Природная газоносность пласта III оценивается в 11-24м3/т.

Пласт IV-V, выдержан по мощности, имеет сложное строение, содержит 1прослоев аргиллитов и алевролитов мощностью от 0,05 до 0,50 м. Общая мощность пласта колеблется от 9,4 м до 11,05 м. Средняя мощность пласта составляет 10,30 м. Мощность угольных пачек 8,85 м. Углы падения пласта составляют 9-13о.

На всей площади пласта IV-V в непосредственной кровле залегают песчаники, часто с прослоями гравелитов и конгломератов. Породы непосредственной кровли имеют коэффициент крепости f=7-9, сж.= 75-96 МПа.

Песчаники слагают практически всю мощность междупластья между пластом IVV и вышележащим пластом III. Мощность междупластья постепенно уменьшается в направлении с юго-запада на северо-восток. В непосредственной кровле иногда отмечается пачка крупнозернистых алевролитов, коэффициент крепости f = 5-6, сж.=60 МПа.

Природная газоносность пласта IV-V оценивается в 17,2-24 м3/т.

Пласт IV имеет сложное строение и содержит от 1 до 3-4 прослоев аргиллитов и алевролитов. Мощность породных прослоев колеблется от 0,02 до 0,20 м, литологически представленных алевролитом, реже углистыми аргиллитами. Средняя суммарная мощность угольных пачек – 1,85 м. Основная кровля пласта сложена песчаниками, непосредственная – конгломератами. Редко встречается ложная кровля мощностью от 0,20 м до 1,0 м, представленная углистыми породами. По мощности и строению пласт относится к относительно выдержанным.

Пласт V на площади шахтного поля имеет среднюю мощность угольных пачек 6,0 м. В юго-западной части – простого строения, а в северо-восточной части появляются 2-3, реже 3-7 прослоев породы мощностью от 0,05 м до 0,30 м, сложенных алевролитами, реже углистыми аргиллитами. Прослои породы имеют линзовидный характер. Непосредственная кровля – алевролит. Ложная кровля – углистый аргиллит и тонкие угольные слойки. Почва пласта — алевролит, иногда разной зернистости. По мощности и строению пласт относится к выдержанным.

Пласт VI имеет сложное строение, относительно выдержанный по мощности, содержит 0-7 прослоев алевролитов мощностью от 0,05 м до 0,50 м.

Общая мощность пласта колеблется от 2,7 м до 5,25 м. В районе пересечения наклонными стволами мощность пласта составляет 3,40 м. Средняя мощность угольных пачек 2,90 м. Углы падения пласта составляют 4-15о. Непосредственная кровля представлена разнозернистыми алевролитами. Породы непосредственной кровли имеют коэффициент крепости f=4-6, сж.=40-60 МПа. Природная газоносность пласта VI оценивается в 17,4-24,2 м3/т.

отрабатываемых шахтой «Распадская-Коксовая».

Таблица 1.1 – Характеристика пластов свиты Шахтное поле сильно осложнено дизъюнктивными геологическими нарушениями. Расположение основных нарушений в пределах поля шахты «Распадская-Коксовая» представлено на рисунке 1.5. Их тип и амплитуда приведены в таблице 1.2.

Рисунок 1.5 – Расположение основных дизъюнктивных геологических нарушений на участках №1 и №2 поля шахты «Распадская-Коксовая»

Таблица 1.2 – Характеристика основных прослеженных геологических нарушений Наиболее крупные нарушения требуют более подробного описания.

Надвиг 35 (рисунок 1.6) стратиграфической амплитудой до 100 м является наиболее крупным разрывным нарушением поля шахты «Распадская-Коксовая».

Этот дизъюнктив относится ко II-му типу для разрывов шахтного поля, т.е. его вертикальная амплитуда увеличивается с глубиной. Надвиг 35 имеет сместитель с различными азимутами падения от 330° до 100°. Так на горизонте +260 м (абс.) пласты III, IV-V, VI пересекаются нарушениями с азимутами падения 40-127°.

Рисунок 1.6 – Расположение надвига 35 в пределах шахтного поля Надвиг 32 (рисунок 1.7) довольно хорошо прослеживается горными выработками по пласту III от выхода его на дневную поверхность между разведочными линиями IV-V и V до горизонта +260 м (абс). Плоскость сместителя надвига 32 имеет азимут падения 0-330° и углы падения 2-12°. Амплитуда изменяется от 4 м до 20 м.

Рисунок 1.7 – Расположение надвига 32 в пределах шахтного поля Сместитель представлен волнистой поверхностью в крепких породах, а в слабых неустойчивых породах - зоной милонитизированных пород, мощность которых достигает 10-30 м.

Надвиг 2 (рисунок 1.8) с вертикальной амплитудой до 36 м представлен двумя трещинами, отстоящими одна от другой на расстоянии 10-26 м.

Обособленным тектонический блок пород, заключенный между трещинами, представляет собой зону интенсивно нарушенных и раздробленных пород. Углы падения изменяются от 5° до 90°.

Рисунок 1.8 – Расположение надвига 2 в пределах шахтного поля Надвиги 1, 46, 10, 18, 14, 9, 108, 23, 24, 15, 26 имеют амплитуды смещения от 10 до 18 м, пересекают пласты углей III, IV-V и VI.

Вследствие неоднородности физико-механических свойств вмещающих пород, поверхности указанных сместителей обнаруживают волнистость, что может приводить к изменчивости направлений пересечений пластов нарушениями. Bсe надвиги, входящие в данную группу, имеют углы падения 2-10° и азимуты падения 60-90°. На рисунке 1.9 приведено расположение надвига 18 в массиве пород на шахтном поле.

Рисунок 1.9 – Расположение надвига 18 в пределах шахтного поля Взброс А-А (рисунок 1.10) прослежен горными выработками и отмечается на разведочных линиях IV, Промежуточной и профиле А. Плоскость его сместителя в разрезе разведочных линий имеет падение под углом 20°. Нарушение прослеживается по азимуту 90-110° и почти перпендикулярно осям складки.

Амплитуда выражается величинами от 3 до 8 м.

Рисунок 1.10 – Расположение взброса А-А в пределах шахтного поля При дальнейшем развитии горных работ геологической службой предприятия прогнозируется появление надвигов с амплитудой 3-5 м и протяженностью 500-700 м с тенденцией затухания на глубоких горизонтах.

Характерной особенностью разрывов является изменчивость их амплитуд как по падению, так и по простиранию сместителя и преимущественная приуроченность к определенным стратиграфическим горизонтам. Большинство нарушений максимальную амплитуду имеют в верхних горизонтах свиты, а на нижних разрывы постепенно затухают.

Дизъюнктивные нарушения и сопровождающие из зоны перемятых пород – основные горно-геологические факторы, создающие технические трудности при отработке угольных пластов и управлении их кровлями.

1.3 Анализ фактического состояния и перспектив развития горных Поле шахты «Распадская-Коксовая» вскрыто наклонными стволами:

главным, предназначенным для конвейерного транспорта угля; вспомогательным – для транспорта людей и грузов; вентиляционным.

В настоящее время производственная мощность шахты составляет 3 млн. т.

в год. Общие балансовые запасы шахты 235 млн.т., промышленные – 151,2 млн.т.

Уголь, добываемый на шахте «Распадская-Коксовая», относится к маркам К и КО.

