При ведении очистных работ

1.1. Горное давление в массиве пород при ведении очистных работ

В нетронутом горными работами углепородном массиве величина геостатического давления в любой точке обусловлена глубиной залегания от поверхности и составляет

Р = gH, (1.1)

где g - объемный вес горных пород (g = 2,3-2,7 т/м³);

Н - глубина от поверхности, м.

При ведении очистных работ в массиве горных пород под влиянием процессов сдвижения формируются следующие зоны (рис.1.1):

1 - зона полных обрушений;

2 - зона разгрузки (давление в зоне меньше геостатического);

3 - зона опорного давления (давление в зоне больше геостатического).

Рис.1.1. Зоны влияния очистных работ в массиве горных пород

На характер образования и размеры зон оказывают влияние следующие факторы:

- горно-геологическое строение массива;

- угол падения пласта;

- глубина разработки;

- мощность пласта;

- размеры выработанного пространства;

- система разработки;

- способ управления кровлей.

В зоне выработанного пространства при отходе очистного забоя от монтажной камеры формируется пониженное горное давление, в краевых частях пласта и в массиве угля впереди очистного забоя - повышенное (опорное) горное давление.

Горное давление на призабойную часть пласта возрастает до тех пор, пока очистной забой не отойдет от монтажной камеры на расстояние, равное длине лавы, затем стабилизируется. Максимум опорного давления впереди очистного забоя формируется в середине лавы (рис.1.2).

Рис.1.2. Схема распределения опорного горного давления

в краевых частях пласта и впереди очистного забоя

Величина опорного давления определяется по формуле

Р_од = kgH, (1.2)

где k - коэффициент концентрации напряжений.

Коэффициент концентрации напряжений в призабойной части пласта в зависимости от строения пород кровли составляет k = 1,2-6,0.

При управлении кровлей полным обрушением опорное давление в призабойной части пласта носит волновой характер. При отходе лавы от монтажной камеры над выработанным пространством образуется зависающая консоль пород основной кровли. Когда давление вышележащей толщи превышает предел прочности пород на растяжение, происходит обрушение основной кровли (первичное обрушение). Шаг первичного обрушения зависит от строения пород кровли и размеров выработанного пространства. При дальнейшем движении лавы происходит периодическое обрушение (последующее обрушение) основной кровли. В момент обрушения основной кровли в призабойной части пласта формируется максимум опорного давления. Коэффициент концентрации напряжений k может достигать значений 5-6.

По степени обрушаемости основная кровля делится на 3 типа /22/:

- легкообрушаемая - однородная кровля из алевролита и аргиллита мощностью более (6-7) m (m - мощность угольного пласта) и коэффициентом крепости f = 2-4;

- среднеобрушаемая - однородная кровля из алевролита и аргиллита, мощностью более (6-7) m и коэффициентом крепости f = 4-6;

- труднообрушаемая - кровля из песчаника, известняка, алевролита мощностью более 2 м икоэффициентом крепости f более 6-8.

В зоне влияния опорного горного давления в призабойной части пласта могут происходить следующие виды разрушения кровли пласта и забоя:

- вывалы большой высоты (более 2 м);

- отжим верхней части пласта;

- отжим угля на поверхности забоя (периодический или ударообразный).

Причинами образования вывалов пород из кровли пласта являются:

- обнажение кровли между верхняком секции крепи и забоем (вследствие отжима угля);

- смещения пород кровли (из-за несоответствия сопротивления крепи нагрузочным свойствам пород кровли);

- недостаточный горизонтальный распор кровли (при неполном заполнении выработанного пространства);

- выпуск породы из зоны обрушения;

- недостаточная скорость подвигания забоя.

Осложняющими факторами при ведении очистных работ являются зоны как пониженного, так и повышенного горного давления.

При пониженном горном давлении в очистном забое возникают следующие негативные явления:

- отсутствие отжима угля (затрудняется разрушение угля выемочной машиной);

- увеличение расстояния между трещинами в породах кровли (приводит к внезапным осадкам и соскальзыванию породных плит);

- уменьшение вертикальной конвергенции (приводит к смещениям и перекосам секций крепи).

