Аннотация и Содержание

KPATEP * Библиотека "Горное дело" * Т.Ф.Горбачев "Опыт разработки мощных пластов в СССР и за рубежом"

Т. Ф. ГОРБАЧЕВ

ОПЫТ РАЗРАБОТКИ МОЩНЫХ ПЛАСТОВ В СССР И ЗА РУБЕЖОМ

УГЛЕТЕХИЗДАТ
Москва
1957

Замечание: в косых скобках / / указаны номера страниц оригинала; номера страниц предшествуют их появлению

АННОТАЦИЯ

В книге излагается опыт разработки мощных угольных пластов в СССР и за рубежом. Приводятся наиболее характерные примеры эффективной разработки мощных угольных пластов Кузбасса, каменноугольных месторождений США, Франции, Бельгии, Польши. Рассматриваются основные направления совершенствования методов разработки мощных пластов.

В книге затрагиваются также вопросы разработки угольных месторождений на больших глубинах.

СОДЕРЖАНИЕ

I. Разработка мощных пластов в Кузнецком каменноугольном бассейне
II. Разработка мощных пластов за рубежом
III. Вопросы разработки на больших глубинах
IV. Некоторые сведения о горной промышленности Франции
V. Основные направления совершенствования методов разработки мощных угольных пластов в Кузбассе

Выходные данные издательства:
Отв. редактор В.Ф. Парусимов
Техн. редактор З.А. Коровенкова
Редактор издательства И.К. Ходаков
Корректор Я.Я. Эппель
Сдано в набор 2/VIII 1957 г. Подписано в печать 16/Х 1957 г. Формат бумаги 60 X 921
Печ. л. 3,5. Уч-изд. л 3,2. Тираж 20.000 экз. Т-09199. Изд. 6 483. Инд. 6
Цена 1 р. 60 к. Заказ № 1445
Типография № 4 Углетехиздата. Харьков, ул. Энгельса, 11.

/3/ ПРЕДИСЛОВИЕ

Для дальнейшего повышения производительности труда, более полного использования горной техники и рациональной эксплуатации месторождений важное значение имеет систематическое совершенствование систем разработки. Это особенно важно, когда речь идет о разработке мощных пластов. Разработка таких пластов часто осложняется геологическими нарушениями, опасны ми концентрациями пыли и газа, склонностью угля к самовозгоранию и т. д.

В связи с этим автором сделана попытка систематизировать и обобщить имеющиеся достижения в области разработки мощных пластов как в отечественной, так и зарубежной горной практике. В качестве исходных данных автором использованы материалы докладов, прочитанных на юбилейном конгрессе, посвященном столетию Французского горно-металлургического общества, который проходил в Париже и Сент-Этьене с 16 июня по 3 июля 1955 г.

Кроме того, в работе приводятся сведения, полученные в Горном департаменте, а также результаты личных наблюдений автора, сложившиеся у него при посещении ряда шахт Франции.

Материалы конгресса приводятся в сокращенном виде; сокращение произведено за счет описания второстепенных вопросов, которые не оказывают существенного влияния на методы разработки мощных угольных пластов.

Работа представлена тремя разделами.

В первом разделе освещается опыт разработки мощных пластов в Кузбассе как с разделением пласта на слои, так и с выемкой его на полную мощность.

/4/ Во втором разделе приводятся сведения о разработке мощных пластов в зарубежной горной практике и соображения по вопросам «шахты будущего».

Последний раздел работы посвящен основным направлениям совершенствования методов разработки мощных угольных пластов, главным образом Кузнецкого бассейна. Однако некоторые рекомендации могут быть распространены и на другие угольные месторождения СССР, имеющие аналогичные горно-геологические условия.

Автор.

/5/ I. РАЗРАБОТКА МОЩНЫХ ПЛАСТОВ В КУЗНЕЦКОМ КАМЕННОУГОЛЬНОМ БАССЕЙНЕ

По своим горно-геологическим условиям Кузнецкий бассейн чрезвычайно разнообразен и резко отличается от других бассейнов Советского Союза. Боковые породы большинства пластов не обладают достаточной устойчивостью. Мощность отдельных пластов достигает 16 м, а в различных складках 30 м и более, что чрезвычайно осложняет эксплуатацию месторождения и выбор рациональных систем разработки.

Изыскание эффективных систем разработки для мощных пластов в Кузбассе велось и ведется как в направлении создания систем разработки с выемкой пластов сразу на всю мощность без разделения на слои (щитовая система разработки), так и с разделением на слои (горизонтальные, наклонные и поперечно-наклонные).

Удельный вес систем разработки по Прокопьевско-Киселёвскому району в 1956 г. представлен в табл. 1.

Таблица 1

Участие систем разработки в добыче угля по Прокопьевско-Киселёвскому району за 1956 г., %

С обрушением									С закладкой
Длинные столбы по простиранию	Сплошная система разработки	Щитовая система разработки	Камеры	Наклонные слои	Горизонтальные слои	Погашение целиков	Прочие	Всего	Длинные столбы по простиранию	Щитовая система разработки	Наклонные слои	Горизонтальные слои	Поперечно- наклонные слои	Всего
20,20	0,55	51,70	5,35	5,50	2,25	1,26	0,79	87,60	2,25	6,50	2,55	0,75	0,35	12,40

Щитовая система разработки

Из испытанных в производственных условиях систем разработки наибольшее применение в Кузбассе нашла щитовая система разработки. В основном варианте конструкция щитового перекрытия состоит из 4-5 секций, каждая из которых перекрывает пласт по мощности (рис. 1). Размер секций по простиранию равен 6 м. Общая длина щита (по простиранию) равна 24-30 м, доходя в отдельных случаях до 42 и даже до 72 м. Такие щиты применяются при выемке крутопадающих пластов мощностью до 10 м.

При выемке пластов мощностью более 10 м применяются сдвоенные щиты, при которых пласт по мощности (вкрест простирания) перекрывается двумя секциями.

Практика показывает, что управление сдвоенными щитами значительно труднее, чем одинарными. При падении пластов свыше 70° применяется также послойная выемка, при которой мощный пласт делится на два слоя. Каждый из слоев отрабатывается /6/ /7/ щитом аналогично отдельному пласту, причем выемка слоя у висячего бока пласта опережает во времени выемку слоя у лежачего бока (рис. 2).

Послойная выемка сопровождается значительными потерями, главным образом за счет оставления межслоевой пачки угля толщиной до 2,0 м.

В целях сокращения расхода металла и крепежных лесоматериалов, расходуемых на сооружение щитового перекрытия, предложен так называемый гибкий бессекционный щит, который в последнее время получил значительное распространение на шахтах Кузбасса (рис. 3). Особенность этого щита заключается в том, что он состоит всего из одного ряда накатника, расположенного вкрест простирания пласта. Бревна накатника связаны между собою двумя парными поясами из швеллеров, расположенных по простиранию пласта. Для предупреждения просыпания породы под щит по периферии его сверху прикрепляются металлические фартуки, а на щит настилается металлическая сетка.

Управление горным давлением при щитовой системе разработки сводится к перепуску пород, самотеком поступающих в выработанное пространство и препятствующих значительному сдвижению пород висячего бока. Инструментальные наблюдения показали, что оседание пород кровли в этом случае не превосходит 10% мощности пласта. /8/

Среднемесячная производительность щитового забоя колеблется в больших пределах — от 10000 до 20000 т.

При одновременной послойной выемке мощного пласта двумя щитами месячная производительность иногда достигает 25 000—30 000 т.

Потери угля при щитовой системе с обрушением боковых пород в среднем составляют 27%. Главным источником потерь угля являются целики, оставляемые между смежными щитовыми столбами (7,5%—10%), и потери по мощности пласта (8,5%), образующиеся главным образом при отработке пластов с невыдержанной мощностью.

Расход крепежных лесоматериалов на 1000 т добытого угля при щитовой системе в среднем составляет 19,5 м^₃. По мере увеличения мощности пласта возрастает и расход крепежного леса. Расход металла при применении секционных щитов составляет 600—1000 кг на 1000 т добытого угля. При бессекционных щитах расход металла и лесоматериалов на изготовление перекрытия в 2—2,5 раза меньше.

Большие преимущества щитовой системы, естественно, поставили задачу о расширении области ее применения, особенно при разработке пластов наклонного падения или пластов, опасных по самовозгоранию, разрабатываемых с закладкой выработанного пространства.

Одно из технических решений, предложенных для разработки мощных пластов на нижних горизонтах с закладкой, представлено на рис. 4. Сущность его заключается в том, что вначале вынимаются межщитовые целики угля по восстанию, /11/ представляющие собой забой в виде вертикальной щели шириной 2—2,5 м; эта щель заполняется бетоном, в котором оставляются выработки для подачи воздуха, передвижения людей и спуска угля на основной штрек.

