Тема 9. Способы управления кровлей в очистных забоях

Управление горным давлением – совокупность мероприятий по регулированию проявлений горного давления в рабочем пространстве очистного забоя в целях обеспечения безопасных и необходимых производственных условий эффективной и наиболее полной выемки полезного ископаемого.

Способы управления горным давлением разделяют на три основные группы:

- обрушение пород в выработанном пространстве;

- искусственное поддержание кровли в выработанном пространстве;

- естественное поддержание кровли в выработанном пространстве (за счет оставления опорных целиков прямоугольной или столбчатой формы).

В настоящее время основным и самым распространенным способом управления горным давлением при выемке угля является полное обрушение пород кровли (в целом по угольной промышленности около 97 %), перспективным – полная закладка выработанного пространства пустой породой, добываемой в шахте или поступающей с поверхности (около 1 %).

Полное обрушение заключается в периодическом по мере подвигания очистного забоя обрушении пород кровли за пределами призабойного пространства с целью уменьшения давления на крепь. При индивидуальной крепи обрушение пород производится путем удаления призабойной и специальной крепи в той части призабойного пространства, которое нет необходимости поддерживать для обеспечения нормальной работы людей и механизмов. При этом специальная крепь устанавливается по линии, по которой происходит обрушение пород в выработанное пространство. Расстояние, через которое производится обрушение пород, называется шагом посадки, который принимается кратным ширине захвата выемочной машины (ширина вынимаемой полосы угля). При механизированной крепи породы обрушаются самопроизвольно вслед за ее передвижением, шаг посадки зависит от конструкции крепи и свойств пород кровли.

Управление горным давлением плавным опусканием (прогибанием) применяют при породах кровли, способных плавно опускаться без значительных разрывных нарушений, и при почве, склонной к вспучиванию. Мощность пласта при этом не должна превышать 1 – 1,2 м. При плавном опускании в качестве специальной крепи применяют костры, устанавливаемые в один или два ряда в шахматном порядке. Костры переносят через каждые 1,5 – 2 м. Если их два ряда, то переносят тот ряд, который находится дальше от забоя лавы. В результате некоторого смятия костров кровля плавно опускается и ложится на почву, которая к этому времени несколько вспучивается. Плавное опускание применяют при разработке весьма тонких пластов, когда породы кровли способны опускаться путем сдвигов большого числа блоков. В результате этого на расстоянии 20 – 30 м и более от забоя кровля опускается на почву.

- При искусственном поддержании выработанного пространства создается искусственная опора под нависающими консолями пород кровли. Для этого выработанное пространство заполняется различными закладочными материалами, образующими закладочный массив. Под термином «закладка» подразумевается совокупность процессов, охватывающих приготовление, складирование, транспортирование и укладку в выработанное пространство закладочного материала, т.е. пустой породы, состав и свойства которой отвечают определенным требованиям. Применение полной закладки обеспечивает существенное снижение потерь полезного ископаемого в недрах, уменьшение пожароопасности при разработки пластов, уголь которых склонен к самовозгоранию, увеличению безопасности работ, исключает образование провалов на поверхности, особенно при разработке мощных крутых пластов, и значительные опускания поверхности. Таким образом, разработка месторождений с полной закладкой является одним из мероприятий по охране недр и окружающей среды. Однако возведение закладочного массива является весьма трудоемким дополнительным процессом в технологической схеме подземной добычи угля. В результате стоимость закладочных работ составляет 15-20 % стоимости работ по добыче угля. Поэтому закладку применяют лишь в тех случаях, когда другие, более простые и дешевые способы управления горным давлением в данных горно-геологических условиях не могут обеспечивать безопасную и эффективную добычу угля.

В настоящее время, в зависимости от способов транспортирования и укладки, находят применение гидравлическая, пневматическая, комбинированная (гидропневматическая), самотечная и механическая закладки, а также комбинированная (механопневматическая и гидропневматическая)

При разработке угольных (пластовых) месторождений наибольшее применение получила частичная закладка выработанного пространства и управление кровлей частичных обрушением.

Частичную закладку выработанного пространства применяют для того, чтобы при помощи бутовых полос удерживать породы непосредственной и основной кровли от обрушения. Для получения закладочного материала в выработанном пространстве проводят ряд специальных выработок – бутовых штреков. Полученную из бутовых штреков породу укладывают в выработанном пространстве на всю мощность пласта в виде породных (бутовых) полос. Бутовая полоса – закладочный массив, возводимый в виде полосы в выработанном пространстве. Породы непосредственной кровли в выработанном пространстве между бутовыми полосами обрушаются сами по себе, на некотором расстоянии позади забоя лавы. Расстояние между бутовыми полосами принимают от 6 до 12 м, ширину бутовых около 3 м, высоту подрывки пород кровли или почвы 1 – 1,2 м. Ширину бутовых полос принимают 6 – 7 м из расчета возможного в них всей взорванной породы. Отставание бутовых полос от забоя лавы равно ширине призабойного пространства (2 – 3 м). Частичная закладка применяется на пластах мощностью 0,5 – 1,2 м при слабой кровле или почве, при наличии в пласте породных прослойков значительной мощности.