и восходящий порядок выемки слоев.
При нисходящем порядке выемку слоев ведут последовательно от кровли пласта к его почве или сверху вниз по падению. Восходящий порядок разработки предусматривает выемку слоев в обратном порядке и возможен только с полной закладкой выработанного пространства.
Нисходящий порядок слоевой разработки применяется как с закладкой, так и с обрушением вмещающих пород. При разработке с обрушением эффективность выемки нижних слоев во многом зависит от устойчивости кровли в очистном забое, так как нижележащий слой необходимо отделять от обрушенных пород вышележащего слоя. В России и за рубежом нередко в качестве кровли для нижележащих слоев используется оставление межслоевых пачек угля мощностью от 0,3 до 1 м. Это обеспечивает наиболее эффективную работу механизированных комплексов в нижних слоях, но приводит к увеличению безвозвратных потерь угля, повышению пожарной опасности и определенному экономическому ущербу из-за сокращения срока службы шахты.
В мировой практике получили распространение три способа создания искусственной кровли, позволяющие исключить оставление межслоевых пачек угля.
Первый способ - это возведение межслоевых перекрытий из металлических полос и металлической сетки, разработанных в России. Монтаж этих перекрытий довольно хорошо освоен в очистных забоях с индивидуальной крепью, и проводятся широкие эксперименты по внедрению его в забоях с механизированной крепью. Однако опыт показывает, что процесс возведения гибкого перекрытия является очень трудоемким: погрузка, доставка, размещение, укладка, соединение отдельных элементов перекрытия производятся вручную. Это и является фактором, который сдерживает его распространение.
Второй способ создания искусственной кровли для нижележащих слоев заключается в упрочнении вяжущими растворами обрушенных пород в верхнем слое. В качестве вяжущих могут быть использованы карбамидные смолы или цементный раствор, которые нагнетаются в выработанное пространство через скважины и шпуры, пробуренные из вентиляционного штрека, или через форсунки из-под механизированной крепи.
Третий способ применяется при породах кровли пласта, склонных к уплотнению и слеживанию. При наличии таких пород в кровле пласта наклонные слои разрабатываются раздельно с разрывом в пространстве и времени, необходимом для формирования под воздействием горного давления устойчивой кровли из обрушенных пород для нижележащего слоя. При недостаточной естественной влажности обрушенные породы увлажняются и обрабатываются слабым раствором глинистой пульпы. Этот способ довольно широко применяется в Челябинском, Карагандинском бассейнах и на месторождениях Средней Азии.
При восходящем порядке условия выемки нижнего (первого) слоя как по применяемым системам разработки, так и средствам механизации аналогичны условиям разработки пластов средней мощности. Разработка последующих слоев резко отличается от первого. В результате усадки закладочного массива, являющегося почвой верхнего слоя, под воздействием горного давления угольный массив растрескивается на отдельные блоки. В связи с этим увеличиваются эксплуатационные потери, возрастает опасность возникновения эндогенных пожаров и газодинамических явлений, особенно при работе по восстанию пласта, а также повышается трудоемкость работ по креплению призабойного пространства под деформированным угольным массивом.
Восходящий порядок выемки слоев наиболее целесообразно применять при гидравлической закладке, так как она обеспечивает минимальную усадку закладочного массива, большую скорость слеживания и меньшую вероятность прорыва в вышележащие слои.
Выемка слоев может быть как одновременная с небольшим (20-30 м) опережением между очистными забоями смежных слоев, так и последовательная, как правило, при разработке с обрушением при плохо уплотняющихся и неслеживающихся обрушенных породах.
Системы разработки мощных крутых пластов горизонтальными слоями с выемкой их в нисходящем порядке с твердеющей закладкой
Область применения: мощность пластов более 7 м, угол падения 55-90°, кровля по управляемости может быть от легкой до тяжелой, пласт может быть опасным по внезапным выбросам угля и газа и горным ударам. Угли могут быть склонными к самовозгоранию. Размер выемочного поля по простиранию в пределах этажа - от 300 до 500 м. Подготовка полевая, вскрытие промежуточными квершлагами, проводимыми как на откаточном, так и на вентиляционном горизонтах. Мощный пласт в пределах выемочного поля скатами делится на 3-5 блоков. Скаты проводятся на всю высоту этажа у лежачего бока пласта, крепятся деревянной срубовой крепью, с разделением на два отделения: ходовое и углеспускное. По скатам спускают уголь, доставляют закладку, подается вентиляционная струя и передвигаются люди.
Углеспускные отделения скатов оборудуются углеспускными трубами, по которым уголь спускается до промежуточного квершлага, где установлен ленточный конвейер.
Расстояние между скатами выбирается из возможной длины растекания твердеющей смеси без расслоения (80-100 м).