Ожидаемые потери запасов при отработке составят до 30%. Отработка пластов в настоящее время ведется на поле бывшей шахты им. Шевякова, переименованной в «Поле №1 шахты «Распадская-Коксовая».

Все запасы горного отвода шахты «Распадская-Коксовая» можно разделить на две категории:

- Участки с благоприятными условиями (65%), где возможно применение систем разработки пластов длинными столбами;

- Участки с менее благоприятными условиями, характеризующимися ограниченными размерами и повышенной геологической нарушенностью (35%).

Основной объем очистных работ в пределах поля №1 шахты «РаспадскаяКоксовая» приходится на систему разработки длинными столбами по простиранию пластов. Длина лавы не превышает 250 м, длина столбов составляет около 2000 м, порядок отработки ярусов нисходящий (рисунок 1.11).

Рисунок 1.11 – Выкопировка из плана горных работ в пределах участка поля №1 шахты «Распадская-Коксовая», отрабатываемого с использованием системы На пластах III и IV-V применяют слоевые системы разработки с разделением пласта на 2 слоя. Пласты делят на слои мощностью 4 м, с оставлением межслоевой пачки угля мощностью 2 м. Пласт VI отрабатывают в один слой. Выемка осуществляется механизированными комплексами.

На участках, где невозможно применение системы разработки длинными столбами, применяют камерно-столбовую систему отработки пластов (рисунок 1.12) Выемочные камеры проходятся по пласту вначале непосредственно под его кровлей (первый слой), а затем в толще пласта слоями мощностью по 2,6 м. до его почвы. В восточной части выемочного участка пласт IV-V разделяется на два самостоятельных пласта – пласт IV и пласт V, разделённых между собой породним прослоем, мощностью более 0,5м. Мощность пласта IV-V в среднем составляет 10,95м; мощность пласта IV – 2,80м; мощность пласта V – 7,40м. Углы падения пласта составляют 8О-10О.

Выемка пласта VI осуществляется на полную мощность одним слоем.

Мощность пласта VI составляет 3,5 м, углы падения – 8О-10О.

Выемка осуществляется проходческо-очистным комбайном JOY 12CM18.

Рисунок 1.12 – Выкопировка из плана горных работ в пределах участка поля №1 шахты «Распадская-Коксовая», отрабатываемого с использованием камерностолбовой системы отработки Непосредственная кровля пластов представлена гравелитами и конгломератами мощностью от 3,0 до 6,0м. Коэффициент крепости пород непосредственной кровли пласта по шкале М.М. Протодьяконова равен 12-14, предел прочности на одноосное сжатие 145 МПа, плотность 2,50-2,62 т/м3.

Основная кровля пластов представлена переслаиванием песчаников среднезернистых и мелкозернистых с линзами гравелитов. Мощность основной кровли составляет 16-20м (линзы гравелита до 1-2 м). Коэффициент крепости основной кровли по шкале М.М. Протодьяконова равен 8-10, предел прочности на одноосное сжатие 107 МПа, плотность 2,50-2,52 т/м3.

Анализ горно-геологических и горнотехнических условий ведущихся горных работ показал, что к числу основных осложняющих факторов при ведении работ на поле №1 шахты «Распадская-Коксовая» относятся:

1. Природная газоносность пластов III, IV-V, VI, составляющая 16-29 м3/т.

Шахта «Распадская-Коксовая» отнесена по газу метану к сверхкатегорийной.

2. Опасность пластов по внезапным выбросам угля и газа ниже изогипсы +100 м. (абс.);

3. Опасность пластов по горным ударам с глубины 150 м;

4. Наличие дизъюнктивных геологических нарушений;

5. Опасность по взрывчатым свойствам угольной пыли;

6. склонность углей к самовозгоранию;

фрикционному искрению.

В пределах участка №2 шахты «Распадская-Коксовая» до настоящего времени не определен порядок отработки пластов. Рассматривается возможность ведения работ, как в восходящем порядке, так и в нисходящем порядке.

Восходящий порядок имеет преимущества в том, что при нем происходит дегазация вышележащего пласта, но при этом существуют риски, связанные с тем, что подзащитный пласт может быть разрушен в результате обрушений пород междупластья, сложенных прочными породами, преимущественно песчаниками.

В соответствии с проектом шахты предусматривается вскрытие наклонными стволами, подготовка пластов длинными столбами по простиранию с длиной лавы 195 – 220 м, на полную мощность для пласта VI, для пластов III и IV-V планируется слоевая выемка (рисунок 1.13) Рисунок 1.13 – Выкопировка из проекта горных работ в пределах поля № шахты «Распадская-Коксовая», предусматривающего отработку длинными Существует и другое проектное решение, имеющее своей целью обеспечение разгрузки подрабатываемого пласта III: два соседних столба планируется отрабатывать по бесцеликовой технологии, затем оставляется целик угля, следующие два столба отрабатываются снова по бесцеликовой технологии.

Данное решение появилось из задачи обеспечить максимально возможные защищенные зоны на пласте III, так как отработка пласта VI оказывает влияние на напряжения в массиве и формирует на пласте III зоны ПГД и разгрузки. Также исходя из плана на рисунке 1.13 можно заметить, что планируется оставлять целики в местах встречи геологических нарушений с амплитудой, превосходящей мощность вынимаемого пласта, и подготовленных столбов.

Разделение шахтного поля на блоки С учетом наличия в пределах поля шахты «Распадская-Коксовая»

нескольких крупных дизъюнктивных геологических нарушений, ориентированных субпараллельно под углом 25 градусов к линии падения пласта, шахтное поле разделено на блоки с границами, параллельными сместителям нарушений.

Рекомендуемая принципиальная схема разделения шахтного поля на блоки представлена на рисунке 1.14:

Рисунок 1.14 – Принципиальная схема разделения шахтного поля по пласту VI на блоки: 1 – границы шахтного поля, 3-3; 4-4, 5-5; 6-6; 7-7; 8-8 – 1. Вовлечение в отработку пластов Ольжерасского месторождения в условиях шахты «Распадская-Коксовая», ранее не отрабатывавшихся по факторам «безопасность горных работ» и «экономическая целесообразность», позволяет увеличить объемы годовой добычи коксующихся углей марок К и КО не менее, чем на 3 млн. тонн. Угли данных марок в настоящее время относятся к числу дефицитных, их доля в общем объеме балансовых запасов шахт Кузнецкого бассейна составляет около 18%.

2. Горно-геологические условия залегания пластов в пределах поля № шахты «Распадская-Коксовая» могут быть оценены как сложные. К числу основных осложняющих факторов относятся: повышенная газоносность пластов (11-24м3/т) и вмещающих пород; наличие к вровле пластов труднообрушающихся пород большой мощности; взаимное влияние горных работ, выполняемых в пластах; большая мощность верхнего продуктивного пласта III, составляющая 8,2-12,3 м; наличие большого числа геологических нарушений; опасность основных пластов III и VI по внезапным выбросам и горным ударам.

3. По горно-геологическим факторам к числу перспективных пластов для первоочередной отработки в условиях поля №2 шахты «Распадская-Коксовая»

относятся сближенные пласты III и VI. Балансовые запасы углей марок К и КО в пределах поля данной шахты превышают 235 млн. тонн.

4. Суммарная площадь участков поля шахты «Распадская-Коксовая», в пределах которых для отработки пластов III и VI могут быть использованы прогрессивные системы разработки длинными столбами, составляет около 65%.

