5.6 Управление горным давлением в очистных забоях

Обеспечение безопасных условий труда в очистном забое в его призабойной зоне достигается возведением крепи различной конструкции, исключающей обрушение пород непосредственной кровли. Однако по мере выемки угля обнажение кровли увеличивается, она деформируется, растрескивается, в конечном итоге приходит в предельное состояние, когда установленная крепь не может выдержать возникающих нагрузок. Крепь деформируется, кровля обрушается. Чтобы этого не произошло, необходимо управлять горным давлением.

Управлением горным давлениемназывают комплекс мероприятий по регулированию проявлений горного давления в очистном забое с целью обеспечения безопасных и необходимых производственных условий. Применительно к пологим и наклонным пластам пользуются термином —управление кровлей, так как в этих условиях в комплекс мероприятий входит предотвращение преждевременных обрушений кровли. На крутом же падении необходимо управлять и породами почвы, склонными в некоторых случаях к сползанию.

Все существующие способы управления кровлей можно разделить на три группы:

• естественное поддержание выработанного пространства оставляемыми целиками угля;

• обрушение пород кровли за пределами призабойного пространства;

• искусственное поддержание кровли в выработанном пространстве посредством заполнения его пустыми породами.

В практике разработки угольных пластов длинными очистными забоями известны следующие способы управления кровлей: полное обрушение, частичное обрушение, полная закладка, частичная закладка и плавное опускание. Такие способы управления кровлей, как частичное обрушение, частичная закладкаиплавное опускание, в настоящее время не применяются.

Самым распространенным способом управления кровлей является полное обрушение.Полная закладкавыработанного пространства как способ управления кровлей имеет ограниченное применение, так как это связано с дополнительными затратами на ее осуществление.

Управление кровлей полным обрушением

Сущность управления кровлей полным обрушением заключается в периодическом обрушении нависающей вследствие выемки угля консоли пород кровли по всей длине очистного забоя. Расстояние, через которое осуществляется обрушение пород кровли, называют шагом обрушения. Величина шага обрушения зависит от типа призабойной крепи, технологии и средств механизации очистных работ, свойств пород кровли и других факторов.

Шаг обрушения кровли в очистных забоях с индивидуальной крепью принимается кратным ширине захвата исполнительного органа комбайна или ширине вынимаемой ленты при буровзрывной выемке. В очистных забоях, где осуществляется буровзрывная выемка угля с индивидуальной деревянной крепью, шаг обрушения принимается равным ширине нескольких лент. Он может достигать 5—6 м и более. При механизированных крепях он равен шагу передвижки крепи.

Обрушение пород непосредственной кровли сопровождается увеличением их объема. Следовательно, при определенном соотношении мощности пласта и толщины обрушающихся слоев непосредственной кровли будет происходить самоподбучивание основной кровли. В этом случае устраняется пригрузка со стороны основной кровли, и крепь в лаве работает в благоприятных условиях. Если самоподбучивание основной кровли не происходит, что возможно при мощности обрушающейся непосредственной кровли менее 6—8-кратной мощности пласта, то крепь будет испытывать повышенные нагрузки.

Эффективность управления кровлей полным обрушением зависит от склонности пород к обрушению. При наличии в кровле прочных пород значительной мощности, обычно являющихся труднообрушаемыми или трудноуправляемыми, осуществляют их разупрочнение посредством передового торпедирования или гидрообработки.

Передовое торпедированиезаключается в предварительном ослаблении пород кровли взрыванием зарядов в скважинах, пробуренных впереди очистного забоя (рис. 5.11).

Рис. 5.11. Схема расположения скважин при ослаблении массива взрыванием зарядов

Ослабление породного массива может быть осуществлено также гидрообработкой, сущность которой заключается в нагнетании в него жидкости под давлением. Вследствие воздействия воды происходит размокание пород, ослабление контактов по напластованию и естественным трещинам.

