Том 42 Вып. 1

В теории проектирования угольных шахт определению местополо­жения стволов по условиям транспортирования груза посвящено свыше 30 работ, выполненных главным образом в течение последних 30 — 35 лет. Решением этой задачи занималось большое число инженерно- технических и научных работников. Некоторые исследователи значи­тельно расширили задачу определения местоположения ствола, включив в рассмотрение подземный и поверхностный транспорт угля, доставку породы, людей, оборудования, а также проветривание, проходку квер­шлагов (при положении стволов вне пределов свиты), потери в целиках, и тем самым превратили ее в типичный метод вариантов, решаемый гра­фически или табличным сравнением. Во время известной дискуссии о применении аналитического метода в горном деле, проведенной «Гор­ным журналом» в 1949 г., этот вопрос также привлек внимание. При этом некоторые участники дискуссии подвергли сомнению правильность вообще существующей методики определения местоположения ствола по условиям транспортирования.

Одной из сложных задач в горном деле является разработка место­рождений под водоемами и крупными водоносными горизонтами. Про­изводство горных работ под водоемами изучено недостаточно. Вслед­ствие этого в одних случаях теряется много угля в предохранительных и барьерных целиках, а в других — неправильная разработка приводит к прорывам воды, вызывающим нарушение работ и несчастные случаи с людьми. Так, например, Горное бюро США приводит семь случаев катастрофического затопления шахт в Пенсильвании, главным образом, в результате неправильной отработки барьерных целиков. В то же время, по данным этого бюро, при правильном выборе системы раз­работки, способов отработки целиков и управления кровлей можно было извлечь до 35% запасов, потерянных в барьерных целиках, т. е 250 млн. m антрацита. Это позволило бы продлить работу шахт на 5 лет.

Общепринятая методика исследований проявлений горного давле­ния, основанная на анализе средних смещений кровли на различном расстоянии от забоя, не обеспечивает возможности оценки состояния кровли и выбора рациональной характеристики крепи. По этой методике движение пород кровли условно признается непрерывным, а измерен­ные изменения скоростей опускания во время отдельных операций прак­тически не используются. Вследствие неодинаковой продолжительности существования измерительных точек и различной продолжительности отдельных операций искажается не только характер кривой смещения кровли (при удалении от забоя) но и конечные результаты.

С целью установления взаимодействия крепи и кровли автором в различных условиях на шахтах Донецкого бассейна проведены иссле­дования воспринимаемых крепью нагрузок и податливости фрикцион­ной и гидравлической крепей. Анализ полученных материалов произво­дился в соответствии с намеченной методикой.

Как в СССР, так и за границей угольные пласты пологого падения мощностью более 3,5—4,5 м разрабатываются наклонными слоями с об­рушением, с закладкой или в отдельных случаях (Франция, Англия) с плавным опусканием верхних слоев и кровли пласта. Эти системы ха­рактеризуются сравнительно низкими технико-экономическими показа­телями в связи с высокой стоимостью и трудоемкостью возведения за­кладки или предварительной крепи.

В течение последнего десятилетия гибкие щиты получили широкое распространение при разработке крутопадающих угольных пластов в Кузбассе, где они успешно конкурируют с другими способами разра­ботки. Щитовая разработка в рудной промышленности во многих слу­чаях может заменить малопроизводительную и дорогую разработку слоевым обрушением.

Дальнейшее развитие угольной промышленности связано с перехо дом ряда каменноугольных бассейнов СССР на более глубокие гори зонты. Неизбежным следствием этого является ухудшение атмосферных условий горных выработок, главным образом, за счет увеличения газообильности и повышения температуры, в связи с чем борьба с газовыделением и создание нормальных условий труда в газообильных очист­ных и подготовительных забоях угольных шахт становятся все более актуальными. Появляется необходимость определения дифференциаль­ного газовыделения действующих и вновь вскрываемых горизонтов с разделением его на очистные забои, подготовительные выработки и выработанное пространство. Это вызвано необходимостью применения на глубоких горизонтах активных методов борьбы и управления газовыделетшем (дегазации метана, изменения последовательности отра­ботки сближенных пластов, выбора схем проветривания выемочных участков).

Работами Печорского научно-исследовательского угольного инсти­тута установлено, что шахты Воркутского месторождения отличаются высокой метанообильностью, возрастающей с переходом горных работ на более глубокие горизонты. Однако метанообильность по шахте в целом, определенная горностатическим методом, не может характеризовать величину метановыделения, например, в очистные и подготовительные забои при различных горногеологических условиях. Так, газовыделение в пределах очистного участка при разработке одиночного пласта, пласта, имеющего спутников, или пласта, разрабатываемого в два слоя, будет резко отлично. Поскольку газовыделение на больших глубинах будет создавать значительные трудности при проветривании выработок и воз­можно потребуются специальные мероприятия по управлению газовыделением, необходимо четко представлять характер газовыделений при различных горногеологических условиях.

