автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Обоснование рациональной технологии выемки оставленных запасов угля мощных пологих пластов (На примере Карагандинского бассейна)

Мшшстерство топлива и энергетики РФ Российская академия наук Институт горного дела им. А.А.Скочинского

ОД

На правах рукописи

5 НИВ

Альберт Гергардович САЛАМАТИН

УДК 622.272.03:722.23

ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ВЫЕМКИ РАНЕЕ ОСТАВЛЕННЫХ ЗАПАСОВ УГЛЯ МОЩНЫХ ПОЛОГИХ ПЛАСТОВ

(На примере Карагандинского бассейна)

Специальность 05.15.02 - "Подземная разработка месторождении полезных ископаемых"

Диссертация в форме научного доклада на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1995

Работа выполнена на шахте им. Т.Кузембаева производственном объединения по добыче угля "Карагандауголь".

Официальные оппоненты:

на заседании диссертационного совета К 135.05.03 ИГД им. А.А.Скочинского (140004, г. Люберцы Московской обл.). /

С диссертацией можно ознакомиться в секретариате ученого совета института.

Отзывы в двух экземплярах просим направлять по адресу: 140004, г. Люберцы Московской обл., ИГД им. А.А.Скочинского.

Ученый секретарь диссертационного совета

проф., дохт.техн.наук И.Г.ИЩУК

проф., докт.техн.иаук А.В.Стариков, канд.техн.наук Д.Т.Горбачев.

1995 г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В диссертации, представленной в форме научного доклада, данорешение актуальной научной задачи по обоснованию технологии и рациональных параметров выемки запасов угля мощных пологих пластов, которые оставлены в виде целиков и защитных пачек при первоначальной их разработке. Решение этой задачи имеет важное практическое значение для основных угольных бассейнов стран СНГ (Карагандинского, Кузнецкого и др.).

Актуальность решения проблемы обусловлена необходимостью перехода к отработке запасов угля в постоянно усложняющихся горно-геологических условиях и с худшим качеством угля и ограниченностью свободных полей для прирезки. Вследствие этого необходимо осуществлять поиск альтернативных вариантов развития горных работ на действующих шахтах. Одним из альтернативных вариантов является разработка запасов коксующегося угля, списанных в потери при первоначальной отработке. В Карагандинском бассейне, на шахтах Промышленного участка, выявлено 194,2 млн.т коксующегося угля, списанного в потери, в том числе по пластам к^ -137,7 млн.ти к ю -56,5 млн.т. Большая часть (128,1 млн.т, или 65%) запасов сосредоточена в целиках, оставленных для охраны выработок, зданий и сооружений, а меньшая (62,4 млн.т, или 32%) - в защитных угольных пачках на площади отработанных участков.

Вовлечение в разработку этих запасов угля позволит с минимальными капитальными затратами продлить сроки службы шахт, сохранить достигнутые объемы добычи коксующихся углей С хорошими технико-экономическими показателями и снизить социальную напряженность, связанную с закрытием шахт.

В настоящее время отсутствуют исследования, направленные на обоснование рациональных технологических схем выемки

запасов угля, которые оставлены при первичной отработке мощных пологих пластов. Не изучены особенности расположения и состояния запасов угля и проявления горного давления при их извлечении.

Диссертационная работа является итогом многолетних целенаправленных исследований, выполненных автором лично и под его научным руководством сотрудникам« шахты им. Т.Кузем-басва, ПО "Карагандауголь", КарПТИ, ИГД им. А.А.Скочинско-го, КНИУИ и КО ВостНИИ в соответствии с плановыми НИР л ОКР.

Целью исследования является обоснование и разработка рациональных комплексно-механизированных технологий выемки ранее оставленных запасов угля мощных пологах пластов.

Идея работы заключается в использовании закономерностей проявлений горного давления для создания эффективной и безопасной технологии выемки угля на участках мощных пологах пластов, оставленных при первоначальной слоевой их разработке.

Методы исследований включают в себя анализ и обобщение отечественного и зарубежного опыта, шахтные эксперименты и испытания с визуальными наблюдениями и инструментальными измерениями и методы технико-экономического анализа и математической статистики.

Научная новизна проведенных исследований заключается в установлении закономерностей проявления горного давления при разработке консолидированных пластообразпых угольных скоплений, оставленных в защитных угольных пачках и целиках; изучении поведения пород непосредственной н основной кровли и состояния ранее разрушенного угольного пласта, от которых зависят параметры силового взаимодействия механизированной крепи с породами кровли и подкровелыюн угольной толщей при выемке комбайном нижних угольных пачек пласта и в процессе выпуска угля, передвижки и лагружешш секций механизированной крепи.