5. Основным типом геологических нарушений, доля которых достигает 80% общего числа нарушений, являются дизъюнктивные геологические нарушения с углом падения сместителя менее 30 градусов, т.е. надвиги. Надвиги в условиях поля №2 шахты «Распадская-Коксовая» характеризуются следующими параметрами:

вертикальная амплитуда смещения – 2-36 м; угол встречи сместителя с плоскостью напластования – 5-15°; расстояние между нарушениями, не переходимыми очистными механизированными комплексами от 450 до 1100 м;

размеры зоны влияния нарушений на свойства вмещающих пород представлены либо зеркалами скольжения, либо не превышают 0,2-0,5 м.

2 АНАЛИЗ ПРАКТИЧЕСКОГО ОПЫТА ОТРАБОТКИ СВИТ

ПОЛОГИХ СБЛИЖЕННЫХ ПЛАСТОВ

2.1 Факторы, влияющие на параметры совместной отработки 2.1.1 Критерии, используемые при определении границ зон влияния критериям, как то: уровень напряжений, деформации массива, проницаемость массива в пределах этих зон.

Уровень напряжений в массиве использовании исходных нормальных к напластованию напряжений у.

Если в каждой точке массива горных пород, где пройдет выработка по опасному пласту, напряжения у не превосходят значения | уо|, то условие безопасности по фактору горного давления будет выполняться. Критерий безопасности по фактору горного давления имеет вид:

скважин, пробуренных в этой зоне, достаточно велика.

проницаемость по нормали к массиву.

Рисунок 2.2 – Зоны проницаемости и вертикальные напряжения при На рисунке 2.2 показана ситуация подработки пласта двумя лавами длиной 200 м каждая, разделенными целиком шириной 40 м при мощности междупластья 50 м. Используется соотношение y /Н.

Деформация массива При подработке массива горных пород в нем образуется система трещин, по которым осуществляется движение газа.

трещиноватости, отличающиеся газопроницаемостью. Выделяется три зоны:

беспорядочного обрушения (I), сдвижения пород с разрывом сплошности (II) и сдвижения пород без разрыва сплошности (III) [81]. Радиус защитного влияния отсчитывается от подрабатывающего пласта и зависит от величины междупластья, разделяющего пласты. Характеристики трещин приведены в таблице 2. Таблица 2.1 – Эксплуатационные трещины при защитной выемке пластов Зона Сквозные газопроводящие трещины-каналы, создающие Отдельные трещины, секущие 2.1.2 Факторы, влияющие на величину опережения очистных работ в защитном пласте Минимально допустимая величина опережения очистных работ в защитном пласте по отношению к очистным работам в защищаемом пласте зависит в основном от параметров зон опорного давления, формирующихся под краевыми частями угольного массива и целиками, оставленными в выработанном пространстве защитного пласта.

При анализе типовых схем отработки пластов выявлены закономерности распределения напряжений в породах и установлены основные факторы, оказывающих влияние на конфигурацию и расположение зон ПГД. Схемы образования зон ПГД и зон разгрузки в подработанном и надработанном горном массиве показаны на рисунке 2.3 [30].

Рисунок 2.3 – Схема к построению защищенной зоны при отработке защитного пласта столбами по простиранию: а — сечение вкрест простирания при а < L1 + L2; б — то же, при а > L1 + L2; в — сечение по простиранию Ниже рассмотрено влияние различных горно-геологических факторов на подрабатываемом и надрабатываемом массивах.

Глубина залегания пластов При отработке сближенных пластов для построения зон повышенного горного давления и зон разгрузки используется методика ВНИМИ [29], основная схема из которой представлена на рисунке 2.4:

Рисунок 2.4 – Схема построения зон ПГД на разрезе вкрест простирания пластов; С k =С л +С пров +С под +А k — зона ПГД, hi — мощность междупластий, d — размер зон ПГД, — угол падения пластов, i — граничные углы С возрастанием глубины горных работ [67] при фиксированном значении угла падения пласта размеры зоны ПГД в кровлю и почву увеличиваются. На рис.

2.5 показано изменение расстояний, на которые распространяется влияние зоны ПГД от ленточного целика шириной L в кровлю и почву пласта в зависимости от глубины его залегания.

Рисунок 2.5 – Влияние глубины залегания пласта на размер зоны ПГД (а) в массиве пород, расположенных в кровле и почве пласта [67 с. 163] Ширина прилегающего к целику выработанного пространства лавы рассматривалась равной 200 м.

Из графика видно, что с увеличением глубины горных работ размеры зон ПГД увеличиваются, причем увеличение в почву значительней, чем в кровлю.

Угол падения пластов При расчетах защищенных зон в условиях залегания пластов под углом все соотношения, определенные для горизонтального залегания пластов сохраняются, но при наклонном залегании пластов динамические явления возникают на большей глубине, и защищенные зоны имеют больший размер, чем при горизонтальном залегании пластов. В работе [67] отмечается, что при изменении угла падения пластов от 0° до 90° и фиксированной глубине залегания размеры зоны ПГД в кровле уменьшаются, а в почве увеличиваются в 1,2 раза.

Слоистость массива Слоистость массива горных пород, изменяющая напряжения по сравнению с однородной средой, существенно сказывается и на размерах защищенных зон.

В подработанном массиве исходные напряжения по мере уменьшения глубины снижаются. Поэтому, если не учитывать проскальзывания слоев и рассматривать массив как однородный, защищенные зоны в кровле оказываются существенно больше, чем в почве.

При подработке слоистость сказывается на защитном действии значительно сильнее, чем при надработке. Взаимное смещение слоев, лежащих выше выработки, распространяется на большое расстояние и существенно увеличивает размеры защищенных зон.

Мощность защитного пласта Влияние мощности пласта на размеры защищенных зон [67] показано на рисунке 2.7. При уменьшении мощности защитного пласта ниже критического значения 2h0 можно отметить резкое уменьшение размеров защищенных зон. Об этом свидетельствует приведенная на рисунке 2.7 безразмерная глубина максимального распространения защищенной зоны в почву выработки для разных значений x/H при H0 /H = 0,5 в функции от 2h/2h0. При использовании закладки выработанного пространства защищенные зоны уменьшаются. При этом фактическая мощность защитного пласта 2h заменяется величиной 2h’.

Рисунок 2.6 – Зависимость глубины защищённой зоны от вынимаемой Ширина целика С увеличением ширины ленточного целика L, оставленного между двумя отработанными столбами, размер зоны ПГД растет [67] и увеличивается глубина ее распространения (рисунок 2.7). При размерах целика, соизмеримых с шириной прилегающей выработки, глубина распространения зоны ПГД в кровлю и почву стабилизируется. При ширине целика L=1,5а зона ПГД разделяется на две, прилегающие к краевым частям, а при дальнейшем изменении ширины целика она остается постоянной, совпадающей с зоной ПГД от краевой части пласта.

Рисунок 2.7 – Влияние ширины целика на размеры, зоны ПГД; L – ширина целика, а – ширина выработанного пространства [67 с. 164].

С удалением от отрабатываемого пласта область максимальных концентраций нормальных к напластованию напряжений смещается от проекции контура выработанного пространства в сторону зоны опорного давления, а концентрация напряжений в этой области уменьшается. Так, с удалением от отрабатываемого пласта на 50 м концентрация напряжений уменьшается в 1, раза, а при удалении 100 м – в 1,8 раза по сравнению с уровнем концентрации напряжений в зоне опорного давления.

