Способ управления горным давлением при сплошной системе разработки

Методы управления горным давлением

Способы управления горным давлением при очистной выемке можно разделить на 3 группы:

1.) естественное поддержание очистного пространства при выемке руды;

2.) обрушение вмещающих пород на отбитую руду (т.е. при выемке руды очистное пространство не поддерживается);

3.) искусственное поддержание очистного пространства при выемке руды.

1. Естественное поддержание очистного пространства при выемке руды осуществляется за счет естественной устойчивости окружающих пород и еще не выработанных участков руды. Горное давление при этом регулируют за счет выбора формы и размеров очистного пространства и размеров поддерживающих целиков.

2. Обрушение вмещающих пород на отбитую руду, произведенное своевременно, позволяет избежать внезапных самообрушений больших масс пород и снижает опорное давление в соседних блоках. Обрушение вызывают или обнажением пород, или взрыванием зарядов ВВ.

3. Искусственное поддержание очистного пространства при выемке руды осуществляется с помощью закладки или реже крепления. Искусственное поддержание связано с затратами труда и материалов, поэтому применяют его главным образом тогда, когда другие способы управления горным давлением неприемлимы технически или не обеспечивают достаточно полной и чистой выемки руд.

Вопросы определения рациональных размеров целиков и камер были рассмотрены ранее, а обрушение пород рассматривается при изучении систем разработок, при которых его применяют. Сейчас рассмотрим основные положения систем разработки с закладкой выработанного пространства.

Закладка заключается в заполнении выработанного пространства пустыми породами или другими материалами и представляет собой один из производственных процессов очистной выемки.

Применение закладки требует затрат, но дает возможность отработать запас этажа без оставления целиков и без обрушения вмещающих пород. Это обеспечивает минимальные потери и разубоживание руды, позволяет сохранить земную поверхность и отрабатывать возгорающиеся руды.

Закладка применяется при разработке ценных руд цветных, благородных и радиоактивных металлов, высококачественных железных руд и иногда горно-химического сырья.

Различают закладку самотечную, механическую, пневматическую, гидравлическую и твердеющую.

Самотечная закладка применяется чаще всего после полной отработки очистной камеры. Материал – пустые породы, получаемые попутно при проведении горных выработок, а также пески, гравий и скальные породы, поступающие с отвалов.

При механической закладкезакладочный материал распределяют в очистном пространстве с помощью скреперных установок, самоходного оборудования, конвейеров, а также метательных закладочных машин.

Гидравлическая закладкасостоит из следующих операций: подготовка закладочного материала (например, дробление), смешение его с водой, гидротранспортирование пульпы по трубам, подготовка выработанного пространства к гидрозакладке, намыв закладочного массива, отвод и осветление воды с последующей ее откачкой на поверхность.

Твердеющая закладка.В качестве закладочного материала используется смесь инертных материалов с вяжущими добавками, которые, реагируя с водой, образуют монолитный массив. Закладочная смесь состоит из инертных наполнителей (песок, гравий, щебень, обесшламленные хвосты обогатительных фабрик, гранулированный шлак), вяжущего, пластификаторов и воды. В качестве вяжущего используют цемент, природные химические соединения (ангидрид, гипс, пирротин), а также молотые шлаки доменного производства и золы ТЭЦ. Прочность закладочных материалов на сжатие относительно невысока (в основном 2,5-7,0 МПа). Тем не менее по устойчивости закладочные массивы за счет вязкости близки к массиву устойчивых пород и выдерживают обнажения, например, вертикальные до 50х50 м 2 и более.

Влияние на горное давление оказывают в значительной степени технологические параметры при проведении горных выработок. Так если образованы две выработки, то горное давление в интервале между ними по сравнению с опорным давлением близ одиночной выработки возрастает в тех случаях, когда расстояние между выработками менее, чем расстояние между максимальными значениями вертикальных сжимающих напряжений. Отсюда следует, что, во-первых, подготовительные выработки по возможности следует располагать на расстоянии от очистного пространства больше, чем расстояния максимальных сжимающих напряжений; во-вторых выемку руды желательно вести так, чтобы число узких участков между очистными выработками было минимальным; в-третьих, образовывать одну очистную выработку от другой на меньшем расстоянии можно лишь при условии, что в этой другой выработке уже возведена искусственная опора (например, из бетонной закладки).

Источник

Способы управления горным давлением

Процессы перераспределения напряжений с образованием вокруг контура выработки различных зон обрушений пород раз­виваются во, времени с разной скоростью в зависимости от горно-геологических условий: состояния пород, степени трещиноватости, глубины заложения выработки и ее размеров. При хрупкой горной породе и большой величине действующих на контуре напряжений (особенно при наличии тектонических про­цессов) возможно внезапное взрывообразное разрушение по­верхностей обнажений – горные уда­ры. Горным ударам иногда сопутствует отскок от плоскостей обнажения различных по размерам частей породы с большой скоростью — «стреляние» пород.

При большой пластичности пород и неустойчивом состоянии контура выработки иногда происходит медленное течение пород внутрь выработки без заметного разрушения сплошности мас­сива.

Совокупность сил, действующих в массиве вокруг горных выработок, принято называть горным давлением. В более уз­ком понимании горным давлением называют давление горных пород, окружающих выработки, на горную крепь.

