CC BY
45
УДК 622.272.016.52:622.833.5 © А.А. Хмелинский, С.Н. Мефодьев, А.А. Ренев, А.В. Андреев, 2018
Формирование горной выработки вприсечку к очистному забою в условиях влияния геологического нарушения и в зонах повышенного горного давления от параллельных лав вышележащего пласта
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2018-5-43-46
В статье представлен опыт формирования демонтажной камеры пласта «Лутугинский» вприсечку к очистному забою в условиях влияния геологического нарушения Х-Х и в зоне повышенного горного давления от параллельных межлавных целиков двух лав, оставленных при отработке вышележащего пласта «<Владимировский-!»> в Филиале АО «<Черниговец»> - Шахта «<Южная»> (входит в состав АО ХК «<СДС-Уголь»), Изучение и исследования в сложных горно-геологических условиях опыта ведения демонтажныхработ и применение способа формирования демонтажной камеры за счет проведения горной выработки проходческим комбайном избирательного действия, вприсечку к очистному забою с применением анкерных систем позволили сформировать демонтажную камеру в условиях нарушенных пород и обеспечить дальнейшее поддержание выработки без вывалов угля (породы) и куполообразования на весь срок демонтажных работ В свою очередь, применение инновационных анкеров типа АБ01 позволило выполнить проходческие работы в условиях нарушенной кровли, а применение анкеров типа АК02Б - обеспечить последующее безаварийное поддержание кровли демонтажной камеры в опасных зонах на весь срок демонтажных работ. Все вышеперечисленное позволило: упростить монтаж всех необходимых коммуникаций для ведения демонтажных работ (монорельсовой подвесной дороги, трубопровода со сжатым воздухом и эмульсионного высоконапорного трубопровода); снизить трудоемкость доставки крепежных материалов (доставка материалов по МПД вместо доставки силами горнорабочих при формировании камеры очистным комбайном); выполнить демонтажные работы с минимальными трудозатратами и в приемлемые сроки. Ключевые слова: сложные горно-геологические условия, де-монтажная камера, проходческий комбайн, анкерная крепь, канатный анкер, высокопрочная полимерная сетка, проходка горной выработки комбайном вприсечку.
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время на угольных шахтах, отрабатывающих пласты длинными очистными забоями, применяются следующие основные виды демонтажных камер:
- камера, формируемая узкозахватным очистным комбайном с заводкой секций крепи под «брус»;
- камера, формируемая узкозахватным очистным комбайном с заводкой секций крепи под высокопрочное полимерное перекрытие;
- камера, формируемая проходческим комбайном.
ХМЕЛИНСКИЙ Андрей Анатольевич
Канд. техн. наук, начальник департамента ПГР АО ХК «СДС-Уголь», 650066, г. Кемерово, Россия, e-mail: [email protected]
МЕФОДЬЕВ Сергей Николаевич
Главный инженер Филиала АО «Черниговец» -Шахта «Южная» (АО ХК «СДС-Уголь»), 652432, п. Разведчик, Кемеровская обл., Россия, e-mail: [email protected]
РЕНЕВ
Алексей Агафангелович
Доктор техн. наук, профессор, заведующий кафедрой «Разработки месторождений полезных ископаемых» КузГТУ им. Т.Ф. Горбачева, 650000, г. Кемерово, Россия, тел.: +7 (3842) 39-69-09
АНДРЕЕВ
Алексей Владимирович
Заместитель главного технолога Филиала АО «Черниговец» -Шахта «Южная» (АО ХК «СДС-Уголь»), 652432, п. Разведчик, Кемеровская обл., Россия, e-mail: [email protected]
Независимо от способа формирования, в различных горногеологических условиях угольные предприятия сталкиваются с рядом сложностей как непосредственно при формировании, так и при поддержании демонтажных камер. В настоящей статье на примере опыта Филиала АО «Черниговец» - Шахта «Южная» при формировании демонтажной камеры в сложных горно-геологических условиях будут рассмотрены возникшие проблемы и способ их решения [1, 2, 3, 4, 5, 6].
ПРОБЛЕМЫ И СПОСОБЫ ИХ РЕШЕНИЯ
Филиал АО «Черниговец» - Шахта «Южная» ведет поочередную разработку двух сближенных угольных пластов «Владимировский-11» и «Лутугинский». Пласт «Лутугинский» является нижним рабочим пластом.