Наблюдения за поведением боковых пород и крепи подготовитель­ных выработок в условиях Нововолынского месторождения каменного угля проводились постоянной группой ДонУГИ при участии автора и при помощи инженерно-технических работников шахт и треста Нововолынскуголь.В угленосной толще Нововолынского месторождения залегают четыре угольных пласта. Два из них, залегающие на глубине 350— 375 м, рабочие — Волынский 1 (n₇) мощностью 0,1—1,2 м и Волынский 2 (n₃) мощностью 0,1—2,1 м. Залегание пластов почти горизонтальное, угол падения 4—5°. Установлено наличие ряда тектонических нарушений в виде сбросов с амплитудами смещения от нескольких сантиметров до 20 м. В породах, вмещающих угольные пласты, значительно развиты песчаные и песчано-глинистые отложения.

В Советском Союзе крепление штанговой крепью выработок боль­ших сечений, пройденных в неслоистых и прочных, но сильно трещинова­тых породах, было проведено по инициативе А. И. Голомолзина в 1955 г. Под его руководством группой инженеров (Р. Э. Василевским, В. Г. Доминиковым и Ю. К. Маненковым) было закреплено несколько опытных участков в породах с различной степенью трещиноватости.Однако теоретическая неразработанность вопросов взаимодействия штанговой крепи с горными породами в выработках, проводимых в проч­ных, но сильно трещиноватых породах, приводит довольно часто к не­доверию и в результате к отказу от применения этого нового вида крепи.

Штанговую крепь осваивают пока преимущественно на основе пра­ктического опыта, так как ее теория недостаточно разработана. Штанги представляют собой пассивные подвески только при слабой непосредственной кровле и прочной породе основной кровли. Во всех других случаях установка и раскрепление штанг в породе изменяют несущую способность кровли, хотя механические свойства образцов, из­готовленных из породы, скрепленной и нескрепленной штангами, ко­нечно, остаются одинаковыми.

Среди многочисленных видов крепи, применяемых в горном деле, штанговая крепь по принципу действия, простоте конструкции, экономич­ности и универсальности занимает особое место и с каждым годом за­воевывает все большее признание в мировой горной практике. Кафедрой строительства горных предприятий Ленинградского гор­ного института изучается штанговая крепь как средство борьбы с пуче­нием подошвы горных выработок на шахтах Донбасса, Подмосковья и других бассейнов. Установлено, что штанговая крепь часто может предотвратить пучение или значительно уменьшить его интенсивность. Широко применяемые конструкции штанговой крепи для крепких и сред­ней крепости пород совершенно не пригодны для укрепления слабых пород, так как не обеспечивают хорошего закрепления замков и имеют малую несущую способность. В зарубежной горной литературе для укрепления слабых пород рекомендуются широко применяемые и деше­вые железобетонные штанги. При опытной проверке этих рекомендаций оказалось, что не все конструкции железобетонных штанг эффективны в слабых породах, особенно в породах, теряющих механическую проч­ность при увлажнении. В результате изучения принципиальных особен­ностей известных конструкций железобетонных штанг и анализа схем их работы в конкретных горногеологических условиях были разработаны принципиально новые конструкции.

Раскрепление обычных типов штанг в скважинах осуществляется за счет расклинивания деталей замка. Расширенияе замка требует механических усилий, а достаточное закрепление замка в породах практически не всегда удается обеспечить.

Применение штанговой крепи для борьбы с пучением пород в гор­ных выработках на шахтах Донбасса показало, что обычные замки штанг не обеспечивают в глинистых породах надежного закрепления. Усилия вытягивания их при испытаниях не превышали 1—1,5 т, что для металлических штанг совершенно недостаточно. Поэтому для борьбы с пучением глин в выработках шахт Подмосковного бассейна авторами предложена металлическая трубчатая штанговая крепь.

В процессе бурения шахтных стволов промывочный раствор загряз­няется разбуриваемой породой, что ведет к ухудшению его качества, снижению показателей бурения, а иногда к осложнениям и авариям. Для восстановления качества раствора необходимо непрерывно очи­щать его от разбуриваемой породы. Среди различных механизмов и устройств, применяемых для очистки промывочных растворов, наиболь­шее распространение получили вибрационные сита.

При изучении колебаний жесткой армировки шахтных стволов не­обходимо различать два вида сил взаимодействия парашютного устрой­ства с проводниками — торможения и сцепления. Под силой торможе­ния будем понимать силу взаимодействия парашютов с проводниками при движении подъемного сосуда вдоль проводников, под силой сцеп­ления — силу взаимодействия парашютов с проводниками при непо­движном по отношению к проводникам подъемном сосуде или движе­нии его с весьма небольшой скоростью. В общем случае сила сцепле­ния не равна силе торможения. Так, при действии парашютов трения различие в величине силы торможения и силы сцепления будет опреде­ляться различием в величине коэффициентов трения движения и тре­ния покоя. При этом следует иметь в виду, что трение покоя больше трения движения в 1,7—2,8 раза и, следовательно, сила сцепления будет больше силы торможения.

Как известно, погрузка породы при проведении вертикальных ство­лов шахт, занимая 60—80% времени проходческого цикла, является наи­более трудоемким и трудно поддающимся механизации процессом. По­этому особо важное значение имеет выбор наиболее рационального спо­соба погрузки породы. Основным критерием для этого обычно служит суммарная производительность машин на погрузке, т.е. учитывается только сокращение времени на погрузку и достигаемое за счет этого увеличение скорости проходки. При этом совершенно упускается себе­стоимость погрузки породы, которая оказывает существенное влияние на себестоимость сооружения ствола.