Обоснование параметров столбовых систем разработки тонких и средней мощности пологих угольных пластов на глубоких горизонтах негазовых шахт Рутьков, Константин Иванович

Введение к работе

Актуальность теми-

Основными тенденциями, определяющю.м состояние и перспективы подземное угледобычи на шахтах госточного района Донегдсого бассейна являются: рост глубины отработки пластов; увеличение -... доли бесцеликовоЯ технологии выемки пластов; возрастание уровня . комплексно* механизации очистных работ. .

Опыт работы угольных шахт показывает, что переход на бесче-
ликовуга технологию^- и увеличение глубины приводит к росту интен
сивности смещенчи пород и усложнению решения вопросов обеспече
ния надежного йункчионирования подготовительных выработок. Вмес
те с тем требования к поддержанию выработок, как элементу тех
нологической схемы шахт;¹, возрастают с внедрением дорогостоящих
высокопроизводительных механизированных комплексов. Возрастает
"пена" простоев лэв. ,

Как показывает опыт отработки пластов на глубинах более 600-709 м практически неосуществимым- является безремонтное поддержание выработок даже при их разовом использовании. Можно такие констатировать, что в.настоящее время отсутствуют надежные способы охрани и крепи, обеспечивающие устс-Ччивое состояние выработок за лавоЧ при залегании в почве пласта пучащих пород. Следствием этого являются увеличение по мере роста глубины /дельной протяженности выработок и снижение уропня концентрации работ. По зтої причине на шахтах восточного раЯоно Донбас-за в 68$ уклоннь'х панелей работает всего одна лава. А так как

в условиях действующих.шахт практически не представляется
возможности увеличить количество одновременно действующих^- па-
іелеЯ, ато приводит к необходимости резкого снижения объемов
добычи по шахте. '

Объективнее предпосылки для снижения удельное протяженности проходимых и псддер*теяаем;гх подготовительных выработок и по-ігтясннп кон'^гснтра"ии работ создаются при использовании столбо-зьтс систем разработки в яаричнтя "слройнный лапы"^-. Однако внея->ение отих систем rs колониях.глубоких гг,ри-?о?:тоі! сдпрггив.'.отся гз-за естественного отр^-;* отельного пзачмногя няняния лап, при-?одг?его к простоті c-'HCTfr-'x лабосг? и потот.>"М ,тобы*'(*.

'. ²-

Целью работы являлось повышение надежности работы очистных забоев при столбовых системах разработки в варианте "сдвоенные лавы" и распкрчнге рационального использования этих систем. '/'...'

Ипяп работа заключаете? в использовании закономерностей деформирования массива вмещающих пероц при разработке способов снижения отрицательного влигния.глубины на проявления горного 'давления в промехуточном штреке и на конневых участках сдвоенных лав. '..-..'.'

Научные аоложаьия, выностаые на защит./:

Т. На характер и интенсивность деформирования пороц -почвы промежуточных птреков можно влиять путем изменения взаимного расположения и п-іередности^-отработки сдвоенных лав.

?. Основными Факторами, определяющими величину ратпкаль-ного р?.сс^оякия кзжду сдвоенными лавами являются: состояние кровли наконпевых участках лав, прилегающих к промежуточному штреку; интенсивность смещение пород в промежуточном штреке; степень взаимного влияния горньх работ, Еыполкяегах на сопряжения:: лав с'промежуточным ттреком.

3. Причиной резкого измеизния интенсивность обрушения пород кровли на концевых участках сдвоенных лав, прилегающих к промежуточном!' гатреку, являете я изменение характера нарушен-ности.пород непосредственной кровли трешнами эксплуатационного про. „хождения.

Научная новизна работы состоит в тоь:, что:

I.- Выдвинута'п экспериментально'доказана гипотеза о существовании: зависимости интенсивности и характера декодирования пород почвы яр>сньтс промежуточных штреков на участке между сдвоенными лаваш от очередности отработки этих лав.

?, 'Установлены качественные к нолїнєстрєігннє зависимости интенсивности деформирования пород на контуре сечент промежуточных ярусных штр?коя от расстояния мечпу сдвоенными яапагли.

3. Разработана методика определения раыионалького оз^ітоялар м&кду сдвоенными лавами при отработки пластов с пучпяь;ии народа-ш.почы».

. - ³

Іірактическая значимость работа заключается в том, что: _. Установлены соотношения величины смещений пород в ярусных, штреках при восходящем и нисходящем порядках отработки ярусов, что позволило сделать вывод о целесообразности, с точки зрения затрат на поддержание штреков', восходящего порядка отработки . ярусов в уклонных панелях, расположенных на больших глубинах.

1. Произведена оценка перспектив и эффективности испольэсвашя известных способов повышения устойчивости участковых выработок, поддерживаемых за лавами, пр.^г; бесцеликовой отработке угольных" пластов на больших глубинах в,условиях кегнзсвых

2. Предложена и разработана .новая конструкция арочной-податливей крепи, учитывающая кершшемерщй характер деформиров a mm '. контура сечения выработок, прддерягааеьш: награнице о вкрпботан--цім пространством.'

4; Лред-шега новые ггроетра:гственко-п лайкре, очные реяенпя ш».
базе столбовых систем разработки,. и'озяоляющиз увзличнгь б1,5-
2,0 раза уровень концентрации работ в панелях, отрабатываемых на,
больших глубинах, и снизить ка 20--<Х$ затраты ка поддержание
промежуточных ярусных итре Job. ',' '.'