Достоверность научных положений, выводов и практических рекомендаций подтверждается:

достаточными объемами экспериментальных исследований в шахтных условиях (при подвигашш линии очистных забоев в пределах 3200 м), корректным применением современных методов и средств автоматической регистрации конвергенции пород почвы и кровли, а также регистрации нагрузок «а крепи в течение 860 циклов (погрешность измерений не превышала 5-10%);

апробацией разработанных технологий выемки и средств комплексной механизации на шахте им. Т.Кузембаева в течение 7 лет в 9 выемочных участках с объемом добычи угля свыше 2,3 млн.т.

Практическое значение работы заключается в создании технологий отработки ранее оставленных защитных угольных пачек и целиков мощных пологих пластси с хорошими технико-экономическими показателями, а также в разработке основных требований к конструктивным и силовым параметрам механизированных крепей, предназначенных для применения при этой технологии.

Реализация работы в промышленности. Научные результаты диссертационной работы использованы при разработке технического задания и проектировании механизированного комплекса 2 ОКПВ-70К. Технологические рекомендации, обоснованные в работе, реализуются в ПО "Карагандауголь".

Экономический эффект от использования на шахте им. Т.Кузембаева результатов исследований за 1983-1989 гг. составил более 675 тыс.руб. в ценах тех лет.

Апробация работы. Основные положения диссертации и отдельные результаты исследований докладывались и получили одобрение на научно-теоретических конференциях КарПТИ (г. Караганда, 1986-1989 гг.), научно-экономическом совете ПО "Карагандауголь" (г. Караганда, 1989 г.), Всесоюзной научно-технической конференции МГИ (г, Москва, 1989 г.), на научном совете КНИУИ (г. Караганда, 1989 г.) и научно-техническом совете б. Минуглепрома СССР (г. Москва, 1990 г.).

Публикации. По результатам научных исследований, обобщенных в настоящем докладе, опубликовано 14 работ и получены 2 свидетельства на изобретения.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

Обоснование рациональной технологии выемки пластов,

консолидированных из угольных пачек и оставленных при разработке мощных пологих пластов

Шахта им. Т.Кузембаева ПО "Карагандауголь" в первые годы разрабатывала только мощные пологие пласты к12 и Кю, запасы угля в которых не превышали 17 млн.т. Пласт к^ мощностью 7,5-3,0 м разрабатывался двумя наклонными слоями и экс-

плуатациошше потери угля достигали 34%, включая в себя защитные уголыше пачки в кровле и почве мощностью 0,3-0,5 м и в межслоевой толще - 1,2-1,8 м.

К 1975 г. в основной были отработаны пласты с благоприятными горно-геологическими условиями. Ограниченные размеры прирезанных полей и сложные горно-геологические условия обусловили необходимость изыскания альтернативных вариантов развития горных работ. С этой целью была проведена ревизия запасов угля и переоценка их промышленного значения. Было выявлено свыше 2,4 млн.т запасов угля, сосредоточенных на отработанных ранее участках мощного пласта к12. Эти запасы находились в обрушенных при первоначальной разработке защитных угольных пачках, которые под действием горного давления консолидировалисьвобщийпластмощностыо2,2-3,0м [1 ].

Для вовлечения ранее оставленных запасов в разработку необходимо было изучить условия залегания оставшегося полезного ископаемого, выявить технологические особенности выемки консолидированного пласта и обосновать рациональные параметры технологии, обеспечивающие эффективность и безопасность ведения горных работ, а также испытать в очистных забоях средства комплексной механизации очистных работ и уточнить технические требования к ним.

Условия залегания обрушенных защитных угольных пачек изучались по материалам геолого-маркшейдерской документации, составленной в период первоначальной отработки пласта к 12. По сп ециал ьно раз работанным методикам определялись мощность и структура консолидированных угольных пачек, физико-механические свойства вмещающих пород почвы и кровли и качество угля - при проведении работ по вскрытию и подготовке выемочных участков, а также в процессе их отработки.

При изучении условий залегания было установлено, что полезная мощность консолидированного пласта изменялась по площади выемочного участка от 2,2 до 3,0 м. При этом, несмотря на значительные колебания мощности, угольная залежь сохраняла на преобладающей части площади пластовую форму залегания. Мощность угольной залежи на каждом конкретном участке изменялась в зависимости от того, какая технология выемки применялась при первоначальной отработке пласта К12 (камерная, одно-слоевая или двухслоевая) и каков при этом был уровень механизации очистных работ (широко- или узкозахватные комбайны в сочетании с индивидуальным креплением или механизированный комплекс).