Породы, залегающие в кровле пласта, имеют непостоянную мощность и отличаются изменчивостью слоев по сравнению с другими горизонтами кемеровской свиты. Отработка выемочных столбов пласта «Владимировский-И» осуществляется с оставлением неизвлекаемых «межлавных» угольных целиков, что приводит к образованию зон повышенного горного давления (ПГД) на пласте «Лутугинский». Помимо «межлавных» целиков зоны ПГД проявляются от оставленных краевых частей неотработанного массива пласта «Владимировский-11». Для минимизации опасного влияния зон ПГД на горные выработки пласта «Лутугинский» проектной документацией предусмотрено смещение подготовительных выработок за границы зон ПГД.
Первоначально формирование демонтажной камеры производилось при помощи очистного комбайна с заводкой секций крепи под высокопрочную полимерную сетку с последующим применением двухуровневой анкерной крепи. Указанный способ формирования демонтажн ых камер успешно применялся при демонтажных работах на ранее отработанных выемочных участках, является эффективным и хорошо зарекомендовал себя с позиции высоких темпов демонтажа и безопасности ведения работ.
Необходимо отметить, что проектной документацией было предусмотрено заложение демонтажной камеры, как в зоне ПГД от параллельных межлавных целиков угля, оставленных при ведении очистных работ в двух лавах по вышележащему пласту «Владимировский-11» (опасные зоны
Рис. 1. Характерные разрушения пород кровли в районе обследованных скважин: а - скважина № 1; б - скважина № 2; в - скважина № 3 Fig. 1. Typical roof failure in the surveyed mines area: а - mine No. 1; b - mine No. 2; c - mine No. 3
№ 241 и № 242), так и в зоне влияния геологического нарушения X-X (опасная зона № 79) [6].
Таким образом, в процессе формирования демонтажной камеры по пласту «Лутугинский» в сложных горногеологических условиях были отмечены проявления горного давления в виде повышенной трещиноватости массива пород кровли, вывалов угля и породы, образования куполов в кровле формируемой демонтажной камеры, вследствие чего произошло замедление темпов формирования демонтажной камеры и последующее «задавливание» части секций механизированной крепи под воздействием горного давления.
В результате посадки «насухо» части секций механизированной крепи дальнейшее формирование демонтажной камеры с помощью очистного комбайна стало технически неосуществимо. Для возобновления демонтажных работ принято решение о необходимости формирования демонтажной камеры проходческим комбайном, посредством проведения горной выработки вприсечку к очистному забою.
Для этого было выполнено предварительное изучение горно-геологических и горнотехнических условий выемочного участка, в том числе проведены прикладные исследования состояния кровли формируемой демонтажной камеры в зоне проявления горного давления в районе секций №№ 50-70 [6].
Между секциями №№ 67-68, 69-70, 50-51 были пробурены скважины № 1, № 2 и № 3 соответственно глубиной 7,8 м каждая и проведено их обследование при помощи видеоэндоскопа Wöhler VIS 350 с целью выявления расслоений и трещиноватости массива пород кровли.
Обследование скважин № 1 и № 2 выявило схожую систему повторяющихся внутрипластовых крутопадающих трещин искусственного происхождения, каверн, горизонтальных деформаций пород кровли пласта, образование зияющих полостей в результате обрушения пород по всей длине скважин (рис. 1, а, б). Интервалы ненарушенных пород в скважине № 1 расположены на глубинах от 1,6 до 3,77 м, в скважине № 2 - от 1,39 до 3,68 м. Обследование скважины № 3 выявило систему наклонных, крутопадающих трещин искусственного происхождения, осложненную образованием каверн в результате горизонтального смятия пород кровли, интервалы ненарушенных пород расположен ы на глубинах от 0,27 до 1,93 м (см. рис. 1, в).
Из этого следует, что в районе секций №№50-70 произошли значительное разупрочнение и последующее разрушение пород кровли под влиянием очистных работ. При этом образованные трещины в породах кровли простираются на значительную глубину, более 7,5 м.
Для ведения проходческих работ в описанных условиях было принято решение о применении инновационных анкеров АБ01 с последующим упрочнением разрушенных пород, посредством нагнетания через них двухкомпонентной полимерной смолы. Это позволило сформировать слой консолидированного породного массива впереди проходческого забоя, а также исключить обрушения и куполообразова-ния при последующих обнажениях кровли во время проходческих работ. Для безаварийного поддержания сформированной демонтажной камеры на весь срок демонтажных работ в качестве крепи усиления предложено применение канатных анкеров АК02Б с последующим упрочнением более глубоких слоев кровли на нарушенных участках двухкомпо-нентными полимерными смолами.