Для удержания верхнего борта столба устраивается бетонный свод, расположенный по простиранию пласта и опирающийся на бетонные столбы, возведенные по падению пласта. Подача закладки на щит предполагается через отверстия, оставленные в бетонном своде.

Для разработки пластов наклонного падения была разработана конструкция щита на катках (рис. 5), который испытывался на пласте мощностью 8 м, с углом падения 34°. В настоящее время щит на катках применяется при разработке мощных пластов на шахтах Прокопьевска.

Успешно также прошло испытание щита МЗЛ с гидравлической подачей на специальных салазках (рис. 6).

В результате проведенных опытов в промышленных условиях можно рекомендовать применять щиты на катках при разработке пластов с углами наклона 35-55°, а щиты МЗЛ на пластах даже с меньшим углом падения — 25-35°.

За последний период, начиная с 1954 г., был создан и проверен в промышленных условиях ряд конструкций щитовых перекрытий, например: была создана конструкция раздвижного щита в целях снижения потерь угля по мощности пласта. Щит обладает способностью изменять свои размеры вкрест простирания пласта (рис. 7). Его конструкция пока находится в стадии экспериментальной доводки. Однако промышленные испытания щита на участке пласта Двойного с переменной мощностью от 2,2 до 4 м на шахте «Дальние Горы» треста «Киселевскуголь» показали работоспособность конструкции.

Также перспективна конструкция агрегата КВКП, с помощью которого осуществляется комплексная выемка крутопадающих пластов средней мощности (рис. 8).

Успешно выдержала промышленные испытания конструкция сдвоенного бессекционного щита повышенной прочности (рис. 9), с помощью которого в декабре 1956 г. на шахте «Манеиха» треста «Прокопьевскуголь» был отработан участок пласта Мощного мощностью 11-12 м.

Вполне работоспособной оказалась конструкция и железобетонного бессекционного щита, испытанного на участке пласта Горелый шахты «Зиминка» № 1-2, повсеместное применение которого позволит исключить расход высококачественных лесоматериалов, затрачиваемых на монтаж деревянного перекрытия.

Слоевые системы разработки

Разнообразие горно-геологических условий залегания угольных пластов исключает возможность эффективного применения в Кузбассе какой-либо одной системы разработки. /15/

В связи с этим, кроме щитовой системы разработки, при которой выемка пластов производится на полную мощность, в Кузбассе получили развитие и слоевые системы разработки (горизонтальные слои, наклонные слои, поперечно-наклонные слои).

Слоевые системы являются наиболее проверенными в производственных условиях при разработке мощных пластов с полной закладкой выработанного пространства.

Система разработки горизонтальными слоями

Наиболее технически совершенным вариантом системы разработки горизонтальными слоями является вариант системы с нисходящим порядком выемки слоев с пневматической закладкой без разделения этажа на подэтажи.

Очистные работы в горизонтальных слоях являются наиболее важным звеном в производственной цепи, и в первую очередь определяют технико-экономические показатели по системе. Поэтому естественно, что вопросу совершенствования очистной выемки в слоях уделяется большое внимание.

В Кузбассе опытными работами, проведенными на одном и том же участке пласта Мощный, испытаны три варианта расположения очистного забоя в горизонтальных слоях: а) вариант с расположением забоя вкрест простирания пласта, б) вариант с расположением забоя по простиранию пласта, в) вариант с диагональным расположением забоя. Толщина слоя составляла 3,0-3,5 м. /16/

Отработка слоев при расположении забоя вкрест простирания пласта показана на рис. 10. Выемка угля в очистном забое производится с помощью ВВ. Причем взрывонавалкой при наличии ограждающей сетки на рештаки забойного конвейера грузится до 60—70% отбитого угля. В отдельных случаях, когда уголь пласта мягкий или перемят, отбойка его производится с помощью отбойных молотков.

В очистном забое возводится деревянная крепь.

Призабойная крепь состоит из деревянных стоек диаметром 15—20 см, подбиваемых под лежаны предварительной крепи вышележащего слоя.

В целях сокращения расхода крепежных лесоматериалов в опытном порядке применялись металлические стойки, снабженные приспособлениями для извлечения их из закладки при выемке нижележащего слоя, и металлическая сетка для устройства предварительного настила.

Небольшая длина очистного забоя при расположении его вкрест простирания пласта лимитирует его производительность и не позволяет использовать для выемки и навалки угля механизмы, применяемые в длинных забоях. Поэтому была сделана попытка расположить очистной забой по простиранию пласта и для выемки угля применить комбайн ВОМ-2. Работы в этом направлении продолжаются и в настоящее время.

При диагональном расположении забоя плоскость очистного забоя слоя располагается под углом 45° к линии простирания. Такое расположение забоя рекомендуется лишь при наличии крепкого угля, так как в противном случае возможно раздавливание целика в месте сопряжения забоя со слоевым штреком.

В направлении механизации выемки также разработан ряд положительных решений, сущность которых заключается в комплексной механизации очистных забоев горизонтальных слоев путем создания крепильно-выемочных агрегатов типа агрегата «Кузбасс».

Такой агрегат, предложенный Кузнецким научно-исследовательским угольным институтом, в настоящее время находится в стадии промышленного испытания. Выемка угля производится выемочным агрегатом фронтального действия с челноковой работой исполнительного органа.

Крепильно-выемочный агрегат представляет передвижное балочное перекрытие, управляемое гидродомкратами и двигающееся под сеткой, настилаемой в вышележащем слое.

Успешное решение вопроса комплексной механизации позволит систему разработки горизонтальными слоями рассматривать как высокопроизводительную.

Система разработки горизонтальными слоями с обрушением применяется в Кузбассе преимущественно на верхних горизонтах. Отличается она от системы разработки горизонтальными слоями с закладкой и с выемкой их в нисходящем порядке лишь тем, что /17/ заполнение выработанного пространства производится не путем забутовки породами, доставляемыми с поверхности, а за счёт обрушения вмещающих пород.

Производительность одного рабочего по участку при этой системе разработки на выход не превышает 4 т. Система разработки относится к категории пожароопасных. В целях снижения этой опасности на практике производится профилактическое заиливание выработанного пространства.

Система разработки поперечно-наклонными слоями

Для отработки запасов угля, сосредоточенных под зданиями, сооружениями, водоемами, пожарными участками и другими объектами, которые по тем или иным причинам не могут быть подработаны, вместо ранее применяемой в таких случаях системы разработки горизонтальными слоями стала применяться система разработки поперечно-наклонными слоями с выемкой их в восходящем порядке и с гидравлической закладкой выработанного пространства.

Угол наклона слоев принимается равным 30—35°, чтобы обеспечить самотек угля и закладки по металлическим желобам. Линия очистного забоя располагается вкрест простирания пласта (рис. 11).

Важным достоинством данной системы является незначительный объем подготовительных работ по углю, составляющий 7%. Из всех выработок на участке только 6,6% пройдено по углю, а остальные 93,4% оставляются в закладке. Одни из них (слоевые штреки) существуют короткое время, равное периоду отработки одного-двух слоев; другие (углеспускные и дренажные печи) функционируют на протяжении всего периода отработки выемочного поля.

Этаж, как правило, при выемке поперечно-наклонными слоями отрабатывается без разделения на подэтажи. В практике Кузбасса имел место случай выемки 33 поперечно-наклонных слоев без разделения на подэтажи.

Мощность слоя обычно принимается равной 2,5-3,0 м. Отбойка угля в слоях производится с помощью ВВ. Уголь из первых трех слоев выгружается на основной штрек, оставляемый в закладке. Начиная с четвертого слоя, уголь по гезенкам, пройденным с полевого штрека, самотеком поступает в вагонетки, находящиеся на полевом откаточном штреке.

Система разработки наклонными слоями с закладкой

Существуют два варианта системы разработки наклонными слоями: наклонные слои с выемкой их в нисходящем порядке и наклонные слои с выемкой их в восходящем порядке. /18/

Восходящий порядок отработки слоев применяется при разработке пластов мощностью 8-9 м при углах падения в пределах 40-65°.

Практика Кузбасса показала, что рационально разрабатывать мощные пласты при восходящем порядке в два и максимум в три слоя; разработка пластов больше чем в три слоя ввиду усадки закладочного массива приводит к обрушению массива угля в вышележащих слоях.

Толщина слоев распределяется следующим образом: первого слоя от 2,5 до 4,0 м, второго - от 2,5 до 3,5 м, третьего - от 2,0 до 3,0 м. Такое распределение слоев по мощности обусловливается усложнением работ в последующих слоях.