При повышенном горном давлении в очистном забое наблюдаются:

- усиленный отжим;

- обрушение и вывалы пород кровли;

- пучение почвы пласта;

- горные удары и внезапные выбросы.

1.2. Управление горным давлением в очистных забоях

В мероприятиях по снижению проявлений горного давления в очистных забоях необходимо предусматривать:

- проектирование схем подготовки и отработки, исключающих вредное влияние целиков и краевых частей на разрабатываемом и соседних пластах;

- непрерывную и быструю отработку выемочных участков (за счет применения автоматизированных систем управления крепями);

- контроль за рабочим сопротивлением крепи;

- предупреждение даже небольших вывалов пород кровли у забоя.

Старинное шахтерское правило (Германия) гласит: прежде чем добывать уголь, надо привести в порядок кровлю.

Контроль за рабочим сопротивлением крепи осуществляется для предупреждения следующих опасных явлений:

- расслоения пород и образования вывалов кровли при низком рабочем сопротивлении;

- деформирования пород кровли и почвы, смещения к забою линии обреза кровли с возрастанием частоты вывалов при чрезмерном рабочем сопротивлении.

При правильном выборе рабочего сопротивления крепи слои пород непосредственно кровли плотно прижимаются друг к другу и ведут себя как монолитная пачка.

Для борьбы с отжимом угля в очистных забоях применяют:

- укрепление очистного забоя деревянными анкерами (замкового типа или с полимерным закреплением по всей длине);

- откидные козырьки на секциях крепи для удержания забоя.

Для борьбы с высыпанием породы из кровли пласта применяют:

- укрепление пород кровли полиуретаном (путем закачивания под давлением в пробуренные шпуры);

- возведение деревянных костров в куполах в местах вывалов;

- при значительном отжиме угля (более 2 м) в верхнюю часть пласта бурятся скважины, в них заводятся балки с опорой на козырьки секций, на балках сооружается деревянный настил, затем возводятся подушки из строительных материалов (гипс) или деревянные костры.

Значительные трудности при ведении очистных работ возникают при отработке пластов с труднообрушаемой основной кровлей. Зависание консолей труднообрушаемой кровли в выработанном пространстве приводит к повышенным нагрузкам на секции крепи, отжиму угля в забое, смещениям кровли и почвы в прилегающих к очистному забою подготовительных выработках, риску возникновения горных ударов и внезапных выбросов. В тех случаях, когда рабочее сопротивление механизированных крепей не соответствует нагрузочным свойствам пород кровли, применяются способы разупрочнения труднообрушаемых кровель.

1.3. Способы управления кровлей угольных пластов

Способы управления кровлей угольных пластов делятся на три вида:

- естественное поддержание пород кровли;

- полное обрушение пород кровли;

- искусственное поддержание пород кровли (полная закладка).

Естественное поддержание пород кровли применяется при камерно-столбовой системе разработки. Примером камерно-столбовой системы является широко распространенная на шахтах Австралии, США и ЮАР выемка угля при помощи комбайнов типа Континиус-Майнер. Объем добычи угля в мире с использованием систем разработки с естественным поддержанием выработанного пространства составляет около 70%. Недостатком естественного поддержания являются значительные потери угля в целиках (до 50%).

Способ управления кровлей полным обрушением наиболее часто применяется при разработке угольных пластов сплошными и столбовыми системами. При использовании этого способа на пластах с труднообрушаемой кровлей необходимо применять крепи с повышенным сопротивлением.

Полная закладка выработанного пространства применяется в следующих случаях:

- при выемке угля под зданиями и сооружениями на поверхности и водными объектами;

- при разработке пластов с труднообрушаемыми породами основной кровли;

- при разработке пластов, склонных к внезапным выбросам угля и газа;

- для противопожарной защиты отработанных выемочных участков;

- для охраны подготовительных выработок.

