Горнотехнические условия эксплуатации шахт комбината "Воркутуголь"

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Горнотехнические условия эксплуатации шахт комбината "Воркутуголь"

25.04.2020

На Воркутском месторождении с 1932 г. построено 25 шахт, на Хальмеръюском 1 — всего 26 шахт, из которых 7 к 1962 г. погашены (№ 2, 4, 6, 8, 10, 11, 12). Действующий шахтный фонд комбината на 1 января 1962 г. состоит из 19 шахт (на Воркуте 18 шахт, на Хальмеръю 1 шахта). Добыча угля в 1961 г. составила 12,3 млн. г, в том числе по шахтам, добывающим технологические угли, 11,2 млн т.

Шахты, введенные в эксплуатацию до 1947 г., построены по довоенным технологическим схемам, которые предусматривали большой удельный вес ручного труда, малую пропускную способность стволов, ограниченные размеры шахтных полей и т. д.

Из 11 шахт, сданных в эксплуатацию в этот период, семь шахт в связи с исчерпанием запасов погашены, а две отрабатывают последние запасы и идут на погашение.

Шахты, построенные в послевоенный период, являются более мощными механизированными предприятиями, рассчитанными на продолжительный срок службы. За этот период было сдано в число действующих 15 шахт.

Однако и эти более новые шахты по ряду причин (малые размеры шахтных полей, небольшой срок службы горизонтов, недостаточная пропускная способность стволов и т. д.) не отвечают современным техническим требованиям угольной промышленности и для дальнейшего развития добычи должны подвергнуться коренной реконструкции. Реконструируются как отдельные шахты, так и группы шахт, нижние горизонты которых объединяются в одно предприятие (рис. 34).

Перечень действующих и строящихся шахт по состоянию на 1 января 1962 г. приведен в табл. 78.

Размеры существующих шахтных полей по простиранию, как правило, не превышают 3—4 км. Поэтому срок эксплуатации одного горизонта колеблется от 3 до 4 лет. Годовая производительность шахт колеблется от 230 до 1050 тыс. т, причем большинство шахт перекрыли установленную проектную мощность.

На Хальмеръюском месторождении в 1957 г. была сдана в эксплуатацию шахта № 1 с проектной мощностью в 600 тыс. т в год и глубиной отработки в 775 м от поверхности. За 1961 г. добыча составила 436 тыс. т.

На Юньягинском месторождении строится шахта производительностью 1200 тыс. т. в год.
Горнотехнические условия эксплуатации шахт комбината "Воркутуголь"

Шахтами комбината разрабатываются 15 угольных пластов, мощность которых колеблется от 0,7 до 4,5 м. Эти пласты в большинстве случаев имеют простое строение и выдержанную мощность. При отработке пластов применяются системы: длинные столбы по простиранию, слоевая разработка, сплошная и потолкоуступная. Наибольший удельный вес в добыче угля занимает система разработки пластов длинными столбами по простиранию. За 1961 г. ее доля участия в общей добыче по комбинату составляла 79,5%. Сплошная система разработки имеет подчиненное значение и на ее долю приходится 20,5% добытого угля. Применяется она преимущественно на пластах с выемочной мощностью от 0,9 до 1,3 м. На пластах мощностью свыше 3,5 м производится в два слоя с выемкой вначале верхней части пласта, а затем, через 8—12 месяцев, — нижней. В Хальмеръюском месторождении, где угольные пласты залегают круто (60—75°), разработка осуществляется потолкоуступной системой, которая дает всего 3,5% от всей добычи угля по комбинату.

Эксплуатационные потери угля при различных системах разработки в 1961 г. составляли: при разработке длинными столбами 15,2%, при Сплошной системе 13,1%, при потолкоуступной 11,4%; общие потери по, комбинату 5318 тыс. т.

По существовавшим положениям до 1957 г. р. Воркута охранялась угольными целиками до глубины, равной 350-кратной мощности пласта. В связи с этим по действующим шахтам Воркутского месторождения предусматривалась консервация под рекой около 60 млн. т угля; уже вскрытые запасы не подлежали выемке, что приводило к значительному сокращению срока службы горизонтов отдельных шахт (шахты № 40, 5 и др.). Кроме того, наличие неправильной формы целиков усложняло, ведение горных работ и создавало ряд технических неудобств.

