Состояние вопроса по обеспечению устойчивости выемочных выработок в зоне влияния очистных работ на шахтах Алмазно-Марьевского геолого-промышленного района Донбасса

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ УСТОЙЧИВОСТИ ВЫЕМОЧНЫХ ВЫРАБОТОК В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ ОЧИСТНЫХ РАБОТ НА ШАХТАХ АЛМАЗНО-МАРЬЕВСКОГО  ГЕОЛОГО-ПРОМЫШЛЕННОГО РАЙОНА ДОНБАССА

Выработки, проводимые после вскрытия шахтного поля для оконтуривания и подготовки к очистной выемке отдельных его частей называются подготовительными. Подготовительные выработки  обеспечивают доступ к очистным забоям, их проветривание, транспортировку п. и., материалов и оборудования, доставку людей, энергоснабжение, водоотлив  т.e. нормальные условия для создания и эксплуатации очистных забоев.        

Cреди подготовительных выработок особо выделяют выемочные, непосредственно примыкающие к очистному забою, т.к  они требуют повышенных  условий к безопасности ведения горнах работ на сопряжениях  с очистным забоем.

Устойчивость выемочных выработок в зоне влияния очистных работ  и выбор способов охраны в значительной мере зависит от горно-геологических условий: мощности и угла падения разрабатываемых пластов, физико-механических свойств пород и их водообильности, глубины разработки месторождения. Поэтому для правильного решения задачи по обеспечению эксплуатационного состояния выемочных штреков необходимо для определенных горно-геологических условий изыскивать эффективные технологические  решения по охране и рациональному расположению выработок.

В геолого-структурном отношении Алмазно-Марьевский геолого-промышленного района Донбасса характеризуется формой разрывных тектонических нарушений – надвиги. Наибольшее распространение имеют надвиги с амплитудами от 30-50 до 200-300 м. Сбросы значительно менее развиты и представлены меньшими амплитудами. Значительно развита средняя и мелкая тектоника с амплитудами разрыва до нескольких десятков метров. Дизъюктивные нарушения, сопровождающие пликативные структуры, осложняют ведение горных работ и ведут к увеличению потерь угля в недрах на площадях развития нарушений. Расположение Алмазно-Марьевского района приурочено к северной части Донецкого бассейна и граничит по простиранию с Лисичанским и Селезневским угольными месторождения. Абсолютные отметки поверхности не превышают +218,1 м. Глубина разработки колеблется от 600 до 1000м.

В геологическом строении месторождения принимают участие осадочные породы четвертичного, палеогенового и каменноугольного возрастов. Четвертичные отложения представлены почвенно-растительным слоем мощностью 0,3 – 1,2 м и нижележащим суглинком мощностью 0,6 – 25 м. Палеогеновые отложения широко распространены на водораздельных участках. Они залегают почти горизонтально на размытой поверхности карбона, сложены мергелями Киевского яруса мощностью 2- 25 м и глауконитовыми песчаниками и песками Харьковского яруса мощностью 2,5 – 36 м. Каменноугольные отложения представлены свитами среднего и верхнего отделов Донецкого карбона      и сложены различной мощности толщами песчаников, песчаных и глинистых сланцев, содержащих пласты известняков и углей.

Продуктивная толща среднего карбона представлена свитами   и  В настоящее время более 50% добычи угля приходится на пласты ,  и  средняя вынимаемая мощность разрабатываемых пластов колеблется от 0,65 до 1,35 м; угол падения 5- 42°;  объемный вес угля 0,9-1,8 т/ угли марки Г и Д; относительная метанообильность 7-15т.

На рис. 1,1 приведены стратиграфические разрезы, типичные для пластов свиты   Породы непосредственной кровли и почвы разрабатываемых пластов в основном представлены известняками, песчаниками и песчаными сланцами средней устойчивости, местами встречается глинистый сланец (ложная кровля). Однако их прочность при проведении выработок вследствие обводненности значительно снижается, чем резко осложняются условия разработки пластов.

Характеристика угольных пластов  приведены в табл. 1.1.

Рис.1.1 – Стратиграфический разрез боковых пород пластов , ,  и :    а – шахты «Золотое»,  б, в – шахты «Карбонит»,  г, д – шахты «Первомайская».

Основными водоносными породами в каменноугольной толще являются известняки и песчаники. Мощными водоносными горизонтами карбона являются , , , . Приток воды на большинстве шахт района достигает 300-600 час.

Наиболее высокой водообильностью обладают известняки, благодаря своей трещиноватости и мелкой закарстованности. Песчаники имеют меньшую трещиноватость, но значительно большую мощность, достигающую 80-120 м   и являются водоносными. Глинистые сланцы и угольные пласты незначительно водоносны, частично водоносными являются трещиноватые песчаные сланцы, что значительно снижает их прочность, способствует выдавливанию пород в выработки.

