double arrow

Комбинированные способы управления кровлей в лавах


Закладочные работы при управлении кровлей в лавах

ПРОЦЕССЫ УПРАВЛЕНИЯ КРОВЛЕЙ В ЛАВАХ С ПРИМЕНЕНИЕМ ОСТАВЛЯЕМЫХ В ВЫРАБОТАННОМ ПРОСТРАНСТВЕ ОПОРНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Лекция 12

12.1.1 Управление кровлей в лавах пологонаклонных пластов

с применением закладки

В качестве средств управления кровлей с применением оставляемых в выработанном пространстве сооружений используются искусственные (за­кладочные массив или полосы, костры или бутокостры) и естественные (угольные целики) опоры.

Сущность способов управления кровлей с применением закладки за­ключается в частичном или полном заполнении образованного при выемке пласта выработанного пространства материалом, компрессионные свойства которого должны способствовать в пределах призабойного пространства очистной выработки снижению влияния осадок массива кровли на устойчи­вость ее нижних слоев. В зависимости от объема заполнения выработанного пространства закладочным материалом различают способы управления кров­лей частичной закладкой, частичным обрушением и полной закладкой. При двух первых указанных способах в качестве закладочного материала исполь­зуются рядовая порода от подрывки (чаще) кровли проводимых вслед за ла­вой бутовых выработок с выкладкой породных полос, в последнем - транс­портируемый (чаще) по трубам от дробильных комплексов, размещенных вне лавы. Закладочный материал изготавливается путем дробления рядовой по­роды, поступаемой на закладочный комплекс от проведения подготовитель­ных, подготавливающих и капитальных выработок, до определенного грану­лометрического состава (кусковатости) и доставляется по трубопроводу в лаву пневмо- или гидротранспортными средствами. Требования предъявляе­мые к закладочному материалу: транспортабельность, обладание высокими компрессионными свойствами, отсутствие в нем горючих материалов (осо­бенно угля, склонного к самовозгоранию) и вредных веществ, в том числе выделяющихся при взаимодействии с водой.




Общая схема размещения породных полос при способе управления кровлей частичной закладкой представлена на рисунке 12.1.

Способ управления кровлей частичной закладкой (см. рис. 12.1) характери­зуется следующими линейными (м) параметрами: максимальной шириной приза­бойного пространства /„; высотой закладки т' = т-Δhmax (где т - мощность пласта, Δhmax - сближение кровли и почвы в лаве на границе с выработанным про­странством): 1бв и 1ппшириной соответственно бутовой выработки и породной полосы; hnk - высотой подрывки кровли; I3n - шагом закладки (обычно I3n =2rв).

Качество возводимых по длине лавы породных поло

где Σlохр-суммарная ширина охранных полос на концевых участках лавы.



Рисунок 12.1 - Схема размещения породных полос в выработанном пространстве при способе управления кровлей частичной закладкой: 1 – лава; 2 – бутовая выработка (штрек); 3 – породная полоса

Ширина породной полосы

lnn= lбв hnk kp / m’ (12.2)

где к - коэффициент разрыхления отбитых и разруш взрывом шпуровых зарядов (в зависимости от прочности пород

ваемом случае к =1,8-2,0).

Состав и последовательность возведения породной полосы в лаве (рис. 12.2):

- контроль за состояниями кровли и крепи в бутовом штреке;

- пробивка оконтуривающей органки из деревянных стоек: 1 - лобовой с оставление окна шириной 0,7 м, 2 и 3 - боковых;

- бурение шпуров 4 в кровлю из бутового штрека 5;

- заряжание, взрывание и проветривание (при этом все работы в лаве полностью прекращаются, а люди выводятся в безопасное место);

- выбивка боковой органки 3;

- выкладка из крупных кусков стенок 6 и 7 породной полосы 8;

- по мере выкладки породной продольной стенки вдоль лавы и запол­нения межстеночного пространства мелкой породой производителя удаление крепежных рам призабойной крепи (перекидка и закладка отбитой породы производится из закрепленного пространства в пре­делах шага закладки I3n);

- после полной уборки породы из бутового штрека с шагом установки 1р = 0,5I3n возводятся П-образные рамы 9 деревянной крепи.