Горное давление проявляется в разных формах, главными из которых являются деформации боковых пород, их обруше­ние, деформации и разрушение крепей, горные удары, пучение и др. Характер проявлений горного давления зависит от многих факторов: физико-механических свойств массива горных пород, их трещиноватости, формы и размеров подземных выработок, глубины их заложения, срока службы, наличия или отсутствия крепи и др.

Для охраны горных выработок от обрушения и безопасного ведения горных работ в них намечают мероприятия по регули­рованию проявлений горного давления, которые обычно назы­вают мероприятиями по управлению горным давлением. Эти мероприятия сводятся к выбору крепи и рациональных способов крепления выработок, а также проведению специальных мер по предупреждению массовых обрушений боковых пород в очист­ные выработки, предотвращению горных ударов и внезапных выбросов угля и газа. Для охраны капитальных и подготови­тельных выработок глубоких шахт перед постановкой крепи окружающий выработку массив иногда упрочняют различными специальными способами для повышения устойчивости пород­ных обнажений и крепи выработок.

По условиям поддержания выработки подразделяют на две основные группы:

— Первую составляют выработки, находящиеся вне зоны влияния очистных работ.

— Вторую группу составляют выработки, находящиеся в зонах опорного давления и сдвиже­ния пород выработанных пространств, создаваемых в резуль­тате выемки рудных тел или угольных пластов.

Известны следующие способы управления горным давлением для охраны выработок глубоких горизонтов:

1. использова­ние естественных горно-геологических условий;

2. снижение дей­ствующих напряжений в массиве пород, окружающих выра­ботку;

3. использование рациональных конструкций крепей;

4. упроч­нение пород;

5. применение современной рациональной технологии сооружения выработок.

1. Использование естественных горно-геологических условий для охраны капитальных выработок сводится к размещению их в прочных породах и расположению вкрест простирания пород. Опыт показывает, что выработки, пройденные вкрест простира­ния пород, имеют значительно большую устойчивость по срав­нению с выработками, пройденными, по простиранию.

Подготовительные выработки лучше проходить вне зоны влияния очистных работ или в обширных зонах разгрузки, кото­рые образуются над и под очистными выработками больших размеров.

2. Снижение напряженного состояния массива горных пород сводится к его подработке посредством выемки расположенного над массивом пласта. Напряжения в горном массиве в этом случае понижаются, что сказывается на повышении устойчи­вости выработок, расположенных ниже пласта. Иногда делают специальную разгрузку массива путем образования в нем вер­тикальных или горизонтальных щелей взрывными скважинами.

3. Управление горным давлением с использованием рациональ­ных конструкций крепей заключается в выборе и возведении для конкретных горно-геологических условий жестких или по­датливых видов крепей. Этот выбор производится при условии, что заранее известна величина смещений породного контура выработки.

4. Эффективным способом повышения устойчивости выработок в слабых и трещиноватых породах на глубоких горизонтах яв­ляется упрочнение массива способом тампонажа. Применение этого способа способствует восстановлению естественной проч­ности массива, а иногда и искусственному повышению его проч­ности. Наибольшее распространение получили механический (анкерная крепь), термический (замораживание) и физико-хими­ческий (цементация, химическое укрепление) способы упрочнения пород.

4.1. Анкерную крепь как средство упрочнения горных пород ши­роко применяют в угольной и горнорудной промышленности. Наибольший эффект достигается после нагнетания раствора в массив через шпуры с последующей установкой железобетон­ных анкеров.

4.2. Упрочнение горных пород способом замораживания приме­няют в основном при проходке вертикальных стволов в сильно обводненных породах. Это наиболее трудоемкий и дорогостоя­щий способ охраны выработок в период проходки.

4.3. Для обеспечения и повышения устойчивости капитальных выработок, пройденных в слабых легкообрушающихся породах, в последнее время применяют на шахтах Донбасса упрочнение пород посредством тампонажа (цементации) горного массива. Вокруг выработки, таким образом, создается прочная породная оболочка, способная выдержать значительное горное давление.

5. Управление горным давлением путем применения рацио­нальной технологии включает следующие способы:

— применение контурного взрывания, или комбайнового спо­соба проведения;

— проведение выработок в два этапа;

— возведение жестких крепей с отставанием от проходческих работ;

— последо­вательное ведение проходческих работ в выработках, распо­ложенных параллельно;

— забутовка (заполнение) пустот между крепью и породным обнажением.

5.1. Применение контурного взрывания, или комбайнового спо­соба проходки, способствует снижению коэффициента концент­рации напряжений на контуре выработки в 2—3 раза по срав­нению с обычным буровзрывным способом проходки. Неровности контура за крепью обычно создают сосредоточен­ную нагрузку на крепь, вызывающую ее деформацию и разру­шение.

5.2. Сущность способа двойной проходки выработки заключается в проведении передовой выработки с временной податливой крепью и последующим расширением ее до проектных разме­ров. Расширение выработки до проектных размеров произво­дится с отставанием во времени на 2—3 мес с одновременным возведением постоянной жесткой крепи. Такой способ проведе­ния способствует постепенному снижению напряжений в зоне неупругих деформаций и лучшей сохранности крепи выработки. Этот способ применяется в Донбассе.