Таблица 1.1

Горно-геологическая характеристика угольных пластов

Характеристика качества угля	Данные угольных пластов
Индекс пласта
Мощность пласта	1,28-1,35	0,89-1,06	0,85	0,87-0,92	0,83-1,03	0,65-0,7
Угол падения, град	8-35	9-42	8-35	9-40	6-40	5-35
Строение пласта	сложное	простое	простое	простое	простое	простое
Крепость угля	1,5	1,38	1,36	1,35	1,5	1,4
Газоносность, т.г.м	6,2	7	7,5	6,8	5,4	до 5
Марка угля	Г	Г,Ж	Г,Ж	Г,Ж	Г,Ж	Г
Зольность средняя, %	21,1	25,6	12,1	16,8	11,5	11,8
Содержание серы, %	3,2	3,7	3,4	2,9	3,6	2,0
Влажность,%	2,2	3,3вского	3,1	2,6	2,6	2,2
Выход летучих, %	39,9	25,2	39,7	39,5	38,6	33,2
Глубина разработки, м	775	865	-	660	775	580
Расстояние между пластами, м	от  до - 123 м	от  до - 77м	от  до - 20 м	от  до  - 65 м	от  до  - 112 м

             Анализ горно-геологических данных позволил установить типовые условия, характерные для Алмазно–Марьевского геолого-промышленного района:

1)                большая угленосность месторождения; средняя вынимаемая мощность разрабатываемых пластов 0,65-1,35 м, угол падения весьма не выдержан и колеблется в пределах 5-42°;

2)                вмещающими боковыми породами для большинства пластов являются известняки, песчаники и песчаные сланцы, прочностные свойства которых значительно снижаются вследствие обводненности.

3)        Разрабатываются пласты  ,  и  из них наиболее перспективными являются  и , для глубокого анализа влияния очистных работ на устойчивость выработок целесообразно выполнить исследования штреков по разрабатываемым пластам.

Поле шахты «Золотое» вскрыто тремя вертикальными и наклонными стволами. Схема проветривания – центральное, способ проветривания – всасывающий. Шахта сверхкатегорийная, не опасная по внезапным выбросам угля и газа. Угольные пласты кроме ,  не склонные к самовозгоранию. Схема подготовки шахтного поля – этажная. Система разработки – комбинированная и сплошная. Размеры шахтного поля составляют: по простиранию 3500-5700 м; по падению 2000-3100 м.

Шахта «Карбонит» введена в эксплуатацию в 1972 году с проектной мощностью 600 тыс. тонн угля в год. В 1974 году проектная мощность шахты составила 1200 тыс. тонн. После шахты вскрыто центрально-сдвоенными стволами, на западном крыле – воздухопадающим стволом. Схема проветривания – комбинированная, способ проветривания – всасывающий. Шахта сверхкатегорийная, не опасная по внезапным выбросам угля и газа, разрабатывает пласты , и , склонный к самовозгоранию. Схема подготовки шахтного поля – панельная. Система разработки – сплошная. Размеры шахтного поля составляют: по простиранию 6000 м; по падению 3000 м.

В 1974 году шахта «Первомайская» была введена в эксплуатацию с проектной мощностью 450 тыс. т. Шахтное поле вскрыто двумя вертикальными стволами. Схема проветривания – комбинированная, способ проветривания – всасывающий. Шахта сверхкатегорийная, не опасная по внезапным выбросам угля и газа. Угольный пласт   склонный к самовозгоранию. Схема подготовки шахтного поля – панельная. Система разработки – сплошная. Размеры шахтного поля составляют: по простиранию 3500 м; по падению 3000 м.

В работе  проанализировано состояние горных  работ и  способы поддержания по материалам ГП «Первомайскуголь».

 В  период  закрытия  и реструктуризации угольной отрасли с середины  90-х годов  прошлого века и по сегодняшний момент из-за отсутствия необходимого финансирования усилились проблемы с развитием предприятия, закупкой оборудования, осуществления технического перевооружения шахт.

Предприятия угольной отрасли - шахты:  «Золотое», «Карбонит», «Первомайская», «Горская», «Тошковская» и шахты «Ламоватская» входящих в состав ГП «Первомайскуголь»,столкнулись с  проблемами закрытия, снижением уровня безопасности труда шахтеров, несвоевременной выплатой заработанной платы.

Из-за отсутствия высокопроизводительных лав, низких темпов проведения подготовительных выработок, недостаточного обеспечения материалами и оборудованием, низкого уровня организации очистных и подготовительных работ, заметно произошел спад угледобычи. Темпы добычи снизились настолько, что отдельные шахты выдавали на гору твердого топлива, которого даже не хватало на собственные нужды (50-100 т/сут.). При этом себестоимость добычи достигает значительных величин.

Главной экономической задачей развития угольной промышленности является обеспечение значительного роста производства и улучшение его качественных показателей на основе современного использования достижений науки и техники, совершенствования технологии, методов планирования и управления производством, улучшения условий труда и техники безопасности.

Исходя из выше сказанного, исследования в данном направлении решено провести по следующей схеме, включающей алгоритм последовательных действий по выполнению всех технологических этапов работы с проведением исследований. Выполнены этапы:

1.     Оценка проблемы устойчивости выемочных выработок в зоне влияния очистных работ в условиях шахт Донбасса.

2.     Анализ производственного опыта и литературных источников. Определение критически важных показателей устойчивости выемочной выработки с целью выбора эффективных способов охраны.

3.     Разработка математической модели определения устойчивости подготовительных выработок в зависимости от горно-геологических условий залегания.

4.     Разработка прогностической модели аналитико-экспериментальным путем.