Для обеспечения нормальной работы между очистными забоями в смежных слоях создается опережение, равное 16-24 м и во времени 1-1,5 месяца; величина опережения нижних подэтажей при самотечной и пневматической закладке на практике составляет 16-24 м, при гидравлической 30-40 м. Выемка угля в слоях производится длинными столбами по простиранию как без разделения этажа на подэтажи, так и с разделением. В последнем случае выемка осуществляется с опережением верхних подэтажей нижними, что обеспечивает резкое снижение потерь угля (с 22 до 15%) за счёт ликвидации целиков, оставляемых ранее у подэтажных штреков (рис. 12).

Доставка угля из верхних подэтажей осуществляется по углеспускным печам, возводимым в закладке через 18-24 м.

Нисходящий порядок отработки слоев применяется при таких же условиях, как и восходящий, но диапазон применения по мощности пласта не ограничивается и могут разрабатываться пласты с мягкими и нарушенными углями.

Элементы системы и очистные работы при нисходящем порядке отработки слоев те же, что и при восходящем. Только при нисходящем порядке отработки, по мере подвигания очистного забоя, на подошву слоя укладывается настил.

Совершенствование системы разработки наклонными слоями с закладкой идёт по направлению снижения расхода лесоматериалов за счет использования металлической сетки для отшивки, металлических стоек и упрочения закладочного массива способом цементации в период его возведения.

С 1954 года на шахте «Коксовая» в Кузбассе применяется вариант системы разработки наклонными слоями - полосы по простиранию с закладкой.

Подготовка выемочного поля длиной 200 м заключается в проведении пяти скатов: двух центральных и трех фланговых, расстояние между которыми составляет 50 м по простиранию (рис. 13). При этом центральные скаты, обслуживающие выемку всех слоев, проводятся у лежачего бока пласта; фланговые скаты, обслуживающие выемку отдельных слоев, проводятся в каждом из них. /21/

Таким образом, выемочное поле разбивается на два крыла, в каждом из которых отработка полос производится от фланговых скатов к центральному, который при восходящем порядке выемки слоев крепится срубом и сохраняется в закладочном массиве.

Выемка угля производится с помощью ВВ. Уголь вдоль очистного забоя перемещается самотеком и попадает на конвейер, доставляющий его до центрального ската. По скату уголь транспортируется самотёком и через гезенк попадает на откаточный штрек, пройденный в породах лежачего бока или по ближайшему пласту.

Таким образом, прошедший период был периодом бурного развития технической мысли главным образом в направлении совершенствования щитовой системы разработки мощных пластов крутого и наклонного падения с обрушением вмещающих пород.

Следует отметить, что производительность очистных забоев при применении закладки в наклонных, горизонтальных и поперечно-наклонных слоях всё ещё остается недостаточной, расход леса большой, достигающий 70 м³ на 1000 т добычи.

Совершенствование слоевых систем разработки необходимо проводить в направлении создания легких передвигающихся вслед за забоем перекрытий, применение которых позволит механизировать трудоёмкий процесс крепления и выемку угля.

II. РАЗРАБОТКА МОЩНЫХ ПЛАСТОВ ЗА РУБЕЖОМ

Разработка мощных пластов горизонтальными слоями с обрушением пород на настил
[Реферат доклада R. Jeantet. Exploitation des couches puissantes par tranches horisontales foudroyees sous plancher prealable (Франция).]

Горизонтальными слоями с обрушением пород на настил разрабатывается мощный пласт № 4 с углом падения 30° на шахте «Плишон» месторождения Бланзи. Мощность пласта колеблется от 15 до 30 м. Настил делается из досок толщиной 27 м, собранных в щиты на поверхности. Щиты устанавливаются на подошве слоя на предварительно уложенное полосовое железо с поперечным сечением 100 x 3 мм. Железные полосы укладываются через 0,6 м одна от другой параллельно линии забоя.

Крепление забоя производится разборной металлической крепью, состоящей из раздвижных стоек трехметровой высоты и металлических шарнирных верхняков длиной 1,25 м (рис. 14). /24/

Расстояние между стойками по фронту забоя 0,5 м. Настил укладывается после передвижки конвейерной установки.

Выбивка и извлечение стоек производятся с помощью лебедки. Вентиляция на участке организована так, что воздушный поток совпадает с направлением движения угля. Такая схема проветривания позволяет избежать поступления в очистной забой угольной пыли, которая образуется в результате перегрузки угля на нижний слоевой штрек (рис. 15).

В забоях применяется цикличная организация работ. На пласте мощностью 30 м выполняется два цикла в сутки, а на пласте мощностью до 15 м - три цикла при одновременной работе в двух слоях. На участке добывается 1000 т угля в сутки.

Разработка мощных пластов
[Реферат доклада К. Repetzki. Principes sur l'exploitation des couches puissantes avec exemple de leurs fructueuses applications (ФРГ)]

При разработке мощных пологопадающих пластов угольного бассейна Верхней Силезии, чтобы избежать горных ударов, взрывов, пожаров, больших потерь угля и обрушения пород кровли, рекомендуется иметь прямолинейный фронт забоев, минимум подготовительных выработок, возможно меньшую разбросанность забоев, а также проведение выемочных штреков в защищённой зоне. При названных условиях рекомендуется разрабатывать /25/ пласты камерами с гидравлической закладкой. Ниже приводятся результаты разработки пласта мощностью 5,5 м при угле падения 5-10°. Панель, имеющая 640 м по простиранию, делится на 80 камер шириной по 8 и длиной по 50 м. Каждые 10 камер образуют группу камер; в такой группе одновременно вынимается по одной камере. Целики угля между камерами не оставляются. На выемку одной камеры затрачивается 14 дней. Добыча угля по шахте из двух панелей достигает 2400 т в сутки; производительность труда забойного рабочего 4,5 т, подземного рабочего - 4 т.

Разработка мощных пластов горизонтальными слоями в Оверни

[Реферат доклада M. J. Denis. Evolution des methodes d'exploitation des amas par tranches horizontales au groupe St.-Eloy-Bouble des houilleres du bassin d'Auvergne (Франция)]

Горизонтальными слоями разрабатывается пласт мощностью до 80 м.

Этаж высотой 60 м разделяется на пятиметровые подэтажи, которые разрабатываются в два слоя. Толщина слоя равна 2,5 м. Выемка слоев производится или с обрушением в обоих слоях, или с гидравлической закладкой нижнего слоя и обрушением верхнего.

Слоевые штреки, пройденные по массиву угля в нижнем слое, служат также и для верхнего.

Расстояние между очистными забоями при отработке слоев с обрушением составляет 10—20 м. Шаг обрушения равен 1,5 м. Перед обрушением пород в верхнем слое на почву его укладывается гибкий настил, который состоит из полосового железа сечением 80 x 3 мм, уложенного впереплет. На гибкое перекрытие укладываются деревянные щиты, предварительно изготовленные на поверхности.

В качестве крепи в очистных забоях применяются металлические стойки и верхняки (металлические полосы сечением 30 х 40 мм).

Расход леса составляет 24 м³ на 1000 т добычи угля. С внедрением металлической крепи производительность труда забойщика на выход возросла с 2,48 т (1946г.) до 7,03 т (1954г.).

Разработка мощного пласта камерами с закладкой и оставлением целиков
[Реферат доклада M. J. Fraisse. Exploitation d'une couche puissante par chambres remblayees et piliers abandonnes (Франция)]

Пласт мощностью 10-14 м с углом падения 22°, залегающий на глубине 250 м под городом Сент-Этьен, разрабатывается камерами с закладкой выработанного пространства. Между камерами оставляется целик угля шириной 30 м. Камера шириной 20 м вынимается наклонными слоями с гидравлической закладкой. Вначале вынимается слой у кровли, на подошву слоя /26/ укладывается гибкий настил, состоящий из лежанов и досок. Затем вынимается слой у почвы пласта, а остальные слои вынимаются в восходящем порядке. Выемка в слое производится забоем по восстанию. Закладка выработанного пространства производится через две ленты, т.е. через 2,4 м. В качестве отшивки применяется «панно» из джутовой ткани. В целях профилактики в заложенные камеры нагнетается глинистая пульпа.

Потери угля при этой системе разработки составляют более 50%, но достигается очень незначительное оседание поверхности.

Новые методы выемки на крутом падении
[Реферат доклада J. Plan. Nouvelles methodes d'exploitation en dressant: Descenderies verticales (Франция)]

В 1954 г. на шахте «Сент-Мари» была применена новая система разработки крутопадающих пластов мощностью до 7 м, которая напоминает в равной степени камерно-столбовую систему к систему подэтажного обрушения.

Особенностью ее является то, что отрабатывается очень мощный слой угля без присутствия людей в очистном забое.