5.3. Возведение жестких крепей с отставанием от проходческих работ на 1—4 месяца способствует тому, что за этот период реа­лизуется 50—80 % конечных смещений породного контура и крепь не разрушается. В слабых трещиноватых и обводненных породах, где смещение пород носит незатухающий характер, возведение жесткой крепи ведут с отставанием в 1,5—2 месяца от проходческих работ. При длительных перерывах в проходческих работах постоян­ная крепь должна отставать от забоя на 15—20 м, так как за­бой выработки сдерживает проявление смещений пород только на расстоянии 10—15 м. Время и место возведения податливой крепи не оказывают существенного влияния на устойчивость выработок при условии совпадения направлений податливости и наибольших смещений пород.

5.4. Существенное влияние на устойчивость капитальных выра­боток оказывают их взаимное расположение и последователь­ность проходческих работ. Практика показывает, что большая изрезанность массива пород в пределах околоствольных дворов является одной из причин разрушения крепи. Так, при располо­жении выработок на относительно небольшом расстоянии одна от другой коэффициент концентрации напряжений на контурах увеличивается в 1,2—1,5 раза. На основе наблюдений уста­новлено, что взаимное влияние выработок в породах с коэффи­циентом крепости по шкале проф. М. М. Протодьяконова f = 3÷8, пройденных на, глубинах 600—1000 м, исключается, если расстояние между ними не менее 15—20 м (для глубин 600 м) и не менее 20—50 м (для глубин 1000 м). Меньшие рас­стояния между выработками относятся к породам с f = 8. Если невозможно выдержать эти расстояния между выработками, то параллельные выработки должны провериться одновременно с последовательным ведением в них проходческих работ.

5.5. Для снижения и более равномерного распределения горного давления на крепь существенное влияние оказывает забутовка пространства за крепью выработки. Правильный выбор вида забутовки и ее параметров значительно способствует улучше­нию условий работы крепи.

Источник

Управление горным давлением на угольной шахте

Управление горным давлением — совокупность мероприятий по регулированию проявлений горного давления в рабочем про­странстве очистного забоя в целях обеспечения безопасных и необходимых производственных условий эффективной и наибо­лее полной выемки полезного ископаемого.

Эти мероприятия сводятся к выбору рациональных спосо­бов крепления горных выработок с целью обеспечения их со­хранности, предупреждения массовых обрушений пород кровли путем переноса их опасных сдвижений за пределы призабойного пространства, горных ударов, внезапных выбросов угля и газа, а также самовозгорания угля.

В настоящее время основным и самым распространенным способом управления горным давлением является полное обру­шение пород кровли; перспективным — полная закладка выра­ботанного пространства пустой породой, добываемой в шахте или поступающей с поверхности. Остальные способы (частичное обрушение кровли, частичная закладка, плавное прогибание) имеют ограниченную область применения, которая непрерывно су­жается.

Распределение добычи угля из действующих очистных за­боев по способам управления горным давлением за 1988 г. (в процентах общей добычи) приведено в табл. 5.3.

Управление горным давлением полным обрушением. Прак­тически все комплексы с механизированной крепью работают в сочетании с полным обрушением пород кровли. Сущность этого способа сводится к следующему. Горные породы в нетронутом массиве находятся в состоянии напряженного равновесия. При ведении очистных работ это равновесие нарушается и происхо­дят сложные геомеханичеекпе процессы. Неизученность харак­тера проявления горного давления в зоне очистных выработок обусловила появление ряда гипотез. Наиболее полной явля­ется комбинированная гипотеза плит и балок, разработанная А. А. Борисовым.
По этой гипотезе непосредственная кровля имеет два режима работы: начального и установив­шегося движения. Начальное движение охватывает период от проведения раз­резной печи до первого обрушения непосредственной кровли. По мере отхода забоя от целика площадь обнажения непосредствен­ной кровли возрастает. Породы кровли постепенно изгибаются. Затем наступает первое обрушение плиты непосредственно кровли: форма обрушения близка к овалу и не охватывает всей площади обнажения кровли в пределах опорного прямоуголь­ного контура. Обрушение слоев происходит последовательно, при этом уменьшаются пролеты и, следовательно, площади обна­жения верхних слоев по сравнению с нижними. Это наиболее ответственный период в работе лавы, так как начальное обру­шение пород нередко начинается внезапно, без предупредитель­ных признаков и сопровождается в отдельных случаях воздуш­ными ударами, распространяющимися и в подготовительные вы­работки.

В режиме установившегося движения обрушение пород непо­средственной кровли, консольно нависающих над забоем лавы, происходит участками регулярно после передвижки механизиро­ванной крепи (рис. 5.17). Расстояние, через которое происходит регулярное искусственное обрушение кровли, называют шагом обрушения или шагом посадки. Желательно, чтобы шаг обрушения был равен ширине захвата выемочной машины. т. е. порядка 0,6—0.8 м. Это предохранит крепь от перегрузок и деформаций. Обрушение пород консолн сопровождается ее разрыхлением. Коэффициент разрыхления достигает 1,15—1,2.

