Бесцеликовый способ выработки угольных пластов
Изобретение относится к области горного дела, а именно к разработке угольных месторождений. Бесцеликовый способ выработки угольных пластов включает продвижение блока очистных забоев по простиранию пласта, как в сплошной системе разработки. Охранные целики не оставляются, очистные забои собраны в блок и расположены на прямой линии. Порода от проходки подготовительных выработок на поверхность не транспортируется, а размещается в выработанное лавами пространство. Посадка кровли происходит без зависания на целиках, равномерно, не образуя очагов повышенного горного давления. Подготовительные выработки на переходных участках закреплены податливым креплением. Контроль окончания посадки кровли проводится визуально при соприкосновении кровли с почвой выработанного пласта. Изобретение позволяет исключить повышенное неуправляемое горное давление и повысить безопасность ведения горных работ.
Бесцеликовый способ выработки угольных пластов применяется на угольных шахтах Донбасса, Кузбасса, Воркутинского бассейна и др.
Ближайшим аналогом предлагаемому способу является сплошная система разработки по простиранию с оставлением охранных целиков у подготовительных выработок. «Справочник горного мастера», Углетехиздат, М., 1956.
Основной задачей способа выработки угольных пластов является недопущение в процессе выемки угля образования очагов повышенного горного давления. В примере оно достигает шестикратной величины нормального горного давления.
В способе максимально сосредоточены все рабочие процессы по добыче угля. Очистные забои собраны в 1 блок, разграничены только осевой линией по подготовительной выработке. Для того чтобы перегнать комбайн из одного очистного забоя в соседний стоит только пересечь осевую линию. Для этого запланирован двухметровый участок. Максимальна концентрация не только очистных забоев, но и забоев подготовительных выработок. Всего двухметровое расстояние между очистным забоем и забоем подготовительной выработки. Процессы выемки угля и проведения буровзрывных работ в подготовительных выработках разделяются только временем. Если в очистном забое идет добыча угля, то в нижнем транспортном штреке, по которому идет транспортировка угля, проходческие буровзрывные работы вестись не будут. Зато другие подготовительные забои, по которым уголь не транспортируется, будут работать. Породу от проходки подготовительных выработок на поверхность не транспортируют, а размещают в выработанное лавой пространство на месте ее образования. Целики угля для охраны подготовительных выработок не оставляются, что позволяет опускаться кровле на почву выработанного пласта беспрепятственно и равномерно, не создавая очагов повышенного горного давления. Подготовительные выработки закреплены податливым креплением с величиной податливости не менее мощности пласта. Податливое крепление не препятствует опусканию общей кровли. Оно рассчитано только на удержание свода естественного равновесия над своей выработкой.
Сплошная система могла применяться на верхних участках пластов на небольших глубинах. Для средних и глубоких шахт она не годится и должна быть запрещена как опасная. Опасность состоит в том, что когда охранные целики будут раздавлены, появится подвижка вышележащих пород и связанное с этим проявление динамического горного давления. Оно огромно! В примере оно не приводилось.
Предлагаемый способ после успешного промышленного испытания может быть рекомендован как безопасный для выработки угольных пластов на малых, средних и больших глубинах залегания.
Контроль за опусканием кровли в сплошной системе отсутствует и растянут во времени на года и десятилетия. В способе контроль легко осуществляется визуально и во времени сжат до 1-1.5 месяца. Как только кровля коснется почвы отработанного пласта, посадка вышележащих пород будет закончена и никаких негативных явлений в шахте не будет, разве что на поверхности при мощности пласта в 1 метр геодезическая отметка уменьшится на 1 метр.
Бесцеликовый способ выработки угольных пластов позволяет успешно вести вскрытие шахтного поля наклонными стволами с раздельным ведением угольного и породных забоев и с опусканием кровли на почву пласта с помощью податливого крепления. После завершения опускания кровли податливое крепление будет заменено на постоянное железобетонное. Эти наклонные стволы будут стоять по триста и более лет, пока железобетон от старения самопроизвольно не разложится на песок, щебень и арматуру, и в связи с тем, что железобетонное крепление не гниет и не горит, образование повышенного горного давления устранено.
Если шахтное поле уже вскрыто вертикальными стволами, бесцеликовый способ позволяет вести блочную подготовку для выработки бремсберговых и уклонных частей шахтного поля.
