Спосіб підготовки і відробки виїмкових дільниць

Спосіб підготовки і відробки виїмкових дільниць, який включає підготовку виїмкової панелі квершлагами, а виїмкових дільниць - конвеєрними та вентиляційними штреками і відробку дільниць послідовно у часі, або одночасно з їх підготовкою довгими лавами за допомогою комплексів очисного обладнання, при цьому штреки закріплюють анкерним кріпленням, а породу від розширення штреків залишають у виробленому просторі лав, який відрізняється тим, що при підготовці і відпрацюванні панелей кожен вентиляційний штрек C2 2 95011 1 3 бінована системи розробки; при останній - один зі штреків проводять до початку відробки дільниці). Значні технічні можливості високопродуктивних очисних комплексів і анкерного кріплення штреків щодо утворення стійких породометалевих конструкцій не використовуються повністю. Витрати на транспортування порід з вибою на земну поверхню, їх складування, багаторічне зберігання, рекультивацію земель, що зайняті під відвали, та на інші, пов'язані з породою заходи, складають до 15% від виробничої собівартості вугілля [4]. Екологічний збиток природі та навколишньому середовищу від "породонавантаження" на поверхню Землі настільки важко прогнозований, що його тяжко підрахувати. Найближчим до запропонованого є спосіб [2], який включає підготовку виїмкових дільниць квершлагами та штреками і відробку дільниць лавами. При цьому площини поперечних перерізів штреків розраховують так, щоб були забезпечені: оптимальне провітрювання лави і штреків, габарити для розміщення обладнання, проходи для персоналу тощо, у тому числі враховують обов'язкове зменшення площини перерізу штреку під дією гірського тиску. Тобто площина поперечного перерізу штреку при його проведенні зараз суттєво більша, ніж це потрібно власне для його проведення і підтримки до початку відробки виїмкової дільниці. Але всі види витрат на проходку штреку, швидкість його проведення, продуктивність праці гірників тощо напряму залежать від площини перерізу, тобто від обсягів гірської маси, що виймається, і від площини поверхні штреку, яку потрібно закріпляти і підтримувати у належному для експлуатації стані. Стійкість штреку навпаки обернено пропорційна площині його перерізу при тих засобах і технологіях кріплення, які були до застосування анкерного. Від стійкості штреку і його спряжень з лавою напряму залежить рівень безпеки праці гірників. В практиці відробки дільниць є випадки; коли штреки використовують повторно без анкерного кріплення і породних смуг. Проте всі види витрат для цього настільки великі, що перевищують проведення нового штреку - див. [2, 3, 5] та інші джерела інформації. Тому відомі способи мають не стільки головний недолік, скільки їм властива або принципова неможливість, або неефективність утримання штреків у стійкому стані при відпрацюванні дільниці без застосування цілісного охоронного комплексу: анкерного кріплення і породних смуг, збудованих у лавовій частині сполучення "лава - штрек". Суттєве зменшення площини перерізу штреку під дією гірського тиску позаду вибою лави в багатьох випадках унеможливлює повторне його використання при відпрацюванні сусідньої дільниці, яку вже готують поряд з тією, що відробляється зараз. Оскільки на проходку 1 км штреку витрачають більш, ніж 8 млн.грн., то зрозумілий обсяг витрат по шахті в цілому при необхідності проведення щорічно 10÷15 км таких штреків для відновлення фронту очисних робіт. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення способу підготовки і відробки виїмкових дільниць, в якому за рахунок проведення вентиляційних штреків з мінімально необхідною площиною 95011 4 поперечного перерізу, їх розширення біля лави і викладення породної смуги у виробленому просторі лави, а також зведення додатково анкерного кріплення у місцях виймання породи при розширенні штреків досягається підвищення стійкості штреків і, як наслідок, скорочення термінів підготовки і відробки виїмкових дільниць. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в способі підготовки і відробки виїмкових дільниць, який включає підготовку виїмкової панелі квершлагами, а виїмкових дільниць - конвеєрними та вентиляційними штреками і відробку дільниць послідовно у часі, або одночасно з їх підготовкою довгими лавами за допомогою комплексів очисного обладнання, при цьому штреки закріплюють анкерним кріпленням, а породу від розширення штреків залишають у виробленому просторі лав, згідно з винаходом, при підготовці і відпрацюванні панелей кожен вентиляційний штрек проводятьз площиною поперечного перерізу мінімально необхідною, або навіть меншою, ніж потрібно для комплексно-механізованої відробки дільниці, а біля лави вентиляційний штрек розширюють, об'єм порід від розширення транспортують до сполучення лави зі штреком і викладають вдовж нього у виробленому просторі лави в вигляді породної смуги, при цьому об'єм породи визначають за залежністю: V=ВЗ[КУℓЗm-2КРВВ(hB-m)], де КУ - показник, що враховує щільність смуги з породи, яку залишають у виробленому просторі лави; КР - коефіцієнт розпушення породи у місці розширення штреку;  - показник, за допомогою якого враховують відхилення висоти виробленого простору у місці викладання породної смуги; ℓЗ - ширина породної смуги, м; ВЗ - крок викладення породної смуги, м; m - потужність вугільного пласта, що виймається, м; hB - висота шару порід у кожному боці штреку, які виймають при розширенні, м; ВВ - ширина розширеного штреку, а у покрівлі й боці кожного вентиляційного штреку, а саме, у місцях виймання породи при його розширенні зводять додаткове анкерне кріплення. На сучасних шахтах виїмкові штреки проводять з площинами поперечних перерізів, які суттєво більші, ніж це потрібно за технологією відробки дільниць. Це призводить до зниження їхньої стійкості при проведенні, а також при відпрацюванні виїмкових дільниць і унеможливлює повторне використання штреків. За допомогою анкерного кріплення можна забезпечити довготривалу стійкість штреків з площинами поперечного перерізу біля 8 2 м . Проходка вентиляційних штреків з великою площиною перерізу не потрібна. Таким чином, штреки доцільно проводити з невеликими площинами поперечних перерізів. Але для ефективної відробки виїмкової дільниці площина поперечного перерізу штреків повинна бути великою за вимог провітрювання лави, розміщення обладнання, забезпечення умов для гірників тощо. Тому при відпрацюванні дільниці 5 доцільно розширити поперечний переріз штреку і при цьому звести додаткове анкерне кріплення у місцях виймання породи при розширенні. Породу від розширення доцільно за мінімальними енерговитратами залишити у виробленому просторі лави. Це можливо тільки за рахунок викладення вдовж штреку породної смуги. До того ж смуга разом з додатковим анкерним кріпленням забезпечить надійність збереження штреків у стійкому стані на увесь термін підготовки і відробки виїмкової дільниці. Реалізація винаходу полягає у наступному. Насамперед, згідно з нормативними документами, визначають основні характеристики гірничогеологічних умов застосування запропонованого способу, а також технічні, технологічні, організаційні, економічні, екологічні параметри системи розробки вугільного пласта з обов'язковім урахуванням вимог техніки безпеки. Згідно з цією інформацією розробляють паспорти кріплення виробок, їх сполучень з лавою та іншу документацію для відробки дільниць. На початку відробки виїмкової панелі, яка містить кілька стовпів, проводять конвеєрний і вентиляційний штреки з різними площинами поперечного перерізу. Оскільки швидкість проведення