В работе основной кровли выделяются также два режима. В первом режиме постепенный прогиб пород приводит к пер­вичному обрушению основной кровли. Оно происходит иногда весьма бурно и может привести к завалу лавы. Во втором режиме разлом основной кровли происходит спорадически, после ряда первичных обрушений пород непосредственной кровли,

Первичное и вторичное обрушение основной кровли происходят неуправляемо, стихийно. Поэтому управление горным дав­лением на пластах с труднообрушаемыми кровлями является весьма сложным процессом, поскольку при этом происходят зажатие секций механизированных крепей «нажестко», дефор­мация их элементов и в ряде случаев завалы лав. Вопросы, свя­занные с управлением горным давлением, решаются в двух на­правленных: созданием крепей с высокой несущей способностью и более совершенной конструкции; разработкой и внедрением специальных мероприятий по разупрочнению труднообрушаемых пород основной кровли для создания дополнительной сети трещин, обеспечивающих снижение интенсивности проявления ее осадок.

К числу специальных мероприятий относятся:

• опережающее (передовое) торпедирование;
• гидрообработка;
• гидромикроторпедирование породного массива;
• подработка уголь­ных пластов.

Сущность передового торпедирования заключа­ется в активном воздействии на напряженное состояние мас­сива пород кровли путем взрывания впереди очистного забоя специальных (торпедных) зарядов, расположенных в длинных скважинах, которые образуют зону трещин. Их образование из­меняет характер деформирования и разрушение пород основной кровли; опускание кровли резко уменьшается, а проявление вто­ричных осадок почти не ощущается.

Гидромикроторпедирование сочетает элементы пе­редового торпедирования и гидрообработки. Создание дополни­тельной трещпповатости обеспечивается в результате эффекта камуфлетировапня п гидравлического удара при взрывании не­больших зарядов В В в скважинах, заполненных жидкостью под давлением.

При подработке угольных пластов разупрочнение пород массива и образование трещин происходят в результате их опускания над выработанным пространством. Интенсивность подработки зависит от величины отношения мощности пород междупластья к мощности нижнего, подрабатывающего пласта. Установлено, что в диапазоне изменения мощности подрабаты­вающих пластов от 0,85 до 3,5 м а относительной мощности междупластья от 13 до 36 м эффект разупрочнения кровли под­рабатываемых пластов при полной подработке был достигнут во всех случаях. При разработке пластов длинными забоями с обрушением пород кровли над выработанным пространством образуются три зоны: беспорядочного обрушения пород (интенсивного дробления), трещинообразования и из­гиба. В результате происходит перераспределение напряжений и образование вблизи контура выработанной площади краевых зон, находящихся под действием опорного давления.

Таким образом, под опорным давлением подразумеваются повышенные (сравнительно с первоначальными, существовав­шими до разработки пласта) нормальные к пласту сжимающие напряжения, действующие по опорному контуру обнажения и обусловленные нависающими породами. Характер распределения опорного давления в плоскости раз­рабатываемого пласта представлен на рис. 5.18.

Ниже откаточ­ного и выше вентиляционного штреков располагаются зона постоянного опорного давления I; впереди очистного забоя — зона временного опорного давления I, а и, наконец, зона опор­ного давления в пределах выработанного пространства I, б. Ма­ксимальная величина временного опорного давления колеблется в пределах (1,5—4) рH, где р — средняя плотность пород, т/м3; Н — глубина заложения выработки, м. Ширина зоны времен­ного опорного давления достигает 20—50 м и более. Ширина зоны постоянного опорного давления 15—50 м. Зона временного опорного давления не является стабильной, а перемещается по мере подвнгания очистного забоя.

Кроме зон опорного давления, по простиранию пласта выде­ляют еще две зоны. Так, в глубине массива расположена зона II, не затронутая сдвижением, где напряжения пока не претерпели изменении. Над призабойным пространством, а также вблизи от него в выработанном пространстве и в зоне раздавленного угля находятся зоны пониженных напряжений III. Вес пород над призабойным пространством оказывает непосредственное влияние на крепь очистной выработки. Распределение нормальных напряжений по падению пласта также не является равномерным: в глубине массива, за зоной опорного давления, сохраняются первоначальные по величине напряжении II; с противоположной стороны зоны опорного дав­ления, там где наблюдается раздавливание угля, а также под выработанным пространством и у концов лавы находятся зоны пониженных напряжений III. В остальной части длины лавы напряжения сохраняются примерно постоянными.

Длина примыкающих к массиву или к целикам угля участ­ков с пониженным давлением на крепь составляет 5—15 м. От­сюда следует важный вывод о том, что особые условия по кон­цам лавы могут существенно влиять на горное давление в очист­ном забое только в очень коротких лавах. Если же лава длин­ная, то горное давление поее длине, за исключением ее концов, будет примерно одинаковым.

Управление горным давлением полной закладкой. Под тер­мином «закладка» подразумевается совокупность процессов, ох­ватывающих приготовление, складирование, транспортирование и укладку в выработанное пространство закладочного мате­риала, т. е. пустой породы, состав и свойства которой отве­чают определенным требованиям. Закладочный материал, за­полнивший выработанное пространство, образует закладочный массив.