Были проведены исследования качества угля. Усредненные результаты бороздового опробования показали: зольность - 2738%, влажность - 4,2%, марка угля К, содержание серы -0,65%, теплотворная способность-8700 ккал/кг. Консолидированные угольные пачки были дегазированы, имели удовлетворительную слеживаемость и обеспечивали необходимую устойчивость поверхности очистного забоя. Повышению устойчивости кровли вновь образованного пласта в значительной степени способствовали лесоматериалы, оставшиеся в выработанном пространстве при первоначальной отработке верхнего слоя пласта К12 [2,3 ]. Угольные пачки и боковые породы оказались сухими, так как вода дренировалась в выработанное пространство нижележащих горизонтов.

При первоначальной отработке пласта К}2 породы основной кровли относились к средне- и труднсюбрушаемым. После отработки пласта к12 нижние слои пород основной кровли в результате образования трещин и нарушения сплошности превратились из труднообрушаемых в легкообрушаемые, мощность которых превышала трехкратную вынимаемую мощность обрушенных угольных пачек. Создавались благоприятные условия для подбу-чивания выработанного пространства за крепью. Мощность легко-обрушаемых пород в кровле устанавливалась по результатам бурения скважин в период работы очистных забоев. Породы непосредственной почвы пласта к]2 были представлены аргиллитами с малой несущей способностью (уН - 0,6-1,5 МПа) [2,3 ].

Экспериментальные работы по выемке консолидированных угольных пачек проводились на участке, конфигурация которого предопределила применение системы разработки длинными столбами по простиранию с обратным порядком отработки. Протяженность подготовительных выработок на экспериментальном участке составила 1360 м. Эти выработки располагались вне зон влияния опорного давления и проводились по направлению для обеспечения постоянной длины очистного забоя и с таким расчетом, чтобы внутри оконтуриваемого массива оставалось минимальное количество старых погашенных выработок [4 ], Длина лав на участках повторной выемки варьировалась от 90 до 150 м в зависимости от ширины выработанного пространства после первоначальной выемки.

Очистная выемка производилась комплексом КМ-81Э < комбайном КШ1КГ, работавшим по челноковой схеме. Наличи! старого крепежного леса в отработанном верхнем слое способство

вало устойчивости кровли в лаве и в основном предотвращало прорыв в призабойное пространство обрушенных пород. Передвижка секций крепи осуществлялась вслед за комбайном, при этом их козырьки придвигались вплотную к забою [5 ]. В угольном пласте, состоящем из консолидированных пачек угля, можно производить выемку с высокими скоростями подачи комбайна. При этом комбайн разрушает только часть забоя (40-60%), остальная часть самопроизвольно обрушается. При выемке угля комбайном извлекается много элементов деревянной крепи, оставшейся от первоначальной разработки пласта. Для выполнения этой операции наиболее приспособлена крепь комплекса КМ-81Э, позволяющая перепускать лес в выработанное пространство.

Инструментальные измерения проявлений горного давления и смещений пород кровли в очистных забоях выявили почти полное отсутствие просадок гидростоек секций крепи в течение выемочного цикла. Лишь в отдельных случаях наблюдалась просадка гидростоек до 40 мм за цикл в средних частях лав, а на концевых участках лав сближение пород кроили и почвы не превышало 2-4 мм за цикл [6 ].

Проводившиеся измерения содержания метана и анализы проб воздуха показали, что газовыделение в лавах при повторной выемке практически отсутствует, т.е. после первичной отработки пласта к ¡2 оставшийся уголь полностью естественно дегазирован.

При подготовке выемочных участков конвейерные и вентиляционные штреки проводились в основном по ранее обрушенным угольным пачкам и по направлению с целью сохранения постоянной длины лавы. Из-за переменной конфигурации междуэтажных целиков отдельные участки штреков располагались в целиках. В каждом штреке оборудовались замерные станции для наблюдений за смещениями вмещающих пород в течение всего периода существования выработки.

Наблюдения показали, что смещения пород не превышали 160-170 мм по высоте выработки и 50-53 мм по ширине, а это значительно меньше податливости металлической арочной крепи и, следовательно, не требовалось ремонтных работ в течение всего срока существования выработок. Наибольшие смещения пород кровли и почвы наблюдались на участках штреков, располагавшихся в целиках вблизи выработанного пространства (7 ].

На основании анализа результатов исследований разработана технологическая схема выемки ранее обрушенных кон-

солвдированных угольных пачек. При этом обоснована целесообразность применения панельной подготовки с размерами панелей по простиранию и по падению 1,0-1,5 км, а также системы разработки длинными столбами по простиранию.