Осуществление способа
Блок очистных забоев (лав) представляет собой участок угольного пласта с расположенными на нем двумя - пятью лавами. С нижнего конца участка размечена лава 1 длиной 100 м. В конце нее установлена отметка для осевой линии подготовительной выработки - штрека. По сторону осевой линии и к лаве - первая лава, по сторону этой же осевой линии ко второй лаве - вторая лава длиной 100 м. Никаких ограждений и рвов между ними нет. В конце второй лавы установлена отметка осевой линии штрека. От отметки в сторону второй лавы - вторая лава, в сторону третей лавы - третья длиной 100 м. От конца третьей лавы начинается четвертая лава длиной 100 м. От конца четвертой лавы начинается пятая, последняя лава длиной 100 м. Итого блок с пятью лавами составляет длину 500 м. Лавы в блоке находятся на одной прямой линии. Это означает, что опережать или отставать лавы друг от друга не должны. Пять лав блока подготовлены к обработке шестью штреками. Если пять лав подготовить в разных частях шахтного поля, потребуется 10 штреков да плюс сопряженные просеки и печки. Можно утверждать, что соединение лав в блок сокращает протяженность подготовительных выработок в 2 раза. К тому же в блоке выемку угля из лав может производить последовательно один комбайн вместо 5 комбайнов в лавах, расположенных вне блока.
Лавы в блоке оснащены комбайном для выемки и погрузки угля, конвейером для транспорта угля и призабойным податливым креплением, установленным по утвержденному паспорту. Уголь, вынутый комбайном в лаве №1, грузится на конвейер, который доставляет уголь в конец лавы на перегружатель, перегружатель в вагонетки штрека, а вагонетки на поверхность. В это время проходческие работы в штреке первой лавы не ведутся. После выемки угля в лаве №1 комбайн переходит и производит работу в лаве №2.
В лаве №1 происходит перестановка призабойной крепи и конвейера, отодвигается перегружатель в штрек первой лавы, что дает возможность вести проходческие работы в штреке, где бурятся шпуры, взрывается порода, которая убирается по обе стороны штрека в выработанное лавой №1 пространство. Высота породной полосы составляет не более 10% мощности пласта. Это обусловлено тем, чтобы создать одинаковое опускание кровли по всей площади почвы выработанного пласта.
После выемки угля в лаве №2 комбайн переходит в лаву №3. В лаве №2 переустанавливают призабойную крепь и конвейер, отодвигается перегружатель в следующий штрек, что дает возможность вести в нем проходческие работы. Бурят шпуры, взрывают забой, убирается порода по обе сторону данного штрека в выработанное лавами 1 и 2 пространство. Высота породной полосы составляет не более 10% мощности пласта. И так далее по всему блоку. Все шесть штреков блока крепятся податливым креплением.
В шахте может быть три вида горного давления: нормальное горное давление, создаваемое весом столба породы от поверхности земли до рассматриваемой в шахте точки в тоннах, приходящееся на площадь 1 м2, повышенное горное давление, создаваемое весом многих сцепленных столбов в тоннах и приходящееся на площадь в 1 м2 и динамическое горное давление, когда раздавливаются целики и пришедшие в движение огромные массы породы резко замедляются при соприкосновении с почвой. В бесцеликовом способе созданы лучшие условия для исключения образования в шахте повышенного горного давления: это большая длина блока, отсутствие целиков, применение податливого крепления штреков и устройство породных полос по обе стороны штрека для выравнивания опускания кровли по всей площади почвы. В результате повышенное горное давление, образующееся от выемки угля в лавах в конце переходного участка, превратится в нормальное горное давление. А это значит, что после переходного участка крепление горных выработок ломаться не будет, не будут вдавливаться в выработку боковые породы и почва, а рельсовый путь будет стоять без смещений и перекосов.
Лучшая схема проветривания бесцеликового блока - фланговая. Свежий воздух поступает по главному стволу, отработанный уходит на фланги.
Бесцеликовый способ выработки угольных пластов, включающий продвижение блока очистных забоев по простиранию пласта, как в сплошной системе разработки, отличающийся тем, что охранные целики не оставляются, очистные забои собраны в блок и расположены на прямой линии, порода от проходки подготовительных выработок на поверхность не транспортируется, а размещается в выработанное лавами пространство, посадка кровли происходит без зависания на целиках, равномерно, не образуя очагов повышенного горного давления, подготовительные выработки на переходных участках закреплены податливым креплением, контроль окончания посадки кровли производится визуально при соприкосновении кровли с почвой выработанного пласта.