Применение полной закладки обеспечивает существенное снижение потерь полезного ископаемого в недрах, уменьшение пожароопасности при разработке пластов, уголь которых скло­нен к самовозгоранию, увеличению безопасности работ, исклю­чает образование провалов на поверхности, особенно при раз­работке мощных крутых пластов, и значительные опускания по­верхности.
Таким образом, разработка месторождений с полной закладкой является одним из мероприятий по охране недр и окружающей среды. Однако возведение закладочного массива является весьма трудоемким дополнительным процессом в тех­нологической схеме подземной добычи угля. В результате стои­мость закладочных работ составляет 15—20 % стоимости работ по добыче угля. Поэтому закладку применяют лишь в тех слу­чаях, когда другие, более простые и дешевые способы управле­ния горным давлением в данных горно-геологических условиях не могут обеспечить безопасную и эффективную добычу угля.

Управление горным давлением полной закладкой рекомен­дуют применять:

• для охраны ответственных сооружений и водоемов на по­верхности;
• при слабых, склонных к сползанию породах почвы или весьма слабых породах кровли и почвы на крутых пластах;
• под пожарными участками и участками, опасными по проры­вам глины;
• как правило, при разработке мощных крутых месторождений с самовозгорающимися полезными ископаемыми;
• при разработке крутых пластов, опасных по внезапным вы­бросам угля и газа.

В настоящее время находят применение гидравлическая, пневматическая, комбинированная (гидропневматическая), твер­деющая, а также самотечная и механическая закладки. Закладочный материал может быть доставлен с поверхно­сти или получен непосредственно в шахте. Добыча закладочных материалов (песок, гравий или коренные скальные породы) про­изводится на механизированных централизованных карьерах. Кроме того, в качестве закладочного материала используют шлак металлургических заводов, отходы обогатительных фаб­рик тепловых электростанций, также породу, получаемую от проведения подготовительных выработок или из шахтных от­валов.

Актуальной задачей является расширение использования по­роды последних двух источников: шахтные отвалы горят и за­грязняют атмосферу вредными газами и пылью, а при значи­тельной высоте их создаются предпосылки для опасных оползне­вых явлений и взрывов. Кроме того, они занимают земельные участки значительной площади. Поэтому для шахт Донбасса, расположенных на территории Украины запрещено отводить новые земельные участки под породные отвалы. Учитывая общее весьма сложное экологическое состояние биосферы, существую­щие терриконы рекультивируют и озеленяют. Порода от про­ведения и ремонта выработок загружает подземный транспорт, усложняет его работу. Поэтому в проектах новых шахт преду­сматривают подземные породные комплексы с дробильными установками, бункерами и сетью горных выработок для перера­ботки породы с целью ее укладки в выработанное пространство лав без выдачи ее на поверхность.

Гидравлическая закладка основана на использовании энер­гии потока воды, движущегося по трубам под напором, пере­мещающего закладочный материал с поверхности до места ук­ладки и производящего укладкупороды в выработанное про­странство. Технологическая схема гидравлической закладки состоит из следующих процессов: образования пульпы в смесительных камерах, гидротранспортирования закладочного материала до вы­работанного пространства и его укладки, отвода, осветления и откачки воды на поверхность.

Схематично гидрозакладочную установку можно предста­вить в следующем виде (рис. 5.19). Закладочный материал ав­тосамосвалами или в железнодорожных вагонах доставляется к гидрозакладочному комплексу и складируется в заглубленном или поверхностном бункере массового истечения. В основании бункера размещены дистанционно управляемые затворы, рас­положенные таким образом, что закладочный материал дви­жется по всему сечению бункера и этим исключается образо­вание мертвых зон и забучивание бункера. Из бункера порода подается на качающийся или ленточный питатель с регулируе­мым приводом, который подает закладочный материал в приемно-смесительное устройство.

Вода поступает из самоочищающегося поверхностного водо­сборника по водоводу, на котором установлены дистанционно управляемая задвижка и расходомер воды.

Закладочная гидросмесь, образовавшаяся в приемно-смеси-тельном устройстве, по пульповоду диаметром 150—200 мм дви­жется до выработанного пространства, подлежащего закладке. Гидротранспортирование осуществляется как под действием естественного напора, создаваемого весом столба гидросмеси в вертикальном участке закладочного трубопровода, так и под действием искусственного напора, создаваемого насосами. Для получения плотного закладочного массива нет необходимости пропускать через выработанное пространство всю воду, необхо­димую для гидротранспорта. Значительную часть ее отделяют от пульпы на вентиляционном горизонте с помощью специаль­ных водоотделителей и отводят по трубам в водосборник, что существенно снижает обводнение и заиливание основных выра­боток. Это особенно важно при разработке крутых пластов с легкоразмываемымп и пучащими вметающими породами. В выработанном пространстве пульпа сбрасывается; твердые частицы, выпадая, образуют закладочный массив. Отработан­ная вода направляется в главную водоотливную установку и от­качивается на поверхность в самоочищающийся водосборник для повторного использования. Убыль воды периодически вос­полняется из других источников.

