Слоевая система разработки мощных пластов: способы, порядок выемки и управление горным давлением

Мощные угольные пласты, прямую выемку которых вести технологически сложно или опасно, разделяют на отдельные слои. Существует три основных способа расположения этих слоев, которые подробно показаны на Рис. 76. Наклонные слои располагаются параллельно плоскости напластования, горизонтальные слои ограничены горизонтальными плоскостями, а поперечно-наклонные ориентированы под углом около 30° между висячим и лежачим боками пласта. Выбор конкретной схемы зависит от горно-геологических условий и применяемой технологии работ.

Рис. 76. Схема деления мощного пласта на слои: а - наклонные слои; б - горизонтальные слои; в - поперечно-наклонные слои

Порядок отработки слоев является ключевым технологическим параметром. При нисходящем порядке выемку начинают с верхнего слоя, последовательно переходя к нижележащим. Обратный подход – восходящий порядок – предполагает начало работ с самого нижнего слоя. Выбор между нисходящим и восходящим порядком, а также определение высоты каждого слоя, напрямую зависят от физико-механических свойств угля и вмещающих пород, общей мощности и угла падения пласта.

Принятый порядок выемки слоев жестко определяет способ управления горным давлением. Для слоевой разработки мощных пластов наиболее характерны два способа: полное обрушение и полная закладка выработанного пространства. Нисходящий порядок отработки, как правило, сочетается с технологией полного обрушения пород кровли. Это создает специфические трудности при переходе на нижележащие слои.

Поскольку процесс естественного слеживания и уплотнения обрушенных пород занимает значительное время, для обеспечения безопасности при выемке нижних слоев оставляют специальный межслоевой пачек угля толщиной 20-30 см и более. Однако оставление такой угольной прослойки связано с повышенным риском возникновения эндогенных пожаров. Для минимизации этой опасности и улучшения управления горным давлением на почве всех вынимаемых слоев, кроме последнего, возводится предварительная крепь или настилается металлическая сетка.

В случае применения восходящего порядка отработки слоев управление горным давлением осуществляется исключительно методом полной закладки. При этом почвой для второго и всех вышележащих слоев служит искусственно созданный закладочный массив. Кровля верхнего слоя может управляться путем обрушения. Для снижения деформации воздействия на вышерасположенные слои применяется гидравлическая закладка, обеспечивающая максимальное уплотнение и минимальную усадку массива.

Сущность систем разработки наклонными слоями заключается в разделении мощного пласта на несколько слоев, которые отрабатываются как самостоятельные пласты средней мощности. Ключевой особенностью является строгая технологическая взаимосвязь очистных и подготовительных работ через все слои, требующая точного соблюдения позиционирования выработок. Это обеспечивает устойчивость системы и безопасность ведения горных работ.

Мощность отдельных слоев может быть как равной, так и неравной. Границы между слоями целесообразно приурочивать к естественным породным прослойкам, расположенным через 2-4 метра, а также к границам пачек угля с различными физико-механическими и химическими свойствами. Наиболее эффективной и широко применяемой считается мощность слоя в 2.5-3.0 метра, что является компромиссом между экономикой и технологией.

Увеличение мощности слоя сокращает их общее количество в пласте и уменьшает объем проведения подготовительных выработок. Однако чрезмерно большая мощность вызывает технологические сложности: требует применения более сложной и тяжелой крепи, увеличивает трудоемкость процессов выемки угля и усложняет управление горным давлением. Оптимальный диапазон в 2.5-3.0 метра позволяет нивелировать эти негативные факторы.

Управление горным давлением при выемке наклонных слоев осуществляется двумя способами: полное обрушение и полная закладка. Важно отметить, что технология полного обрушения применяется исключительно при нисходящем порядке отработки. Попытка применить обрушение при восходящем порядке приведет к разрушению вышерасположенной толщи угля, сделав выемку верхних слоев невозможной.

В отличие от обрушения, метод полной закладки выработанного пространства является универсальным и может применяться как при восходящем, так и при нисходящем порядке выемки наклонных слоев. Это обеспечивает стабильность массива и позволяет безопасно вести работы на соседних слоях. Сам процесс разработки может вестись длинными или короткими очистными забоями.

Организация шахтного поля при системе разработки наклонными слоями может быть этажной, панельной или погоризонтной. Этажи (ярусы) могут отрабатываться сразу на полную наклонную высоту, что эффективно при благоприятных условиях, либо с дополнительным разделением на подэтажи (подъярусы) для повышения управляемости и безопасности горных работ.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Жежелевский Ю. А., Федерова М. А.

Источник: Система разработки угольных месторождений.

Данные публикации будут полезны студентам вузов, обучающимся по специальности «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых», начинающим специалистам горной промышленности, а также всем, кто интересуется технологиями подземной добычи угля.