С целью обеспечения полноты выемки запасов угля рекомендуется применять бесцеликовую охрану подготовительных выработок, которая в условиях повторной отработки мощных пластов позволит сократить, кроме того, затраты на их поддержание.

Отработка консолидированных угольных пачек осуществляется в более благоприятных относительно проявлений горного давления условиях, поскольку кровля легкообрушаемая. В связи с этим наиболее рациональным представляется применение в очистных забоях крепей оградительно-поддерживающего типа (2 ОКП-70). Секции этой крепи имеют выдвижные борта оградительной части для перекрытия межсекцнонных зазоров, что важно при выемке пластов с легкообрушаемой кровлей.

За период 1982-1989 гг. на шахте им. Т.Кузембаева было отработано 9 участков, первичная выемка которых осуществлялась в 1962-1969 гг. При этом добыто 2,6 млн.т угля, а общий экономический эффект составил 522 тыс.руб. в ценах тех лет [8,91.

Исследование технологии выемки угольных пластов, оставленных при разработке мощных пологих пластов

В результате проведенной на шахте им. Т.Кузембаева ревизии запасов были выявлены значительные запасы угля, сосредоточенные в целиках, оставленных при отработке пласта к12. Эти запасы достаточно хорошо изучены, так как они оконтурены проводившимися ранее подготовительными выработками [10].

Анализ условий залегания целиков на всех ранее отработанных выемочных участках и горизонтах позволил выявить основные факторы, определившие выбор технологии их выемки.

Междуэтажные угольные целики по пласту К12 представляют собой вытянутые по простиранию узкие (40-60 м) столбы длиной 600-800 м. Кондиционная мощность пласта к^ в целиках находится в пределах 6,8-7,5 м, угол падения 7-22°. Газоносность пласта до его первоначальной отработки составляла 15-20 м3/т, остаточная газообильность целиков вследствие естественной дегазации - 3-5 м3/т. По химической активности уголь пласта относится к 1-й группе склонности к самовозгоранию. Целики нахо-

дятся на глубине 200-300 м. Учитывая защитное действие отработанного нижележащего пласта кю, пласт к12 можно отнести к неопасным по внезапным выбросам угля и газа. Гидрогеологические условия отработки целиков благоприятны [10].

Междуэтажные целики с обеих сторон имеют почвоуступ-ную форму сечения вследствие смещения на 10-12 м штреков верхнего слоя относительно нижнего при первоначальной выемке пласта к^. Общая ширина участков целика с отработанным верхним слоем составляет 20-25 м, а оставшаяся мощность пласта 4,2-4,8 м. Средняя часть целика длиной 20-35 м имеет полную мощность пласта 6,8-7,5 м [10].

Опыт отработки консолидированных угольных пачек с частичной выемкой целиков и проведенные при этом визуальные наблюдения и инструментальные измерения проявлений горного давления в зоне отработки целика позволяют сделать вывод о том, что пласт к 12 в области целика и вмещающие его породы разгружены от гидростатического горного давления в результате подработки пластом и надработки пластами К]з и к^. При этом произошли разрывы сплошности угольного пласта и вмещающих пород, значительно снизилось их напряженно-деформированное состояние и ухудшились физико-механические характеристики. Этажные пластовые и полевые выработки вблизи охранных целиков находятся в рабочем состоянии. Поверхность над многими целиками свободна от зданий, ценных инженерных сооружений и природных объектов.

Учитывая, что намеченные к отработке околоштрековые (межгоризонтные) целики имеют незначительную ширину (4060 м) и переменную мощность пласта по падению, применение традиционной двухслоевой технологии выемки нецелесообразно. Альтернативой названной технологии выемки таких целиков является однослоевая отработка их очистным забоем, оснащенным комплексом типа КМ-130, 2УКП ияи"Пнома". Однако при использовании этих комплексов выемка всей мощности пласта в пределах целика невозможна. Кроме того, применение таких тяжелых, сложных и дорогостоящих комплексов в коротких лавах для отработки небольших выемочных участков с ограниченными запасами экономически нецелесообразно.

Стремление создать технологию выемки, обеспечивающую экономически эффективную отработку охранных целиков путем уменьшения числа слоев и потерь угля, привело к идее сочетания в короткой лаве двух очистных забоев: одного для выемки нижней

части пласта; второго - для извлечения угля, оставшегося у кровли пласта. При этом экономический эффект достигается за счет концентрации горных работ-уменьшения объемов проведения и поддержания подготовительных выработок, объемов работ по монтажу и демонтажу оборудования, сокращения в два раза (по сравнению с двухслоевой технологией выемки) числа единиц очистного, вспомогательного оборудования, а также обслуживающего персонала. Кроме этого, обеспечиваются благоприятные условия для повышения эффективности очистных работ благодаря дегазации пласта, улучшаются условия труда в лаве под защитой подкровельной угольной толщи и облегчается управление породами кровли вследствие разгрузки целика от горного давления. Применение такой технологии дает положительный эффект и потому, что верхняя угольная толща пласта в значительной мере разупрочнеиа, так как разбита густой сетью трещин. Это создает возможность извлечения угля из подкровельной толщи без буровзрывных работ путем его выпуска под действием сил гравитации [11]. ......................