5. Установлены граница.,рациональногоиспользования по глубине
различав: вариантов столбовьпе систем разработки в урлозиях wera-
зевж шахт. . ' :

Бабота Ечяолняяась комплексным методом, включающиманализ ^-
опублікованим* в гсрно-гехническоЯ литературе дагеїнх по изучаемое _г
.прсблекб, шахтнаь, яаборатор:ие и аналитические ибслз.цове'йия. Дан
ные.шахтных исследований за проявлениями горнего давления в под- ,
готовителымх выработках обрабатывались на ЭВМ с использопанюч
методов математической статистик". -

Работа выполнялась в I98S-I992r.r, в соответствия с пеиспек-тквьыми планами совераенотзования технологических схем шахт ЛО "Гуковуголь" и планами НИР Отраслевой горно-їЗхнолсгмческсЧ лаборатории 1ЙУЯ СССР.

Обоснование и достоверность рекомендаций и научных олсдгеннй . подтверждается результатами длительных шачтшх иселедоэаьий. про-веденных для широкого диапазона'изменения геоп'х-.'м^ст усл< ^;.:ій,-данными спыгно-прсмаглленкой презерки ч внедрений рехомендус-едх ' систем разработки пластсъ на больших глубинах, д.ш'л'ельшм ис-

4 пользованием предложенных технических решений на действующих глубоких шахтах АО Туковуголь". , Внедрение результатов работы.

Выводы и рекомендации, связанные с выбором рациональных пространственно-планировочных решений при отработке уклонных панелей, а также разработанная крепь для подготовительных выработок используются при отработке пластов на глубоких шахтах АО "Гуковуголь". Фактический среднегодовой экономический эффект от внедрения только -ьа тахте "Гуковская" составил 154 млн.рублей (в ценах 1993г.).

Полученные научные и практические результаты использованы при

ній no предотвращению вывалов пород из кровли в лавах, отрабатываемых на больших глубинах в условиях шахт восточного района Донбасса", г.Шахты, 1966г.; ."Альбома схем вскрытия, подготовки и систем разработки пологих пластов.Донбасса на больших глубинах с расположением выработок в разгруженных зонах", 1990г.; "Руководства : по управлению горным давлением на выемочных участках шахт АО "Гу-. ковугоіїь", г.Шахты, 1992г..

Апробация работы.

Результаты проведенных исследований докладывались и получили положительную оценку на технических советах института "Ростов-гклрощахт" и АО "Гуновуголь"; семинарах по вопросам отработки угольных'пластов на больших глубинах, проводимых по инициативе Мнкуглепрома СССР; научно-техническом совете ЛГИ.

Работа на тему "Изыскание аффективных схем разработки уклонных панелей на больших глубинах" награждена Почетной грамотой на Всесоюзном конкурсе на лучшую НИР в ШР году.

Публикации.

Основные результаты исследований опубликованы в 8 печатных рабо гах. Новыетехническиерешения, созданные в процессе работы над ' диссертацией, защищены р авторскими свидетельствами'на изсбретения

Результаты исследований использованы при подготовке трех отраслевых документов.

Сбт-.еи работы. Диссертационная работа включает.введение, четыре гяазы, ^спСаные- выводы.и рекомендации, список использованных литературных источников из 79*наименований.

Работа содержит 147 страниц: в. том чисг.е .9 таблиц, 35 рисун-

-5 ков, 103 страницы машинописного текста.

Аитор выражает благодарность за методическую помощь и консультации члену-корреспонденту РАН проф.,, д.т.н. Проскурякову Н.М.; проф., д.т.н. Зубову З.П.; за консультации по проблемам угольной промышленности, связанным с интенсивной отработкой пластов, . , к,т.и, Зайданваргу В.Е.; эа помощь, оказанную при проведенчи шахтда: исследований и внедрении результатов работы, к.т.н.Лаз-ченко О.; инженерам Савину В,А., Иванову А.А., Гуцадюну B.C. и техническим работникам шахт АО Туковуголь". 0СНСШ1СЕ СОДЖАНИЕ Р.\Б0Ш

В первой гладе проанализированы состояние и основные направления сочертзнстэрваиия систем разработки пластов и способов охраны выработок при увеличении глубины Горных работ. Данный анализ показал, что проблема поиска эффективных-способов отработки пластов в условиях глубоких горизонтов привлекает внимание многих исследователей как а нашей стране, так и эа рубежом, Достигнутые успехи при решении этой проблею во многом предопределены благодаря работал Башш Н.ІЇ., Батманова Ю.К., Барановского В,И., Борисова А.А., Видуяина А.Е., Гринько U.K., Котонова.К.В., Зборвд-ка М.П., Зубова В.П., Черняка И.Л., Дитаинского Г.Г., $исецко Г.Л., ИроабергераТ., Якоби 0., Эверлинга. Г, и др.

Вместе с тем фактическое состо&ше шахтного фонда отрасли, значительные затраты на поддержание выработок и постоянное ухудшение с глубиной горно-геологическж условий отработки пластов указывает на необходимость поиска новых и расширения области известных систем разработки, обеспечива»иих яысекий уровень концентрации горных работ.