вентиляційного штреку вище, ніж конвеєрного, то проведення першого закінчують раніше, ніж другого. Тобто залишається певний час, у який проводять розрізну піч для розміщення обладнання лави і далі монтують очисний комплекс та інші машини, прилади тощо. В цей період закінчують проведення конвеєрного штреку і починають монтаж обладнання енергопотяга, конвеєрного ланцюжка, АГЗ тощо. Після підготовки починають відробку дільниці. При цьому на певній відстані попереду або позаду від вибою лави розміщують прохідницький комбайн і/або інше обладнання і розширюють виробку. Для цього виймають породу і невеличкий об'єм вугілля з боку виробки, протилежному входу до лави (вікну лави), а також підривають породи у підошві виробки на глибину h, яку визначають за такою залежністю: Kу m З  вр hB  m Кр h  , BB де K у - показник, що враховує щільність смуги з породи, яку залишають у виробленому просторі лави після її транспортування у лінії "місце розширення - доставка до вікна лави - місце викладання смуги у її виробленому просторі"; Кр - коефіцієнт розпушення породи у місці розширення виробки;  - показник, за допомогою якого враховують висоту виробленого простору у місці викладання породної смуги;  З - довжина породної смуги, м; m - потужність вугільного пласта, що виймається, м; в р - товщина шару порід, який виймають з боку виробки при її розширенні, м; 95011 6 hB - висота шару порід у боці виробки, який виймають при її розширенні, м. Якщо за якихось обставин потужність пласта змінюється (перетиск, присікання бокових порід у лаві, тощо), то і глибину h - підриву порід у підошві виробки, яку розширюють, також або зменшують, або збільшують. При цьому досягаються оптимальні параметри у системі "реакція породної смуги на гірський тиск - стійкість виробки", яка розширюється і повторно використовується далі для відробки сусідньої лави у виїмковій панелі. Розширення виробки, перемонтаж кріплення у цьому місці, транспорт породи до лави і викладання породної смуги у її виробленому просторі виконується паралельно у часі з процесами виїмки вугілля у лаві, тобто додаткові процеси не заважають основному. Для цього додаткове обладнання розташовано таким чином, що розширення виробки, перемонтаж кріплення, доставку породи до лави, викладання породної смуги і власне виїмкові процеси виконують самостійно і незалежно одні від інших. Оскільки при панельній підготовці кількох виїмкових дільниць їх відробляють послідовно, то після відробки першої дільниці для підготовки останніх у панелі проводять тільки один штрек, причому з малою площиною перерізу. При комбінованій системі відробки лави вентиляційний штрек проводять одночасно з посуванням її вибою. У обох випадках вентиляційний штрек першої дільниці використовують повторно, вже як конвеєрний для другої і т.д. До того ж смуга з порід, викладена на сполученні "лава-штрек", використовується як перепона газу, що видувається вентиляційним потоком з лави і частково з виробленого простору у штрек. Накопичений за перепоною метан та інші рудникові гази по металевих трубах, які підключають до загальнодільничного газопроводу, транспортують на поверхню шахти за допомогою вакуум-насосної станції. Тут гази готують до споживання у побутових, енергетичних та інших цілях. У цей спосіб здійснюють комплексну відробку вугілля та газів, що є основними корисними компонентами підземних родовищ вугілля. 3 Якщо, наприклад, метаноносність шахти 15 м /т, то при відпрацюванні виїмкового стовпа, який містить 500 тис.т вугілля, можна вилучити з масиву 3 гірських порід до 7,5 млн. м вугільного метану, або при його окисленні виробити до 1 млн.кВт.