По мере подвигания очистного забоя за технологический цикл вышеуказанные операции с сохранением принятых параметров повторяются.



Проведение бутовой выработки при определенных условиях может также осуществляться с подрывкой почвы и бурением шпуров из лавы под наклоном в сторону выработанного пространства.

Рисунок 12.2 - Схема проведения бутового штрека и возведения породной полосы в лаве: направление перекидки отбитой породы

Требование правил безопасности:

- бутовый штрек должен быть временно закреплен на протяжении не менее 3 м от забоя; каждый бутовый штрек должен иметь закрепленный выход в рабочее пространство лавы; перед подрыванием породы в бутовых штреках в рабочем пространстве лавы за линией отрыва породы должна быть пробита оконтуривающая органная крепь;

- в бутовых штреках с верхним подрыванием и бурением шпуров со стороны забоя на наклонных, крутонаклонных пластах, где возведение бутовых полос осуществляется самоподбучиванием, крепление может не произ­водиться.

Необходимо отметить, что неполная по высоте частичная закладка может осуществляться при раздельной выемке пласта сложного строения, при которой отбитая и разрушаемая порода пропластков размещается в выработанном пространстве, что в определенных условиях может повлиять на характер и интенсивность периодических осадок массива кровли.

Способ управления кровлей частичным обрушением представляет собой комбинацию двух способов - частичная закладка и полное обрушение. Сущность этого способа заключается в том, что между смежными породными полосами и бутовыми выработками по длине лавы оставляются участки, на которых производится посадка кровли. Длина участков посадки кровли I06 по данным практики составляет 40-50 м. При этом сокращается количество породных полос в лаве, которое составляет:

Область рационального применения способа управления кровлей час­тичным обрушением: лавы с индивидуальной крепью и труднообрушаемой кровлей категории A3. На рисунке 12.3 представлен фрагмент "Паспорта ..." лавы, в которой управление кровлей осуществляется частичным обрушением с равными по величине (0,8 м) шагами закладки и посадки.

Процессы управления кровлей полной закладкой в лавах с индивиду­альной крепью почти полностью механизированы. Закладочный материал к лаве и по ее длине перемещается с применением гидравлических или пневма­тических транспортных средств. На рисунке 12.4 представлены общие схемы гидрозакладки выработанного пространства с боковой или прямой разгруз­ками материала, обеспечивающих шаг закладки (в рассматриваемых вариантах) равный 3,2 м. Как в первом (см. рис. 12.4, а), так и втором (см. рис. 12.4, б) вариантах закладки по мере подвигания очистного забоя приходится вруч­ную демонстрировать и монтировать разборные трубопроводы на вентиляци­онных штреках, а во втором - дополнительно в лаве.

Рисунок 12.2 – Фрагмент графической части "Паспорта ..."лавы при управлении кровли частичным обрушением: 1 — гидравлическая стойка; 2 — дере­вянный верхняк; 3 - оконтури-вающая органка; 5 — крепь бутового штрека (три стойки под деревянный верхняк)

Рисунок 12.2 – Схемы полной закладки выработанного пространства гидравличес-ким способом при доставке по лаве материала с его выпусками: а — боковым; б — прямым

На рисунке 12.5 представлена общая схема пневмозакладочного ком­плекса на шахте, где 1 - опрокидыватель; 2 - бункер; 3 - питатель; 4 - лен­точный конвейер; 5 - железоотделитель; 6 - классификатор; 7 - дробилка; 8 - закладочная машина; 9 - магистральный трубопровод; 10 - забойный трубопровод; 11 - комбайн; 12 - конвейер; 13 - ограждение.

Рисунок 12.2 – Общая схема пневмозакладочного комплекса на шахте

На рисунке 12.6 представлена схема (в плоскости пласта) пневмозак-ладки выработанного пространства из лавы, где 1 - подвижная отшивка -перегородка с опорой; 2 - канат тягальной лебедки; 3 и 4 - ставы разборного

трубопровода соответственно рабочей и монтируемой его частей; 5 - под­вижный став трубопровода с домкратами его передвижки 6 и окнами боково­го выноса материала 7, 8 - закладочный массив.