Требования к закладочному материалу:
- состав закладочной смеси должен обеспечивать растекание без расслоения смеси по горизонтали на расстояние до 100 м;
- прочность на сжатие закладочного массива в возрасте 28 сут должна быть не менее 3 МПа;
- усадка закладочного массива должна быть не более 5 % от вынимаемой мощности пласта.
Разработка мощного пласта ведется в нисходящем порядке. Первый слой отрабатывается на уровне вентиляционного горизонта. Выемка каждого слоя производится полосами, расположенными у висячего бока пласта (ширина полосы равна половине горизонтальной мощности пласта). Отработка полос осуществляется по кольцевой схеме проходческими комбайнами с применением самоходных вагонов. Процесс начинается с полосы висячего бока, далее комбайн зарубается вниз на 3-3,5 м (толщина слоя). Зарубка производится под углом 10-12° на длине по простиранию до 20 м. После отработки полосы в границах блока можно закладывать полосу и для увеличения производительности можно вести выемку угля в следующем блоке, т.е. совмещать выемку с закладкой. Крепление не производится, борта полосы анкеруются.
Достигнутые технико-экономические показатели
Производительность выемочного поля 800-1200 т / сут.
Производительность труда рабочего 35 т/ выход.
Расход леса 2-3 м3 /1000 т добычи;
Эксплуатационные потери угля 0,5 %.
Система разработки мощных крутых пластов с подэтажной гидроотбойкой и обрушением кровли
При разработке мощных крутых пластов гидроспособом применяется система разработки подэтажной гидроотбойки 7.
Высота этажа равна 80-100 м. Отработка в этаже проводится отдельными выемочными блоками длиной 80-100 м по простиранию. Подготовительные работы заключаются в проведении в каждом блоке трех скатов (печей): ходового, вентиляционного и пульпоспускного. Подэтажные штреки при мощности пласта более 12 м проводят на каждом подэтаже у висячего и лежачего боков пласта с уклоном 0,05. Штреки, служащие для вентиляции, сбивают ортами через 30-40 м. Высота подэтажа принимается равной от 7 до 10 м. Выемку в подэтажах проводят обратным ходом камерами-заходками шириной по простиранию 6 м. Сначала вынимают заходку на 6 м у лежачего бока пласта, а затем производят выемку такой же камеры у висячего бока пласта. В дальнейшем очистные работы в камерах-заходках ведут попеременно.
При подэтажной гидроотбойке отработку подэтажей можно вести двумя способами - открытой и закрытой заходками. При открытой заходке отбойка угля ведется от выработанного (обрушенного) пространства. Отбитый уголь транспортируется по породе, лежащей под углом естественного откоса. Во втором случае выемка угля производится при наличии со стороны завала лобового целика. Закрытые заходки применяют при большой высоте подэтажа, причем потери угля при этом несколько увеличиваются.
Потери угля при применении этой системы в среднем составляют 25 % при работе на подэтажах высотой от 5 до 7 м и около 17 % при подэтажах высотой от 10 до 16 м. Потери угля при выемке закрытыми заходками превышают 35 %. При устойчивых боковых породах можно производить выемку угля в двух подэтажах одновременно. При этом высота каждого подэтажа возрастает почти в два раза, что значительно сокращает объем подготовительных работ.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1 Пучков, Л.А. Подземная разработка месторождений полезных ископаемых: учебник для студентов вузов в 2 томах / Л. А. Пучков, Ю. А. Жежелевский. -Т. 1. - М.: Горная книга, 2008. - 562 с.
2 Подземная разработка пластовых месторождений: учебное пособие для студентов вузов / П.В. Егоров, Е.А. Бобер, Ю.Н. Кузнецов, О.В. Михеев, Б.В. Красильников. - М.: МГГУ, 2007. - 218 с.
3 Жигалов, М.Л. Технология, механизация и организация подземных горных работ: учебник для вузов / М. Л. Жигалов, С. А. Ярунин. - М.: Недра, 1990. - 423 с.
4 Технология разработки мощных крутых пластов. Теория, эксперимент, практика / Л.П. Томашевский, А.И. Петров, О.В. Михеев, С.А. Шахурдин. - Прокопьевск: КузНИУИ, 1997. - 544 с.
5 Технология отработки пологих и наклонных угольных пластов по камерно-столбовой системе в сложных горно-геологических условиях: учебное пособие / А.В. Ремезов, П.В. Егоров, С.И. Калинин [и др.]. - Кемерово: Кузбассвузиздат, 2005. - 223 с.
6 Справочник по рудничной вентиляции: под ред. проф. К.З.Ушакова. -М.: Недра, 1977. - 328 с.
7 Справочник горного инженера. - М.: Госгортехиздат, 1960. - 791 с.
8 Отработка мощного угольного пласта механизированным комплексом с выпуском подкровельной пачки / С.И.Калинин, С.А.Новосельцев, Р.Х. Галимарданов и др.. - Кемерово, 2011. - 224 с.