Сущность этой системы разработки заключается в том, что участок разрезается штреками на горизонтальные слои высотой h; в первом опыте высота слоя принималась равной 7,0 м, а затем она была увеличена до 17 м (рис. 16). Между забоями двух слоев сохраняется опережение а = h + 7,5 м. Слои вынимаются заходками, шпуры (длина шпура достигает 20 м) бурятся из штрека (рис. 17).

Погрузка угля производится грузчиком «утиный нос», что гарантирует полную безопасность рабочего, управляющего механизмом вдали от забоя, и быструю погрузку.

С переходом на эту систему разработки производительность рабочего по участку на выход увеличилась вдвое и достигла 4 т, расход леса составляет 10 м³ на 1000 т добытого угля.

Разработка крутопадающих пластов на шахте «Мерлебах» Кювлет (Лотарингия)
[Реферат доклада R. Вringard. Exploitation du gisement en dressant de Merlebach-Cuvelette (Франция)]

Крутопадающие пласты мощностью до 20 м разрабатываются горизонтальными слоями по восстанию с гидравлической закладкой (рис. 18). В качестве закладочного материала применяется песок. Эта система разработки непрерывно совершенствуется. Так, высота этажа была доведена до 150 м, высота слоя до м. Закладка производится по окончании разработки каждого слоя.

При наличии слабых боковых пород вынимают и закрепляют сначала верхнюю часть очистного забоя, а затем возводят крепь по мере уборки угля (рис.19). При таком способе выемки слоя /28/ наблюдается недостаточное проветривание забоя после отбойки угля с помощью ВВ.

В пластах с крепкими боковыми породами слои вынимаются с магазинированием угля (рис. 20). В этом случае проветривание забоя обеспечивает нормальные работы. На пластах мощностью 6-10 м и при крепкой кровле отбойка угля в слое производится способом «Жарижа» (рис. 21). Уголь в слое удаляется после каждого взрыва. Это позволяет обеспечить непрерывное проветривание забоя и самонавалку угля на конвейер./31/

Бурение по углю при всех способах выемки производится пневматическими перфораторами. Длина шпуров 1,5-3 м.

Расход лесоматериалов составляет 31 м³ на 1000 т добытого угля.

Доставка угля повсеместно производится ленточными конвейерами, причем на участках с суточной добычей до 650 т устанавливают конвейеры с шириной ленты 650 мм, на более крупных участках с добычей 1000-1200 т в сутки - ленточные конвейеры с шириной ленты 800 мм. С участковых ленточных конвейеров уголь перегружается на главные ленточные конвейеры с шириной ленты 1000 мм.

19 ноября 1954 г. шахта «Мерлебах», где применяется только эта система разработки, выдала 18 570 т угля; производительность рабочего по шахте на выход составила 3,1 т.

Разработка мощного крутопадающего пласта наклонными слоями с обрушением сверху вниз
[Реферат доклада М. Bonardot. Exploitation d'une couche puissante fortement pentee par tranches inclinees unidescendantes et foudroyage (Франция)]

Система разработки наклонными слоями с обрушением в Луарском бассейне применяется на месторождении «13 Грюнер».

Мощность пластов здесь колеблется в пределах 7-10 м, угол падения 45-52°, уголь легко воспламеняющийся. Этаж принят /32/ высотой 150 м и делится на три подэтажа. В подэтажах слои вынимаются лавами.

Выемка угля производится полосами шириной 1,2 м. Обрушение кровли производится через три полосы. Перед обрушением на почве укладывается гибкий настил, который служит кровлей для лавы второго слоя. Настил делается из досок, скреплённых по краям и уложенных параллельно фронту выемки. Через каждый метр к уложенным доскам прикрепляются сверху доски, перпендикулярные к первым.

Следует отметить, что в нижней лаве кровля лучше, чем в верхней лаве, так как она находится под породами без напряжения.

Но как показал опыт, необходимо соблюдать, чтобы обрушение первого слоя было достаточно полным и плотным. Минимальное расстояние между двумя лавами изменяется в зависимости от устойчивости кровли от 15 до 25 м.

В целях противопожарной профилактики с поверхности подают в выработанное пространство глинистую пульпу.

Средняя производительность рабочего по участку при данной системе около 3 т. Расход леса составляет на 1000 т добычи 29 м³.

Нужно сказать, что в заграничной практике очень часто используют в качестве закладочного материала шламы обогатительных фабрик.

Также можно отметить в заграничной практике стремление уменьшения шага закладки. При малом шаге закладки удается использовать закладочный массив в качестве постоянной крепи. Переносная призабойная крепь иногда состоит из алюминиевых стоек и верхняков. Вес трехметровой алюминиевой стойки составляет 39 кг.

Разработка пластов средней мощности камерно-столбовой системой
[Реферат доклада R. Т. Todhunter. Exploitation par chambres et piliers et par longues tailles a la Barnes and Tucker Company Mines (США)]

Камерно-столбовой системой разрабатывается пологопадающий пласт мощностью около 2 м.

Подготовка участка заключается в проведении трех параллельных штреков с расстоянием между ними, равным 18,3 м (рис. 22). Штреки через 27 м соединяются между собой сбойками; в случае применения в камерах конвейеров сбойки делают против камер.

Расстояние между осями камер составляет 13,7-18,3 м, длина камеры 90 м. Камеры через 27 м сбиваются между собой. /33/ Одновременно с разработкой камер и столбов удлиняются и штреки. Работа продолжается до тех пор, пока вентиляционные выработки для свежей струи воздуха не будут проведены на 450 м и пока все камеры и столбы с одной стороны не будут отработаны. После этого начинается выемка камер и столбов, а также выемка предохранительных целиков с другой стороны.

Проветривание участков очень сложное и требует постоянного наблюдения.

Выемка угля производится бригадой, состоящей из 11 человек, которая имеет в своем распоряжении врубовую и погрузочную машины, две платформы-перегрузчика, ленточный конвейер и лебедку для маневрирования вагонетками. Одна такая бригада обычно выполняет работу в нескольких забоях — в трех выработках, трех или четырех камерах и двух столбах. Выемка угля включает три операции: подрубку, отбойку и погрузку, причем в каждом забое они чередуются.

При непрерывной отбойке угля бригада состоит из 7 человек. В её распоряжении находятся: одна врубово-погрузочная машина, две платформы-перегрузчика, один ленточный конвейер и одна лебедка. Камера нарезается шириной 5,8 м. Выработки имеют ширину 4,9-5,5 м, причём забой выработки опережает забой камеры на 30-60 м.

Для поддержания кровли в камерах применяются стойки, устанавливаемые на расстоянии 1,2 м друг от друга. При слабой кровле в качестве верхняков применяются рельсы весом 20-30 кг/пог.м.

При непрерывной отбойке угля производительность рабочего по забою на выход достигает 35 т. /34/

Применение камерно-столбовой системы для разработки пластов средней мощности
[Реферат доклада F. Savarу. Exploitation par chambres et piliers de couches moyennes en semi-dressant (Франция)]

Камерно-столбовой системой разрабатываются пласты (группа Бетюн) мощностью от 1,3 м до 3,5 м с углом падения 25-45°.

Пласты угля не самовозгорающиеся, с низким содержанием рудничного газа, но очень зольные (содержание золы достигает 40%). Кровля состоит из устойчивых песчаников.

Выемочный участок подготавливается штреками, из которых при помощи восстающих выработок 1 нарезаются столбы 2 шириной 9 м. Восстающие выработки или камеры трехметровой ширины проводятся на всю мощность пласта. Разработка столбов производится сверху вниз участками длиной 12,5 м, причем забои столбов в целях облегчения управлением кровлей должны по возможности располагаться на одной линии, наклоненной под углом около 45° к простиранию пласта (рис. 23).

Разработка участка столба состоит в том, что восстающая выработка расширяется сначала со стороны нетронутого массива угля, а потом со стороны обрушенного пространства. Отбитый уголь транспортируется к штреку через восстающую выработку, обеспечивающую единственный доступ к забою. После выемки угля в столбе доступ в выработанное пространство закрывают рядом стоек, представляющих собой органную крепь 3.

Развитие данной системы прошло несколько стадий.

Первая стадия (рис. 24, а). Камеры — восстающие выработки расширялись в каждую сторону на 3 м. Выработанное /36/ пространство после выемки части столба имеет размеры: ширина 9 м, длина по падению 12,5 м.

Выработанное пространство в столбе закрывается у основания между «ножками» 2 двумя рядами стоек. От выработанного пространства соседнего столба камера отделяется целиком 3.

Потери угля в целике 3 и «ножках» 2 составляют около 30% от запасов столба.

Вторая стадия (рис. 24, б). Камеры 1 расширяются на 6 м в сторону массива угля и на 3 м в сторону обрушения. Целики угля 2 хотя и оставлялись, но часто они раздавливались.

