Системы разработки наклонными слоями с обрушением кровли

Системы разработки наклонными слоями с обрушением кровли получили на практике наибольшее распространение. Они широко применяются в Кузнецком, Карагандинском бассейнах, на месторождениях Урала и Средней Азии. Возможность успешного применения этих систем определяется физико-механическими свойствами пород кровли пласта и временем слёживания обрушенных пород.

Так, глинистые породы через несколько месяцев настолько уплотняются (например, в Челябинском бассейне — через 1–2 месяца), что под ранее отработанным слоем можно вести очистные работы без каких-либо осложнений, особенно при применении механизированных крепей оградительно-поддерживающего типа.

Если же кровля пласта сложена труднообрушающимися породами, которые плохо слёживаются, то при выемке верхнего слоя по его почве устраивается искусственный настил из обаполов или металлической сетки из проволоки диаметром 2 мм с размером ячеек 20´20 мм. При выемке нижнего слоя крепление производится под этот настил.

Часто в качестве естественных границ слоев принимают породные прослойки в пласте. Чем толще породный прослоек и крепче слагающие его породы, тем эффективнее его роль. В зависимости от расположения прослойков по мощности пласта толщина слоев может быть различной (в пределах 1,5–3,5 м). Оставление породных прослойков заметно снижает зольность добываемого угля и обеспечивает надежное перекрытие слоев от проникновения в них обрушенных пород.

В последнее время на шахтах Кузнецкого и Карагандинского бассейнов (в Российской Федерации) выемку мощных пластов производят с оставлением между слоями пачек угля толщиной от 0,3 до 1,0 м. Работа механизированных комплексов под защитой таких пачек обеспечивает более высокие показатели. Однако при этом на 10–20% увеличиваются эксплуатационные потери по мощности пласта и возрастает вероятность возникновения пожаров.

На рис. 8.1 приведен наиболее характерный вариант системы разработки наклонными слоями с выемкой лавами по простиранию при одновременной разработке слоев с обрушением кровли.

Полевые этажные или ярусные штреки располагаются в лежачем боку пласта и соединяются со слоевыми конвейерными штреками наклонными промежуточными квершлагами. При углах падения пласта свыше 15° более предпочтительны горизонтальные квершлаги, как более удобные в эксплуатации. При разработке нижележащего этажа (яруса) полевые транспортные штреки и промежуточные квершлаги обычно используются повторно в качестве вентиляционных.

Рисунок 8.1 – Система разработки наклонными слоями с обрушением кровли и выемкой по простиранию

1, 2 – соответственно транспортный и вентиляционный полевые этажные штреки; 3, 4 – соответственно транспортный и вентиляционный наклонные промежуточные квершлаги; 5, 6 – соответственно транспортный и вентиляционный слоевые штреки верхнего слоя; 7, 8 – то же нижнего слоя; 9 – породный прослоек в пласте

В каждом слое проводится свой транспортный и вентиляционный штреки, получивших название слоевых. Слоевые вентиляционные штреки проводятся вприсечку к выработанному пространству, что обеспечивает их лучшую устойчивость и снижает потери угля в междуэтажных целиках.

В приведенном на рис. 8.1 примере в качестве разделяющего оба слоя принят породный прослоек. Разработка верхнего слоя ведется с опережением по отношению к нижнему. Величина опережения определяется исходя из минимально допустимого отставания забоя вентиляционного штрека нижнего слоя, проводимого вприсечку по отношению к очистному забою верхнего слоя, которое находится в пределах 60–120 м в зависимости от прочности пород кровли. Кроме того, необходимо также соблюдение регламентированного допустимого опережения лавы верхнего слоя по отношению к лаве нижнего слоя, которое должно быть равно не менее шага обрушения пород основной кровли, а при отсутствии данных об этой величине — не менее 100 м.

Выемка угля в верхнем слое производится комплексами с крепью поддерживающего типа, а в нижнем — оградительно-поддержива­юще­го типа. Уголь из лав транспортируется конвейерами по слоевым штрекам к переднему промежуточному квершлагу и далее на полевой транспортный штрек.

Проветривание лав — возвратноточное. Свежая струя воздуха поступает по этажному транспортному штреку, затем через соответствующие промквершлаги и слоевые транспортные штреки поступает в лавы каждого слоя, а из них отработанная струя по слоевым вентиляционным штрекам и промежуточным квершлагам отводится на этажный вентиляционный штрек.

Достоинства системы разработки наклонными слоями с обрушением кровли:

― возможность применения высокопроизводительной техники в длинных очистных забоях, включая комплексы и агрегаты;

― концентрация работ на одном пласте при одновременной отработке нескольких слоев;

― возможность оставления породных прослойков в пласте, используя их в качестве маркирующего слоя;

― возможность раздельной выемки пласта по маркам угля (например, коксующихся и некоксующихся), разрабатывая их самостоятельными слоями.

Недостатки:

― сложность возведения предварительной крепи (настила) в случаях, когда она возводится;

― по системе в общем — значительные потери в угля и, как следствие, высокая пожароопасность. Однако при бесцеликовой выемке потери заметно снижаются;

― большие сдвижения поверхности при управлении кровлей полным обрушением.

Условия применения системы довольно широкие, благодаря чему она имеет наибольшее распространение среди слоевых систем, а именно: пологие и наклонные пласты с выдержанной мощностью свыше 4–5 м: любой газоносности и выбросоопасности. Наиболее успешно применение этой системы на пластах с легкообрушающимися породами кровли пласта, когда обрушенные породы обладают способностью хорошо слеживаться; на подрабатываемой площади не требуется охрана зданий и сооружений.

На рис. 8.2 представлена система разработки наклонными слоями с выемкой по падению и обрушением кровли.

Рисунок 8.2 – Система разработки наклонными слоями с обрушением кровли и выемкой по падению:

а – верхний слой; б – нижний слой

1, 2 – соответственно транспортный и вентиляционный полевые главные штреки;
3, 4 – соответственно транспортный и вентиляционный пластовые штреки верхнего слоя; 5 – вентиляционный штрек нижнего слоя; 6 – выемочный бремсберг верхнего слоя; 6' – то же нижнего слоя; 7 – воздухоподающий ходок верхнего слоя; 8 – вентиляционный ходок верхнего слоя; 8' – то же нижнего слоя; 9 – гибкое перекрытие

Пласт отрабатывается двумя наклонными слоями. В верхнем слое применяется комбинированная система разработки столбовой со сплошной с подсвежением исходящей струи воздуха, что обусловливается высокой газообильностью выработок слоя, поскольку подавляющая часть газа всего пласта поступает в верхний слой. Охрана вентиляционного ходка в выработанном пространстве осуществляется двух– или трехрядной органкой. По мере выемки слоя на его почве настилается гибкое перекрытие, под защитой которого ведется отработка нижнего слоя столбовой системой разработки.

Достоинства системы разработки такие же, как и в рассмотренной выше, с добавлением постоянства длины лавы, больших размеров выемочных столбов и небольшими потерями угля из-за отсутствия целиков для охраны выемочных выработок.

К недостаткам системы разработки наклонными слоями с обрушением кровли при выемке по падению добавляется ограничение области применения пластами с углами падения не более 10° и необводненные.