Опыт применения данной технологии выемки с выпуском угля подкровельной толщи в Карагандинском бассейне при отработке мощного пологого пласта на шахтах им. В.ИЛенина и "Казахстанская" комплексами КМ-81В и КМВ-130 подтвердил принципиальную возможность ее использования для выемки оставленных околоштрековых и межгоризоитных целиков [12 ].

Учитывая пологое падение, разгруженность от горного давления, наличие сети трещин и погашенных выработок по верхнему слою, пласт К[2 целесообразно отрабатывать механизированной крепью оградительно-поддерживающего типа. Это позволит значительно уменьшить ширину поддерживаемой крепыо угольной толщи, улучшить условия разупрочнения и перепуска угля по ограждению к выпускному отверстию, расположенному у почвы пласта.

Обобщив опыт создания комплексов КТУ, КМ-81В, КМВ-130 и КНК и учитывая особенности условий шахты им. Т.Кузем-баева, был разработан и изготовлен экспериментальный механизированный комплекс ОКПВ-70, отличительными особенностями которого являются следующие признаки [13,14 ]. В комплексе применена механизированная крепь оградительно-поддерживающего типа. У каждой секции крепи с завальной сторонь находится шарнирпо присоединенный к опорному кронштейну

оградительный щит, который поддерживается и управляете!

гидродомкратом и служит для регулирования и активизации выпуска угля, раздавливания негабаритных кусков и предотвращения проникновения породы на конвейер со стороны выработанного пространства. В состав комплекса входит второй конвейер, установленный со стороны выработанного пространства за крепью и предназначенный для доставки по лаве выпускаемого угля. Конвейер находится под защитой оградительных щитов секций крепи и размещен на наклонных лыжах, подсоединенных с помощью тяг к основаниям.

Каждая секция снабжена гидрофицированным откидным щитком на передней консоли козырька, выполняющим функции противоотжимного устройства. Для визуального наблюдения и эффективного управления выпуском угля и для удобства обслуживания завального конвейера ширина части секций крепи составляет 1,5 м, в то время как ширина серийно выпускаемых секций равна 1,1м.

В состав комплекса ОКПВ-70 входят комбайн КШЗМ, две насосные станции СНУ-5, система пылеподавления при выпуске угля, аппаратура громкоговорящей связи, гвдро- и электрооборудование. В комплексе СЖПВ-70 применена специальная крепь сопряжения, позволяющая разместить на штреке приводные головки забойного и завального конвейеров.

Промышленные испытания экспериментального комплекса ОКПВ-70 проведены в 1987-1988 гг. в шахте им. Т.Кузембаева. Была осуществлена выемка двух околоштрековых целиков мощного пологого пласта к^ шириной соответственно 42 и 44 м. Угол падения пласта К12 в пределах выемочных участков составлял 11-21°, общая мощность - 6,2-7,3 м, сопротивление пласта резанию - 1,8 кН/см, средняя плотность угля - 1,45 т/м3. Пласт к)2 на данных участках дегазирован и разупрочнен, не опасен по внезапным выбросам угля и газа, по горным ударам, не опасен по взрывчатости угольной пыли и склонен к самовозгоранию [.151. Все подготовительные выработки сечением в свету 8,5 м2 были пройдены комбайном ГПК и закреплены металлической арочной крепью из спецпрофиля СВП-22.

Технологический цикл в лаве с комплексом ОКПВ-70 начинался с выемки угля комбайном КШЗМ в подсечном слое с оставлением в почве уступа. Следом за комбайном передвигались секции крепи и завальный конвейер. Затем комбайном производилась выемка с одновременной зачисткой почвы вдоль забоя и передвижкой забойного конвейера. Выпуск угля на каждой

секции крепи осуществлялся следующим образом. Сначала оградительный щит отводили гидродомкратом к кронштейну секции крепи. При этом уголь, находящийся над ограждением и за щитом, под собственным весом скатывался вниз и поступал на завальный конвейер. Для активизации выпуска угля производили покачивание оградительным щитом в сторону выработанного пространства и назад к забою. При движении щита к выработанному пространству разрушали крупные куски угля, проникавшие иногда в выпускное отверстие. На время выпуска угля на каждой секции включали систему пылеподавления. При появлении в выпускном отверстии кусков породы выпуск угля прекращали путем отвода щита в сторону выработанного пространства и переходили к следующей секции.