Поэтому перемычки из стоек возводились более прочными.

Третья стадия (рис. 24, в). Камеры расширялись на 4,5 м в обе стороны. В этом случае выработанное пространство, образующееся после выемки части столба, имеет размеры: ширина 12 м, длина по падению 12,5 м. Выемка угля в этой части столба производится заходками (рис. 25). Заходки 1 шириной 1,3 м вынимаются с помощью отбойных молотков. На расстоянии 0,8 м от восстающей выработки устанавливается ряд стоек 2. Крепь состоит из верхняка длиной 2,5 м, под который устанавливается две стойки. Когда кровля устойчивая, то устанавливаются стойки без верхняков на расстоянии 1 м одна от другой.

Крепь 2, расположенная у угольного массива, при взрывных работах, как правило, не разрушается. Крепь 3 состоит из двух рядов стоек, под её защитой вынимается уголь в нижней части камеры, напоминающей собою в разрезе воронку. Выемка столбов производится в две смены; в очистном забое все работы выполняются двумя рабочими, производительность которых по забою составляет 13 т на выход.

Проветривание забоев происходит следующим образом. Свежая струя воздуха проходит по основному штреку и поступает в очистной забой. Отработанный воздух уходит через обрушенное пространство; причём в обрушенном пространстве для этой цели никаких выработок не оставляется.

Воздух, поступающий в очистной забой, обеспечивает допустимую концентрацию рудничного газа. /37/

III. ВОПРОСЫ РАЗРАБОТКИ НА БОЛЬШИХ ГЛУБИНАХ

Разработка угольных месторождений, по мере отработки запасов угля, сопровождается постепенным увеличением глубины горных работ. Вследствие этого возрастет горное давление, температура окружающих пород, также может возрасти газообильность пластов и окружающих пород и т.д. Естественно, что увеличенная глубина работ, как и связанные с нею трудности, налагают известный отпечаток на выбор и конструкцию применяемых в настоящее время систем разработки и горное оборудование. Новые горнотехнические условия позволяют уже сейчас говорить о типе «шахты будущего», на которой потребуется видоизменить современные методы разработки пластов применительно к большим глубинам.

В связи с этим ниже приводятся некоторые взгляды и соображения по вопросам «шахты будущего».

Европейская каменноугольная шахта в 1975 г.
[Реферат доклада INICHAR «1975» (Бельгия)]

Под «шахтой будущего» понимается шахта с глубиной более 1500 м и с производительностью 20000 (даже 30000) т угля в сутки. Для таких шахт неизбежны: резкое увеличение температуры окружающих горных пород, угля, рудничного воздуха, повышенное газовыделение, пылеобразование и т.д.

Вскрытие месторождения мыслится осуществлять одним центральным подъемным стволом диаметрам порядка 8 м, закреплённым стальными тюбингами, и несколькими вспомогательными стволами. Подъемный ствол оборудуется несколькими парами скипов из легкого сплава, подвешенных на 8-20 сравнительно тонких канатах.

Вскрытие месторождения рекомендуется производить полевыми групповыми штреками и промежуточными квершлагами в комбинации со слепыми стволами или гезенками. Групповые штреки следует располагать в пустых породах с ослабленным давлением, для чего, например, можно рекомендовать предварительную отработку пласта широкой полосой, чем будет достигнуто ослабление давления. Вообще следует отказаться от оставления предохранительных целиков угля у выработок, сооружаемых в пласте.

Выемку пластов рекомендуется вести последовательно, но так, чтобы горные работы в смежных пластах не оказывали влияния на состояние подготовительных и очистных выработок. Разработка пластов должна производиться одновременно несколькими выемочными участками, удаленными друг от друга на таком /38/ расстоянии, чтобы разработка одного участка не оказывала влияния на условия разработки другого участка.

Для выемки пластов рекомендуется применять угледобывающие машины двух типов:

1. Узкозахватные машины. Машины, снимающие тонкую стружку и работающие в сочетании с конвейером, или машины с коротким баром.
2. Широкозахватные машины. К ним можно отнести машину «Корфман», которую можно использовать даже в пластах мощностью 0,6 м, бурильно-шнековую машину «Андерсон-Бойс» (рис. 26) и врубовую машину «Джой».

Доставка угля в очистных забоях и по выемочным штрекам мыслится ленточными или скребковыми конвейерами. Надо думать, что скребковый чешуйчатый конвейер с криволинейным ставом найдет широкое применение, поскольку он потребляет в половину меньше энергии, чем обычный цепной конвейер.

Величина горного давления на больших глубинах остается неясной, так как известны случаи, когда на небольшой глубине горное давление проявляется в большей степени, чем на большой глубине.

Забойная крепь должна быть податливой. Опыт показывает, что лучшие результаты дают стальные стойки с умеренной, но однородной и постоянной грузоподъемностью.

Весьма перспективна гидравлическая шагающая крепь в коротких забоях с креплением типа «Болтон», испытывавшаяся в последнее время в шахтах Англии (рис. 27). Передвижение этой крепи осуществляется при помощи гидродомкратов, рассчитанных на давление 80-240 кг/см², создаваемое гидравлическими насосами, установленными в штреке.

Шагающая гидравлическая крепь считается наиболее совершенным типом крепи с точки зрения хорошего взаимодействия ее с кровлей.

При невыдержанном залегании месторождения, там где давление горных пород незначительное, следует применять легкие, удобные для обращения стойки, а за ними гидравлические тумбы с широкими опорными поверхностями (рис. 28). Закладка будет по-прежнему применяться при разработке пластов, где /39/ необходимо уменьшить нарушение поверхности, избежать потерь и нагревания угля и утечек воздуха.

Для крепления штреков следует применять податливую крепь со степенью податливости 40-50% от мощности пласта.

Откатка должна осуществляться вагонетками умеренной емкости (4 т), что позволит не увеличивать сечения выработок. Локомотив и вагонетки не должны расцепляться. Весь состав с локомотивом должен проходить через опрокидыватель, совершая оборот с составом в околоствольном дворе. Предпочтение должно отдаваться дизелевозам, благодаря их способности хорошо приспособляться к различному профилю пути и аккумуляторным электровозам.

Проветривание выработок на больших глубинах должно быть интенсивным и обеспечивать снижение температуры воздуха в очистных и подготовительных забоях, так как нагревание свежей струи воздуха будет происходить за счет самоуплотнения воздушного столба, излучения горных пород, окисления угольной мелочи и т.д.

Отбитый уголь представляет большой источник тепла и при движении поездов навстречу свежей струе нагревает её. Поэтому в глубокой шахте необходимо избегать встречных потоков угля и свежего воздуха.

Для глубокой шахты рекомендуется: 1) диагональное проветривание (свежий воздух поступает по фланговым стволам, а выдается по центральным подъемным стволам); 2) подача повышенного количества воздуха с искусственным охлаждением его путем поступления в забои охлажденной воды или охлажденной щелочи. /40/

Разработка угольных пластов на глубине 1415 м
[Реферат доклада A. Linard de Guertechin, E. Tuncky. Du charbon de 1415 m de profondeur (Бельгия)]

На шахте «Риё де кер» с суточной производительностью 2000 т разработка пластов производится на глубине 1415 м.

Разработка пластов, склонных к внезапным выбросам мощностью от 0,4 до 1,4 м, производится лавами длиной 100-180 м с обрушением кровли. Выемка угля ведется отбойными молотками. Для предотвращения внезапных выбросов угля и газа предварительно производится сотрясательное взрывание.

Среднесуточное подвигание забоя достигает 0,9 м; максимальное подвигание - 1,8 м.

В качестве крепи используются металлические шарнирные верх-няки и металлические стойки; на каждые 0,7 м² устанавливается одна стойка. Давление пород на каждую стойку составляет 35 т.

Горные выработки крепятся податливой металлической крепью типа «Туссен-Гейнцман». В местах сильного давления их усиливают деревянной крепью.

Нужно отметить, что горные выработки подвергаются сильному горному давлению (рис. 29). В них очень часто происходит вспучивание подошвы (рис. 30). На восстановлении горных выработок занято 10—12% от общего состава рабочих шахты.

Вентиляция шахты производится посредством установленного под землей вентилятора, который работает последовательно с вентилятором, установленным на поверхности. Последний служит для /41/ разрежения воздуха в стволе с исходящей струей воздуха. Участки, удаленные от главных выработок, проветриваются участковыми вентиляторами. Воздух, подаваемый в шахту, охлаждается на поверхности охлаждающими приборами, представляющими собой батарею из труб, по которым циркулирует рассол. На небольшом расстоянии от ствола на глубине 1350 м устанавливается подземный понизитель температуры воздуха, работающий также на рассоле. Забои с наиболее высокой температурой имеют охладители воздуха, которые питаются водой, охлажденной у ствола.