Сигнализация из забоя, принимающего закладку, осуществ­ляется при помощи пульта управления. Давление в пульповодном ставе определяют с помощью измерителя давления пульпы, который устанавливают в месте перехода вертикального (на­клонного) участка пульповода в горизонтальный. Движение пульпы по трубопроводам обеспечивается за счет напора, создаваемого разностью высотных отметок смеситель­ной камеры и места ведения закладочных работ, а также под действием веса пульпы. Чтобы обеспечивалась подвижность пульпы, она должна иметь определенную консистенцию, т. е. отношение единицы объема транспортируемого твердого материала к объему расхо­дуемой воды. Это отношение зависи от крупности закладоч­ного материала и принимается: для частиц размером от 1 до 2 м.м —1:2; от 40 до 60 мм — 1:5. Предельная дальность транс­портирования дробленых пород под естественным напором составляет не более восьмикратной вертикальной высоты пульповодного става.

Перед возведением закладочного массива на участке, под­лежащем закладок, временно прекращают добычу угля и про­водят подготовительные работы по возведению ограждающего органного ряда, укладке труб и желобов. Пульпа обладает боль­шой подвижностью и легко растекается под углом 5—8° к го­ризонту. Поэтому все выработки, примыкающие к закладывае­мому пространству, должны быть изолированы отшивкой или перекрыты перемычками.

Отстойники для воды проводят в вмещающих породах или по углю ниже основного откаточного штрека. Места располо­жения отстойников определяют в каждом конкретном случае в зависимости от применяемой системы разработки и располо­жения соседних выработок.

В зависимости от технологии выемки угля различают две схемы возведения закладочного массива. При отработке пла­стов длинными столбами по простиранию закладочный мате­риал, поступающий со стороны вентиляционного штрека из од­ной точки, заполняет выработанное пространство, а отработан­ная вода стекает по лаве на откаточный штрек и отводится по канавкам в водосборник главного или участкового водоотлива.

При отработке пласта длинными столбами по восстанию для равномерного заполнения выработанного пространства по всей длине лавы прокладывают трубопровод с боковыми выпусками или во время закладки вручную разбирают забойный трубо­провод по мере заполнения выработанного пространства. При этом нет необходимости в устройстве ограждающей отшивки, создаются условия для более полного осветления отработанной воды. Однако периодические сборка и разборка забойного трубопровода снижают производительность и технико-экономиче­ские показатели гидравлической закладки.

Достоинства гидравлической закладки — ее высокая произ­водительность, обеспечивающая укладку до 200—300 м3/ч закладочного материала, при этом закладочный пульповод про­кладывается по существующим выработкам, не нарушая сло­жившихся транспортных коммуникаций; высокая степень меха­низации и малая трудоемкость закладочных работ; простота оборудования и ведения работ; высокая производительность за­кладочного комплекса. Кроме того, гидрозакладка обеспечивает значительную плотность закладочного массива; усадка состав­ляет 7—15 %.

Недостатком гидрозакладки является ввод в шахту боль­шого количества воды, которая увлажняет воздух и загрязняет мелкими фракциями закладочного материала горные выработки, усложняя работу подземного транспорта; обводняется очистной забой, затрудняя применение механизированных комплексов.

Наиболее слабым звеном при гидравлической закладке яв­ляется управление отработанной водой в связи с ее большим объемом н, как отмечалось выше, выносом мелких фракций закладочного материала. При механизированной выемке угля водоотделение приобретает первостепенное значение, поскольку при работе по простиранию необходима полная изоляция крепи в забое, а по восстанию — герметизация выработок, прилегаю­щих к закладочному массиву. Для осветления воды требуются дополнительные выработки, а для откачки — насосные уста­новки. Кроме того, требуются крупные первоначальные затраты на сооружение гидрозакладочного комплекса.

Пневматическая закладка основана на использовании энер­гии струп сжатого воздуха, при определенной (критической) скорости движения которого происходит перемещение закладоч­ного материала по трубам и забрасывание его в выработанное пространство. Пневматическую закладку применяют при самых различных горно-геологических условиях и системах разработки с. использованием закладочных комплексов типа ПЗП или ПЗК.

Пневматический способ закладки включает следующие про­цессы:

• приготовление закладочного материала,
• доставку его к пневмозакладочной машине,
• пневмотранспортнрование за­кладочного материала по трубам под действием энергии сжа­того воздуха
• возведение закладочного массива при выбросе потока пневмосмеси в выработанное пространство.