Контрольные измерения показали, что выпуск угля на одной секции в объеме 4-6 т происходит в среднем за 2-2,5 мин. При появлении негабаритных кусков угля выпуск происходит несколько дольше, так как требуется время на их разрушение. Время на выпуск угля по всей лаве составляло не более двух часов. Для установления силовых параметров крепи ОКПВ-70 в лаве были оборудованы замерные станции. Рабочие характеристики гидростоек и гидродомкратов секции крепи определялись самопишущими приборами 2ДВ и МДП конструкции ИГД им. А.А.Ско-чинскош. Регистрацию усилий в гидродомкратах передвижки забойного и завального конвейеров осуществляли самопишущими приборами РДК-72, Податливость гидростоек секций крепи фиксировалась самопишущими приборами СПН.

Измерения силовых параметров взаимодействия крепи СЖПВ-70 с породами кровли показали, что крепь работала, как йравило, в режиме нарастающего сопротивления и лишь иногда в средней части лавы нагрузка на гидростойки достигала номинального значения - 1800 кН. При этом просадка гидростойки за цикл достигала всего 26-30 мм. Усилия в гидродомкратах козырьков секций крепи не превышали 130 кН.

В лавах экспериментальных участков наблюдался отжим угля с размерами кусков в среднем 2x2x0,5 м. Отжим был сориентирован по клнважпым трещинам, которые располагались под углом 25-30° к линии очистного забоя и быти направлены в сторону конвейерного штрека. В нижней части лавы податливость гидростоек составляла не более 15 мм за тот же промежуток времени. Усилие в гидродомкратах козырька изменялось от 76 до 110 кН. Размеры отжатых кусков угля здесь составляли

0,6x0,5x0,3 м. Усилия в домкрате управления оградительного щита находились в пределах 60-140 кН, достигая максимума 300 кН, что составляло 75% от номинального. Усилия в гидродомкратах передвижки забойного конвейера в среднем составляли 123 кН, завального конвейера - 36 кН. Передвижка секции крепи производилась в течение 25-30 с.

Смещения пород почвы и кровли в подготовительных выработках на линии очистного забоя составили: в конвейерном штреке, пройденном в целике, - около 800 мм; в вентиляционном штреке, пройденном на границе с выработанным пространством, - 400 м. Эти измерения позволили установить размеры зон опорного давления впереди лавы. В конвейерном штреке этот размер составил 77-80 м, а в вентиляционном - 70-75 м. Несколько повышенные размеры зон опорного давления объясняются особенностями данного участка (лава 35 к12-3); наличием со всех сторон выработанного пространства, а также зоны ПГД от целика, оставленного на нижележащем пласте кц). Максимальная нагрузка со стороны кровли на арочную податливую крепь на уровне забоя лавы составила в конвейерном штреке 280 кН/м, в вентиляционном -180 кН.

В связи с тем, что уголь пласта к12 склонен к самовозгоранию, за время испытаний осуществляли дополнительный контроль н за ранней стадией самонагревания угля в выработанном пространстве. Для этой цели в вентиляционном штреке до начала очистных работ была уложена труба диаметром 50 мм, в которой разместили термодатчики и воздухоотборные шланга. Отбор проб воздуха на анализ производили прибором ГХ-4 ежесуточно. Учитывая, что в выработанном пространстве содержание окиси углерода не превышало 0,002%, а также малый срок отработки выемочного участка,.обработка потерь угля антипирогеном не производилась.

Результаты хрономегражных наблюдений показали, что наибольшие затраты времени (свыше 39 мин) приходятся на выполнение концевых операций - передвижка модернизированной крепи сопряжения 2М81Э-3 и приводов забойного н завального конвейеров. Значительную трудоемкость составляла зачистка почвы перед передвижкой завального конвейера. Установка подборщика и усовершенствование конструкции устройства связи гидродомкрата с конвейером позволили частично устранить этот недостаток.

За время испытаний было добыто более 142 тыс.т угля, ранее списанного с баланса шахты. Вынимаемая мощность пласта с выпуском угля подкровельной толщн в среднем составила 6,49 м, мощность выпущенной угольной толщи - 3,31 м, потери угля - 8-12%. Нагрузка на лаву длиной 42-44 м за одну шестичасовую смену в среднем составила 320 т. Максимальная суточная нагрузка при трехсменной работе лавы составила более 1760 т, производительность труда рабочего по участку - 15-18 т на выход, себестоимость 1 т угля-2,3-2,8 руб. Зольность угля, выпускаемого из подкровельной толщи, превышала плановую по шахте (33,5%) на 0,8-1,0%, однако общая зольность угля по участку составляла 31,8-32,9% [16].