Полная закладка может быть двух видов - пневматическая и гидравлическая.

Пневматическая закладка включает в себя следующие процессы:

- добыча пород;

- подготовка материала (дробление, шихтовка);

- транспортирование до закладочной машины;

- пневмотранспортирование закладочного материала в выработанное пространство.

К недостаткам пневмозакладки относятся значительное пылеобразование, большой уровень шума, быстрый износ трубопроводов, значительная усадка закладочного материала.

К процессам гидравлической закладки относятся:

- подготовка закладочного материала;

- смешивание с водой;

- гидротранспортирование пульпы до выработанного пространства;

- отвод, осветление и откачка воды.

Недостатками гидравлической закладки являются большая обводненность выемочного участка, невозможность применения закладки при бесцеликовой технологии отработки пластов с сохранением выработок для повторного использования.

За рубежом созданы специальные модификации серийных механизированных комплексов («Фазос», «Глиник») с оборудованием для закладки выработанного пространства.

Помимо указанных способов, известны способы управления кровлей частичным обрушением или частичной закладкой. Однако, эти способы широкого распространения не получили и в настоящее время практически не применяются.

1.4. Способы разупрочнения труднообрушаемых кровель угольных пластов

Для предупреждения поломок и деформаций элементов секций крепей и создания безопасных условий ведения очистных работ разработаны следующие способы разупрочнения труднообрушаемых кровель /6/:

- передовое торпедирование;

- гидромикроторпедирование;

- взрывогидрообработка;

- принудительное обрушение кровли взрыванием скважинных или шпуровых зарядов;

- подработка пласта;

- направленный гидроразрыв пород основной кровли;

- гидродинамическая стратификация пород кровли.

Способ передового торпедирования заключается в ослаблении прочных пород основной кровли впереди очистного забоя путем взрывания зарядов ВВ в длинных скважинах. В результате взрывания прочные труднообрушаемые породы основной кровли разрушаются трещинами на блоки меньших размеров. Это приводит к резкому снижению интенсивности и тяжести проявления осадок основной кровли, уменьшению нагрузок на крепь очистных забоев.

Передовое торпедирование применяется также для охраны повторно используемых и присечных выработок при бесцеликовых схемах подготовки и отработки выемочных участков.

По назначению скважины делятся на основные (для разупрочнения кровли в пределах выемочного столба) и отсечные (для предотвращения зависания кровли у границ целиков, штреков).

К основным параметрам способа относятся (рис.1.3-1.4):

- длина скважин l_скв, м;

- диаметр скважин d_скв, мм;

- длина заряда l_зар, м;

- длина забойки l_заб, м;

- угол разворота скважин относительно прилегающих выработок b, град;

- угол подъема скважин над пластом q, град;

- расстояние между скважинами a, м;

- высота заложения нижнего торца заряда h_нт, м;

- высота заложения верхнего торца заряда h_вт, м;

- общая масса заряда Q, кг.

Рис.1.3. Односторонняя схема расположения скважин

для передового торпедирования труднообрушаемой кровли

Рис.1.4. Двусторонняя схема расположения скважин

для передового торпедирования труднообрушаемой кровли

При длине лавы менее 120 м применяются односторонние схемы расположения скважин (рис.1.3), при длине лавы более 120 м - двусторонние (рис.1.4). Расстояние между забоями скважин при двусторонней схеме должно составлять d =10-15 м.

Расстояние между скважинами а принимается 10-20 м.

Угол разворота скважин b в зависимости от направления основной системы трещиноватости пород составляет 50-80^о или 90^о.

Высота заложения нижнего торца заряда от пласта h_нт принимается 3-4 м, верхнего торца заряда h_вт - на расстоянии 12-20 м от пласта.

Диаметр скважин для пород с коэффициентом крепости f £ 8 принимается 75-93 мм, а для пород с f > 8 - до 112 мм.

Длина заряда при его диаметре 60 мм не должна превышать 100 м.