Произведенные исследования и опытные работы показали, что коэффициент фильтрации горных пород в зоне плавного прогибания после отработки пласта на небольших глубинах весьма незначителен, что позволило облегчить меры охраны и сократить охранные целики под р. Воркутой до глубины 50-кратной мощности пласта.

Разделение запасов шахт комбината «Воркутуголь» по условиям залегания и по мощности пластов показано в табл. 79, из которой видно, что наибольшее количество запасов соответствует пластам мощностью от 1,2 до 2,5 м, к которым относится самый выдержанный пласт «Четвертый». Что касается условий залегания, то около 40% всех запасов располагается на участках с падением пород от 25 до 44°.

Как и весь Печорский бассейн, эксплуатируемые месторождения характеризуются преобладанием тонких угольных пластов мощностью от 0,5 до 1,2 м, которые составляют ~85 % от общего числа пластов мощностью 0,5 м и более (табл. 80). Пласты средней мощности (от 1,2 до 3,5 м) составляют 12—13%, а мощные пласты (более 3,5 м) имеются лишь в Воркутском месторождении (3% от общего числа пластов мощностью 0,5 м и более).

Доля участия тонких угольных пластов мощностью от 0,5 до 0,7 м в общей добыче по комбинату в течение ряда лет составляла не больше 10%. Незначительное участие тонких пластов в добыче объяснялось тем, что они обычно залегают в нижней части разрабатываемой свиты пластов и вскрываются в последнюю очередь; кроме того, уголь :этих пластов обладает повышенной зольностью, а горно-геологические условия эксплуатации и, в частности, характер кровли и степень обводненности ухудшаются по сравнению с вышележащими пластами. Поэтому разработка тонких пластов влечет за собой понижение производительности лавы и значительное увеличение зольности и себестоимости выдаваемого угля. В связи с введением в 1959 г. новых кондиций пласты угля мощностью ниже 0,8 м шахтами комбината в настоящее время не отрабатываются.

Несмотря на сравнительно простое геологическое строение Воркутского месторождения, шахты вскрывают нарушения, осложняющие эксплуатацию. Более крупные разрывные нарушения с амплитудой в десятки и сотни метров немногочисленны и обычно являются естественными границами шахтных полей (например, нарушения между шахтами № 4 и 5, 32 и 20, 17 и 19 и др.). Что же касается мелких разрывных нарушений и послойных перемещений, то они наиболее многочисленны на шахтах северного крыла мульды. Так, северное крыло шахты № 7 и восточное крыло шахты № 29 оказались настолько сильно перебитыми мелкими нарушениями, что очистные работы здесь были приостановлены.

В еще более сложных тектонических условиях работает шахта № 1 Хальмеръюского месторождения. Породы почвы и кровли угольных пластов здесь сильно рассланцованы и весьма неустойчивы; сами угольные пласты также часто перемяты и характеризуются непостоянной мощностью (пережимы, раздувы).

Породы, вмещающие угольные пласты, представлены песчаниками, алевролитами и аргиллитами.

Песчаники тонко- или среднезернистые, крепкие; встречаются также массивные, толстослоистые, в которых трещины отдельности плохо выражены или совершенно отсутствуют. В большинстве случаев плоскости напластования и кливажные трещины отчетливо выделяются. Пористость общая в ненарушенном состоянии от 5,3 до 6,8%, в среднем 6,1%, объемный вес 2,56. По наблюдениям в горных выработках песчаники после подработки плавно прогибаются; в них отмечается возникновение новых трещин, которые приурочены к плоскостям напластования слоев. По основной системе кливажа образуются раскрытые трещины, часто заполненные перетертой массой из песчано-глинистых пород. В большом количестве возникают волосные трещины, которые располагаются беспорядочно.

Алевролиты преимущественно мелкозернистые, средне- и толстослоистые, средней крепости и устойчивости. Плоскости напластования и кливажные трещины отчетливо выражены. Общая пористость в естественном залегании 4,8—5,7%, в среднем 5,3%, объемный вес 2,54. После подработки в алевролитах отмечено появление открытых трещин. Иногда происходит смещение слоев, что приводит к разрыву их сплошности. По основной системе трещин происходит легкое отслоение отдельных кусочков породы (шелушение).

Аргиллиты средней крепости, слоистость в них не всегда хорошо выражена; встречаются правильно и тонкослоистые, но чаще неправильно слоистые (комковатые), плотные с зеркалами скольжения.