Рисунок 12.2 – Схемы полной закладки вырабо-танного пространства пневматическим способом: а - по простиранию; б - по восстанию соответст-венно с прямым и боковым выпусками материала

Полная пневмозакладка (сухая) чаще применяется при выемке пласта по простиранию с шагом не более 1,0 м и прямым выносом материала в зону пере­движной отшивки - перегородки (рис. 12.6, а), а также - по восстанию при боко­вом выносе материала на шаг не более 1,6 м с передвигающего трубопровода.

Область применения способа управления кровлей полной закладки ох­ватывает весь диапазон категории кровли по обрушаемости ее массива, а также применяется при подработке ответственных сооружений на земной поверхности или с целью оставления породы в шахте.

12.1.2 Управление кровлей в лавах крутонаклонных и крутых пластов

с применением закладки

Управление кровлей в лавах на крутонаклонных и крутых пластах с применением закладки как частичной, так и полной имеет свои особенности, которые заключаются прежде всего в заполнении выработанного пространст­ва породой под ее собственным весом [31]. Область рационального примене­ния указанных способов в лавах с почвой, склонной к сползаемости, кровля­ми - труднообрушаемой или весьма труднообрушаемой. Полная закладка может применяться в качестве средства защиты объектов при сдвижении подрабатываемого массива, а также в качестве мер локализации внезапных выбросов угля и газа, к которым наиболее склонны крутонаклонные и крутые угольные пласты.

На рисунке 12.7 представлена схема расположения и формирование породных полос по простиранию при способе управления кровлей частич­ным обрушением. При этом отбитая от кровли взрывом порода из бутового штрека попадает в отшитую часть выработанного пространства размером 6 м по падению и 1,8 м по простиранию (шаг закладки) под собственным весом (самотеком), образуя тем самым непрерывные породные полосы на расстоя­нии 12 м друг от друга в направлении подвигания очистного забоя.

Рисунок 12.7 — Схема расположения и формирования породных полос по про-стиранию при комбайновой выемке крутого пласта: а — общая схема лавы; б — фрагмент проведения бутового штрека и выкладки породной полосы

Для получения закладочного материала в бутовых штреках произво­дится подрывка кровли и почвы. Величина подрывки устанавливается в зависимости от мощности пласта и ширины породной полосы (табл. 12.1).

Для подрывки кровли или почвы в забое бутового штрека бурятся два ряда шпуров. Количество шпуров и их длина зависят от объема необходимой породы, ее коэффициента крепости и кусковатости.

Шпуры в кровлю бурятся со стороны забоя лавы под углами наклона к линии падения и простирания пласта 50-70°.

Таблица 12.1 - Ширина бутового штрека при высоте подрывки кровли и ширине породной полосы на крутых пластах в зависимости от их мощности

Мощность пласта, м Высота подрывки кровли (м) при ширине породной полосы, м
0,7 0,7 1,0 1,2 1,1 1,3
0,8 0,8 1,1 1,3 1,3 1,4
0,9 0,9 1,2 1,5 1,5 1,6
1,0 1,0 1,3 1,7 1,7 1,8
U 1,1 1,4 1,9 1,9 2,0
1,2 1,2 1,5 2,1 2,1 2,2

Для "обреза" кровли или почвы у забоя бутового штрека перед подрыв­кой возводится однорядная ограждающая органка плотностью 4-5 стоек на 1 м. Породные полосы удерживаются полками на кострах, устанавливаемых по простиранию ниже бутового штрека и обшиваемых сверху обаполами.

Породные полосы наращиваются по мере подвигания забоя. Отставание породных полос от забоя должно быть не более шести дорог при слабо-устойчивых боковых породах и восьми - при устойчивых. Расстояние между породными полосами выбирается таким, чтобы гарантировать от обрушения кровлю. В зависимости от прочности пород это расстояние достигает 20 м. При этом закладка выработанного пространства по длине лавы может составлять 30-50%. При слабоустойчивых боковых породах расстояние между породными полосами принимается меньшим. При этом также может осуществляться способ управления кровлей частичной закладкой, то есть без участков посадки кровли.