На распределение напряжений впереди очистного забоя существенное влияние оказывает конфигурация линии очистного забоя. Для прямолинейного забоя наиболее нагруженной является его средняя часть: коэффициент интенсивности напряжений в этой части в два раза выше, чем у краев.

Знание количественных характеристик изменения полей напряжений позволяет осуществить дифференциацию зон ПГД по степени опасности и установить в зависимости от этого необходимый комплекс мероприятий по безопасному ведению горных работ.

Геологические нарушения Существенное влияние на горные работы могут оказывать дизъюнктивные геологические нарушения в массиве горных пород. О степени влияния нарушений можно судить по результатам, приведенным в методике [63].

Деформацию земной поверхности от горных работ можно перенести на ситуацию ведения работ в свите пластов в восходящем порядке, что позволит использовать способы расчёта влияния дизъюнктивных геологических нарушений на поверхность для определения их влияния на подрабатываемый пласт.

Напряженное состояние массива горных пород вне зоны влияния горных работ определяется действием силы тяжести, неоднородностью геологического строения и рельефа поверхности, действующими тектоническими движениями в массиве и наличием систем геологических нарушений.

Близость горных выработок к системам региональных тектонических нарушений может, в конечном счете, существенно снижать устойчивость горных выработок за счет повышения интенсивности проявлении горного давления, вплоть до возникновения горных ударов.

Говоря о влиянии нарушений на подработанный массив пород, можно провести аналогии с подработкой земной поверхности, при условии принятия земной поверхности как подработанного пласта.

По характеру влияния [63] на деформации массива выделяется три основные группы дизъюнктивных нарушений:

а) с углами падения сместителей до 35° (первая группа нарушений);

б) с углами падения сместителей больше 45° (вторая группа нарушений);

в) крутопадающие разрывные нарушения в Кузбассе с углами падения сместителя более 60 при углах падения пластов п.

Расчет деформаций в зоне влияния тектонических нарушений первой и второй групп может выполняться при следующих условиях (рисунок 2.9):

1) при ведении горных работ со стороны восстания от точки пересечения сместителя с разрабатываемым пластом:

а) при углах падения пласта до 35°, когда углы между плоскостью пласта и плоскостью сместителя составляют от 1 = 35° до 2 = 95°;

б) при углах падения пласта в пределах 45° > 35°, когда углы между плоскостью пласта и сместителем составляют от 1 = 25° до 2 = 90°;

в) при углах падения пласта п 45°, когда углы между плоскостью пласта и плоскостью сместителя составляют от 1 = 20° до 2 = 90°.

Так как в данной работе рассматривается ситуация на шахтном поле шахты «Распадская-Коксовая», углы падения сместителей на котором не превышает 25°, вторую и третью группу нарушений мы не рассматриваем.

Рисунок 2.8 – Схемы для расчета деформаций в зоне тектонических а - при ведении горных работ со стороны восстания от точки пересечения 2) при ведении горных работ в пласте со стороны падения от точки пересечения сместителя с пластом (см. рис. 2.9, б), при углах падения пласта = 0... п, когда углы падения сместителя составляют от 1 = 35° до 2 = 90°;

В зоне влияния нарушений первой группы при пологом и наклонном залегании пластов рассчитывают наклоны, горизонтальные деформации и кривизну подработанного пласта, а при углах падения пластов > 45° наклоны и горизонтальные деформации подработанного пласта.

Ожидаемые деформации в зонах влияния нарушений первой группы при выходе нарушения определяют по формулам:

б) горизонтальные деформации:

т = ±1,2m, где m - максимальные горизонтальные деформации подработанного пласта, определяемые в той полумульде, где расположен выход сместителя нарушения;

в) радиус кривизны:

Ожидаемые деформации от нескольких выработок в зоне влияния тектонических нарушений первой группы определяются по формулам, в которых в качестве максимальных наклонов im и максимальных горизонтальных деформаций m используются их максимальные значения от нескольких выработок.

Максимальные значения наклонов im и горизонтальных деформаций m выбирают [63] в зоне предполагаемого пересечения нарушением подработанного пласта, включая участки шириной по 100 м от границ этой зоны в висячем и лежачем крыльях нарушения, но не более чем по 0,2Hср, где Hср – средняя глубина выработок в верхнем пласте, в зону влияния которых попадает выход сместителя нарушения.

Рисунок 2.9 – Схема определения влияния подработки:

Сдвижения и деформации при ведении горных работ в свитах пластов на одном крыле нарушения определяются путем алгебраического сложения сдвижений и деформаций от каждой выработки, в зоне влияния тектонического нарушения.

При подработке разрывных тектонических нарушений зоны опасного влияния определяют следующим образом:

- при залегании пластов под углами < 25°, когда сместители нарушений в главных сечениях мульды сдвижения падают под углами менее 80° согласно с падением линий, проведенных под соответственными углами сдвижения в коренных породах (рисунок 2.10, а), за границу зоны опасного влияния принимается проекция выхода нижнего контакта зоны перемятых пород сместителя геологического нарушения на подработанный пласт, если поверхность сместителя выходит на участке между точками, определяемыми по углам сдвижения и граничным углам (рисунок 2.10, а, точка Б); в тех случаях, когда нарушение имеет выход в зоне опасных сдвижений, за границу зоны опасного влияния принимается граница, определяемая по углам сдвижения (рисунок 2.10, а, точка А);

- при подходе очистных работ к нарушению, расположенному со стороны восстания от выработки на расстоянии 0,1H и менее (Н - расстояние по вертикали от точки пересечения сместителя с почвой пласта до земной поверхности (рисунок 2.10, б) на участке выхода сместителя тектонического нарушения А’Б’, может возникнуть зона опасного влияния при угле падения сместителя более > 30° в условии подвижек пород по контактам напластований. При отсутствии подвижек пород по контактам напластований зона опасного влияния А’Б’ возникает при угле падения сместителя нарушения 50°, со стороны падения граница зоны опасного влияния определяется углами сдвижения в коренных породах и в наносах.

Рисунок 2.10 – Схемы к определению зон опасного влияния при 1 – наносы; 2 – коренные породы; А’-Б’ и А-Б – зоны опасного влияния На рисунке 2.11 показана схема к определению максимальных горизонтальных деформаций при разработке пластов смежными выработками, когда размер межлавного целика l > 0,1Hц (лавы 1 и 2) и когда размер межлавного целика l < 0,1Hц (лавы 3 и 4); на рисунке 2.11 штриховкой показаны максимальные горизонтальные деформации.

Рисунок 2.11 – Схема к определению максимальных горизонтальных 2.2 Особенности проектирования технологических схем отработки Анализ практического опыта отработки сближенных пластов в нисходящем порядке [8, 15, 23, 25, 26, 27, 43, 73, 74] показал, что к числу основных параметров, учитываемых при выборе технологической схемы, относятся размеры зон повышенного напряжения, формирующихся над целиками и краевыми частями угольного массива на надрабатывающем пласте.

Целики и краевые части угольного массива по надрабатывающему пласту оказывают существенное влияние не только на подготовительные выработки, но и на очистные работы надрабатываемых пластов [23, 26]. В период работы лав под целиками резко возрастает концентрация напряжений в зоне опорного давления подрабатывающей лавы, что приводит к увеличению интенсивности вывалов в ее призабойном пространстве и, вследствие этого, к простоям лав и потерям добычи.

