Технические науки / 10. Горное дело

Д. т. н. Тутанов С. К.

Карагандинский государственный технический университет, Казахстан

Рациональная схема при отработке сближенных пластов

Выбор рационального расположения очистных и подготовительных выработок при отработке сближенных пластов представляет весьма актуальную задачу. При неудачном расположении этих выработок значительное горное давление приводит их в нерабочее состояние.

Неоднократное перекрепление выработок требует значительных трудовых и материальных затрат, а аварийность очистных забоев связана со значительной потерей добычи.

Рассмотрен случай отработки сближенных пластов К₂ и К₃ на одной из шахт Карагандинского угольного бассейна. Схема расположения выработок по пластам К₂ и К₃ показана на рисунке 1.

Рисунок 1

Расстояние между лавами в плане при работе изменялось в пределах ( от 40 до 120 м), причем было замечено, что изменение этого расстояния оказывает существенное влияние на состояние конвейерных штреков. Определяются напряженно-деформированное состояния (НДС) вязкоупругого массива горных пород вокруг очистных выработок методом конечных элементов. В качестве исходных данных для расчета НДС вокруг выработок использованы упругие и реологические свойства горных пород и мощности слоев, задаваемые в соответствии со стратиграфическим разрезом участка шахтного поля, глубина заложения выработок и их размеры.

Расстояние между лавами варьировалось в пределах 10-70 м.

Как и следовало ожидать, максимальное напряжения возникают у забоев лав. Напряжения впереди лавы К₃ более чем в 2 раза превышают напряжения впереди лавы К₂. Давление на почву пласта К₃ в выработанном пространстве весьма незначительно и на расстоянии 10 м от лавы К₃ составляет 0,22 gН.

С целью установления влияния выемки угля в очистном забое нижнего пласта на очистной забой верхнего пласта, а также выбора рационального расстояния между одновременно работающими очистными забоями сближенных пластов рассчитывались НДС массива с очистными забоями за период выполнения полного цикла производственных операций (около 3,5 часов) с учетом ползучести пород кровли и пласта.

Вынимаемая мощность по обеим пластам составляет по 3,5 м, расстояние между пластами по нормали - 6,5 м. Междупластье слагается аргиллитами и алевролитами, в почве пласта К₂ залегают алевролиты, в кровле пласта К₃ на высоту 13 м - аргиллиты и алевролиты, выше - ранее обрушенные и слежавшиеся породы от отработки вышележащего пласта К₄

Физико - механические свойства пород и угля приняты по данным геолоразведочных работ. Выполненные ранее для аналогичных условий решение задачи в упругой постановке показало, что заметное влияние выемки стружки в лаве нижнего пласта на расстояние лавы верхнего пласта обнаружилось при расстояниях меньших 20 м.

Однако выполненный анализ НДС массива с учетом ползучести и разрушения показывает, что с течением времени взаимное влияние горных работ оказывается более существенным. Выемка стружки в лаве нижнего пласта при расстоянии между лавами 50 м и менее уже в течение первых трех часов приводит к увеличению горизонтальных перемещений забоя и конвергенции пород в лаве вышележащего пласта. Это при определенных условиях может привести к нарушению устойчивости пласта и призабойной части кровли в лаве пласта К₃.

Анализ результатов расчетов, а также полученных зависимостей показали, что оптимальным для данных условий расстоянием, при котором заметное влияние лавы пласта К₂ на лаву пласта К₃ отсутствует, а состояние забоя характеризуется минимальными значениями деформаций пласта и конвергенции пород можно считать 70 метров.