Трещинами кливажа аргиллиты разбиваются на отдельные крупные блоки. Общая пористость в ненарушенном массиве от 2,7 до 5,9%, в среднем 4,3%, объемный вес 2,54. После подработки аргиллиты покрываются густой беспорядочной сетью волосных трещин.

Углевмещающие породы имеют коэффициент крепости от 4 до 15 и относятся ко II—V категориям по шкале М. М. Протодьяконова. Ко II—III категориям относятся песчаники очень крепкие, массивные или толстоплитчатые, а также конгломераты крепкие с известковистым и кварцевым цементом. Гальки конгломератов состоят в основном из изверженных и метаморфических, реже осадочных пород. К III—IV категориям относятся алевролиты вязкие, неслоистые, массивные, а к IV—V — аргиллиты неслоистые и неправильно сланцеватые.

Угли Воркутского месторождения относительно крепкие с четко выраженной трещиноватостью, по плоскостям которой отдельные куски угля хорошо откалываются. В Хальмеръюском месторождении угли сильно перемяты, при эксплуатации дают много мелочи и пыли. В зависимости от крепости угли делятся на крепкие, средней крепости и мягкие. Коэффициент крепости угля, по М.М. Протодьяконову, по всем шахтам колеблется в пределах от 1 до 2.

В связи со значительной крепостью горных пород проходка выработок и особенно квершлагов производится исключительно при помощи взрывных работ.

Для определения силикозоопасности на шахтах Воркутского и Хальмеръюского месторождений были произведены исследования вмещающих пород, показавшие содержание свободной двуокиси кремния в аргиллитах от 23 до 24%, в алевролитах 21,3%, в крупнозернистых алевролитах 24,3%, в песчаниках 20—23%. Согласно нормативам, предусмотренным инструкцией Института горного дела АН России, все изученные породы силикозоопасные.

В зависимости от литологического состава, положения и характера пород, перекрывающих угольный пласт, на эксплуатируемых месторождениях различают ложную и основную кровлю.

Ложная кровля представляет собой тонкое переслаивание угля и глинистых пород, часто с зеркалами скольжения, поэтому она неустойчива и легко отслаивается и обрушается вслед за вынимаемым углем, что влечет за собой загрязнение угля и повышение содержания в нем золы. Мощность ложной кровли обычно колеблется от 0,20 до 0,50 м, иногда достигает 1,50 м. В целях предохранения угля от засорения на шахтах Воркутского месторождения практикуется оставление под ложной кровлей пачки крепкого угля мощностью в 15—20 см, под которую производится крепление.

Основная кровля обычно устойчивая, сложена однородными, лишенными трещин мощными слоями до 2 м и более; такая кровля хорошо поддается управлению. Основная кровля часто непосредственно перекрывает угольный пласт.

Для большинства разрабатываемых угольных пластов Воркутского месторождения кровля достаточно устойчивая. На Хальмеръюском месторождении кровля большинства угольных пластов очень неустойчивая и поэтому в условиях крутого падения нередко крепится сплошной затяжкой. Обычно к местам тектонических нарушений приурочены зоны сильно раздробленных и перебитых пород, в связи с чем при прохождении этих участков горными выработками применяется усиленное крепление. При очистных работах в районе тектонических нарушений обычно оставляются целики.

Большое значение при управлении кровлей имеет трещиноватость пород. Исследованиями Печорского НИУИ (геолог П.В. Лазебник) установлено, что трещины системы эндогенного кливажа в угольных пластах и вмещающих породах имеют определенное простирание, сохраняющееся на значительных расстояниях. Наиболее характерным простиранием эндогенных трещин является: в углях — основное направление 160° и дополнительное 245°; в породах соответственно 150 и 250°. Опыт показывает, что для улучшения управления кровлей и условий выемки угольного пласта необходимо отклонить направление очистного забоя в лаве от направления простирания основной трещиноватости в кровле пласта на 15—20°. Кроме того, проведенные исследования позволяют рекомендовать наиболее выгодное направление движения забоя лавы, так как условия работы в лаве всегда более благоприятны в тех случаях, когда трещины основной системы в кровле пласта падают в сторону выработанного пространства.

При подработке в зависимости от расположения по отношению к выработанной лаве породы испытывают растяжение или сжатие. В первом случае имеющиеся трещины кливажа расширяются, что приводит к разрыву сплошности пород и к смещению отдельных слоев. Во втором случае в породах возникают явления выдавливания, отслаивания и шелушения стенок выработки.