Опыт разработки свит сближенных пластов в нисходящем порядке показывает, что эффективность решения вопросов, связанных с управлением горным давлением в лавах надрабатываемых пластов, в значительной степени зависит от положения лав относительно краевых частей угольного массива и целиков, оставленных в выработанном пространстве вышерасположенных пластов. При этом целики и краевые части угольного массива по вышерасположенным пластам могут оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на работу подрабатывающих лав. Характер и степень влияния определяются расположением лавы или отдельных ее участков относительно областей с повышенными и пониженными напряжениями, возникающими в междупластье в зонах влияния целиков и краевых частей угольного массива. Неучет данного фактора приводит, как правило, к резкому снижению технико-экономических показателей подрабатывающих лав, или к необоснованным затратам на проведение дополнительных мероприятий по управлению горным давлением.

Исследования данных вопросов [25-28] проводились на шахтах Восточного района Донецкого бассейна для следующих горно-геологических условий:

глубина расположения надрабатывающих пластов от поверхности 250-650 м, вынимаемая мощность пластов 0,8-1,7 м, угол залегания пластов 8-20°, предел прочности пород непосредственной кровли надрабатываемых пластов на одноосное сжатие 25-65 МПа (таблица 2.2).

На схемах в таблице 2.2 приняты следующие условные обозначения: 1, 2 – ярусные штреки; mн – надрабатывающий пласт; m1, m2 – надрабатываемые пласты; М1, М2 – мощности междупластий; d1, d2 – расстояние от проекций краевых частей целика на нижний пласт до границы зоны отрицательного влияния целика; S0 – шаг обрушения основной кровли в лавах надрабатываемого пласта; 1, 2, 3 – граничные углы; L – ширина зоны опорного давления, возникающего у краевых частей угольного массива по надрабатывающему пласту; Z – ширина целика (к целикам относились неотработанные участки пласта шириной от 3mн до L); стрелками показано направление подвигания лав по надрабатываемому пласту.

Значения граничного угла 1 с достаточной для практических целей точностью определяются [26] по графику (рисунок 2.12), в зависимости от надрабатывающего пласта mн от поверхности Н.

Рисунок 2.13 – Влияние ширины целика на величину граничного угла:

Значения граничных углов определяются из выражений 2=1–0,3;

3=1+0,3пл, где пл – угол падения пласта.

Таблица 2.2 – Схемы и расчетные формулы для определения границ зон влияния целиков и краевых частей угольного массива по вышерасположенному пласту на состояние пород кровли в лавах надрабатываемого пласта [28] Продолжение таблицы 2. Положение границ зон отрицательного влияния при подработке целиков и краевых частей угольного массива по схемам 1, 3 и 4 определяется положением лав на подрабатывающем пласте, начиная с которого наблюдается снижение суточной добычи по сравнению со среднесуточным значением добычи, установленным при ведении работ вне зоны влияния. При подработке пластов по схемам 2, 5 и 6 положение границ зон отрицательного влияния горных работ определяется границами участков по длине лав, характеризующихся повышенной интенсивностью вывалов пород из кровли, приводящих к простоям лав и потерям добычи, что свидетельствует об отрицательном влиянии горных работ.

При подработке целиков по схеме 1 влияние целика на состояние кровли в лаве начинает сказываться при подходе подрабатывающей лавы к границе зоны отрицательного влияния на расстояние 80-100 м. Период работы лавы на расстоянии 10-80 м от границы зоны отрицательного влияния является периодом наиболее устойчивой работы. Породы непосредственной кровли в лаве характеризуются минимальной степенью их нарушенности, простои лав из-за обрушений пород в призабойном пространстве практически отсутствуют.

При входе лавы в зону отрицательного влияния целика состояние пород кровли резко ухудшается. По мере подвигания лавы на подрабатывающем пласте основные показатели интенсивности вывалов (их площадь в процентах от наблюдаемой поверхности кровли, высота, частота появления) постепенно возрастают, достигая своих максимальных значений на расстоянии (0-0,5)L от проекции передней кромки целика на нижний пласт. После выхода лавы из-под целика показатели интенсивности вывалов постепенно уменьшаются до величин, наблюдаемых при работе лавы под выработанным пространством.

При подработке целиков и краевых частей угольного массива по схемам 2, и 6 состояние пород кровли на различных участках по длине лавы характеризуется различной степенью нарушенности. Степень вредного влияния целиков и краевых частей угольного массива при схемах 2, 5, 6 в значительной степени зависит от местоположения участковых подготовительных выработок относительно зон повышенного горного давления. Целики и краевые части угольного массива оказывают минимальное влияние на показатели подрабатывающей лавы при расположении участковых подготовительных выработок 1 и 2 на расстояниях от границ зон повышенного горного давления, превышающих глубину распространения в окрестностях участковых подготовительных выработок зон неупругих деформаций. Для рассматриваемых горно-геологических условий расстояния b1 и b2 (таблица 2.2) следует принимать равными соответственно более 30 и 12 м. Максимальные потери добычи при подработке целиков и краевых частей угольного массива по схемам 2, 5 и 6 будут наблюдаться при нахождении в зоне повышенного горного давления верхней части лавы, примыкающей к выработанному пространству, и бесцеликовых способах охраны вентиляционного штрека 2. В таких случаях предотвратить обрушения пород из кровли на концевом участке лавы без проведения дополнительных специальных мероприятий и установки опережающей крепи, как правило, невозможно. Состояние кровли на рассматриваемом участке лавы значительно улучшается при оставлении со стороны падения от вентиляционного штрека целика шириной до двух-трех мощностей пласта. Меньший положительный эффект достигается при оставлении целика со стороны восстания от вентиляционного штрека.

Наибольшая степень нарушенности пород кровли в подрабатывающих лавах при ведении горных работ по схеме 2 наблюдается на участке лавы, расположенном между проекциями кромок целика на надрабатываемый пласт, при ведении горных работ по схемам 5 и 6 – на участке лавы, расположенном в ненадработанном массиве на расстоянии (2-10)mп от проекции краевой части угольного массива на надрабатываемый пласт.

Наиболее благоприятное состояние пород кровли в подрабатывающих лавах при ведении работ по схемам 2, 5 и 6 наблюдается на участках лав, расположенных под выработанным пространством на расстоянии 10-80 м от границ зон повышенного горного давления.

При подработке краевых частей угольного массива, ориентированных параллельно линии очистного забоя, возможны два варианта отработки надрабатываемого пласта: лава движется в направлении нетронутого массива (схема 3) и лава движется в направлении надработанного массива (схема 4).

Проведенные исследования, результаты которых отражены в работах [25показали, что общие размеры зон отрицательного влияния краевых частей угольного массива на состояние кровли в подрабатывающей лаве в данных вариантах примерно одинаковые. Различие заключается в степени влияния краевых частей. При подработке краевой части пласта по схеме 4 основные показатели интенсивности вывалов в 1,5-1,9 раза превышают соответствующие показатели, установленные при ведении работ по схеме 3. Наиболее неблагоприятное состояние кровли в лавах при движении их к нетронутому массиву (схема 3) наблюдается при прохождении лавой участка, расположенного под массивом угля на расстоянии (2-10)mп от проекции краевой части надрабатывающего пласта на нижний пласт. Дальнейшее подвигание лавы приводит к снижению интенсивности вывалов. На расстоянии от проекции кромки пласта на нижний пласт, превышающем ширину зоны опорного давления, возникающей у краевой зоны надрабатываемого пласта, основные показатели интенсивности вывалов не отличаются от соответствующих показателей, установленных при работе лав в надработанном массиве.