При бесцеликовой технологии выемки на шахтах ДО "Гукоауголь" в настоящее время наибольшее распространение получили следущие две схемы подготовки выемочных участков; схема с повторным использованием ярусных итрекев, охраняемых на границе угольного массива и выработанного пространства; схема о одноразовым использованием ярусных штрекоа, погашением их аа лааой и последующим проаедени- ем вентиляционных crrj^Koa нкжеравполсигениых ярусов вприсечку к выработанному пространетау.

Практика показала, ' Л> область рационального использования cxc:.3j с восстановлением it повторным использованием ярусных штре- .

ков при отработке пластов Kg, К~""^в,, К?, ограничивается глубинами до 600-700м, при отработке пластов Е g и I g - глубинами до 700-800м,. Основной причиной потери выработкой устойчивости является интенсивнее и неравномерное по ширине пролета выработки пучение пород почвы. Доля пучения пород почвы в конвергенции достигает 70-80$ и более, отличие интенсивности смещений пород почвы со стороны восстания пласта от интенсивности смещений со стороны падения пласта - 50-60%. Конечные величины пучения пород почвы в штреке за лавой зависят от глубины разработки и изменяются от 300-4СОмм на глубинах ЗЭ0-40См до 900-2100мм на глубинах превышающих 700-600м,

УбоЛйчєщє глубины работ приводит к возрастанию затрат на поддержаше выработок. При достижении некоторой предельной глубины, зависящей главным образом от физико-механических свойств вмещающихпород.затраты на восстановлениэ штреков становятся равными затратам на проведение нового штрека. При этом возникает вопрос о том, какой из двух рассматриваемых схем подготовки выемочных участков отдать предпочтение.-При решении данного вопроса необходимо учитывать два обстоятельства.. На глубинах, превышающих предельные, затраты на восстановление штрека превышают затраты на проведение нового штрека. Это превышение достигает 40$ и более. И второе, на глубинах, превышающих предельные, затраты на поддержание восстановленного штрека, как правило, меньше затрат на поддержание штрека, пройденного вприсечку к выработанному пространству. Различие в затратах на поддержание 1м выработки в год достигает 50-70$. Отмеченные факты указывают на необходимость установления в каждом конкретном случае оптимального решения при выборе той или иной схемы подготовки выемочных участков. В качестве критерия оптимальности при решении этой задачи могут быть приняты суммарные затраты, связанные с проведением и поддеряанием штреков, в течение всего срока их службы. Оценка по данному критерию показала, что в условиях шахт "Алмазная", имени 50летия Октября и "Гуковская" нижней границей рационального применения схемы с повторным использованием ярус-' ичх ".rajvCKCB при бесцелнкооой технологии следует считать глубины г.іхіїгстстзонно реыз-ie 800, 250 и 750м. Необходимо отметить, что

к вопросу определения границ рационального использования
схем подготовки выемочного участка следует подходил как
к важной практической задаче, ошибки при решении которой
приводят, как правило, к значительному ущербу, связанно
му с возрастанием общих затрат на проведение и поддержание
участковых выработок, а также потерей неизвлеченной метал-
лической крепи штреков. '.

При использовании схемы с повторным использованием ярусных штреков работы по их восстановлению могут быть начаты только после завершения отработки столба. По мере перехода на более глубокие горизонты в связи с возрастанием смешений боковых пород увеличивается и продолжительность ремонта штрека, а следовательно, возрастает разрыв во времени между завершением работ в одном ярусе и пуском лавы в нижерасположенном ярусе. На глубинах свыше 700-800м величина этого разрыва соизмерима со временем проведения нового штрека. В связи с этим.переходят на ведение работ в панели по следующей схеме: в одном крыле панели отрабатывают столб, в другом подготавливают к отработке очередной столб. .Единая схема характеризуется минимальным уровнем пространственной концентрации работ. Среднегодовое число действующих лав в панели при использовании системы разработки в варианте "лава-ярус" равно примерно единице-, что в 1,5-2,0 раза меньше значения соответствующего показателя на малых глубинах. Таким же низким уровнем пространственной концентрации работ характеризуется и схема подготовки участков с проведение^ присечных выработок, т.е. с увеличением глубины наблюдается тенденция к снижении количества одновременно работающих лав в панели. Негативными последствиями ртого является увеличение необходимого числа одновременно отрабатываемых панелей, а, следовательно, возрастание объёмов горно-проходческих работ и. удельной протяжённости поддерживаемых подготовительных выработок. На действующих шахтах, где не представляется возможным увеличить число панелей, это приводит к снижению объёмов добычи и резкому ухудшению экономических показателей.

⁸ '

Предпосылки для повышения концентрации работ в панелях создаются при проведении на границах панелей дополнительных флан-

. говых выработок. Наличие этих выработок позволяет восстанавливать штрек для его повторного использования или проходить новый прксечной штрек одновременно с отработкой столба с определенным отставанием от забоя лавы. Однако до настоящего времени вта схема не получила широкого распространения на -негазовых тахтах восточного района Донбасса по следующим причинам. При нисходящем 4 порядке отработки ярусов в панелях трудноразрешим"¹*! являются вопросы, связанные с обеспечением устойчивого состояния.фланговых выработок в течение всего срока их службы. Как правило, для охраны фланговых выработок првдусматрдаается оставление (значительных по размерам целиков угля, отработке, которых в перспективе является весьма проблематичной. В тоже время целики не обеспечивают на больших глубинах безремонтного поддержания этих выработок, что приводит к необходимости проведения в них ремонтных работ к дополнительным затратам. При использовании современных высокопроизводительных механизированных комплексов, а, следовательно, большой длине выеыочньп; столбов, достигающей ЕООм и более, для обеспечения нормальных условий для выполнения работ по восстановлению штрека или проходке нового (присечного) штрека необходимо в каждом крыло панели проводить по две фланговые выработки. Т.е. по сравнению с традиционными схемами подготовки панелей на негазовых шахтах число основных подготовительных выработок в панели увеличивается на две. Кроме отмеченных недостатков при решении вопроса о целесообразности использования .схем с фланговыми выработками необходимо учитывать и следуюшее обстоятельство. В соответствии с утверждёнными МУП СССР "Указаниями по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР" присечные штреки рекомендуется проходить с отставанием от забоя лавы, достигающем 10 мес. При выполнении этой рекомендации разрыв во времени мехду завершением отработки столба и началом очистных работ в ни«раслоложенном ярусе будет достигать 10 мес. и более. Данный факт означает, например, что при длине столба 1200м и

.-скороо. .і подвигания лавы 100 м/мес. среднегодовое число лав в панели Jудст примерно рягно единице.

Излаженное выше свидетельствует о том, что вопреки распрост
раненному мнении вопрос об использовании фланговых выработок с
целью повышения концентрации работ в панелях при отработке не
газовых шахт на больших глубинах не может быть реьен однознач
но, В каждом конкретном случае целесообразность этого решения
долкиа подтверждаться мхнико-акоиомичэским сравнением вариан
тов подготовки панелей с' фланговыми и без, фланговых выработок.
Проведечшэ исследогшлия исказит, чъо для большинства панелей
негаэових глубоких шахт,'отрабатывающих пласты і Л б » %~^В "
и Kg , использовалио схзм с фчанговыми выработками явдчется
экономически нецелесообразным, .

Выполненный', анализ позволил сделать вывод о том, что в условиях глубоких нэгазовых шахт более перспективным направлением

. для существенного повышения уровня пространственней концентрации работ следует считать переход от столбовых систем рзоррботки в варианте "лава-ярус" к столбовым системам'разработки,, предусматривающим одновременную отработку двух и более рядом расположен- . них ярусов. Имеющийся опыт отработки сдвоенных ("спаренных") лав при бесцеликооо.1 технологии тэжи пластов на больших глубинах, показал, что трудности реализации этих систем связаны, в основном, с решением вопросов обеспечения устойчивого состояния промежуточных ярусных штреков на участках, расположенных между одновременно отрабатываемыми лавами. Это сбусловлоио тем", что в течение незначительного промежутка времени промежуточный штрег< подвергается воздействии опорного давления, формирующегося впереди забоев обеих лав и у неподвижной краевой зоны угольного массива. Причем воздействие опорного давления, формирующегося * впереди отстающей д#вы и вблизи краевой зоны угольного массива совпадают во времени. Проблема усугубляется сложностью, о в ряде случаев и невозможностью проведения ремонтных рпбет в прсмэ-' жуточном. штреке без потерь добычи из-за его высокой технологической загруженности. Последнее обстоятельство явилось з ряде случаев одной из основных причин отказа от применения' сдвоенных лав/на глубоких горизонтах тахт восточного района Донбасса, Учитывая вышеизложенное, для достикения лостаэленной в рпбог&

цели решались'.следующие.'задачи :';

10 .

1. Исследование влияния горногеологических факторов на состояние промежуточных штреков одновременно отрабатываемых сдвоенных лав.

2. Поиск эффективных способов повышения устойчивости промежуточных штреков в условиях интенсивного пучения пород почвы.

3..Исследование влияния очередности отработки рядом располо
женных столбов и последовательности выемки ярусов на состояние
ярусных штреков. .

4. Определение рационального расстояния между сдвоенными лавами по фактору -горное давление.

5. Разработки рациональных технологических схем отработки уклонных панелей негазовых шахт на глубоких горизонтах.

Ыо второй главе приведены результаты анализа влияния горно-
геологических факторов на интенсивность и характер проявления
горного давления в ярусных штреках. При анализе были использова
ны данные'исследований, проведенных лично и с участием автора
при разработке пластов K , К|, Kg и- 8 ^, а также данные дру
гих исследователей, полученные в условиях шахт восточного районі
Донецкого бассейна. . .

Шахтные наблюдения проводились с использованием маркшейдерских приборов и традиционных методик, разработанных институтами ДонУГИ, ВИЙМИ; ИГД им.А.А.Скочинского, ЛГИ и др.

Исследования выполнены для следующих-диапазонов изменения горно-геологических условий: мрщность пласта - 1,2-1,5м; угол падения'пласта 10-22; глубина ведения горных работ Э30-1000м; мощность, пород непосредственной почвы пласта, склонных к пучению - 0,5-2,2м; предел прочности пород.непосредственней почвы одноосному сжатию 20-50 МПа, В соответствии с классификацией вмещающих пород, предложенной Ленинградским горшм институтом (Б.П.Зубоа) для условий глубоких горизонтов, вметающие породы на участках проводения наблюдений относятся к первому и третьему классам.

' Всего к анализу было принято более 115 случаев.охраны участковых подготовительнж выработок, пройденных по простиранию пласта с подрывкой пород кров.ди и ночш, .'.;

Проведенные исследования показали, что при решении вопросов, связанных-с поддерапниэм- промежуточных ярусных штреков сдвоен-

. II .

пых лав, необходимо различать три характерных участка, условия поддержания штреков на которых значительно отличаются друг от друга: участок, расположенный вне зон влияния очистных работ; участок, находящийся в зоне опорного давления, формирующейся впереди опережающей лавы; участок, расположенный между лавами.

Регулируемыми являются интенсивность и характер смещений боковых пород на втором и третьем из указанных участков. Установлено, что качественные характеристики процесса смещений пород на этих участках зависят главным образом от очередности отработки сдвоенкьк лав, расстояния между лавами и скорости их подвиганий.

Наиболее существенное влияние очередность отработки сдвоенных' лав оказывает на характер и интенсивность пучения пород почвы на участке промежуточного, штрека, расположенном между лавами. При переходе от схемы _с опережением верхней из сдвоенных,лов к схеме с опережением нижней лавы скорости и коь-чкые величины пучения пород почвы на-'данном участке уменьшаются в 1,5-3,5 раза. Различия конечных величин смещений пород почвы зависят, в основном, от мощности слоя пучащих пород и угла падения пласта. При увеличении мощности слоя пучащих пород и уменьшении'угле, падения пласта различия интенсивности пучения пород почзы при различной очередности отработки, лав становятся менее существенными.

Переход на схему с опережением нижней лавы приводит также к снижению неравномерности пучекия пород почвы по ширине штреков. При отработке сдвоенных-столбов с опережением верхней лави максимальные смещения пород почвы наблюдаются со стороны восстания, минимальные - со стороны падения пласта. Различия в скоростях смещений псчвы по ширине пролета штрека достигают 50-70%^-. При использовании схемы с опережением нижней лэеы эти различия не превышают 15-20$.Отмеченные факты имеют важное значение при решении вопроса- о взаимном расположении сдвоенных-лав.'Снижение неравномерности смещений пород почвы штрека приводит к увеличению предельной величины пучения, при которой возникает необходимость в подрывке почвы по условиям транспорта. Следует отметить, что при использовании схем с опережением верхней лавы необходимость в подрывке почвы из-за неравномерности её смещений возникает при величинах пучения пород, равных 250-ЭБОмм. \

12 '

Существенного влияния очередности отработки сдвоенных лав на опускания пород кровли в. промежуточных штреках не установлено. .При проведении исследований было зафиксировано как незначительное (до, 10-1) увеличение, так и незначительное (до 10-25$) уменьшение опусканий пород кровли при переходе на схему с опережением нижней лавы.

'Увеличение опусканий пород кровли наблюдалось обычно при отработке пластов, с вмещающими породами Ш класса, уменьшение при отработке пластов с вмещающими породами I и П класів по классификации ЛГИ.

Переход на схему с опережением нижней давы приводит к уменьшению величин сближения ножек крепи промежуточных штреков на участках, расположенных между лавами. Я условиях отработки пластов Kg ^в _"и Eg ето уменьшение, составляет 25-45$. Следствием отого являегся, как правило, повышение устойчивости крепи штреков, что связано со снижением степени её деформирования в замковых соеди-. нениях.

Вторым фактором, оказывающим определяющее влияние на интенсивность смещений пород на участках промежуточных штреков, расположенных в зонах влияния сдвоенных лав, является расстояние между лавами. Исследования показали, что характер влияния этого факто-. ра на процесс,смещений повод в зоне опорного давления первой лавы неодинаковый в различных диапазонах изменения величины расстояния между лавами, Если принять аа исходную позицию расположение, лав на одной линии, то вначале, по мере увеличения расстояния между лавсми, интенсивность смещений пород в штреке возрастает. При увеличении этого расстояния до некоторого предельного значения смешения начинают уменьшаться. Величина предельного расстсяния для рассматриваемых горно-геологических условий составляет 0,3-0,4 общей шг.рины гоны опорного давления (Lg), возника-. кщей впереди отстающей лавы. Уменьшение интенсивности смещений продолжается до возрастания расстояния между' лавами до. величины равней L <> Дальнейшее увеличение расстояния между лавами не влияет на интенсивность смещений пород в зоне опорного давления ; опережающей''лавы.

Максимальные суммарные смешения в зоне влияния опережаюшей

лавы, зафиксированные при расстоянии между лазами 0,2-0,3 L 2» в 1,7-7,0 pasfi превышают соответствующие величины при нахождении лав на расстоянии друг от друга,' превышающем L g. ; '" :]

В отличие от суммарных смещений в зоне опорного давления опережающей лавы суммарные смещения на участке промежуточного штрека, расположенном между лавами, возрастают постоянно. При этом наиболее существенный рост смещений наблюдается при увеличении расстояния между лавами до 0,25-0,5 ширины зоны опорного давления, возникающей впереди отстающей лавы, В дальнейшем прирост смещений находится в прямой зависимости от прироста расстояния между лавами. .