Масса заряда в скважине Q (кг) определяется его длиной и массой ВВ на 1 м заряда q по формуле

, (1.3)

Общая масса скважинного заряда на шахтах, опасных по газу и пыли, не должна превышать 300 кг. Для шахт, не опасных по газу и пыли, масса заряда не ограничивается. Для скважинных зарядов разрешается применять ВВ II-IV классов.

Длина забойки должна составлять не менее 30% длины скважины.

Кратчайшее расстояние от очистного забоя до взрываемого скважинного заряда на свежей струе воздуха должно быть не менее 30 м, а на исходящей - 50 м.

Гидромикроторпедирование сочетает элементы передового торпедирования и гидрообработки. Способ применяется, если в основной кровле встречаются ослабленные контакты пород, а непосредственная кровля пласта не склонна к размоканию. Небольшие заряды ВВ располагаются в местах ослабленных контактов и прослоев и взрываются в водной среде с последующей гидрообработкой массива.

К основным параметрам способа относятся:

- высота заложения забоя скважин над угольным пластом h_з, м;

- длина скважин l_скв, м;

- диаметр скважин d_скв, мм;

- расстояние между скважинами a, м;

- масса заряда Q, кг.

- угол разворота скважин относительно прилегающих выработок b, град;

- угол подъема скважин над пластом q, град;

При длине лавы менее 120 м применяются односторонние схемы расположения скважин, при длине лавы более 120 м - двусторонние. Схемы расположения скважин аналогичны приведенным на рис.1.3 и 1.4.

Расстояние между забоями скважин при двусторонней схеме должно составлять 2 R_эф (R_эф - радиус эффективного увлажнения, м).

Радиус эффективного увлажнения рассчитывается по формуле

, (1.4)

где Q_ж - общий объем жидкости, закачанной в скважину, м³;

l_ф - длина фильтрующей части скважины, м;

m_о - открытая пористость, доли единицы.

Высоту заложения забоя скважины над пластом следует определять по формуле

, (1.5)

где h_ло - мощность легкообрушаемой кровли, м;

m - вынимаемая мощность угольного пласта, м.

Длина скважин при односторонней схеме расположения принимается из расчета, чтобы расстояние от забоя скважины до штрека было не больше R_эф, но не менее 5 м. При двусторонней схеме длина скважин принимается такой, чтобы расстояние между забоями скважин составляло 2 R_эф.

Диаметр скважин гидромикроторпедирования составляет 75-112 мм.

Расстояние между скважинами для пород с коэффициентом крепости f £ 8 принимается 20-30 м, для пород с f > 8 - 16-25 м.

Общая масса одновременно взрываемого заряда в одиночной скважине не должна превышать 27 кг. Торпеды в одиночных скважинах располагают в местах ослабленных контактов основной кровли для того, чтобы энергией взрыва инициировать расслоение труднообрушаемых пород. В зависимости от наличия ослабленных контактов определяют количество

и места расположения торпедозарядов. Взрывание торпедозарядов производят вне зоны опорного давления.

Угол разворота скважин b в зависимости от направления основной системы трещиноватости пород принимается 50-80^о. Разворот скважин в сторону очистного забоя обеспечивает более равномерную гидрообработку труднообрушаемой кровли в зоне опорного давления, так как при этом раскрытие трещин в верхней части скважины происходит раньше, чем на участке, близком к устью.

Одним из основных элементов гидромикроторпедирования является гидрообработка труднообрушаемой кровли.

Предварительная гидрообработка пласта ведется вне зоны опорного давления очистного забоя до и после взрывания зарядов в скважинах в двух режимах: низконапорном и высоконапорном.

Низконапорное увлажнение производится от противопожарного трубопровода под давлением не выше 2 МПа.

При высоконапорном увлажнении насосными установками типа УНВ-2, УН-85, УГН давление нагнетания постепенно повышается от 2-3 до 6-8 МПа.

Последующая гидрообработка труднообрушаемой кровли ведется в зоне опорного давления в режиме гидроразрыва при давлении нагнетания (0,6-1,1)gН. Нагнетание прекращают при падении давления до 2-3 МПа или прорыве воды в пространство очистного забоя.

Взрывогидрообработка предназначена для создания трещиноватости в массиве труднообрушаемых пород путем взрывания скважинных зарядов ВВ массой 35-50 кг с последующим низконапорным увлажнением от шахтного противопожарного трубопровода.

К основным параметрам способа относятся:

- высота заложения нижнего торца заряда над угольным пластом h_нт, м;

- высота заложения верхнего торца заряда над угольным пластом h_вт, м;

- длина скважин l_скв, м;

- диаметр скважин d_скв, мм;

- расстояние между скважинами a, м;

- масса заряда Q, кг.

- угол разворота скважин относительно прилегающих выработок b, град;

- угол подъема скважин над пластом q, град;

При взрывогидрообработке применяются одно- или двусторонние схемы расположения скважин (рис.1.5).

Рис.1.5. Схемы расположения и параметры скважин

для взрывогидрообработки труднообрушаемой кровли:

а - при односторонней схеме;

б - при двусторонней схеме.

Высота заложения нижнего торца заряда над угольным пластом h_нт принимается не менее 4 м.

Высота заложения верхнего торца заряда над угольным пластом h_вт (м) определяется по формуле

, (1.6)

где m - вынимаемая мощность пласта, м;

К_р - коэффициент разрыхления основной кровли:

- для труднообрушаемых алевролитов К_р =1,2;

- для песчаников К_р =1,15.

Длина скважин при односторонней схеме их расположения принимается такой, чтобы расстояние от проекции забоя скважины на пласт до подготовительной выработки составляло не более 4 м (рис.1.5, а). При двусторонней схеме расположения длину скважин принимают такой, чтобы расстояние между забоями скважин составляло 3-5 м (рис.1.5, б).

Диаметр скважин взрывогидрообработки принимается 42 мм.

Расстояние между скважинами а (м) определяется по формуле

, (1.7)

где R_эф - радиус зоны гидрообработки после нагнетания воды, м (обычно принимается 7-8 м).

Длина заряда ВВ не должна превышать 30 м.

Угол разворота скважин b относительно очистного забоя принимается таким, чтобы угол между скважиной и направлением кливажа пород составлял 30^о.

После взрывания скважин производится нагнетание воды от противопожарного трубопровода. Время нагнетания воды - не менее 6 ч.

Принудительное обрушение кровли взрыванием скважинных зарядов предназначено для обрушения труднообрушаемых пород кровли в выработанном пространстве очистного забоя на высоту до 10 м. Способ применяется на шахтах, не опасных по газу и пыли.

Скважины бурятся параллельно линии очистного забоя. Применяются одно- и двусторонние схемы расположения скважин.

При односторонней схеме расположения скважин их длина принимается такой, чтобы расстояние от проекции верхнего торца заряда на пласт до подготовительной выработки составляло 20 м.

При двусторонней схеме расположения скважин их длину принимают такой, чтобы расстояние между забоями скважин составляло 20 м.

Кровля под действием взрыва разделяется на слои, затем они обрушаются при зависании, меньшим по сравнению с естественным шагом обрушения основной кровли. Это исключает воздушные удары и формирование больших нагрузок на механизированные крепи.

Принудительное обрушение кровли взрыванием шпуровых зарядов предназначено для ликвидации зависаний крепкой непосредственной кровли пласта.

Шпуры в непосредственную кровлю пласта бурятся из призабойного пространства очистного забоя длиной 2-3 м под углом к горизонтальной плоскости 60-65^о. Диаметр шпуров 42-50 мм.

Расстояние между шпурами принимается 0,9-2,0 м.

Способ подработки предназначен для регионального ослабления пород труднообрушаемой кровли пласта путем предварительной выемки нижележащего пласта. Разупрочнение происходит за счет образования трещин в углепородном массиве. Степень разупрочнения пород снижается с удалением от подрабатываемого пласта и с уменьшением его мощности.

Подработку следует предусматривать при проектировании и реконструкции шахт, перспективном планировании отработки шахтных полей и горизонтов.

Порабатывающий пласт следует отрабатывать по бесцеликовой технологии, а проводить выработки на подрабатываемом пласте - после его подработки.

Минимальная относительная мощность междупластья принимается не менее 6m (m - вынимаемая мощность подрабатывающего пласта).

Максимальная мощность междупластья не должна превышать величин, указанных в табл.1.1.

Таблица 1.1

Максимальная мощность междупластья, м

Вынимаемая мощность подрабатывающего пласта m, м	0,5	1,0	2.0	3,0	3,5	4,0	5,0
Максимальная мощность междупластья М, м

Рис.1.6. Схема построения разупрочненной зоны

на подрабатываемом пласте:

а - разрез по простиранию пласта;

6 - разрез по падению пласта.

Размеры зоны разупрочнения в плоскости подрабатываемого пласта определяются углами разупрочнения (рис.1.6):

- по простиранию - d_р1 (d_р1=53^о);

- по падению - d_р2 (d_р2=60^о);

- по восстанию - d_р3 (d_р3=60^о).

Направленный гидроразрыв предназначен для создания направляющих трещин в породах основной кровли за счет нагнетания воды в режиме гидроразрыва.

К основным параметрам способа относятся:

- высота заложения щели от поверхности обнажения кровли или пласта Z, м;

- расстояние от устья скважины до места заложения щели l_скв, м;

- расстояние между скважинами a, м;

- угол разворота скважин относительно прилегающих выработок b, град;

- угол наклона щели к плоскости напластования g, град.

Рис.1.7. Схемы разупрочнения кровли направленным гидроразрывом

Для снижения тяжести проявления первичного обрушения основной кровли применяются две схемы расположения скважин:

- скважины 1 расположены под углом к напластованию перпендикулярно плоскости забоя, щели 2 создают продольно по оси скважины (рис.1.7, а);

- скважины пробурены под углом к напластованию в сторону выработанного пространства перпендикулярно плоскости забоя, щели 3 создают перпендикулярно оси скважины (рис.1.7, б).

Для снижения тяжести проявления последующих посадок основной кровли применяется схема, приведенная на рис.1.7, б, а также схема с бурением скважин из прилегающих выработок (рис.1.7, в).

Высота заложения щели от поверхности обнажения кровли или пласта Z (м) рассчитывается по формуле

, (1.8)

где h_п - высота зоны обрушения пород кровли, м;

h_ло - мощность легкообрушаемой кровли, м.

Высота зоны обрушения пород кровли определяется по формуле

, (1.9)

где m - вынимаемая мощность пласта, м;

К_ло, К_то - коэффициенты разрыхления соответственно легкообрушаемой и труднообрушаемой кровли.

Расстояние от устья скважины до места заложения щели l_скв (м) составляет:

- для щели, создаваемой перпендикулярно оси скважин

, (1.10)

- для щели, создаваемой продольно оси скважин

, (1.11)

где g - угол наклона щели к плоскости напластования, град.

Расстояние между скважинами a (м) определяется по формуле

. (1.12)

Разупрочнение способом направленного гидроразрыва включает следующие операции:

- бурение скважин и выпиливание щелей;

- герметизацию скважин;

- нагнетание воды в скважины в режиме гидроразрыва.

Гидродинамическая стратификация предназначена для ослабления контактов между слоями пород основной кровли.

Рис.1.8. Схема гидродинамической стратификации основной кровли:

1 - скважины;

2 - механизированная крепь;

3 - трещины в породах кровли;

4 - инициирующая щель.

Гидродинамическая стратификация осуществляется бурением восстающих скважин (рис.1.8). Затем в скважинах нарезают инициирующую щель на определенной высоте по мощности основной кровли и нагнетают жидкость в режиме гидроразрыва. В результате разрыва происходит разрастание щели в заданном направлении.

Диаметр скважин должен составлять 45-93 мм, диаметр щели - 1,8-2,0 диаметра скважин.

Гидродинамическая стратификация производится из подготовительных выработок вне зоны опорного давления на расстоянии 70-100 м от очистного забоя.

1.5. Управление горным давлением при отработке пластов, осложненных нарушениями

Тектонические нарушения являются вторым (после труднообрушаемой кровли) наиболее часто встречающимся фактором, осложняющим работу очистных забоев.

При отработке пластов, осложненных нарушениями, выявлены следующие основные закономерности:

- с увеличением глубины разработки на 100-120 м интенсивность (ча-стота) нарушений возрастает на 5-7 %;

- в окрестностях тектонического нарушения развивается интенсивная трещиноватость, а размер зоны влияния одиночного тектонического нарушения может достигать 30-100 м;

- в зоне влияния опорного давления очистного забоя происходит интенсивное неуправляемое вывалообразование.

В Кузбассе встречаются в основном два типа геологических нарушений: дизъюнктивные (разрывные) и пликативные.

К дизъюнктивным нарушениям относятся сбросы, взбросы и надвиги - дислокации со смещением крыльев пласта относительно друг друга по сместителю и ярко выраженной зоной их тектонического влияния. При планировке шахтных полей крупные геологические нарушения такого вида являются естественными границами выемочных блоков и участков.

К пликативным нарушениям относятся пережимы, вздутия пласта, складчатость, перемятость угля и вмещающих пород и т.д. Такие нарушения возникают под влиянием тектонической деятельности или ее последствий.

С точки зрения технологии геологические нарушения целесообразно классифицировать на протяженные и площадные. Протяженные - это нарушения, продольный размер которых в 2 раза и более превышает поперечный. Продольный и поперечный размеры площадных нарушений отличаются менее чем в 2 раза. Чаще всего дизъюнктивные нарушения оказываются протяженными, а пликативные - площадными.

Основные параметры дизъюнктивного нарушения, оказывающие влияние на процессы очистных работ, сводятся к 4 показателям:

- форма или тип нарушения;

- амплитуда разрывного нарушения по нормали к напластованию;

- протяженность нарушения в контуре выемочного столба;

- ориентация нарушения относительно линии очистного забоя и направления его подвигания.

По переходимости нарушения делятся на две группы:

- переходимые (при мощности пласта больше амплитуды сместителя);

- непереходимые (при мощности пласта меньше амплитуды сместителя).

Целесообразность перехода при первом типе нарушений устанавливается без экономической оценки, а при втором типе эта оценка обязательна.

Если целесообразность перехода нарушения комплексом по сравнению с перемонтажем не вызывает сомнений, то следует учитывать, что в этом случае:

- уменьшается добыча угля из лавы;

- увеличивается зольность горной массы;

- увеличивается износ оборудования комплекса;

- возникают дополнительные затраты на специальные мероприятия (химическое упрочнение, разупрочнение основной кровли, укрепление вывалов и заделка куполов).

При переходе нарушений эффективность выемки пластов комплексами снижается из-за повышенного износа входящих в него машин. Повышенный износ вызывается следующими причинами:

- увеличением горного давления на крепь (при этом происходит высыпание пород, куполение, что приводит к перекосам секций крепи, попаданию абразивных и крепких пород кровли под шнеки комбайна и на забойный конвейер);

- необходимостью присечки породы, которая возникает при формировании искусственных плоскостей перехода в боковых породах.

Общие принципы работы очистного забоя при переходе разрывных нарушений сводятся к следующему:

1. Выбор направления движения очистного забоя при столбовой системе разработки:

- по падению-восстанию - при расположении плоскости нарушения в направлении падения пласта;

- по простиранию - при расположении плоскости нарушения в направлении простирания пласта.

2. Разработка паспорта дополнительных мероприятий по обеспечению работоспособности оборудования в зоне влияния геологического нарушения и при его переходе:

- передвижение секций крепи с остаточным подпором;

- сокращение гидравлической раздвижности секций;

- снижение горного давления (например, разупрочнением пород кровли);

- упрочнение пласта и пород кровли.

3. Выбор способа перехода нарушения:

- мелкоступенчатый поворот в вертикальной плоскости с подрывкой пород кровли (почвы) исполнительным органом комбайна или БВР;

- поворот комплекса в вертикальной плоскости в непосредственной близости к нарушению (возводится опора под верхняк секции, затем производится сокращение гидростойки и поднятие основания секции, заводка под основание деревянного бруса и дальнейшее движение механизированного комплекса ведется под углом к плоскости пласта);

- поворот комплекса в горизонтальной плоскости.

4. Применение на исполнительном органе комбайна резцов повышенной прочности.

При переходе геологических нарушений важное значение имеют следующие технические показатели комплексов:

- максимально допустимый угол наклона комплекса по падению и восстанию;

- максимально допустимый угол наклона комплекса по простиранию;

- допустимый угол разворота смежных элементов крепи и секций конвейера в горизонтальной плоскости;

- угол допустимого взаимного разворота секций конвейера в вертикальной плоскости;

- максимально возможная глубина опускания шнека комбайна ниже плоскости става конвейера;

- устойчивость крепи механизированного комплекса;

- привязка става конвейера к секциям крепи.

Чем шире кинематические возможности механизированных комплексов, тем благоприятнее условия маневрирования ими в зоне нарушений.

При переходе лавы через узкую критическую зону геологического нарушения, расположенного параллельно очистному забою в условиях неустойчивой кровли, необходимо обеспечить одновременное нахождение в ней минимального числа секций механизированной крепи. В таком случае переход осуществляется с предварительным поворотом комплекса в горизонтальной плоскости. Это обеспечивает уменьшение ширины одновременно вскрываемой зоны нарушения, что позволяет вести дополнительные работы по управлению процессом взаимодействия крепи с вмещающими породами без увеличения затрат времени на выемку угля.

При переходе лавы через диагонально расположенное нарушение в условиях устойчивых вмещающих пород (вне зоны возможной первичной посадки основной кровли) также возникает необходимость предварительного поворота комплекса, но уже с целью занятия им фронтального положения относительно нарушения. Это позволяет сократить срок перехода лавы через нарушение.

В тех случаях, когда нарушение непереходимо из-за слишком больших амплитуд, обводненности или значительной площади нарушения, применяется обвод лавы по контуру нарушения. Основным способом обвода лавы по контуру нарушения является обвод ее маневрирующим механизированным комплексом. При осуществлении поворотов необходимо контролировать прямолинейность забоя, а также обеспечивать устойчивость кровли у центра разворота путем усиления призабойной крепи и применения перемещающегося центра разворота.

Способы перехода зон повышенной трещиноватости:

- оставление защитной пачки угля в кровле;

- опережающее крепление нарушенных пород кровли анкерами;

- заполнение пустот в кровле путем установки костровой крепи или применения вспенивающихся полимерных составов;

- проведение опережающей выработки с последующим переходом её механизированным способом (способ применяется в случае отсутствия достоверной информации о горнотехнической обстановке в зоне влияния нарушения и для осуществления предупреждающих мероприятий по упрочнению нарушений пород).

Контрольные вопросы:

1. Зоны влияния очистных работ в массиве горных пород.

2. Распределение величины опорного давления в краевой части пласта.

3. Коэффициент концентрации напряжений.

4. Классификация основной кровли по обрушаемости.

5. Меры борьбы с отжимом угля и высыпанием породы из кровли пласта в очистном забое.

6. Способы управления кровлей в очистном забое и область их применения.

7. Способы разупрочнения труднообрушаемых кровель угольных пластов.

8. Классификация нарушений.

9. Общие принципы работы очистного забоя при переходе разрывных нарушений.

10. Предварительный поворот комплекса при переходе нарушенных зон в условиях устойчивой и неустойчивой кровли.

11. Способы перехода очистным забоем зон повышенной трещиноватости.