год. електричної і стільки ж теплової енергій. Цього вистачить для енергозабезпечення і обігрівання взимку невеличкого шахтарського кварталу або для забезпечення потреб інших людей і/або виробництв. Наприклад, при відпрацюванні виїмкового стовпа в умовах шахт Західного Донбасу застосування запропонованого способу відбувається таким чином. З вентиляційного квершлагу проводять конвеєрний і вентиляційний штреки з відповідними 2 площинами поперечного перерізу 13,7 і 9,5 м . Ці виробки виводять на протилежний вентиляційному квершлаг і, таким чином, готують виїмкову дільницю у вигляді стовпа. Далі у конвеєрному штреку монтують транспортний ланцюжок і одночасно проводять розрізну піч для лави. У цей же час по 7 переду або позаду лави, що організується, у вентиляційному штреку монтують породопідривну машину, наприклад МПР (конструкції Дондіпровуглемаш), або Унізенк, стрічковий перевантажувач ППЛ, а також машину для викладання породної смуги у виробленому просторі, яка базується на МПР. Після організації лави починають відробку виїмкового стовпа, одночасно розширюють вентиляційний штрек. Якщо Ку=1,2; Кр=1,35; =0,8; m=1,1 м; ℓЗ=5 м; вр=0,75 м; hB=3 м; ВВ=4,7 м - див. роз'яснення до формули (1), то потрібна глибина підривання підошви штреку складає: 12 ,  0,8  11 5  0,753  11 , , 135 , h   0,53 м . 4,7 Якщо потужність m пласта, що виймається, зросте з 1,1 до 1,25 м, то потрібна hП складає 0,67 м. Така різниця між значеннями hB не призведе до появи у підошві ям, бо вона несуттєва при розширені виробки на довжині 1,5-2 м, але при цьому довжина смуги з порід і її висота будуть оптимальними для забезпечення стабільної реакції цієї смуги на гірський тиск при її незмінній довжині, яка у обох випадках складає 5 м. До того ж у останньому випадку площина перерізу виробки, що вже 2 розширена, збільшиться на 0,7 м , що дозволить покращити умови для провітрювання лави, оскільки крізь розширену виробку вентиляційний потік буде рухатися при зменшеному опорі зі сторони елементів кріплення, підошви виробки тощо. Об’єм породи від розширення визначають за залежністю: V=ВЗ[КУℓЗm-2КРВВ(hB-m)], де КУ - показник, що враховує щільність смуги з породи, яку залишають у виробленому просторі лави; КР - коефіцієнт розпушення породи у місці розширення штреку;  - показник, за допомогою якого враховують відхилення висоти виробленого простору у місці викладання породної смуги; ℓЗ - ширина породної смуги, м; ВЗ - крок викладення породної смуги, м; m - потужність вугільного пласта, що виймається, м; hB - висота шару порід у кожному боці штреку, які виймають при розширенні, м; ВВ - ширина розширеного штреку. Для повторного використання вентиляційного штреку треба забезпечити цілісність сумісної покрівлі лави і штреку на їх сполученні протягом певного часу. З даних роботи [1] відомо, що над штреком і деякою частиною робочого простору лави нависає так звана "опора", сформована анкерами 95011 8 з порід покрівлі. Це перед-вчасно напружена конструкція, де природною частиною є породи покрівлі, а штучною - анкерне (або рамно-анкерне) кріплення, яке і створює кероване напруження у конструкції в цілому. Керуючи кількістю анкерів, координатами їх розміщення у покрівлі та іншими параметрами у кожному конкретному випадку застосування, можна забезпечити цілісність покрівлі лави і/або штреку на їх сполученні. Для цього розроблюється окремий паспорт кріплення для кожного сполучення, який служить нормативним документом до кріплення саме цього сполучення. При повторному використанні, згідно з цими паспортами, у покрівлі та боці штреку, що розширюється, зводять додаткові анкерне або анкерно-рамне кріплення, які разом з породною смугою забезпечують цілісність сумісної покрівлі лави і штреку на їх сполученні з площиною, яка визначається за залежністю: F=(lз+BB)(2Bз+Bл), де Вл - ширина робочого простору лави з урахуванням довжини оборотної консолі секції її механізованого кріплення, під охороною яких викладається породна смуга, м. Якщо розширення виробки виконують комбайновим способом, а викладення породної смуги машиною МПР, то Кр і Ку становлять 1,35 і 1,2 [3]. Якщо розширення виконують шляхом БВР, а викладання смуги скрепером, то Ку=0,8; Кр=1,2. При цьому hП дорівнює при m=1,1 i m=1,25 відповідно 0,32 i 0,43 м. Витрати енергії на підривання підошви виробки при цьому зменшуються у порівнянні з попереднім варіантом, коли hП була 0,53 і 0,67 м. Але щільність породної смуги, так званий коефіцієнт забутовки, суттєво знижується при підриванні порід БВР і викладанні смуги скрепером. При комбайновому підриванні підошви виробки і викладанні породної смуги за допомогою пневмозакладальних машин, наприклад "Тітан", глибина підривання і щільність смуги майже ті, що і при застосуванні МПР для цих цілей. Проте при використанні пневмозакладальної техніки зафіксовані підвищене пилоутворення і шуми, а видатки за статтями собівартості вуглевидобутку по лаві збільшуються мінімум на 20%. При застосуванні скреперної викладки породних смуг вельми малий коефіцієнт забутовки. До того ж ремонт та обслуговування шківів та іншого обладнання, розташованого у виробленому просторі лави, виконують у вельми некомфортних і, в ряді випадків, небезпечних умовах. Порівняльні характеристики застосування існуючих і запропонованого способу з використанням МПР наведені у табл.1. 9 95011 10 Таблиця 1 Спосіб Недоліки 1. Комбайнове розширення виробки, конвеєрна доставка породи до лави і викладання смуги: а) скрепером Низька щільність смуги, некомфортність, небезпека при обслуговуванні, низький рівень надійності процесу б) пневмозакладальним пристро- Великі: енерговитрати, пил, шум, єм експлуатаційні витрати, непрацездатність при обводненій породі в) МПР Налипання штибу на лопатках при великій вологості глиноподібних порід 2. БВР виключно при підриванні При БВР практично неможливе підошви виробки, конвеєрна дос- розширення боку виробки без суттавка породи до лави і викладання тєвого порушення її стійкості, що смуги звужує область застосування такого способу розширення штреку а) скрепером Всі технологічні недоліки, пов'язані з БВР, що і в п. 1a, a також небезпека від можливості існування запалу у виробленому просторі з СН4 б) пневмозакладальним пристро- Див. останній недолік у п. 2а єм тільки у об'ємі дробарки, до того ж всі недоліки за п. 1б і неможливість спостерігання за подрібненням породи і її транспортом у лавову частину сполучення в) МПР В деяких випадках буде потрібне подрібнення великих шматків породи Джерела інформації: 1. Булат А.Ф., Виноградов В.В. Опорноанкерное крепление крепи выработок угольных шахт. - Днепропетровск: Артпресс, 2002. - 303 с. 2. Горное дело: Энциклопедический справочник. Том 5. Разработка угольных месторождений подземным способом. - М: ГНТ изд. лит. по угольной промышленности, 1958. - 448 с. 3. Кияшко И.А. Процессы подземных горных работ. 2-е изд., пер. и дополн. - К.: Вища школа, 1992. - 335 с. Комп’ютерна верстка А. Рябко Переваги Простота конструкції Висока щільність смуги,можливість ефективного комплексування з очисним обладнанням Висока щільність смуги, відсутність пилу, шумів, надійність обладнання процесу Можливість руйнування міцних порід Теж, що і в п. 1а Теж, що і в п. 1б Всі переваги за п. 1в, а також можливість спостерігання за усіма процесами від руйнування породи у місці розширення до місць викладання смуг 4. Закладочные работы в шахтах: Справочник/ Под ред. Д.М. Бронникова, М.Н. Цыгалова. - М.: Недра, 1989. - 400 с. 5. Васючков Ю.Ф., Янко С.В. Гірнича справа. К.: Техніка, 1995. - 507 с. 6. Проектирование и комплексная механизация параметров шахт. Бурчаков А.С. и др. - М.: Недра, 1972. - 368 с. Підписне Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601