В отличие от комплексно-механизированных забоев, где обрушение кровли происходит стихийно вслед за передвижкой секций крепи, посадка кровли в лавах с индивидуальной крепью отличается трудоемкостью и повышенной опасностью.

Процесс посадки кровли заключается в выполнении следующих операций (рис. 5.12): последовательная разгрузка из-под давления посадочных стоек ОКУМ, передвижка их к забою на шаг посадки и установка по линии обрушения, снятие призабойной крепи и переноска ее в рабочее пространство лавы. После удаления крепи кровля обрушается.

Рис.5.12. Управление кровлей полным обрушением при механизированной выемке с индивидуальной крепью: 1 — посадочные стойки ОКУМ

Полная закладка выработанного пространства

Сущность управления горным давлением полной закладкой заключается в заполнении выработанного пространства пустой породой, называемой закладочным материалом.

Полная закладка выработанного пространства как способ управления горным давлением имеет многоцелевое назначение:

• уменьшение потерь полезного ископаемого и снижение вероятности возникновения эндогенных пожаров, что способствует повышению безопасности горных работ;

• при разработке мощных крутонаклонных пластов исключается возможность возникновения провалов на поверхности, уменьшается ее опускание.

Применение закладки выработанного пространства является одним из природоохранных мероприятий, осуществляемых на ряде горнодобывающих предприятий. Однако закладка выработанного пространства является трудоемким процессом, требующим дополнительных затрат на ее осуществление. Поэтому ее применяют в тех условиях, где посредством полной закладки выработанного пространства представляется возможным обеспечить высокую безопасность работ и сохранность поверхности.

В качестве закладочного материала используют песок, гравий, дробленые коренные породы, отходы обогатительных фабрик, а также породы шахтных отвалов. На ряде шахт Кузбасса в качестве закладочного материала применяют дробленые коренные породы, добываемые в специальных карьерах.

Закладка выработанного пространства может быть гидравлическая, пневматическая, самотечная и механическая. Самотечнаяимеханическая закладкиобладают рядом существенных недостатков. Одним из них является значительная усадка закладочного массива. Поэтому эти виды закладки практически не применяются.

Применяют в основном гидравлическую закладку, при которой закладочный материал в выработанное пространство доставляют по трубам потоком воды. Закладочный материал перемещается по трубам с поверхности до выработанного пространства, где производится его укладка, отвод воды, ее осветление и откачка на поверхность. Пульпопровод, в качестве которого используют армированные износоустойчивые трубы диаметром 150—200 мм, состоит из вертикальных и горизонтальных частей.

Закладочный материал при гидрозакладке должен легко отдавать воду. Это достигается ограничением содержания глинистых пород. Их должно быть не более 15 %. Гидравлическая закладка обеспечивает более высокую плотность массива и минимальную его усадку под действием собственного веса и горного давления. Это определяет перспективность ее применения. Она характеризуется также большой производительностью и малой энергоемкостью. В то же время она имеет существенные недостатки, основными из которых являются: поступление в горные выработки большого количества воды, загрязнение выработок, невозможность совмещения работ по выемке угля и возведению закладки, большие капитальные и эксплуатационные затраты.

В отдельных случаях применяют твердеющую закладку. В ее состав вводят вяжущие компоненты. Такой закладочный материал значительно улучшает свойства закладочного массива.

При пневматической закладкетранспортирование закладочного материала осуществляется по трубам сжатым воздухом. Смешивание сжатого воздуха и закладочного материала осуществляется в специальных пневматических закладочных машинах различной конструкции. Основными недостатками пневматической закладки являются: значительные капитальные затраты, большой расход сжатого воздуха, что удорожает стоимость закладочных работ, жесткие требования к закладочному материалу, быстрый износ труб и арматуры, большое пылеобразование. Пневматическая закладка может применяться в различных горно-геологических условиях, в том числе и при комплексно-механизированной выемке.