При разработке пологих пластов, когда шахта располагает большим объемом породы, поступающей от проходки и ремонта горных выработок, применяют технологическую схему с под­земным расположением дробильно-сортировочного комплекса. По этой схеме в околоствольном дворе или в другом месте, если это окажется рациональным, куда свозится порода от всех горных выработок, сооружают подземную дробильно-сортировочную установку, на которой готовят закладочный материал круп­ностью 0—60 мм. Порода из шахтиых вагонеток разгружается в приемный бункер, затем ленточным конвейером подается в щековую дробилку, где производится ее первичное дробление до крупности 120 мм. Далее порода поступает в одновалковую дробилку, измельчается до крупности 0—60 мм и ленточным конвейером направляется в секции аккумулирующего бункера. Из последнего он ленточными конвейерами подается в барабан­ную пневмозакладочную машину типа ПЗБ2, где производится механическое смешивание сжатого воздуха п закладочного ма­териала. Машина устанавливается в специальных камерах, место сооружения которых выбирается с учетом конкретных условий. Закладочный материал транспортируется к пневматическим установкам ленточным конвейером через специальный питатель, который регулирует количество подаваемого закладочного материала в соответствии с производительностью машины, а от машины до мест укладки он перемещается по трубопроводу диаметром 150—200 мм. Длина пневмозакладочного трубопро­вода составляет порядка 300 м, поэтому пневмозакладочную машину устанавливают на расстоянии 100—150 м от очистного забоя, который оборудуют механизированным очистным комп­лексом. Последний оснашеп распределительным трубопроводом, который укреплен на специальных опорах, расположенных за ограждением механизированной крепи. С помощью распределительного трубопровода осуществляется возведение закладоч­ного массива с торцовым или боковым выпуском. При торцовом выпуске трубопровод и ограждения рассоединяют на звенья длиной 6—9 м и передвигают вслед за группой перемещающихся секций механизированной крепи. В образовавшуюся полость на­правляется поток пневмосмеси, который полностью заполняет ее, образуя плотный закладочный массив. Положительным в этом случае является минимальная площадь обнажения кровли за крепью, что позволяет разрабатывать пласты с не­устойчивой кровлей. При боковом выпуске трубопровод не разбирается. По его длине через каждые 5—6 м устанавливаются боковые выпуски с поворотными патрубками с углом отклонения до 15°. При та­ком угле отклонения потока обеспечивается возведение плот­ного закладочного массива. Возведение закладочного массива производится независимо от выемки угля, что повышает надеж­ность технологических процессов выемки и закладки. Трубопро­вод с боковым выпуском применяется при разработке пластов с труднообрушаюшейся кровлей. Очистной забой перемещается по простиранию пли по восстанию пласта.

Технологическая схема с подземным расположением дро­бильно-сортировочного комплекса применяется преимущест­венно на глубоких шахтах при разработке тонких пластов. Технологическая схема с поверхностным расположенном дробильно-сортировочного комплекса — на шахтах, разрабаты­вающих пласты угля средней мощности и мощные. Пневматическую закладку применяют также для возведения околоштрековых полос, используя породу от проведения выра­боток по топким пологим угольным пластам, с помощью Дробильно-закладочной установки «Титан».

Пневматический способ возведения закладочного массива обеспечивает достаточно высокую его плотность (усадка закла­дочного массива не превышает 15—20 %), относительную про­стоту транспортирования закладочного материала по трубам и управления процессом возведения закладочного массива в вы­работанном пространстве.

Основные недостатки пневматической закладки:

• значитель­ные капитальные затраты на закладочное и силовое оборудо­вание; повышенные требования к качеству закладочных материалов, особенно в отношении содержания в них мелочи, влаги и глинистых примесей;
• высокий расход сжатого воздуха на укладку 1 м3 закладочного материала;
• быстрый износ трубо­провода и его арматуры (переходных колен, задвижек, распре­делителей).

Все это обусловливает высокую стоимость и трудо­емкость закладочных работ.

Трудоемкость пневматического транспортирования закладоч­ного материала с поверхности шахты до пиевмозакладочной машины составляет 40—50 % всей трудоемкости закладочных работ. Поэтому считают эффективным применение комбиниро­ванной гидропневматической закладки, когда для доставки за­кладочного материала с поверхности шахты до очистного забоя применяют гидравлический транспорт, а подачу его после обез­воживания, в выработанное пространство осуществляют пневмо­транспортом. Существует два вида твердеющей закладки: литая и жесткая.

Литая закладка — смесь низкоактивного вяжущего за­полнителя и воды с активизирующими добавками. Готовится на комплексах твердеющей закладки и подается по трубопроводам самотеком в выработанное пространство; для обеспечения те­кучести имеет некоторый избыток воды.

Жесткая закладка — смесь заполнителя, доставляемого различными способами до пиевмозакладочной машины, а с ее помощью — в выработанное пространство, и вяжущего, которое вводится под давлением непосредственно перед местом возведения закладочного массива. Вода вводится в количествах, необходимых для обеспечения схватывания смеси.

Применение вяжущего вещества при твердеющей закладке обеспечивает более высокие прочностные характеристики закла­дочного массива, чем при гидравлической или пневматической закладке. Однако она более дорогая и потому применяется лишь при добыче ценных коксующихся углей или руд.

Требования к твердеющей закладке вытекают из основного назначения, как средства управления горным давлением. Она должна обеспечивать прочность закладочного массива порядка 3—4 МПа, которая необходима для работы под ним без крепле­ния при обнажениях шириной до 6 м, иметь усадку не более 3 %, дальность доставки до 2 км, из них в пределах выемочного поля до 1 км.

Основные преимущества твердеющей закладки:

• высокая про­изводительность и надежность процесса в целом;
• сравнительно равномерное качество смеси закладочного материала;
• примене­ние самотечного транспорта, эффективность которого повыша­ется с глубиной;
• незначительная трудоемкость при полном от­сутствии необходимости ведения работ в забое.

Основные недостатки твердеющей закладки — наличие боль­шого объема выработанного пространства, подлежащего закладке, непрерывность его заполнения и длительность набора прочности (не менее 28 дней) из-за избыточного количества воды.

Технология приготовления, транспортирования и возведе­ния литой закладки освоена в промышленных масштабах. Применение полной закладки выработанного пространства удорожает производство. Так, на шахте «Коксовая» при средне­суточной нагрузке 4000 т угля, из которых 80—90 % добывается с закладкой, производительность труда рабочего по добыче не превышает 40 т/мес, расход леса — 40—50 м3 на 1000 т до­бычи. Непрерывное увеличение глубины разработки приводит к по­вышению горного давления и газоносности пластов, возрастает опасность внезапных выбросов угля и газа и пожароопасность; растут потери угля в недрах из-за увеличения размеров охран­ных целиков. В совокупности это приводит к снижению произ­водительности труда рабочего по добыче. Однако на шахтах Прокопьевско-Киселевского района Кузбасса, работающих с об­рушением кровли, она снижается в 2 раза быстрее, чем на шах­тах, работающих с закладкой. В результате, уровень производи­тельности труда на шахтах, разрабатывающих мощные крутые пласты как с обрушением, так и с закладкой, оказался практи­чески одинаковым. Но если при разработке пластов с обруше­нием кровли в основном исчерпаны все возможности повышения эффективности работ и в дальнейшем не исключено ее сниже­ние, то технология с закладкой имеет перспективы дальнейшего совершенствования.

В настоящее время намечаются три основных направления совершенствования этой технологии:

• нисходящий порядок выемки крутых пластов с заклад­кой;
• выемка угля без крепления призабойного пространства при условии, что закладочныймассив выполняет функцию искусст­венной кровли;
• применение коротких очистных забоев с мобильными само­ходными машинами.

При разработке крутонаклонных и крутых пластов приме­няется самотечная закладка, при которой закладочный мате­риал движется в выработанном пространстве под действием собственного веса.

Широкое применение закладки является технической необ­ходимостью. Внедрение же сдерживается отсутствием прогрес­сивной технологии и средств комплексной механизации очист­ных и закладочных работ.

Механическая закладка находит ограниченное применение при проведении подготовительных выработок с использованием скреперной установки ЗУ-1М. Частичную закладку выработанного пространства приме­няют для того, чтобы при помощи бутовых полос удержать по­роды непосредственной и основной кровли от обрушения.

Для получения закладочного материала в выработанном про­странстве путем подрывки почвы или кровли пласта проводят ряд специальных выработок —бутовых штреков. Полученную из бутовых штреков породу укладывают в выработанном прост­ранстве на всю мощность пласта в виде породных (бутовых) полос. Последние воспринимают часть давления пород кровли и тем самым разгружают частично призабойную крепь от гор­ного давления, распределяют его более равномерно.

Породы непосредственной кровли в выработанном простран­стве между бутовыми полосами обрушаются сами по себе, на некотором расстоянии позади забоя лавы. Расстояние между бу­товыми полосами принимают от б до 12 м, ширину бутовых штреков — около 3 м, высоту подрывки породы кровли пли почвы— 1 —1,2 м. Ширину бутовых полос принимают 6—7 м из расчета возможного размещения в них всей взорванной породы. Отставание бутовых полос от забоя лавы равно ширине прпза-бойного пространства (2—3 м).

Бутовые штреки должны быть закреплены на протяжении не менее 3 м от забоя временной крепью. Из каждого буто­вого штрека должен быть свободный выход в призабойпое про­странство лавы. По мере подвигания забоя штрека временную крепь по возможности выбивают, штрек же постепенно завали­вается.

Частичная закладка применяется:

• на пластах мощностью 0,5—1,2 м;
• при слабой кровле или почве, при наличии в пласте породных прослойков значительной мощности.

Управление кровлей частичным обрушением применяют при легкообрушающнхся породах непосредственной кровли, мощ­ность которых не обеспечивает достаточного подбучивания вы­шележащих слоев оснований кровли и не предотвращает перио­дических (вторичных) осадок их.

Сущность этого способа сводится к следующему. По мере подвигания лавы в выработанном пространстве выкладывают бутовые полосы шириной 5—6 м. Расстояние между бутовыми полосами принимают 8-12 м с таким расчетом, чтобы породы основной кровли не обрушались. Непосредственная кровля между бутовыми полосами обрушается на специальную крепь.

Бутовые полосы выкладывают из породы, полученной в бу­товых штреках или в обрушенных пролетах кровли между по­лосами. Для более качественного обрушения пород и огражде­ния бутовой полосы от разваливания на расстоянии 0,5-1 м от краев породных полос в сторону обрушенного пространства пробивают органный ряд.

Управление горным давлением плавным прогибанием применяют при породах кровли, способных плавно опускаться без значительных разрывных нарушений, и при почве, склонной к вспучиванию. Мощность пласта при этом не должна превышать 1-1,2 м. При плавном опускании в качестве специальной крепи применяют костры, устанавливаемые в один или два ряда в шах­матном порядке. Костры переносят через каждые 1,5-2 м. Если их два ряда, то переносится тот ряд, который находится дальше от забоя лавы.

В результате некоторого смятия костров кровля плавно опускается и ложится на почву, которая к этому времени несколько вспучивается. Плавное опускание применяют и при разработке весьма тон­ких пластов, когда породы кровли, представленные известня­ками или крепкими песчаниками, песчанистыми сланцами, спо­собны опускаться путем сдвигов большого числа блоков. В результате этого на расстоянии 20—30 м и более от забоя кровля опускается на почву. При этом призабойная деревянная крепь остается в выработанном пространстве, стойки постепенно ло­маются опускающейся кровлей.

Источник