Анализ результатов работы комплекса ОКПВ-70 показал, что они не уступают, а некоторые их показатели и превосходят достигнутые при двухслоевой разработке этого же пласта. При этом главным преимуществом технолопш выемки с выпуском угля подкровельной толщи является снижение в 2 раза затрат на подготовку и отработку выемочного участка.

Испытания подтвердили правильность обоснования конструктивных решений и параметров крепи, при которых обеспечиваются защита рабочего пространства со стороны завала, возможность размещения второго конвейера и выпуск на него угля с помощью активно управляемых оградительных щитов.

Экономический эффект, полученный от применения на шахте им. Т.Кузембаева технологической схемы отработки целиков мощного пологого пласта к12 механизированным комплексом ОКПВ-70 с выпуском угля, составил 153 тыс.руб. в год в ценах тех лет [15].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В опубликованных работах, обобщенных в настоящем докладе, решена актуальная научная задача по обоснованию техно-лопга н рациональных параметров выемкп запасов угля, оставленных при первичной отработке мощных пологах пластов е защитных угольных пачках и целиках, котораг имеет важное дл$ угольной отрасли практическое значение.

Основные научные и практические результаты работы

Установлено, что:

1. Мощные пологие пласты разрабатываются со значитель ными потерями угля, большая часть которого (в Карагандински

бассейне - 128,1 шш.т, или 65%) сосредоточена в целиках для охраны выработок, а меньшая (в Карагандинском бассейне-62,4 млн.т, или 32%) - в защитных угольных пачках.

2. Защитные пачки угля, оставленные при слоевой разработке мощного пологого пласта, под действием горного давлений консолидируются в пластовую залежь, имеют удовлетворительную слеживаемосгь и обеспечивают необходимую устойчивость поверхности очистного забоя.

3. Оставленные целики, консолидированные пачки угля и вмещающие их породы практически полностью дренированы и дегазированы при первоначальной разработке.

4. Породы основной кроили, относившиеся при первоначальной разработке угольного пласта к средне- н труднообрушае-мым, при повторной выемке становятся легкообрушаемыми, а их мощность превышает трехкратную мощность консолидированных пачек угля.

5. При выемке консолидированных пачек угля просадки гидростоек крепи в очистном забое почти полностью отсутствуют.

6. При выемке консолидированных пачек угля смещения боковых пород в подготовительных выработках не превышают 170 мм по высоте и 53 мм по ширине выработок, поэтому не требуются ремонтные работы.

7. Технология выемки консолидированных угольных пачек должна включать в себя панельную подготовку, систему разработки длинными столбами по простиранию, бесцеликовую охрану подготовительных выработок, применение в очистных забоях крепей оградительно-поддерживающего типа с выдвижными бортами для перекрытия межсекционных зазоров.

8. Оставленные целики и вмещающие их породи разгружены от горного давления, параметры их напряженно-деформированного состояния снижены, а физико-механические свойства пород ухудшились.

9. Выемка целиков угля, оставленных ранее при разработке мощного пологого пласта, должка производиться очистными механизированными комплексами без разделения их на слон, но с выпуском подкровельной толщи угля.

10. Механизированный комплекс для выемки целиков с выпуском подкровельной толщи должен включать в себя: крепь оградительно-поддерживающего типа с оградительными щитами для регулирования выпуска угля на конвейер, второй конвейер, установленный со стороны выработанного пространства, т.е. за

крепыо; противоотжпмное устройство, часть секций крепи большей ширины, чем серийные, специальную крепь сопряжения.

11. Хрепь ОКПВ-70 при выемке целиков работает в режиме нарастающего сопротивления и имеет следующие силовые параметры: нагрузка на гидростойки - не более 1800 кН; усилия а гпдродомкратах козырьков секций - не более 130 кН; усилия в домкрате управления оградительным щптом - 60-НО кН; усилия в пщродомкратах передвижки забойного конвейера - 36 кН.

12. Безремонтное поддержание подготовительных выработок при выемке целиков обеспечивается их расположением на расстоянии 3-5 м от целика в выработанном пространстве.

Рекомендации л технические предложения, обоснованные автором, используются на шахтах ПО "Карагандауголь" и АО "Всстснбуголь", а также в КНИУИ, КФ ВНИМИ и КО ВостНИИ при разработке технологической документации для отработки консолидированных угольных пачек и целиков мощных пологах пластов.