Летом холодильные установки работают с полной производительностью, весной и осенью они действуют на 50% своей мощности, зимой они не работают. Температура в шахте поддерживается зимой и летом 20-25°.

Как отмечалось выше, разрабатываемые пласты склонны к внезапным выбросам газа. С 1947 г. было зафиксировано 13 выбросов, из которых три сопровождались человеческими жертвами. Опасными являются выбросы в лаве, так как воздушный поток прерывается и происходит повышение температуры. В этом случае рабочие, находящиеся ниже зоны выброса, будут лишены притока воздуха и могут оказаться жертвами теплового удара.

Обычно внезапные выбросы происходят в нарушенных и наклонно расположенных горных породах.

Чтобы предотвратить эти явления, или точнее, чтобы вызвать их при отсутствии рабочих, систематически производится сотрясательное взрывание. Когда сотрясательное взрывание не дает эффекта, т. е. когда уголь мягкий, неплотный и склонный к осыпанию, то производят бурение длинных скважин диаметром 80—115 мм. /42/

Производительность подземного рабочего по шахте составляет 1 т. Низкая производительность объясняется тем, что очень много подземных рабочих занято на таких вспомогательных работах, как восстановление горных выработок, охлаждение воздуха и т.д.

Разработка пластов в каменноугольных «шахтах будущего»
[Реферат доклада V. Vidal. Le chantier de la mine future (Франция)]

В Европе наибольшее распространение имеет разработка длинными забоями. Поэтому все работы в них, а именно: выемку угля, погрузку, разборку, передвижение конвейеров, возведение крепи и проведение подготовительных выработок необходимо по возможности полнее механизировать.

Европейские машиностроители в последние годы приложили много усилий для решения этой задачи. Соединение струга, бронированного конвейера и направляющего устройства в единое целое было большим шагом в механизации добычи.

Горные машины необходимо строить компактными, легкими и более мощными. В комбайне и во врубовой машине необходимо электромотор соединять с режущей и подающей частями машины гибкой (гидравлической) передачей для того, чтобы машина могла легко изгибаться в продольном направлении, следуя по неровной почве пласта.

Крепление. О поведении пород кровли в глубине массива можно судить по степени и характеру образования в них трещин, как функции скорости подвигания очистного забоя, так и принятого способа крепления. Образование трещин удобно изучать с /43/ помощью радиоактивного газа (предлагается изотоп аргона), нагнетаемого в кровлю через глубокие скважины.

Забойная крепь должна быть податливой.

Автоматическая шагающая гидравлическая крепь фирмы «Бранд» (рис.31) в комбинации со стругом успешно экспериментируется на одной из английских шахт в забое длиной 50 м.

За один цикл крепь передвигается на 20 см в течение 9 сек. Один цикл движения следует за другим автоматически, пока передвижение не будет прекращено извне (с пульта управления, который может находиться далеко в стороне и оборудован телевизионной установкой). Был случай, когда крепь сама выбралась из завала, который произошел вокруг нее. Крепь выдерживает нагрузку до 100 т, предварительный распор колонок - 8 т. При применении указанной крепи скорость подвигания лавы достигает 10 м в сутки.

Лучший тип шахты
[Реферат доклада H. E. Коерреn. Le meilleur type de siege dans les mines de charbon (ФРГ)]

Постройка шахты нового типа — это вопрос, который вызывает в последнее время большой интерес.

Предлагается строить крупные шахты с суточной добычей около 25000 т, которые будут выгоднее как с экономической, так и с технической точки зрения.

Если взять стоимость капитальных работ шахты с суточной добычей 8000 т за 100%, то шахты с суточной добычей 20000—25000 т составят 160—170%. На крупной шахте рентабельно построить обогатительную фабрику, тепловую центральную электростанцию мощностью 100000 кВт, работающую на угле с большой зольностью; в случае добычи коксовых углей можно построить коксо-химические батареи и т. д.

Для подъема полезного ископаемого в стволах должны использоваться 10-тонные скипы со скоростью подъема равной 20 м/сек. В настоящее время имеются подъемные машины, которые могут поднимать 15 т полезного веса со скоростью 20 м/сек с глубины 1430 м.

Предполагается, что шахтное поле на месторождении пологого залегания должно быть большим и составлять 45-50 км². Высота этажа 200 м.

Разработка пласта Араго

В наиболее крупном бассейне Франции, Па-де-Кале, с добычей около 30 млн. т обогащенного угля в год разрабатывается пласт Араго. Бассейн характеризуется залеганием тонких и средней мощности пластов пологого и наклонного падения. В частности, на шахте № 4 с суточной производительностью 1300 т /44/ разрабатываются 5 пластов. Из подготовительных работ шахты в сутки добывается около 10% всего угля. Разработка пласта Араго мощностью 1,7 м с углом наклона около 5° производится лавами длиной 120 м.

Пласт имеет нарушения, не выдержан по падению и по мощности, кроме того, он имеет в почве породный прослоек. Выемка угля в лаве производится с помощью отбойных молотков. Для предварительного разрыхления угля и исключения пылеобразования через каждые 3 м в лаве бурятся скважины диаметром 30-35 мм и глубиной 1,5-2,0 м, в которые под давлением 16—18 ат нагнетается вода. Шпуры бурятся ближе к почве пласта, чтобы предотвратить попадание воды в породы кровли. Это мероприятие позволяет эффективно производить отбойку угля отбойными молотками. Доставка угля в лаве производится скребковым конвейером, который передвигается без разборки с помощью пневматических патронов.

Крепление лавы выполняется металлическими стойками с металлическими шарнирными верхняками. Управление кровлей - полным обрушением с помощью переносных костров.

Производительность подземного рабочего на выход по шахте составляет 1,7 т.

Производительность забойщика в лаве на выход – 6 т.

Разработка пласта Бубрен

На шахте «Шарль» с суточной производительностью 2800 т разрабатывается пласт Бубрен на глубине 560 м.

Практический интерес представляет опыт разработки горизонтальными слоями с пневматической закладкой. Мощность пласта составляет 18-30 м, угол падения 30°. Этаж, имеющий вертикальную высоту 100 м, делится на подэтажи, в каждом из которых вырабатывается два слоя толщиной 2,5-3,0 м каждый. Выемка подэтажей производится в нисходящем порядке, а выемка слоев в подэтаже - в восходящем порядке. Выемочное поле двухстороннее.

Капитальный скат, служащий для спуска закладки и вентиляции, проходится в породах лежачего бока пласта на расстоянии 10 м от последнего.

Каждая пара слоев вскрывается одним коротким квершлагом, проведенным из закладочного ската, который углубляется по мере выемки подэтажей.

Подготовка отдельных подэтажей к выемке заключается в проведении по нижнему слою каждого из них слоевого штрека, который располагается в средней части пласта. Очистная выемка производится от границ к центру выемочного поля. Сначала полностью вынимается и закладывается нижний слой, после этого приступают к отработке вышележащего слоя. Выемка отдельных слоев производится заходками длиной 20 м, которые /45/ располагаются по обе стороны от слоевого штрека. Уголь в забоях заходок, расположенных вкрест простирания пласта, вынимается по простиранию с помощью отбойных молотков (рис. 32). С целью осуществления предварительного рыхления угля и уменьшения пылеобразования в угольный массив через скважины диаметром 30-35 мм и глубиной 2 м нагнетается вода под давлением 18 ат. Перемещение угля вдоль забоя производится скребковыми конвейерами.

При выемке нижнего (первого) слоя каждого подэтажа на почву укладывается настил из деревянных щитов, а крепление очистного забоя производится рамами, устанавливаемыми параллельно линии очистного забоя.

В верхнем слое стойки устанавливаются непосредственно под настил, укладываемый при выемке нижнего слоя вышележащего подэтажа. После того как выемка угля в заходке закончена, последняя подготавливается к закладке. Для отшивки закладываемой заходки используется джутовое полотно (мешковина). Закладка производится пневматической закладочной машиной - автоматом «Торкрет» (производительностью 30 м³/час).

Закладочными материалами служат породы с обогатительных фабрик и от проведения подготовительных выработок.

В некоторых случаях в качестве закладочного материала используется порода из старых шахтных отвалов, содержащая не более 30% горючих.

Проветривание забоев в заходках осуществляется с помощью эжекторов или просто сжатым воздухом, поступающим из общей сети.

При выемке второго верхнего слоя транспортировка угля и закладочного материала производится по штреку, оставленному в закладочном массиве нижележащего слоя.

При одновременной работе в 12 заходках были получены следующие показатели по системе: суточная добыча из одного горизонтального слоя 1000 т (два выемочных участка); производительность рабочего по участку на выход — 3,0 т; производительность забойщика на выход — 10 т; потери угля 5%.