Влияние скорости подвигания лав на интенсивность смещений пород на рассматриваемых участках промежуточного штрека характеризуется следующими данными. Снижение скорости подвигания лав приводит к возрастанию конечных величин смещений пород в промежуточном штреке как в зоне опорного давления опережающей лавы, так и на участке, расположенном между лавами. При этом наиболее "чувствительным" к уменьшению скорости подвигания лав является второй из указанных участков. Так, при снижении скорости подвигания лав с 80-100 до 30-50 м/мес. конвергенция .в зоне опорного давления опережающей лавы возрас/гает на 15-30$, на участке штрека мевду сдвоенными лавами в 1,5-3 раза и более. '

Анализ случаев проведения ремонтных работ в промежуточных' штреках показал, что на глубинах более. 500-600м₍,при применении схемы с опережением верхней лавы в подавляющем большинстве случаев потеря устойчивости штреков прямо или косвенно была связана с пучением пород почвы. Доля пучения в конвергенции достигала 70-855?. В абсолютных величинах конечные значения пучения пород почвы при скорости подвигания лав 60-80 мЛіес. и расстоянии между лазали. 20-40м составили: 500-1200шв зоне опорного давления опережающей верхней лавы, 30О-1Э0Ош на участке между лавами. Сближение ножек крепи составляло обычно 15-20$ от величины сближения кровли и почвы штрека.

При использовании схемы с опережением нижней лавы доля пучения в конвергенции, как правило, не превышает 30-40%. Это объясняется тем, что. опережение нижней лавы приводит к полней разгрузке области массива, располскенного со стороны падения от

14 промежуточного штрека, т.е. устраняется главная причина пучения пород почвы в штреке, с которой связано более 70ІЙ суммарных сме-. дений.

В результате обработки данных шахтных исследований для условий отработки пластов g, Kg ^в и К^ установлены выражения, позволяющие определить величины пучения пород почвы и опускания пород кровли на участке промежуточного штрека, расположенном между лавами, от основных влияющих факторов, с погрешностью определения указанных величин 25-30^.

В третьей главе приведены результаты шахтных исследований проявлений горного давления на концевых участках сдвоенных лав, прилегающих к промежуточному штреку, и динамика простоев лав в различных горно-технических ситуациях..

. Исследования опказали, что изменение очередности отработки лов приводит к изменению состояния кровли на их концевых участках. При опережении верхней лавы в наиболее неудовлетворительном-состоянии находятся порода кровли в нижней лаве. Площадь вывалов на удалении 2-8м от промежуточного штрека достигает ЗЭ~40$ от наблюдаемой поверхности кровли, высота вывалов - 0,6-0,7м. Причиной вывалов является повышенная нарушенкость пород непосредственной кровли двумя взаиыно-пересекаюшимися системами трещин. Трещины одной из отих систем, примерно, параллельны оси промежуточного штрека, трещины второй системы раслолоаены под углом 0-35 к линии очистного забоя. Состояние кровли в верхней лаве при рассматриваемой схеме характеризуется сравнительно небольшой интенсивностью вывалов: площадь вывалов обычно не превышает 10-12?, высота вывалов составляет 0,3-0,4м.

' При переходе к схеме с опережением нижней лавы состояние на концевых участках .чав существепно изменяется. В этом случае более высокая интенсивность обрушений кровли наблюдается в верхней лаве. На расстоянии 2-8м от промежуточного штрека площадь вывалов составляет 25-35$, их высота - 0,4-0,. В нижней лаве иа аналогично расположенных участках площадь вывалов варьируется в пределах от 2 до 10%, высота вывалов не прэвышает 0,4м.

Как следует из приведенных данных схема с опережением верхней и схема с опережениэм нижней лазы по фактору "состояние кровли

15 на концевых участках лав" являются практически равноценными.

Увеличение расстояния между сдвоенными лавами,- независимо от очередности их отработки, приводит к возрастанию интенсивности обрушений'яров.пи в отстающей лаче и снижению интенсивности обрушений кровли в опережающей лаве. Рост интенсивности обрушений кровли-в отстающей лаве происходит, как правило, при увеличении разрыва между лаваш до величини,,примерно, равной тагу осадки основной кровли. В дальнейшем основные показатели интенсивности вывалов остаются практически без изменения. Минимальные' значения показателей интенсивности вывалов в отстающей л&ве, зафиксированные при расстоянии между лавами 2,5-4м отличаются от максимапьиых значений соответствующих показателей, наблюдаемы): при расстоянии меяду лавами, превышающем шаг осадки основной кровли, в 1,5-3,5 раза.

В - опережающей лаве с увеличением расстояния между лавами интенсивность вывалов снижается. Различия между максимальными'» минимальными значениями показателей интенсивности вывалов з зтсй лаве не превышают 70-80$,

Влияние скорости подвигалия лав наиболее суиественно «'взывается на состоянии пород кровли.в отстающей лаве. Так, при отра-. ботке пластов Kg и g на глубинах 600-ОООм и расстоянии между лавами 20-45м снижение скорости с 70-90 до 3)-50 м/мее. приводило к увеличению площади выаалов на концевых.участках, отстающих лав в 1,7-2,5 раза. Высота вывалов при этом возрастала в 1,1-1,5 раза. В рассматриваемых условиях изменения основных показателей интенсивности вывалов в опережающей лаве обычно не превышали 33-40$.

Распределения случайных простоев сдвоенных лав. иллюстрируют-''.' ся диаграммами, приведенными на рис.1. Из рис.1, в частности, : следует, что при S < 7-15м около'7?? от обчей продолжительности простоев опережающей лавы связано с взаимным влиянием работ,вы- , полняемых на концевых участках лав, прилегающих к промежуточному штреку. При увеличении-расстояния-меяду-лазами, до ІСО-ІйОм и более продолжительность простоев по данной причине снижается до Ь% , а* продолжительность простоев, ссяоошьрс с выполнением ремонтных работ в штреке, возрастает до 84-.

w.