При подработке по схеме 4 влияние краевой части начинает проявляться при подходе лавы к ее проекции на нижний пласт на расстояние, равное ширине зоны опорного давления, возникающей у краевой части надрабатывающего пласта. По мере дальнейшего подвигания лавы интенсивность вывалов постоянно возрастает до подхода лавы к проекции краевой части целика на нижний пласт.

При этом наиболее резкое ухудшение состояния пород кровли в лаве наблюдается при сокращении расстояния между лавой и проекцией краевой части целика до 0,5L и менее. Значения основных показателей интенсивности вывалов при работе лавы в этот период примерно равны соответствующим показателям при подработке целиков по схеме 1.

Исследования, проведенные на моделях из эквивалентных материалов, результаты которых вошли в итоговые выводы работ [25-28] показали, что различная степень влияния краевой части надрабатывающего пласта на состояние кровли в подрабатывающих лавах при ведении горных работ по схемам 3 и объясняется различным характером перераспределения напряжений вблизи краевой части пласта при ее подработке. При движении лавы со стороны нетронутого массива (схема 4) происходит подработка верхнего пласта и формирование в результате этого целика шириной, равной расстоянию от неподработанной части верхнего пласта по мере подвигания лавы уменьшается, что приводит к возрастанию концентрации напряжений в междупластье. При сокращении ширины неподработанной части верхнего пласта до 0,5L и менее напряжения в зоне ее влияния в 1,5-5,0 раза превышают напряжения, установленные для соответствующих областей междупластья, расположенных под краевыми частями надрабатываемого пласта при подработке их по схеме 3.

Различной для схем 3 и 4 является также и глубина распространения зоны влияния краевой части надрабатывающего пласта (см. графу 4 таблицы 2.2). Так, при реализации схемы 3 максимальная мощность междупластья М, при которой краевые части оказывают влияние на состояние кровли в подрабатывающей лаве, как правило, не превышают 1,5L. При подработке же краевой части по схеме вредное влияние наблюдается при мощности междупластья до 2,5L.

В зонах влияния целиков наблюдается концентрация проявлений горного давления: образуются заколы в кровле, увеличивается число и величина вывалов.

Это, в итоге, отрицательно сказывается на показателях работы комплекса:

уменьшается производительность труда рабочих, повышается себестоимость угля.

Как правило, при работе под целиками верхнего пласта очистные забои находятся в аварийном состоянии.

В качестве примеров ведения горных работ в нисходящем порядке рассмотрим опыт отработки свиты сближенных пластов на шахтах Карагандинского бассейна, описанный в работах [58-60]. Работы ведутся преимущественно на глубине 200-600 м, мощность пластов от 0,6 до 8 м. Горногеологические условия разработки сложные вследствие пликативной нарушенности залегания, высокой метаноносности и пылеобразования.

Шахтой им. Костенко (рисунок 2.13) отрабатывается свита, состоящая из сближенных пластов. Мощности пластов составляют 1,6-7,3 м. Междупластья имеют мощность от 15 до 70 м, сложены песчаниками и алевролитами, непосредственная кровля представлена аргиллитами. Система разработки, применяемая на предприятии – длинными столбами по простиранию с полным обрушением. Целики между выемочными столбами не оставляются.

Метановыделение из пластов составляет 18-25 т/м3. На предприятии принят нисходящий порядок отработки пластов, исходя из того, что значения показателя степени защитного действия при работах в нисходящем порядке превышает аналогичный показатель для работ в восходящем порядке. Работы ведутся на глубине от 400 до 660 м. Опережение работ по защитным пластам составляет один ярус.

Рисунок 2.13 – Принципиальная схема отработки свиты сближенных Шахтой им. Ленина (рисунок 2.14) отрабатывается свита, состоящая из сближенных пластов. Мощности отрабатываемых пластов составляют 1,4-5,6 м.

Междупластья имеют мощность 35 и 135 м, сложены песчаниками и алевролитами, непосредственная кровля представлена аргиллитами. Система разработки – длинными столбами по простиранию с полным обрушением. Целики между выемочными столбами не оставляются. Метановыделение из отрабатываемых пластов составляет 18-25 т/м3. На предприятии принят нисходящий порядок отработки пластов, исходя из того фактора, что значения показателя степени защитного действия при работах в нисходящем порядке превышает аналогичный показатель для работ в восходящем порядке. Работы ведутся на глубине от 500 до 700 м. Опережение работ по защитным пластам составляет один ярус.

Рисунок 2.14 – Принципиальная схема отработки свиты сближенных пластов в нисходящем порядке, применяемый на шахте им. Ленина [59 с. 11] Шахтой «Казахстанская» (рисунок 2.15) отрабатывается свита, состоящая из 5 сближенных пластов. Мощности пластов составляют 1,6-5,5 м. Междупластья имеют мощности от 20 до 150 м, сложены песчаниками и алевролитами, непосредственная кровля представлена аргиллитами. Система разработки – длинными столбами по простиранию с полным обрушением. Межлавные целики не оставляются. Метановыделение из пластов 18-25 т/м3. На шахте принят нисходящий порядок отработки пластов, исходя из того, что значения показателя степени защитного действия при работах в нисходящем порядке превышает аналогичный показатель для работ в восходящем порядке. Работы ведутся на глубине от 50 до 300 м. Опережение работ по защитным пластам составляет один ярус.

Рисунок 2.15 – Нисходящий порядок ведения работ отработки свиты сближенных пластов, применяемый на шахте «Казахстанская» [59 с. 12] Шахтой «Шахтинская» (рисунок 2.16) отрабатывается свита, состоящая из сближенных пластов. Мощности пластов составляют 0,9-4,0 м. Междупластья имеют мощности 37 и 200 м, сложены песчаниками и алевролитами, непосредственная кровля представлена аргиллитами. Система разработки – длинными столбами по простиранию с полным обрушением. Межлавные целики не оставляются. Метановыделение из пластов 18-25 т/м3. На шахте принят нисходящий порядок отработки пластов, исходя из того, что значения показателя степени защитного действия при работах в нисходящем порядке превышает аналогичный показатель для работ в восходящем порядке. Работы ведутся на глубине от 400 до 660 м. Опережение работ по защитным пластам составляет один ярус.

Рисунок 2.16 – Нисходящий порядок отработки свиты сближенных пластов, применяемый на шахте «Шахтинская» [59 с. 13] Шахтой «Тентекская» (рисунок 2.17) отрабатывается свита, состоящая из сближенных пластов. Мощности пластов составляют 0,9-4,9 м. Междупластья имеют мощность от 17 до 130 м, сложены песчаниками и алевролитами, непосредственная кровля представлена аргиллитами. Система разработки – длинными столбами по простиранию с полным обрушением. Межлавные целики не оставляются. Метановыделение из пластов 18-25 т/м3. На шахте принят нисходящий порядок отработки пластов, исходя из того, что значения показателя степени защитного действия при работах в нисходящем порядке превышает аналогичный показатель для работ в восходящем порядке. Работы ведутся на глубине от 300 до 700 м. Опережение работ по защитным пластам составляет один ярус.

Рисунок 2.17 – Нисходящий порядок отработки свиты сближенных пластов, При отработке свит пологих мощных пластов применяются различные технологические схемы ведения очистных работ в пластах: с оставлением межлавных целиков; бесцеликовая выемка; выемка двух столбов по бесцеликовой технологии с оставлением целиков между парами столбов; с выемкой целика на одной линии с очистным забоем [75].

Каждая из этих технологических схем имеет свои положительные и отрицательные стороны. Рассмотрим их подробнее.

Одной из основных в настоящее время является система разработки с оставлением межлавных целиков (рисунки 2.18-2.19). Использование в благоприятных условиях позволяет достичь высоких показателей по среднесуточным нагрузкам на очистной забой, производительности труда, себестоимости добычи.

К отрицательным сторонам данной системы разработки относятся высокие эксплуатационные потери угля в межлавных целиках. Они могут составлять сотни тысяч тонн угля для одной лавы.

Оставление целиков угля в выработанном пространстве приводит к резкому ухудшению условий разработки пластов.

Рисунок 2.18 – Прогрессивная система разработки длинными столбами по простиранию при панельной подготовке с оставлением целиков между ярусами: – главный откаточный штрек, 2 – главный вентиляционный штрек, 3 – путевой ходок, 4 – панельный бремсберг, 5 – людской ходок, 6 – ярусный конвейерный штрек, 7 – ярусный вентиляционный штрек, 8 – очистной забой, 9 – разрезная печь Рисунок 2.19 – Система разработки длинными столбами по падению пласта с оставлением целиков угля между участками при погоризонтном способе подготовки шахтного поля: 1 – магистральный откаточный штрек, 2 – магистральный вентиляционный штрек, 3 – полевой вентиляционный штрек, 4 – транспортный ходок, 5 – вентиляционный ходок надрабатывающего пласта Известен вариант данной системы [17], в котором осуществляется отработка целика, что позволяет снизить потери угля в межлавных целиках (рисунок 2.20).

Рисунок 2.20 – Система разработки длинными столбами по простиранию с Системы разработки без оставления межлавных целиков угля наиболее широко применяются при отработке тонких и средней мощности пластов. При использовании таких систем разработки участковые подготовительные выработки, как правило, повторно использовались. Так при отработке верхнего яруса односторонней панели в нисходящем порядке (рисунок 2.21) конвейерный штрек сохраняется, а затем повторно используется для отработки нижнего яруса панели, но уже в качестве вентиляционного штрека. Эти системы разработки имеют ряд недостатков:

высокие затраты на поддержание повторно используемых выработок;

высокий уровень удельных затрат на очистные работы;

неудовлетворительного состояния повторно используемых участковых подготовительных выработок;

невозможность применения анкерного крепления без дополнительной крепи усиления, а также сложности с проветриванием очистного забоя.

Рисунок 2.21 – Система разработки пологого пласта длинными столбами по простиранию без оставления целиков угля между ярусами Наряду с недостатками можно отметить достоинства систем разработки без оставления целиков:

меньший объем проведения подготовительных выработок;

обеспечение благоприятных условий работы очистного забоя с позиции управления горным давлением на нижезалегающих угольных пластах и транспортных горизонтах шахты;

отсутствие дополнительных потерь угля в целиках.

Основные подготовительные выработки (бремсберги, уклоны) проводятся по падению пласта (рисунок 2.21). При высокой метанообильности пласта и выработанного пространства рекомендуется проводить фланговые выработки для выдачи исходящей струи воздуха. Для обеспечения газоотвода на фланге панели проводится дополнительно еще одна выработка.

Подготовка выемочных участков – пластовая, двумя или тремя штреками.

Длину лавы при таких системах разработки рекомендуется принимать 180м. Для сокращения объема проведения штреков сохраняют конвейерный штрек и повторно используют его в качестве вентиляционного. При высоком горном давлении вентиляционный штрек проводится вприсечку к выработанному пространству. При отработке пластов, склонных к самовозгоранию, межлавные целики не оставляются [75].

Существует определенный подвид системы разработки с ориентацией лав по падению и без оставления межлавных целиков [24], применяемый при ведении работ на шахтных полях с развитой дизъюнктивной нарушенностью. При его использовании столбы располагают вдоль геологических нарушений, подготовительную выработку, предназначенную для повторного использования, проходят с противоположных сторон от геологического нарушения за пределами зон повышенной интенсивности трещин, возникающих вблизи геологического нарушения. При отработке пластов полезных ископаемых на участках с геологическими нарушениями типа сбросов подготовительную выработку, предназначенную для повторного использования, проходят в висячем крыле сброса, а при отработке пластов полезных ископаемых на участках с дизъюнктивными геологическими нарушениями типа взбросов подготовительную выработку, предназначенную для повторного использования, проходят в лежачем крыле взброса.

дизъюнктивными нарушениями, выходом пластов под наносы и т.д., как правило, применяют выемку запасов угля системами разработки короткими забоями.

Различают камерные и камерно-столбовые системы разработки угольных пластов короткими забоями. Общим для них является способ управления горным давлением – удержание кровли от обрушения постоянными или временными целиками угля.

перемещения очистных забоев может ориентироваться под любым углом к линии простирания пласта. В соответствии с этим при использовании данной системы разработки возможно применение этажной и панельной подготовок шахтных полей. В пределах участка камеры располагают регулярно (рисунок 2.22), с оставлением междукамерных целиков одинаковых размеров или периодически, когда кроме междукамерных, оставляют более широкие участковые целики.

Рисунок 2.22 – Принципиальная схема камерной системы разработки с Основные параметры камерных систем разработки – ширина целиков, размеры камер, выемочных участков выбираются с учётом обеспечения поддержания кровли в камерах, сохранности целиков в течение всего периода эксплуатации участков. Ширина междукамерных целиков обычно составляет 2- м, участковых (панельных) – 5-30 м. Ширина камер 4-15 м, длина 50-300 м.

Выемка угля осуществляется в большинстве случаев механизированным способом. При устойчивых породах кровли камеру не крепят, при менее устойчивых закрепляют анкерами, иногда стоечной крепью. Для обеспечения проветривания камер за счёт общешахтной депрессии (а также устройства запасного выхода) их соединяют между собой сбойками, проходимыми в целиках через каждые 20-25 м [10].

Камерно-столбовая система разработки (рисунок 2.23) отличается от камерной тем, что междукамерные целики частично погашаются, в результате чего повышается степень извлечения угля.

Рисунок 2.23 – Принципиальная схема камерно-столбовой системы Для данных систем разработки характерны высокие потери угля – при неблагоприятных условиях доходящие до 60% от общих запасов отрабатываемого участка. Системы разработки короткими забоями используют в случаях, когда участок шахтного поля невозможно отработать системами разработки длинными столбами, но есть техническая возможность уменьшить потери.

В ходе шахтных исследований была собрана информация о применяемых на шахтах Кузбасса системах разработки, нагрузках на очистной забой, схемах проветривания и применяемом очистном оборудовании.

2.3 Технологические схемы отработки сближенных пластов в В зависимости от конкретных условий подработка может оказывать на подрабатываемый пласт как отрицательное, так и положительное влияние. При подработке защищаемый пласт может попадать в следующие зоны:

интенсивного дробления, упорядоченного перемещения, изгиба [6].

В тех случаях, когда подрабатываемый пласт попадает в зону интенсивного дробления, он будет перемят, разрушен и непригоден к эксплуатации. Если этот пласт оказывается непосредственно над зоной интенсивного дробления, он может быть разбит техногенными трещинами и его отработка будет невозможна.

Подрабатываемый пласт оказывается пригодным для последующей эксплуатации, если он располагается выше зоны интенсивного дробления, то есть в зоне упорядоченного перемещения. Чем дальше он располагается от подрабатывающего пласта, тем меньше его нарушения, тем спокойнее его залегание. Начиная с некоторого минимального расстояния это обстоятельство перестает играть существенную роль.

Общая схема подработки верхнего пласта нижним в среднем сечении лавы по простиранию представлена на рисунке 2.24.

Рисунок 2.24 – Схема подработки пласта в среднем сечении лавы (по А.А.

Влияние подработки целесообразно рассмотреть лишь при ее допустимости, т.е. когда подрабатываемый пласт не попадает в зону интенсивного дробления и сохраняется в пригодном для последующей выемки состоянии.

В Правилах технической эксплуатации принят параметр, при котором подработка считается безопасной. Он определяется по формуле М>6 mпл, где М – мощность междупластья, mпл – мощность защитного пласта.

Данное условие не всегда является обоснованным. Так при наличии в основной кровле прочных пород (песчаники, известняки) их обрушение будет происходить крупными блоками, влияние которых будет проявляться вне вышерасположенный пласт будет разрушен и не пригоден к дальнейшей отработке.

Решение вопроса о возможности разработки сближенных пластов в восходящем порядке многие авторы [7, 9, 82], в том числе О. Якоби [82] связывают с необходимостью создания таких условий и способов подработки, при которых не нарушалась бы сплошность пород в зоне сдвижения. Влияние подработки не сказывается или является весьма незначительным при отработке пластов в восходящем порядке с отставанием во времени в 1-5 месяцев. Выводы, сделанные в работе [82] сводятся к тому, что разработка пластов в восходящем порядке может осуществляться без всяких затруднений при расположении выработок подработанных пластов на участках мульды сдвижений, где обеспечивается равномерное сдвижение пород и при окончании интенсивного процесса сдвижения пород от горизонта выемки до поверхности.

Ниже рассмотрим опыт применения восходящего порядка отработки сближенных пластов на шахтах Карагандинского бассейна [58-60].

Шахтой «Саранская» (рисунок 2.25) отрабатывается свита, состоящая из сближенных пластов. Мощности пластов составляют 1,6-7,3 м. Междупластья имеют мощности от 15 до 70 м, сложены песчаниками и алевролитами, непосредственная кровля представлена аргиллитами. Система разработки – длинными столбами по простиранию с полным обрушением. Межлавные целики не оставляются. Метановыделение из пластов 18-25 т/м3. На шахте принят восходящий порядок отработки пластов, исходя из того, что значения показателя степени защитного действия при ведении работ в восходящем порядке превышает аналогичный показатель для работ в нисходящем порядке. Работы ведутся на глубине от 400 до 660 м. Опережение работ по защитным пластам составляет один ярус. При использовании восходящего порядка отработки пластов показатель защитного действия К выше, чем при нисходящем 2,14 > 1,89.

Рисунок 2.25 – Принципиальная схема отработки пластов, применяемая на Шахтой «Абайская» (рисунок 2.26) отрабатывается свита, состоящая из сближенных пластов. Мощности пластов составляют 1,6-7,3 м. Междупластья имеют мощности от 15 до 70 м, сложены сложены песчаниками и алевролитами, непосредсвенная кровля представлена аргиллитами. Система разработки – длинными столбами по простиранию с полным обрушением. Межлавные целики не оставляются. Метановыделение из пластов 18-25 т/м3. На шахте принят восходящий порядок отработки пластов, поскольку значения показателя степени защитного действия при работах в восходящем порядке превышает аналогичный показатель для работ в нисходящем порядке. Работы ведутся на глубине от 400 до 660 м. Опережение работ по защитным пластам составляет один ярус.

Рисунок 2.26 – Принципиальная схема отработки пластов, применяемая на Шахтой им. Калинина (рисунок 2.27) отрабатывается свита, состоящая из сближенных пластов. Мощности пластов составляют 1,6-7,3 м. Междупластья имеют мощности от 15 до 70 м, сложены песчаниками и алевролитами, непосредственная кровля представлена аргиллитами. Система разработки – длинными столбами по простиранию с полным обрушением. Межлавные целики не оставляются. Метановыделение из пластов18-25 т/м3. На шахте принят восходящий порядок отработки пластов, исходя из того, что значения показателя степени защитного действия при работах в восходящем порядке превышает аналогичный показатель для работ в нисходящем порядке. Работы ведутся на глубине от 400 до 660 м. При восходящем порядке отработки пластов показатель К выше, чем при нисходящем и составляет К=3,42 > 3,17. Первым отрабатывают пласт К-10, который подрабатывает пласт К-12 с опережением на 2столба, четвертым – К-12 под гарантированной защитой пласта К-10 с показателем степени защитного действия К=1,25.

Рисунок 2.27 – Принципиальная схема отработки пластов в условиях шахты Шахтой им. Т. Кузембаева (рисунок 2.28) отрабатывается свита, состоящая из 8 сближенных пластов. Мощности пластов составляют 1,6-7,3 м.

Междупластья имеют мощности от 15 до 70 м, сложены песчаниками и алевролитами, непосредственная кровля представлена аргиллитами. Система разработки – длинными столбами по простиранию с полным обрушением.

Межлавные целики не оставляются. Метановыделение из пластов18-25 т/м3. На шахте принят восходящий порядок отработки пластов, исходя из того, что значения показателя степени защитного действия при работах в восходящем порядке превышает аналогичный показатель для работ в нисходящем порядке.

Работы ведутся на глубине от 400 до 660 м. Опережение работ по защитным пластам составляет один ярус. Показатель К для смешанного порядка на данной шахте выше, чем для нисходящего: К=4,10 > 3,7.

Рисунок 2.28 – Принципиальная схема отработки пластов, применяемая на Отдельно следует упомянуть о ситуации, отличающей данное предприятие от других. На поле шахты им. Т. Кузембаева отмечается крупноамплитудная дизъюнктивная нарушенность. На рисунке 2.28 можно выделить разрывное нарушение амплитудой до 30 м. Как видно из построений схемы отработки, созданной с целью обеспечения максимальной защиты подрабатываемого пласта от повышенного горного давления для данного предприятия разрывное нарушение выступает в качестве экрана, который препятствует распространению влияния подработки в поднятое крыло массива, однако никаких особых поправок в расчеты не вносилось, был учтен только фактор ограничения распространения воздействий подработки сместителем нарушения, но в остальном никаких различий в расчетах для массива, содержащего нарушения и для ненарушенного массива нет.

Далее в таблице 2.3 приведены коэффициенты защиты, которые были получены для восходящего и нисходящего порядков отработки пластов на полях рассмотренных шахт Карагандинского бассейна и их наглядное сравнение для определения оптимального порядка ведения работ.

Таблица 2.3 – Сравнение показателей степени защитного действия при восходящем и нисходящем порядках отработки сближенных пластов Им. Т.

Кузембаева «Саранская»

«Абайская»

Им. Калинина Для шахты им. Шевякова, ныне переименованной в шахту «РаспадскаяКоксовая» по рекомендациям [60] был рекомендован нисходящий порядок работ,