Описанный вариант выемки горизонтальными слоями обладает рядом достоинств: возможностью осуществления многозабойной выемки угля в пределах одного горизонтального слоя; снижением расхода леса и трудоемкости работ по возведению крепи за счет сокращения объема работ по возведению предварительного настила.

Необходимо также отметить, что производство всех работ по выемке угля и закладке выработанного пространства в пределах одного слоя способствует упрощению организации этих работ и облегчает контроль за их выполнением.

Существенным же недостатком данного варианта является тупиковая схема вентиляции, не обеспечивающая деятельного проветривания, и отсутствие второго выхода из очистного забоя. /47/

IV. НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ О ГОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ФРАНЦИИ

В 1954 г. на шахтах Франции было добыто всего 56315 тыс. т обогащенного угля. Распределение добычи по бассейнам приведено в табл.2.

Таблица 2

Распределение добычи по бассейнам

Угольные бассейны	Добыча обогащенного угля, тыс. т			Производительность труда рабочего, кг на выход
Угольные бассейны	подземные разработки	открытые разработки	итого	на подземных работах	на подземных и поверхностных работах	на открытых работах
Каменный уголь
Нор и Па-де-Кале Лотарингия Бланзи Бассейн Луары Овернь Севенны Аквитания Дофине Прочие Итого:	28705 12996 2612 3330 1092 2819 1744 536 390 54224	- - - - - - 166 - 15 181	28705 12996 2612 3330 1092 2819 1910 536 405 54405	1349 2214 1682 1429 1291 1321 1392 1318 1001 1504	892 1424 1089 933 887 856 995 829 699 988	- - - - - - 2005 - 986 1851
Бурый уголь
Прованс Остенс Прочие Итого	1133 - 167 1300	- 610 - 610	1133 610 167 1910	2180 - 2213 2184	1370 - 1681 1403	- 14881 - 14881
Всего по Франции	55524	791	56315	1515	995	5770

Средняя глубина выемки угля составляет 447 м.

Распределение добычи угля в зависимости от мощности и угла падения пластов представлено в табл.3.

Таблица 3

Распределение добычи угля в зависимости от мощности пластов и по углам падения, %

Мощность, м	Углы падения, градус			Всего
Мощность, м	до 20	от 20 до 45	более 45	Всего
до 1,5 1,5-4,0 более 4,0	29,5 18,5 6,9	16,8 12,1 3,2	3,1 8,4 1,6	49,4 38,9 11,7

/48/ Из данных табл. 3 следует, что половина всего угля добывается из пластов мощностью менее 1,5 м.

Характерно, что на шахтах Франции сплошными системами разработки добывается 70,1% всего угля, слоевыми (горизонтальными и наклонными слоями) — 11,9%, камерно-столбовой — 3,3%, из прочих работ — 14,7%. Управление кровлей осуществляется как с закладкой выработанного пространства, так и с обрушением вмещающих пород. Добыча угля с полной закладкой выработанного пространства составляет 29%, с обрушением вмещающих пород — 58,6%, с частичной закладкой — 6,1 % и т.д.

Добыча угля в зависимости от длины забоев распределяется следующим образом: 14,5% угля добывается в забоях длиной менее 10 м, 16,0% — в забоях длиной от 10 до 50 м, 31,5% — в забоях длиной от 50 до 100 м, 26,5% —в забоях длиной от 100 до 200 м, 5,5% — в забоях длиной более 200 м, 6% угля добывается из подготовительных выработок.

Для выемки угля на шахтах Франции применяется следующее оборудование (табл. 4).

Таблица 4

Наименование оборудования	Количество, шт.	В том числе по роду энергии, шт.
		пневматических	электрических
Отбойные молотки Врубовые машины ударного действия Врубовые машины типа "Лонгволл" Врубовые машины типа "Шортволл" Универсальные и другие врубовые машины Врубовые машины с цепным приводом для производства вертикального вруба Струги с лебедками и быстроходные струги Скреперные струги с лебедками Конвейеры типа "утиный нос" Скреперо-погрузочные машины Механические лопаты	39015 81 270 51 8 64 7 7 453 106 197	39015 79 134 24 2 62 1 4 409 74 189	- 2 136 27 6 2 6 3 44 32 8

Перемещение угля в забоях производится как механическим способом, так и собственным весом. Так, 75% добычи угля перемещается в забое механическим способом, 17% - силой тяжести по неподвижным желобам и 8% - непосредственно грузится в вагонетки.

Наиболее интересные данные о трудоемкости как на подземных работах, так и на поверхностных приведены в табл. 5. /49/

Таблица 5

Трудоемкость работ по процессам

Процессы	Трудоемкость работ
Процессы	на 1000 т добываемого угля, чел.-смен	на 1000 т обогащенного угля, чел.-смен	%
Подземные работы
Трудоемкость подземных процессов в пределах выемочного поля В том числе: - основных - вспомогательных Трудоемкость процессов: - в очистном забое - при обслуживании очистных работ - при обслуживании транспорта, машин - при подготовительных работах	479 343 136 256 87 101 35	698 500 198 373 127 147 51	100 71,7 28,3 53,6 18,1 21,0 7,3
Поверхностные работы
Общая трудоемкость работ на поверхности, исключая надзор В том числе: - верхняя приемная площадка - механическое обогащение - обслуживание техники - склад - транспорт - надшахтные здания и сооружения - центральная подстанция - профессиональное обучение - бытовое обслуживание - разное	252 17 48 68 29 37 16 13 10 2 12	368 25 70 99 42 54 24 19 14 3 18	100 6,7 18,9 26,8 11,6 14,8 6,5 5,1 3,8 0,9 4,9

Средняя производительность труда одного рабочего на выход по данным за 1954 г. составляла, кг: забойщика - 5440, рабочего по лаве — 3640, рабочего по очистному забою — 2680, рабочего по выемочному участку — 2000, подземного рабочего — 1515, трудящегося по шахте — 995.

V. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ МЕТОДОВ РАЗРАБОТКИ МОЩНЫХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ В КУЗБАССЕ

При выборе технических направлений в разработке мощных пластов в Кузбассе прежде всего необходимо исходить из конкретных горно-геологических условий, которые отличаются чрезвычайным разнообразием.

Прокопьевско-Киселевский район Кузбасса, например, представляет собой месторождение, недра которого слагаются главным образом свитами мощных крутопадающих пластов /50/ каменного угля, собранных в синклинальные и антиклинальные складки.

Крепость угля и устойчивость боковых пород изменяются в довольно широких пределах. Мощность отдельных пластов достигает 16 м, а в различных складках 30 м и более. Такое разнообразие горно-геологических условий залегания угольных пластов исключает возможность эффективного применения в Кузбассе какой-либо одной системы разработки, одинаково пригодной для всех случаев практики.

Разработка пластов на полную мощность

Крутое падение. Из большого количества систем разработки и различных вариантов отдельных систем, применяемых в Кузбассе для разработки мощных крутопадающих пластов, большое развитие получила щитовая система разработки.

Многолетний опыт применения названной системы разработки в Кузбассе позволяет сделать определенные рекомендации в части применения щитовых перекрытий.

1. Для разработки пластов мощностью 3,5-6,0 м следует применять эластичные бессекционные щиты.
2. Для разработки пластов мощностью 6,0-10,0 м следует применять в основном одинарные секционные щиты.

Однако не исключена возможность применения для отработки пластов указанной мощности эластичных бессекционных щитов повышенной прочности (из сдвоенных балок).

Совершенствование щитовой системы разработки необходимо вести в направлении:

а) снижения потерь угля;
б) создания щитовой системы для пластов средней мощности;
в) механизации транспортировки угля под щитом;
г) создания щитовой системы с полной закладкой выработанного пространства.

Наклонное падение. Положительное решение вопроса разработки мощных наклонных пластов с помощью щитовых перекрытий, проверенное опытными работами в производственных условиях, позволяет уже в настоящее время рекомендовать для разработки пластов мощностью до 8 м:

а) щиты на катках для пластов с углом падения 35—55°;
б) щиты с принудительной подачей типа щита МЗЛ конструкции Гипроуглемаша для пластов с углом падения 25-35°.

Пологое падение. Если при крутом и наклонном падениях пластов разработка их на полную мощность с помощью перемещающихся крепей по падению не представляет особой трудности, то разработка мощных пластов пологого падения связана не только с трудностью создания передвигающейся крепи для работы в этих условиях, но и с трудностью управления породами кровли пластов. /51/

В отношении конструкции передвижных крепей можно только сказать, что последние должны быть шагающими, вернее, иметь секционную передвижку элементов с тем, чтобы исключить случаи обнажения пород кровли на значительной площади, что очень важно при работе в условиях пологого и горизонтального залегания.

Следует признать, что вопрос разработки мощных пластов пологого падения на полную мощность является пока проблематичным, если не считать камерно-столбовую систему, от применения которой не следует отказываться при разработке пластов мощностью не выше 5 м при устойчивых породах кровли.

Разработка пластов с разделением на слои

Слоевые системы разработки являются пока единственными проверенными в производственных условиях. Их применение при разработке мощных пластов обеспечивает надежные работы с полной закладкой выработанного пространства. Наличие в Кузбассе сложных горно-геологических условий не снимает вопроса о совершенствовании слоевых систем.

Система разработки горизонтальными слоями является пока незаменимой системой при разработке замковых частей месторождения, а также нарушенных участков и участков со слабыми боковыми породами.

В связи с низкой эффективностью этой системы разработки уже давно назрела необходимость осуществления комплексной механизации работ в забоях путем создания крепильно-выемочных агрегатов типа «Кузбасс». С этой точки зрения положительную оценку следует дать передвижной гидравлической крепи КузНИУИ.

Наряду с работами по созданию крепильно-выемочных агрегатов, в целях сокращения расхода лесоматериалов необходимо пересмотреть технологию крепления очистных забоев как с обрушением, так и с закладкой выработанного пространства в направлении:

а) использования наряду с деревянными стойками металлических стоек, которые следует удалять непосредственно перед закладкой;
б) перенесения основных нагрузок со стороны «потолочины» слоя с призабойной крепи на закладочный массив, вследствие чего рекомендуется идти по пути сокращения расстояния от забоя до закладочного массива. Вместе с тем следует широко применять для возведения предварительной крепи металлические сетки, тонкие бетонные плиты, «стрункартон», старые канаты или металлические полосы и т.д.

Система разработки поперечно-наклонными слоями по сравнению с горизонтальными слоями обладает /52/ преимуществами, заключающимися в осуществлении самотёка угля и закладочного материала в очистном забое.

При соответствующих горно-геологических условиях она может с успехом заменить систему разработки горизонтальными слоями как с закладкой выработанного пространства, так и с обрушением.

При работах с закладкой следует различать два варианта этой системы: а) с нисходящим порядком выемки слоев; б) с восходящим порядком выемки слоев.

Последний следует применять лишь в случае отработки запасов угля, сосредоточенных под крупными зданиями, сооружениями, водоемами, пожарными участками и другими объектами, которые по тем или иным причинам не могут быть подработаны. В остальных случаях следует ориентироваться на вариант с нисходящим порядком выемки слоев.

Применение выемочно-крепильных агрегатов типа «Кузбасс» или крепи КузНИУИ в условиях поперечно-наклонных слоев имеет ряд преимуществ в сравнении с условиями работы этих крепей в горизонтальных слоях.

В частности, исключается необходимость в доставочном механизме; обеспечивается более высокая плотность закладочного массива и более высокая степень заполнения выработанного пространства.

Агрегат «Кузбасс» может быть применен для выемки угля в поперечно-наклонных слоях как с закладкой выработанного пространства, так и с обрушением (рис. 33).

К началу работы агрегата выемочный комбайн 1 находится в конвейерном штреке 12. Комбайн по направляющим проводникам 5 движется к вентиляционному штреку 13, снимая ленту угля толщиной 300 и высотой 2900 мм. Отбитый уголь в большей своей части падает на забойный конвейер 2, остальной грузится принудительно при помощи отвала 11. Ориентировочная производительность комбайна 150 т/час.

После того как комбайн вернется в исходное положение, производится передвижка крепи. Сначала при помощи двух горизонтальных домкратов четный блок гидравлических стоек выдвигается вперед на 300 мм, затем подвигается блок нечетных гидравлических стоек. На этом цикл, собственно, и завершается.

Наряду с работами по осуществлению комплексной механизации в очистных забоях поперечно-наклонных слоев необходимо проводить мероприятия, аналогичные мероприятиям, перечисленным выше, т.е. расширить практику применения металлической крепи, состоящей из переносных стоек и верхняков, как при работах с закладкой, так и с обрушением.

При работах с закладкой как при нисходящем, так и при восходящем порядке выемки слоев необходимо организовать /54/ работы таким образом, чтобы основная нагрузка со стороны потолочины слоев воспринималась закладочным массивом.

Система разработки наклонными слоями применяется в Кузбассе преимущественно для разработки мощных пластов наклонного и пологого падения.

В связи с положительным решением вопроса разработки мощных наклонных пластов щитами на катках и щитами с принудительной подачей, область применения системы разработки наклонными слоями с обрушением значительно сокращается. Конкретно на сегодняшний день она определяется пластами пологого и наклонного падения, мощность которых превышает 8 м, т.е. теми пластами, вопрос разработки которых с помощью щитов пока ещё не решен, и пластами, разработка которых с обрушением невозможна по каким-либо причинам.

Система разработки применяется как с обрушением, так и с закладкой выработанного пространства. Если технология ведения работ с обрушением обусловливает только нисходящий порядок выемки слоев, то при работах с закладкой следует различать два варианта этой системы: 1) с нисходящим порядком выемки слоев; 2) с восходящим порядком выемки слоев.

До последнего времени считалось, что в условиях Кузбасса, где нет хорошо слеживающегося закладочного материала, нисходящий порядок выемки наклонных слоев с технической точки зрения неприемлем.

Однако это мнение было опровергнуто практикой. Так, на шахте № 3-3-бис пласт мощностью 15 м с углом падения 40° был отработан с самотечной закладкой наклонными слоями, вынимаемыми в нисходящем порядке. Нисходящий вариант наклонных слоев следует развивать и дальше, так как он обеспечивает ряд преимуществ, к которым можно отнести: а) возможность разработки пластов большой мощности; б) относительную безопасность работ; в) возможность осуществлять комплексную механизацию работ. В последнее время наблюдается тенденция перехода на отработку наклонных слоев короткими забоями, так называемыми полосами по простиранию с закладкой выработанного пространства (см. рис. 13).

Практика работы шахты им. Сталина показала, что уменьшение длины очистного забоя до 10-12 м не только не ухудшило показатели по системе, а наоборот, способствовало увеличению производительности выемочного поля, увеличению подвигания, снижению расхода лесоматериалов, снижению себестоимости добытого угля и т.д.

В целях экономии крепежных материалов и повышения производительности труда необходимо осуществлять перевод очистных забоев наклонных слоев с деревянной на металлическую крепь, состоящую из переносных стоек и шарнирных верхняков, или, в крайнем случае, на смешанную крепь. /56/

При работе с закладкой необходимо идти по линии уменьшения величины шага закладки и широкого применения заменителей леса: металлической сетки, металлических полос и др.

Рассматривая системы разработки мощных пластов в Кузбассе, необходимо обратить внимание на вопрос закладки выработанного пространства, так как с перемещением горных работ на большую глубину в значительной мере увеличивается газообильность угольных пластов, в связи с чем увеличится и количество воздуха, подаваемого в шахту. Безусловно, при работе с обрушением увеличатся утечки его за счет прососов через выработанное пространство, что при той неполноте выемки угля, какая имеет место в настоящее время, создает угрозу возникновения подземных пожаров.

Таким образом, с увеличением глубины разработки угольных пластов растет общая опасность, диктующая необходимость применения закладки выработанного пространства.

Работы по созданию рациональных систем разработки мощных пластов с закладкой за последние годы ведутся в нескольких направлениях: в направлении значительного повышения эффективности слоевых систем разработки с закладкой выработанного пространства и в направлении создания высокопроизводительных систем разработки с закладкой выработанного пространства при выемке пласта сразу на всю мощность.

Совершенно очевидно, что широкое распространение получит такая система разработки мощных пластов, в которой закладка будет выполнять функции крепи очистного забоя и исключит расход крепежного материала, а следовательно и расходы, связанные с возведением крепи в очистных забоях.

С этой точки зрения заслуживает внимания комбинированная система разработки мощных крутопадающих пластов (камерно-щитовая), предложенная инженерами В.Ф. Парусимовым, Т.Ф. Горбачевым и К.П. Новиковым (рис. 34).

Ценность указанной системы заключается в том, что она с одинаковым успехом позволяет использовать две хорошо известные в практике Кузбасса высокоэффективные системы разработки мощных крутопадающих пластов — камерную и щитовую, исключая при этом их недостатки.

Наряду с созданием высокоэффективных систем разработки необходимо совершенствовать методы добывания, приготовления и транспортировки закладочного материала на поверхности и, следовательно, снизить его себестоимость.

Одной из очередных задач нужно считать проведение опытов по применению гидромеханизации в комбинации с передвижными крепями и в первую очередь в щитовой системе.

К списку технических книг