Некоторые пласты имеют «ложную» почву, которая состоит из рыхлых углистых аргиллитов и поэтому легко попадает в добываемый уголь. Кроме того, большинство угольных пластов верхневоркутской свиты обладают дующими почвами. Явление пучения почвы в одних случаях связано со способностью глинистых пород почвы при намокании увеличиваться в объеме, в других — с проявлением остаточных напряжений в породах.

Водообильность действующих шахт комбината по большинству их не превышает 100 м3/час при коэффициенте водообильности от 0,2 до 1,1. На 1 января 1962 г. притоки от 100 до 200 м3/час при коэффициенте от 0,95 до 3,14 отмечаются на шести шахтах (№ 1, 5, 18, 25, 26 и шахта № 1 Хальмер-Ю). Две шахты № 9 и 40 имеют притоки соответственно 240 и 445 м3/час, а коэффициенты их водообильности составляют 4,8 — для шахты № 9 и 3,94 — для шахты № 40, что связано с близостью горных выработок шахт к р. Воркуте. Более подробные сведения о водообильности шахт приведены в девятой главе.

Внезапные прорывы воды в выработки относительно редки и случаются только на вентиляционных горизонтах. Прорывы вод обычно возникают в местах скопления воды на контакте коренных пород с наносами при резком понижении поверхности древнего рельефа коренных пород в тех случаях, когда вентиляционные штреки либо слишком приближаются к наносам, либо врезаются в них. Как правило, эти прорывы носят временный характер с притоком воды до 150—200 м3/час в момент прорыва; вскоре приток воды быстро спадает. Пересечение горными выработками разрывных нарушений иногда также вызывает увеличение притока воды в шахту.

Образование пыли при разработке угля и проходке горных выработок находится в тесной связи с обводненностью пластов и вмещающих пород. Поэтому в слабо обводненных шахтах угли и слабые породы склонны к пылеобразованию.

Все шахты Воркутского месторождения метаноопасны.

Вскрытие шахтных полей и эксплуатация стволов шахт осложняются широким распространением многолетней мерзлоты, мощность которой в Воркутском месторождении обычно составляет 30—70 и, а в Хальмеръюском месторождении достигает 100—150 м. Вскрытие шахтных полей наклонными стволами осуществляется лишь при условии незначительной мощности наносов (шахты № 5, 6, 17). При мощности наносов свыше 5—10 м проходка наклонного ствола и его поддержание делаются весьма затруднительными и экономически не оправдываются. При вскрытии участка вертикальными стволами и заложении их в местах сливающейся мерзлоты проходка, особенно в зимнее время, не представляет особенных затруднений, но в этих условиях строительство необходимо вести по принципу сохранения вечной мерзлоты. Однако практика показывает, что в большинстве случаев при эксплуатации из-за обогрева стволов сохранить грунты в мерзлом состоянии не удается, и поэтому происходит неравномерное оттаивание пород за креплением стволов, вызывающее деформацию последних с образованием трещин и даже вывалов бетона. Кроме того, оттаивание четвертичных отложений способствует увеличению притока воды в ствол, причем в связи с выносом мелко- и тонкозернистых фракций вокруг крепи образуются каверны значительных размеров, что также ведет к перенапряжению крепления и деформации стволов.

В тех случаях, когда ствол шахты закладывался на участке, где четвертичные отложения представлены рыхлыми талыми породами, требовалось применение специальных методов и, в частности, искусственного замораживания (шахта № 25). Пройденные в этих условиях стволы шахт менее подвержены разрушительному воздействию неравномерно оттаивающих грунтов.

На всех шахтах комбината «Воркутуголь», за исключением шахты. № 18, раздельная выдача но пластам не предусмотрена и не производится.

При отсутствии обогатительных фабрик выдаваемый нагора уголь подвергается ручной породоотборке. Зольность товарного угля после породоотборки по данным за 1957—1958 гг. показана в табл. 81.

На шахтах, имеющих обогатительные фабрики, обогащение угля производится по следующей схеме: а) породоотборка кусков +50, б) дробление до крупности 0—50, в) грохочение на классы +12 и 0—12 или +6 и 0—6 в зависимости от требований потребителей, г) пневматическое обогащение. В результате обогащения концентраты имеют зольность от 11,17 до 12,91 % (табл. 82).

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: