А) строение и мощность угольных пластов

Фактические рабочие мощности угольных пластов Донбасса и других угледобывающих районов Украины в основном колеблются от 0,5 до 2,0 м. На востоке России, в Казахстане есть большие скопления угля с мощностью пластов до 40 и более метров.

Пласты могут быть простого и сложного строения. Если в пласте отсутствуют прослойки пустой породы (рис. 1,а), то ему присуще простое строение. Пласт сложно-го строения (рис. 1, б) состоит из отдельных угольных пачек (m₁, m₂, m₃), разделенных между собой прослойками породы (h₁, h₂).

Различается полная, полезная и вынимаемая мощность пласта.

Полная мощность – это расстояние по нормали между почвой и кровлей (m_n) (рис. 2).

Полезная мощность – это суммарная мощность угольных пачек в пласте сложного строения. Можно сказать также, что полезная мощность – это полная мощность за вычетом прослойков пустой породы.

Вынимаемая мощность – та часть пласта, которая извлекается (m_в). Она может быть равна полной мощности (рис.1,а), меньше или больше ее (рис.2, б).

Вынимаемая мощность бывает меньше полной, если, например, в кровле пласта необходимо оставлять пачку угля, прочность которого больше, чем прочность пород непосредственной кровли.

В некоторых случаях, для возможности размещения оборудования очистного забоя в рабочем пространстве лавы, возникает необходимость искусственного увеличения мощности пласта. Для этого вместе с углем извлекают, как правило, порода почвы, вследствие чего вынимаемая мощность оказывается больше полной.

При этом зольность угля существенно возрастает, что влечет за собой ряд негативных последствий. Ориентировочно можно считать, что 1 см присечки породы увеличивает зольность угля на 1%.

Все пласты по мощности разделяются на четыре группы:

– до 0,7 м – весьма тонкие;

– 0,71 – 1,2 м – тонкие;

– 1,21 – 3,5 м – средней мощности;

– > 3,5 м – мощные.

Для весьма тонких пластов, в которых сосредоточено до 50 % запасов, практически отсутствует техника и технология эффективного ведения очистных работ.

Мощность пласта не является постоянной величиной. Изменение мощности оценивается в % соотношении к средней мощности. Если она меняется в пределах 15 % от средней, то такие пласты относятся к выдержанным по мощности. Если эта величина > 15 %, то пласты называются невыдержанными. Замечено, что чем больше угол падения пласта, тем больше величина колебания его мощности. Так, при разработке крутых пластов колебания иногда достигают до 50 % от средней мощности.

Колебания мощности значительно влияют на выбор техники и технологии отработки пласта. При значительных колебаниях применение механизированных крепей исключается и предпочтение отдается индивидуальным.

Минимальная (m_min) и максимальная (m_max) мощность пласта определяется по формулам:

m_min = m_cp.- m_cp×D m /100, м; (1)

m_max = m_cp.+ m_cp×D m /100, м, (2)

где m_cp – средняя мощность пласта, м; D m – колебание мощности пласта, %.

Колебание мощности пласта необходимо учитывать при выборе типоразмера индивидуальной и механизированной крепи. Крепь обязательно должна проверяться по раздвижности на минимальную и максимальную мощность пласта. При этом учитывается величина опускания кровли и запас раздвижности стойки.

Б) угол падения

В период образования все угольные пласты залегали горизонтально. В результате вулканической деятельности и тектонических процессов они оказались различными углами падения. На шахтах Украины разрабатываются пласты, залегающие под углами падения от 0⁰ до 70⁰.

По углам падения угольные пласты разделяют на четыре группы:

– пологие – до 18⁰;

– наклонные – 19⁰–35⁰;

– крутонаклонные – 36⁰–55⁰;

– крутые - >56⁰.

Угол падения пласта существенно влияет на технологию выполнения отдельных рабочих процессов в очистном забое, который может располагаться как по падению, так и по простиранию пласта.

Установлено, что угол падения пласта и его изменение существенно влияют на показатели работы забоя шахты, себестоимость угля, составной частью которой являются затраты на его транспортировку по лаве.

Например, уголь начинает перемещаться по эмалированным рештакам при α=11 – 13⁰; по стальным желобам - α=17 – 20⁰; а по почве под влиянием составляющей веса – при α=35 – 38⁰.

Узкозахватный комбайн, который перемещается по раме забойного конвейера, необходимо удерживать от самопроизвольного сползания уже при α>9⁰. Для удержания используется предохранительная лебедка, которая располагается на вентиляционном штреке.

При отработке наклонных пластов от сползания необходимо удерживать также конвейер и секции механизированной крепи. Для этих целей используются специальные удерживающие устройства.

Отработка пластов по восстанию или падению, когда очистной забой располагается по простиранию пласта, возможна при углах падения до 8 12⁰.

При больших углах падения оборудование очистного забоя будет самопроизвольно сползать на очистной забой (при отработке по падению) либо смещаться в выработанное пространство (при отработке по восстанию).