Результаты работы использованы ИГД им. А.А.Скочинсхо-го, КНИУИ, Гипроуглегормашем, КО ВостНИИ при разработке технического задания на проектирование механизированного комплекса 2 ОКПВ-70К.

Применение на шахте им. Т.Кузембаева технологии пи-емкн оставленных на отработанных полях защитных угольных пачек п целпкоз мощного пласта позволило извлечь около 2,8 млн.т коксующегося угля, списанного в потери. Общий экономический эффект от выемки оставленных запасов составил более 675 млн.руб. з ценах 1989-1990 гг.

Основные положения диссертации в форме научного доклада опубликованы в следующих работах:

1. Саламатин А Г. Опыт и проблемы вторичной разработки подработанных защитных угольных пачек пласта к;2 на шахте им. Т.Кузембаева // Оптимизация технологических схем разработки полезных ископаемых: Тр. КарГГШ. -Караганда, 1984.-С. 155-162.

2. Опыт безопасной выемки угля из межслоевой пачки на шахте им. Т.Ку-зекбаега: Экспресс-информация 1 Л.Г.Саламатин и др. - М.: ЩШЭИуголь, 1935.-12 с.

3. Саламатин Л.Г., Еедунт М.М. Опыт работы шахты им. Т.Кузембаева ПО "Карагандауголь": Брошюра. Экспресс-информация. - М.: ЦНИЭИуголь, 1985.-С. 24.

4. Сагшш Л.С., Саламатин А.Г. Опыт давтопной разработки угольных пластов И Народное хозяйство Казахстана. - 1986. - N27. - С. 42,43.

5. Особенности технологии разработки потерь по мощности, оставленных при двухсловной выемке пласта kj2 / А.Г.Саламатин и др. // Технологические схемы разработки полезных ископаемых: Тр. КарГГГИ. - Караганда, 1986.-С. 22-24.

6. Саламатин А.Г. Аналитические исследования смещений боковых пород при повторной выемке пласта к j 2 // Технологические схемы разработки полезных ископаемых: Тр. КарПТИ. - Караганда, 1986. - С. 24-27.

7. Поддержание выработок при повторной отработке мощного пласта / А.Г.Саламатин и др. // Технология и организация работ при выемке полезных ископаемых: Тр. КарПТИ. - Караганда, 1985. - С. 44-46.

8. Повторная отработка мощных пологих угольных пластов Караган-. динского бассейна с целью сокращения потерь угля: Информ. листок / С.К.Байму-

хаметов, Н. С.Гульницкий, А.Г.Саламатин и др. - Караганда: ДНТИ, 1987. - С. 4.

9. Саламатин А.Г. Выемка оставленных запасов мощных пологих пластов в Карагандинском бассейне // Интенсивная и безотходная технология разработки угольных и сланцевых месторождений: Тез. докл. Всесоюз. науч. конф. - М.: МГИ, 1989.-С. 89, 90.

10. Отработка околоштреховых целиков мощного пологого пласта kj2 с выпуском угля подкровельной толщи / А.Г.Саламатин и др. // Вопросы повышения технического уровня на шахтах Карагандинского бассейна и Средней Азии: Тр. УНИУИ. - Караганда, 1989. - С. 5-14.

11. Определение рациональной технологии выемки охранных целихоа мощного пласта к 12 в условиях шахты им. Т.Кузембаеьа / А.Г.Саламатин и др. // Вопросы повышения технического уровня на шахтах Карагандинского бассейна и Средней Азии: Тр. КНИУИ. - Караганда, 1989. - С. 14-17.

12. Баймухаметов С.К., Саламатин А.Г., Абдикаримол H.A. Опыт извлечения запасов мощного пологого пласта на ранее отработанных участках // Уголь. - 1986. - N22. - С. 30-32.

13. A.c. 1070318 (СССР). Секция механизированной крепи / Саламатин А.Г. и др. - Опубл. 30.01.84 г. - Бюл. №4.

14. A.c. 1273591 (СССР). Агрегат для выемки мощных угольных пластов / Саламатин А.Г. и др. - Опубл. 30.11.86 г. - Бюл. N244.

15. Саламатин А.Г., Савченко П.Ф., ДацковВ.И. Отработка оставленных запасов угля а Карагандинском бассейне: Обзор ЦНИЭИуголь. - М.: ЦНИЭИуголь, 1991.-С. 87.

16. Определение средней зольности угля при повторной выемке пласта К|2 "Верхняя Марианна* / А.Г.Саламатин и др. // Проблемы повышения эффективности и безопасности разработки полезных ископаемых: Тр. КарГГГИ. - Караганда, 1987.-С. 9-12.