45%

_'/Ли,

6%

17.

&ь%

Рисі'. Распределения простоев в оперскп'очей (а,в) и отсгапщей: (б,г) лавах при S^<SmJa(u|6) и S>Smax (в>г ),связанных: 1-е взаимным влиянием работ на концевых участках лар,

2. с мзглетанисм икп?нгиг,насти рквплор;

3. с р^вконт^>м игреки.

В четвертой глава. приведены рекомендации по планированию горных работ в уклонных панелях при отработке тонких и средней мощности пологих угольных пластов на глубоких горизонтах негазовых шахт.

На основании анализа результатов шахтных исследований и тенденций изменения с глубиной технико-зкансшческих показателей работы шахт восточного района Донбасса сделан вывод о том, что в качества конструктивной основы пространственно-планировочных решений в уклонных панелях глубоких шшст следует считать варианты столбовых систем разработки о одновременной отработкой 2-х и более рядом расположенных выемочных столбов.

Or известных планировочных решеьий, основанных на использовании столбовых систем разработки а вариантах "сдвоенные"'и "спаренные"- лавы, рекомендуемые технологический схемы отличаются взаимным расположением одновременно отрабатываемых лав. В*известных схемах производится опережающая отработка выше расположенных столбов, в рекомендуемой - с иеснкяаошм опережением отрабатывается нижний столб. При ведении горных работ на больших глубинах, характеризующихся интенсивным неравномерным пучением пород почвы'в штрехах, переход на схему с опережающей отработкой никерасположенного столба проводят в 1,6-3,5 раза уменьшить величины пучения пород почвы промежуточных штрокоэ без проведения дополнительных мероприятий по их охране.

Учитывая то обстоятельство, что в условиях глубоких горизонтов до 7O-805S конвергенции в штреках составляет пучение пород почвы, а также то, ч^то в 75-90 случаев ремонтные работы в промежуточных штреках прямо или косвенно связаны именно с деформированием пород почвы, рекомендуемое изменение взаимного расположения лав позволяет расширить область применения столбовых систем ра&работкч в вариантах "сдвоенные" и "спаренные" лавы.

На шахтах АО "Гуковуголь" предельная глубина экономически оправданного использования этих вариантов при переходе на схему с опережении нижней- лавы возрастает: с 550-050 до 800-900м при отработке пластов Kg, Kg~^B и К| , с 750-800 до 100- 1100м при отработке пластов 2 б ^и 6

Проведенные исследования показали, что при определении-взаим-нгго расположения сдвоенных лав необходимо различать минималь-

18 ное и максимальное предельные расстояния между которыми находится область значений рациональных расстояний.

В общем случае величина минимального предельного расстояния меяду лавами определяемся из выражения

_мн mm¹⁸.тах(г>_т|_П , ь_{тт Т}о_т|_П;

где: Smj» - минимальное предельное расстояние по фактору "ор
ганизация работ"-, при снижении которого возникают
трудности совмещения технологических процессов на
концевых участках лав, прилегающих к промежуточно-
_w му штреку;

S-^- - минимальное предельное расстояние по фактору "управление кровлей", при снижении которого отстающая лава оказывает отрицательное влияние на состояние кровли на прилегающем к промежуточному штреку концевом участке опережающей лаЕы;

S_mj- - минимальное предельное расстояние по фактору "пу-

чение пород почвы", при снижении которого отста-

ющая лава оказывает отрицательное влияние на пучение пород почвы в промежуточном'штреке впереди опережающей лавы. Величины максимальных предельных расстояний между сдвоенными лавами зависят от многих горно-техническчх факторов, основ- . ными из которых являются мощность пласта, способ охраны и вид крепи промежуточного штрека, интенсивность смещений пород кровли и почвы штрека. .

В каждом конкретном случае величина максимального предельного расстояния мезду лавами ( Бцщ ) определяется из выраже-

Sтак ⁼ win (S _тах, S_тах).»

-п

где: 5_тах - максимальное предельное расстояние между лавами по

фактору "пучение пород почвы", при превышении кото
рого наблюдается снпешге нагрузки на лавы, сЕЯзан-
i:oe с проведением работ по подрывке пород почвы в
, промежуточком штреке на участке 'междулавами;

^глах ~ ^макс1«'5^альное предельное.расстояние между-лавами по фактору "ремонт крэпи", прк превышении которого на-

«JLa

Определение: S^"

Определение S^_x и Sj&x

Изменить cnqcss]

ОХРАНЫ. , ДСЛд/ШйТЕЛЬНЫС I МЕРОПРИЯТИЕ

——г-

WV^Aurt

'max-

^»*ou+a,(^"^inr^^"o^^iw"^ir)

Определение ai и а₂1

ац2і

Рис.2. &юк-схема алгоритмидо определении paptopibj ного расстояния Sp mm'сдвоенными ламф

20 блюдается снижение нагрузки на лавы, связанное с заменой элементов крепи при перекреплении промежуточного штрека между лавами. Для условий разработки пластов Kg, К, К| и Е g на глубоких шахтах АО "Гуковуголь" построенны номограммы, позволявшие о допустимой для практических целей погрешностью определять величины ^тах и Snvi_n .