Частичная закладка выработанного пространства может также осуще-ствляться породными полосами по падению (рис. 12.8). Закладка производится с вентиляционного штрека путем выгрузки сухого закладочного материала, поступающего от дробильного комплекса, в часть отшитого выработанного пространства шириной 4,5-5,0 м (см. рис. 12.8, в). Между этими по­лосами оставляется свободное от закладки пространство шириной 5,4-6,0 м, кратное ширине выемочной полосы, равной 0,9 м. Закладочный материал (дробленная порода) к месту его разгрузки доставляется в вагонетках с дон­ной разгрузкой или по трубе пневмотранспортом (реже гидротранспортом).

Рисунок 12.8- Схемы расположения и формирования в выработанном пространстве породных полос по падению: а и б- соответственно при молотковой и комбайновой выемках крутых пластов; в - фрагмент возведения по родной полосы при прямолинейном забое (комбайновой выемке)

Сущность способа управления кровлей полной закладкой заключаете в непрерывном, полном (рис. 12.9), заполнении выработанного пространств материалом. При комбайновой выемке ширина шага закладки, как правши составляет 3,6 м (см. рис. 12.9, в).

Рисунок 12.9 - Схемы полной закладки выработанного пространства в лавах аиб- соответственно при комбайновой и молотковой выемках крутых пла­стов; в - фрагмент возведения породной полосы при прямолинейном забое

Необходимый объем закладочного материала на один технологиче­ский цикл определяется из выражения:

где 0,95 - коэффициент уменьшения объема выработанного простран­ства за счет смещения боковых пород;

Vy- объем вынутого угля в массиве за цикл, м3;

Vk - объем крепи, оставляемой в выработанном пространстве (прини­мается согласно "Паспорту..."), м3;

K3 - коэффициент заполнения выработанного пространства (для са­мотечной сухой закладки K3 =0,8; гидравлической - К3=0,9).

К существенным недостаткам сухой закладки следует отнести сопро­вождающее интенсивное ее пылеобразование.

12.2.1 Управление кровлей удержанием на кострах

Способ управления кровлей удержанием на кострах в основном применяется в лавах при выемке тонких крутых пластов. Сущность этого способа заключается в том, что возводимые на границе призабойного пространства деревянные костры не переносятся, а оставляются в выработанном пространстве в качестве "демпферных" опор, локализирующих воздушные удары при резких осадках массива кровли, а также выполняющих функцию предотвращения перепуска обрушенных пород по длине лавы с верхней ее части в нижнюю. Оставленные ряды костров выполняет также вспомогательную контрольную, сигнализирующую динамику сближения боковых пород, но не должны способствовать созданию опасных зависаний кровли в выработанном пространстве. Костры могут выкладывать по шахматной схеме.

С оставлением в выработанном пространстве рядов костров может использоваться в комбинации с посадкой кровли между ними на участках лавы по ее длине, как показано на рисунке 12.10, где 1 - двубарабанная лебедка; 2 - кран-балка с отклоняющими блоками; 3 - канаты; 4 - комбайн; 5 — пневмо-костры; 6 - ограждения с опорой на деревянные костры 7.

При такой схеме на границе с ограждением, опирающимся на ряд ко­стров, за счет сползания под собственным весом обрушенных пород проис­ходит самоподбучивание оседающей кровли, что также создает дополнитель­ной опору в выработанном пространстве.

Как одну из разновидностей управления кровлей с отставанием в выработанном пространстве опор, аналогичных породным полосам, следует рассматривать возведение различных конструкций бутокостров (рис. 12.11).

Рисунок 12.10 – Схема комбинированного управления кровлей в лаве с оставлением в выработанном пространстве однорядных костров и полным обрушением пород между ними

Рисунок 12.11 – Управление кровлей с применением бутокостров: а - схема размещения бутокостров; б и в— конструкции бутокостров и их параметры

Область рационального применения бутокостров: лавы пологонаклон-ных пластов с индивидуальной крепью и труднообрушаемой кровлей катего­рии устойчивости A3, но при наличии нижнего обрушаемого слоя кровли, обеспечивающего заполнение породы внутрикострового пространства. При селективной (раздельной) выемке бутозакладка костров может осуществ­ляться породой от пропластков угольного пласта. Количество сооружаемых бутокостров устанавливается экспериментальным путем.