На основе результатов проведенных исследований, направленных на уточнение горно-геологических данных на
проблемном участке, была разработана проектная документация на «Техническое перевооружение опасного производственного объекта «Шахта «Южная» (филиал АО «Черниговец») в части формирования демонтажной камеры пласта «Лутугинский» в зоне ПГД от параллельных целиков отработанной лавы вышележащего пласта «Владимировский-11» [1, 2, 4].
Проектной документацией предусмотрено проведение демонтажной камеры проходческим комбайном избирательного действия типа КП-21 шириной 3,5 м и высотой 3,5-4 м вприсечку к очистному забою.
На всем протяжении выработки кровля закреплялась анкерами типа АКМ20.01 длиной 2,9 м в количестве четырех штук в ряду с шагом не более 0,8 м. В качестве общего опорного элемента использовался штрипс длиной 3,2 м в сочетании с индивидуальными опорными элементами (шайбами) размером не менее 180х 180x5 мм. Перетяжка кровли выполнялась металлической решетчатой затяжкой 1000x1200 мм.
Усиление крепи кровли выработки выполнялось непосредственно в забое. В качестве крепи усиления была предусмотрена установка подхвата из отрезков СВП-22 (27) длиной 3,9 м фланцами вниз, один край которого заводится под козырек секций механизированной крепи и прижимается к кровле выработки. Через отверстия в СВП устанавливались два канатных анкера АК02Б (АК01) длиной 7 м в сочетании с полусферической шайбой 300x300x8 мм. Шаг установки анкеров усиления составлял 0,8 м (рис.2). На участках опасной зоны № 79 анкера типа АК02Б дополнительно прокачивались двухкомпонентной полимерной смолой.
При подходе к секции № 70 в проходческом забое производилось упрочнение кровли с применением самозабуривающихся анкеров АБ01. Для упрочнения применялись анкеры длиной 3 м в количестве трех штук в ряду. Анкеры забуривались в кровлю выработки под углом 5-15°, при этом первый анкер устанавливался под углом 15° от оси выработки в сторону угольного массива, а второй и третий - параллельно (рис. 3).
После установки анкеров АБ01 производилось упрочнение массива путем нагнетания через них двухкомпонентной полимерной смолы. Установка анкеров АБ01 и упрочнение массива скрепляющими составами производились через каждые три проходческих цикла (2,4 м) до секции № 52.
В отличие от ранее описанной схемы крепления, при подходе к секции № 70 и до секции № 52 шаг установки крепи первого уровня сокращался с 0,8 м до 0,5 м. В качестве крепи усиления устанавливались два анкера типа АК02Б длиной 8 м с шагом не более 0,8 м. Упрочнение кровли путем нагнетания скрепляющих составов через анкеры АК02Б осуществлялось непосредственно в проходческом забое. На расстоянии 20 м от проходческого забоя по боку выработки со стороны целика под СВП устанавливалась деревянная стойка диаметром 200-250 мм. В зоне секций № 63-58 после установки анкеров под подхват дополнительно по краю выработки возле секций механизированной крепи устанавливалась деревянная стойка диаметром 200-250 мм.
В соответствии с разработанной проектной документацией и предусмотренными в ней мероприятиями по упрочнению нарушенного породного массива было выполнено проведен ие горной вы работки вприсеч ку к оч истному забою и таким
лшгоощцгн дт-jffl ' L-iVja
Рис. 2. Схема крепи демонтажной камеры в районе секций № 52-57 и №6 4-70
Fig. 2. Drawing of break-down chamber support in the area of NN 52-57 and NN 64-70 sections
:. 3. Схема крепи демонтажной камеры с установкой анкеров АБ01 . 3. Drawing of break-down chamber support with АБ01 bolting
образом завершено формирование демонтажной камеры. В процессе проведения горной выработки также производился монтаж монорельсовой подвесной дороги (далее МПД) и других коммуникаций, необходимых как при операциях по проведению и креплению выработки, так и при последующем демонтаже очистного механизированного комплекса. Помимо этого, применение инновационных технических и технологических решений позволило выполнить работы по формированию демонтажной камеры и демонтажу очистного оборудования с минимальными трудозатрами и в приемлемые сроки.
ВЫВОДЫ
В сложных горно-геологических условиях ведения демон-тажных работ при отработке пласта «Лутугинский», в зоне влияния геологического нарушения X-X, и зоне ПГД от параллельных межлавных целиков двух лав, оставленных при отработке вышележащего пласта «Владимировский-II», применение способа формирования демонтажной камеры за счет проведения горной выработки проходческим комбайном избирательного действия вприсечку к очистному забою с применением анкерных систем позволило:
- сформировать демонтажную камеру в условиях нарушенных пород и обеспечить дальнейшее поддержание выработ-
ки без вывалов угля (породы) и куполообразования на весь срок демонтажных работ;
- применение инновационных анкеров типа АБ01 позволило выполнить проходческие работы в условиях нарушенной кровли, а применение анкеров типа АК02Б - обеспечить последующее безаварийное поддержание кровли демонтажной камеры в опасных зонах на весь срок демонтажных работ;
- упростить монтаж всех необходимых коммуникаций для ведения демонтажных работ (монорельсовой подвесной дороги, трубопровода со сжатым воздухом и эмульсионного высоконапорного трубопровода);
- снизить трудоемкость доставки крепежных материалов (доставка материалов по МПД вместо доставки силами горнорабочих при формировании камеры очистным комбайном);
- выполнить демонтажные работы с минимальными трудозатратами и в приемлемые сроки.
Список литературы
1. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности в угольных шахтах», утвержденные приказом Ростехнадзора № 550 от 19.11.2013 и зарегистрированные в Минюсте России 31.12.2013 № 30961.
2. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Инструкция по расчету и применению анкерной крепи на угольных шахтах». Серия 05. Выпуск 42. М.: ЗАО НТЦ ПБ, 2015. 186 с.
3. Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР. Л.: ВНИМИ, 1986, 222 с.
4. Техническое перевооружение опасного производственного объекта «Шахта «Южная» (филиал АО «Черниговец») в части формирования демонтажной камеры пласта «Лутугинский» в зоне ПГД от параллельных целиков лавы пласта «Владимировский-II». Кемерово: ООО «РАНК 2», 2017. 83 с.
5. Опыт применения канатных анкеров в качестве крепи усиления демонтажных камер и выработок, поддерживаемых на границе с выработанным пространством и методика расчета их параметров / под ред. В.Ю. Изаксона. Кемерово: Институт угля и углехимии СО РАН, ООО РАНК, 2008. 220 с.
6. Физико-технические свойства горных пород и углей Кузнецкого бассейна / Г.Г. Штумпф, Ю.А. Рыжков, В.А. Шаломанов, А.И. Петров. М.: Недра, 1994.
UNDERGROUND MINING
UDC 622.272.016.52:622.833.5 © A.A. Hmelinskiy, S.N. Mefodiev, A.A. Renev, A.V. Andreev, 2018 ISSN 0041 -5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' - Russian Coal Journal, 2018, № 5, pp. 43-46
Title
BREAK-DOWN CHAMBER ARRANGEMENT SKIN-TO-SKIN wITH THE BREAKING FACE UNDER CONDITIONS OF GEOLOGIC DISTURBANCES AND IN THE AREAS OF EXCESSIVE ROCK PRESSURE FROM PARALLEL LAVAS OF OVERLYING FORMATIONS
DOI: http://dx.doi.org/! 0.18796/0041 -5790-2018-5-43-46
Authors
Hmelinskiy A.A.1, Mefodiev S.N.2, Renev A.A.3, Andreev A.V.2
1 "SBU-Coal" Holding Company JSC, Kemerovo, 650066, Russian Federation
2 "Chernigovets" JSC branch, "Yuzhnaya" mine, settlement Razvedchik, Kemerovo region, 652432, Russian Federation
3 T.F. Gorbachev Kuzbass State Technical University (KuzSTU), Kemerovo, 650000, Russian Federation
Authors' Information
Hmelinskiy A.A., PhD (Engineering), Underground mining Department Head, e-mail: [email protected]
Mefodiev S.N., Chief Engineer, e-mail: [email protected]
Renev A.A., Doctor of Engineering Sciences, Professor,"Mineral Resources Deposits
Development" Department Head, tel.: +7 (3842) 39-69-09
Andreev A.V., Deputy Chief Process Engineer,
e-mail: [email protected]
Abstract
The paper presents the "Chernigovets" JSC branch, "Yuzhnaya" mine (incorporated in "SBU-Coal" Holding Company) practice of Lutuginskiy formation break-down chamber arrangement skin-to-skin with the breaking face under conditions of X-X geologic disturbance and in the area of excessive rock pressure from parallel inter-lava pillars of lavas NN 6B and 7B, left after overlying "Vladimirovskiy-II" bed extraction. Study and examination of breakdown activities and break-down chamber arrangement practice during mine workings using selective heading machine skin-to-skin with breaking face with rock bolting enabled break-down chamber arrangement under conditions of rock disturbances and ensured further working progression without coal (rock) inrush and doming during the entire break-down activities. A501 type innovative bolting application allowed heading under the conditions of roof disturbances, and AK025 type bolting ensured accident-free breakdown roof support in hazardous areas during the entire period of break-down activities. The above factors enabled:
- facilitation of the engineering structures installation for break-down activities (suspension type monorail, compressed air piping and high pressure emulsion line);
- reduce labor intensity associated with support materials delivery (materials delivery by monorail, instead of using miners' labor during chamber arrangement by stoping machine);
- break-down activities execution with minimum labor costs and within reasonable timeframe.
Figures:
Fig. 1. Typical roof failure in the surveyed mines area: a - mine No. 1; b - mine No. 2; c - mine No. 3
Fig. 2. Drawing of break-down chamber support in the area of NN 52-57 and NN 64-70 sections
Fig. 3. Drawing of break-down chamber support with AB01 bolting
Keywords
Break-down chamber, Heading machine, Roof bolting, Rope bolt, Heavy-duty polymer net.
References
1. Federalnye normy i pravila v oblasti promyshlennoy bezopasnosti "Pravila bezo-pasnosti v ugolnyh shahtah" [Federal industrial safety norms and regulations"Coal mines safety regulations", endorsed by the directive of Rostekhnadzor No. 550, dated 19.11.2013 and registered with the Ministry of Justice of the Russian Federation on 31.12.2013 no.30961].
2. Federalnye normy i pravila v oblasti promyshlennoy bezopasnosti "Instruktsiya po raschetu i primeneniyu ankernoy krepi na ugolnyh shahtah". Seriya 05, Vypusk 42. [Federal industrial safety norms and regulations "Guidelines for roof bolting calculation and application in coal mines". Series 05, Issue 42]. Moscow, ZAO NTTs PB Publ., 2015, 186 p.
3. Ukazaniya po ratsionalnomu raspolozheniyu, ohrane i podderzhaniyu gornyh vyrabotok na ugolnyh shahtah SSSR [Guidelines for efficient mine workings layout, preservation and maintenance in coal mines in the USSR]. Leningrad, VNIMI Publ., 1986, 222 p.
4. Tekhnicheskoe perevooruzhenie opasnogo proizvodstvennogo obekta Shahta Yuzhnaya (filial AO Chernigovets) v chasti formirovaniya demontazhnoy kamery plasta Lutuginskiy v zone PGDotparallelnyh tselikovlavy plasta Vladimirovskiy-II [Hazardous production facility "Yuzhnaya" mine ("Chernigovets", JSC branch) re-equipment consisting in break-down chamber arrangement in "Lutuginsky" bed in the area of excessive rock pressure from "Vladimirovsky-II" formation lava parallel pillars]. Kemerovo, "RANK 2" LLC, 2017, 83 p.
5. Opyt primeneniya kanatnyh ankerov v kachestve krepi usileniya demontazhnyh kamer i vyrabotok podderzhivaemyh na granitse s vyrabotannym prostranstvom i metodika rascheta ih parametrov [Practice of rope bolts application for support reinforcement of the break-down chambers and workings, located at the edge of worked-out space, parameters calculation methodology]. Under the editorship of V.Yu. Izakson. Kemerovo, Institute of Coal and Coal Chemistry at Siberian branch of RAS, RANK LLC, 2008, 220 p.
6. Stumpf G.G., Ryzhkov Yu.A., Shalomanov V.A., Petrov A.I. Fiziko-tekhnicheskie svoystva gornyh porod i ugley Kuznetskogo basseyna [Physical and technical properties of Kuznetsk basin rock and coal]. Moscow, Nedra Publ., 1994.
