Подготавливающие выработки; 2- вентиляционные штреки; 3 – конвейерные штреки; 4 – фланговая выработка

Случаи отработки участков пологих пластов в сложных природно-техногенных условиях, неблагоприятных для длинных КМЗ, единичны. В Кузбассе такие участки отрабатывались на гидрошахтах, шахтах «Нагорная», им. В.И. Ленина, «Юбилейная», «Антоновская», «Заречная». Опыт отработки на указанных предприятиях участков, неблагоприятных для длинных КМЗ, подтверждает, что при выемке угля в коротких забоях достигаются технико-экономические результаты, сопоставимые с показателями систем разработки ДСО [45, 169,175, 176].

Анализ опыта применения и технико-экономических показателей короткозабойных систем разработки показал, что одним из факторов, ограничивающих область применения КСО, являются высокие потери угля (30-50%). Кроме того, действующими нормативными документами [17] применение камерных и камерно-столбовых систем разработки запрещается на пластах, склонных к горным ударам.

Одним из перспективных направлений снижения потерь угля, повышения эффективности и безопасности отработки угольных пластов КСО на участках, неблагоприятных для отработки ДСО, является создание благоприятной для коротких забоев геомеханической ситуации. Для этого предлагается в проекты строительства или реконструкции шахт вносить следующие проектные решения:

1) В первую очередь отрабатывать участки, неблагоприятные для отработки ДСО (участки 1 КСО, 2 КСО, 3 КСО, 4 КСО на рис. 4.13), что позволит:

· на локальных выемочных полях и блоках вблизи выходов пластов под наносы, неправильной клинообразной формы между горизонтами, у геологических нарушений организовать подготовку и отработку выемочных участков и частично, за счет реализации угля, возместить инвестиции, необходимые для капитального строительства;

· сократить ширину угольных целиков или увеличить ширину камер для снижения горного давления. Сущность идеи состоит в том, что при традиционном подходе проектирования и освоения недр с первоочередной выборочной отработкой угольных пластов ДСО, в окрестности выработанного пространства в краевых участках пласта создаются зоны повышенного горного давления с коэффициентом концентрации вертикальных напряжений 1,8-2,5. То есть отработка участков пластов КСО в зоне влияния очистного выработанного пространства длинных очистных забоев осуществляется в сложных не только горно-геологических, но и геомеханических условиях, возникающих под влиянием техногенных процессов в длинных КМЗ. Поэтому предлагается в первую очередь отработать участки пластов КСО в зонах пониженного горного давления.

2) В последнюю очередь отрабатывать участки, благоприятные для отработки ДСО (1 ДСО, 2 ДСО на рис. 4.13), так как существующие механизированные крепи длинного комплексно-механизированного забоя способны эффективно работать в зонах повышенного горного давления.

Возможность реализации предлагаемой последовательности отработки участков угольных пластов, в первую очередь КСО, а потом ДСО подтверждается как по геомеханическим, так и по экономическим факторам.

Для подтверждения положительного влияния предлагаемой очередности отработки участков пласта по геомеханическим факторам использованы результаты математического моделирования характера распределения напряжений и деформаций в угольных целиках и породах кровли над камерой [151,152].

На первом этапе исследований рассмотрен традиционный вариант отработки по схеме ДСОàКСО: сначала длинными забоями, то есть участок 1 ДСО, потом короткими забоями участок 2 КСО (см. рис. 4.13).

Для моделирования рассмотрено вертикальное сечение I-I на рис. 4.13 Модель вертикального сечения углепородного массива (рис. 4.14) включает 100 породных слоев и угольных пластов. Исходные данные для моделирования следующие: глубина разработки 650 м, мощность пласта 2 м, горно-геологические условия – Антоновско-Есаульское месторождение Кузбасса. На выемочном участке по простиранию пласта 300 м отработано длинными очистными забоями, 85 м – камерной системой разработки: 6 камер шириной 10 м, ширина междукамерного целика 5 м. Моделирование проводилось численным методом конечных элементов по стандартным программам.

Рис. 4.14. Распределение вертикальных смещений (мм) горных пород при интегральном влиянии выработанных пространств длинных и коротких забоев (сплошные изолинии) и только коротких забоев (пунктирные изолинии)

По закономерностям распределения вертикальных смещений, приведенных на рис. 4.14, следует, что при отработке выемочного столба по схеме ДСОàКСО на участке отработки камерами смещения пород кровли (сплошные изолинии) в 2,5-3,0 раза больше по сравнению с вертикальными смещениями при отработке в первую очередь выемочного столба короткими забоями (пунктирные линии).

Ещё более представительными являются полученные результаты распределения максимальных сжимающих напряжений в междукамерных целиках (рис. 4,15, 4.16)

Рис. 4.15. Графики распределения максимальных напряжений (МПа) в междукамерных целиках, кровле и почве камер при интегральном влиянии выработанных пространств длинных и коротких забоев, величины и направления максимальных нормальных напряжений в угольных целиках указаны векторами,