Блок-схема алгоритма при определении'рационального расстояния между сдвоенными лавами (Sp) приведена на рис.2. Параметры aj и а<> учитывают вероятность неравенства скоростей подвигашш лав с различные периода их работы. Для рассматриьаш'х горно-геологических

условий aj> I&4, Во> 23М.

В диссертационной работе дало решение актуальной задачи повышения надёжности работы очистіш оабоев при столбовых системах разработки в варианте "сдвоенные лавы" и расширения области рациональ-' ного использования отих систем.

Основные научные и практические результаты работы заключаются
в следующем; ^: , ^:

1. Установлене, что одной иа основных причин снижения ТЙСИЙКО-экономических показателей угледобычи при столбовых системах разработки пластов по мере перехода горных работ на более глубокие. горизонты является возрастание трудностей обеспечения устойчивого состояния участковых подготовительных выработок. При использовании столбовых систем раеработки'сдвоенными (спаренными) лавами наиболее "узким" эвеном является участок промежуточного штрека, расположенный между даіами,

2. Сделан вывод о том» что отсутствие надёжных способов обеспечения устойчивого сестояиия штреков, поддерживаемых за лавой, является одной на главных причин снижения уровня пространственной концентрации горных работ в паналях и повышения удельной протяжённости проходимых подготовительных выработок при переходе на отработку более глубоких горизонтов. '

3. Выявлено, «то увеличение расстояния между сдвоенными лавами до некоторого.предельного -расстояния приводит как к положи-"

21 тельному, так и отрицательному влиянию на проявления горного давания в промежуточном штреке и на концевых участках лав, прилегающих к штрекам. К отрицательным проявлениям горного давления относятся увеличение интенсивности вывалов на участке отстающей лавы, прилегающем к промежуточному штреку, и воэрас-таниЕ величин и скоростей смещений пород на участке промежуточного штрека, расположенного между лавами. Положительными последствиями увеличения расстояния между лавами являются снижение интенсивности обрушений кровли на участке опережающей лавы, прилегающем к промежуточному штреку, а также снижение величин к. скоростей пород кровли и почвы в промежуточном штреке на участке, расположенном в зоне опорного давления, возникающей впереди опережающей лавы.

4. Установлено, что при разработке угольных пластов на больших глубинах одним из основных факторов, опре;., ляющих величину рационального расстояния мекду сдвсенными лавами, является интенсивность проявления горного давления в промежуточном штреке и на концевых участках лав, прилегающих к промежуточному штреку. На относительно небольших глубинах (до Э00-400м) наибольшее влияние на величину рационального расстояния между лавами сказывает интенсивность смещений пород на участке штрека, расположенном между лавами. При переходе горных работ на более глубокие горизонты возрастает роль обрушений пород кровли на концевых участках лав, прилегающих к промежуточному штреку.

Ъ. Доказано, что в отличие от общепринятой схемы взаимного расположения сдвоенных лав, предусматривающей опережающую отработку верхнею столба, в условиях глубоких горизонтов с опережением следует отрабатывать кикний из сдвоенных столбов. Использование рекомендуем' ;! схемы в рассматриваемых горно-геологических условиях позволит без проведения дополнительных мероприятий по охране промежуточных штреков снизить затраты на их поддержание в I,4-1,8 раза и более, а также расширить область рационального применения столбовых систем разработки в варианте "сдвоен-. ные лавы".

б. Установлено, что при использовании столбовых систем разработки, в варианте "сдвоенные лрлэы" продолжительность случайных простоев отстающей лаза больше продолжительности случайных прос-

тоеп опережающее лавы. С целью'исключения увеличения расстояния между лавами до величин больше предельнь'х, при которых устойчивость лромеягуточкого штрека не можєї быть обеспечена, рекомендуется при отработке пластов К^ и Kg длину опережающей лавы принимать на 8-15 больше длины отстающей лавк. '

7. Сделан -вывод о том, что величин;/ минимально допустимого расстояния меаду сдвоенными лавами следует определять главным образом ;!0 двум факторам:.'

V из условия обеспечения минималіной Су:*марноЯ интенсир-
кости вывалов на концевых участках л?.в, прилегающих к промежу
точному штреку;

2) из условия исключеиля взаимного влияния производственных процессов на' концевых участках лав.

'..'.. 3. В основном, фактором, определяющим величину опускания пород кровли промежуточного штрека на учестко между лавами, является расстояние до опережающей лавн. До 90$ общих опусканий кровли происходит при увеличении этого расстояния до 0,8~Т,3 _;длины лаэн. Данный факт указывает на то, что "Указания по ра~ писнальному расположению, охране и поддержанию выработок..." у'-' не могут быть непосредственно использованы для определения величин опускания «ревли на .участке мечщу 'сдвоенными лава-ьтл. Фактические смещения .отличаются от определэнннх в соответ-стгми с "Указшмями ;..^и в'6-7 раз и более. ' ' .

,9. Достигнута високая-экономическая аїЛективность применения столбопой системы разработки сдвоенными.лавами а оптимальнім лораметрэш. их расположения на шахтах.

; Tax, только на шахте "Таковская" за счет прія,!егіения этой системы в панеаи J*. 46. sa период с ОТ.07.1987 г. по ЗГЛ?Л99?г. суммарна йкономчческий эффй.хТ; составляет болзе 048 млн.рубле»,' с среднегодовое -свыше Ш млн.рублел (в ценах на 0T.0l.T993rJ;