Поскольку возведение бутокостров выполняется вручную, то способы управления кровлей, использующие эти искусственные опорные сооружения весьма трудоемки.

Условные графические изображения костров на "Паспортах ..." пред­ставлены в таблице 12.2 [9].

В определенных условиях, особенно с изменяющимся углом наклона лавы по ее длине, не исключается применение комбинации рассмотренных выше способов управления кровлей.

12.2.2 Управление кровлей удержанием на целиках

Сущность способа управления кровлей удержанием на целиках заклю­чается в том, что по мере подвигания очистного забоя через определенный его интервал в выработанном пространстве оставляется ленточные (непре­рывные или прерывные) угольные целики определенной ширины, которые используются в качестве естественной опоры, поддерживающей массив весьма труднообрушаемой кровли A4 (рис. 12.12).

На левой границе 1 целика с подготавливаемой лавой-камерой 2 дли­ною In проходится разрезная печь 3, в которой затем монтируется очистное оборудование (угольный комбайн и скребковый конвейер). Выемка угля в лаве-камере 4 производится до намеченного ее рубежа у правой границе 5 формируемого целика 6 шириною / · При подвигании линии забоя на шири­ну лавы-камеры 1Ж очистные работы прекращаются и производится пере­монтаж оборудования в образованную к тому времени разрезную печь 3. Подвигание лавы-камеры 1Ж устанавливается, исходя из величины шага пер­вичной осадки кровли, а ширина целика - из условий обеспечения продолжи­тельного поддержания вышележащего породного массива.

В качестве примера на рисунке 12.13 представлена схема управления кровлей с удержанием ее на целиках при выемке угля в лаве-камере скрепе-роструговой установкой, для конкретных условий [32]: мощность пласта -0,5 м; угол его падения - 8-10°; призабойная крепь - три деревянные стойки под распил длиною 2,5 м; через каждые Юм выкладываются по середины лавы группа специальных опор из блоков железобетонных тумб (БЖБТ).

Таблица 12.2 - Условные графические изображения костров

При выемке крутых пластов управление труднообрушаемой кровлей может осуществляться с отставанием прерывных в выработанном простран­стве податливых целиков. Размеры этих целиков устанавливаются практиче­ским путем. Этот способ управления кровлей применяется также при перехо­де лавы геологических нарушений с молотковой выемкой угля.

Способы управления кровлей в лавах с индивидуальной крепью тру­доемки и небезопасны, что вызывает необходимость применения механизи­рованного управления кровлей и крепления очистных выработок.

Рисунок 12.12Общая схема управления кровлей удержанием на целиках при выемке пологого пласта лаво-камерой

Рисунок 12.13Схема управления кровлей удержанием на целиках при выемке пласта скреперостругом в лаве-камере

Вопросы для самоконтроля по теме 12

12.1 Способ управления кровлей в лаве частичной закладкой при вы­емке полонаклонных пластов. Область применения и характеризующие его

параметры.

12.2 Состав и последовательность выполнения рабочих операций при возведении породной полосы в лаве пологонаклонного пласта.

12.3 Требования правил безопасности при возведении породной поло­сы в лавах пологонаклонных пластов.

12.4 Способ управления кровлей в лаве частичным обрушением. Об­ласть применения и характеризующие его параметры.

12.5 Способ и процессы управления кровлей в лаве полной закладкой при выемке пологонаклонных тонких и средней мощности пластов. Область применения и характеризующие его параметры.

12.6 Особенности возведения в лаве породных полос по простиранию при выемке крутых пластов. Область применения и характеризующие их па­раметры.

12.7 Особенности управления кровлей в лаве частичной закладкой по­родными полосами по падению при выемке крутых пластов. Область приме­нения способа и характеризующие его параметры.

12.8 Способы управления кровли в лаве удержанием ее в выработан­ном пространстве на кострах. Область применения и характеризующие их

параметры.

12.9 Условные графические изображения деревянных высокоподатли­вых крепей, применяемых для управления кровлей в лавах.

12.10 Способ управления кровлей в очистных забоях удержанием ее в выработанном пространстве на целиках. Область его применения и характе­ризующие параметры.








Сейчас читают про: