В Донецком угольном бассейне получили некоторое применение в качестве крепежных материалов относительно небольшие блоки, весящие менее 40 кг, именуемые бетонитами. Для крепления стволов их начали использовать в Донбассе еще в 90-х годах прошлого столетия.
Применение бетонитов для крепления горизонтальных и наклонных выработок, имевшее практическое значение, в наше время началось лишь во второй половине 40-х годов.
Одно время горные выработки крепили исключительно призматическими стеновыми бетонитами. При этом в основном использовались сплошные бетонитовые стенки и плоские деревянные или металлические (из рельсов и двутавровых балок) перекрытия. В течение короткого промежутка использовали и весьма несовершенную тумбовую крепь из бетонитов. Все выработки, закрепленные в 1945-1946 гг., находились в зоне установившегося давления.
За следующие пять лет протяженность выработок, закрепленных бетонитами, достигла 44 км, средний годовой прирост составил примерно 8 км. Такое интенсивное применение бетонитовой крепи в этот период объясняется дефицитом цемента и металла в связи с большими восстановительными работами в промышленности и сельском хозяйстве; быстрым созданием небольших заводов по изготовлению бетонитов из пробужденного бетона, не требовавших ни сложного оборудования, ни значительных капиталовложений; внедрением с мая 1948 г. арочной податливой бетонитовой крепи с деревянными прокладками, разработанной МакНИИ специально для выработок в зоне влияния очистных работ.
Следует отметить, что арочная податливая крепь МакНИИ больше, чем другие факторы, повлияла на увеличение темпов распространения бетонитовой крепи. Так, в 1948-1949 гг. ею было закреплено около 2,3 км откаточных и вентиляционных штреков, а на конец 1956 г.- уже свыше 15 км, что составило около 35% всех выработок, закрепленных бетонитами за 7-8 лет.
В восстановительный период (1946-1950 гг.) решающим фактором для развития добычи угля и расширения фронта работ был рост объема подготовительных выработок. В эти годы предложен и осуществлен ряд методов скоростного проведения подготовительных выработок. Характерной особенностью скоростных методов проходческих работ для данного периода явилась простая схема и слабая механизация: бурение ручными и колонковыми электросверлами, погрузка угля и породы с помощью перегружателей, качающихся конвейеров при четкой организации проходческих работ.
В 1946 г. на шахте № 10-бис треста «Куйбышевуголь» проходчики Лукачев и Денисенко, предложив рациональную организацию труда при ручной уборке породы, добились в отдельные дни прохождения штрека по углю до 10 м. На шахте № 8-бис треста «Снежнянантрацит» бригады Пожанова (по угольному забою) и Белоусова (по породному забою) прошли в апреле 1946 г. за 8 дней 45 м штрека.
Широкое внедрение машин для механизации погрузки угля и породы при проведении горизонтальных выработок началось в 1947 г., а протяженность выработок, проводимых с механизацией погрузки угля и породы, достигла по Донбассу в 1950 г. 212 км, или 25,7%, в 1955 г. - 769 км, или 65,1% к общему объему проведения основных горизонтальных выработок.
После 1955 г., когда вопросы механизации основных процессов проходческого цикла были решены, существовавшая в то время организация работ не соответствовала уровню механизации. Наметился разрыв между технической производительностью машин и существовавшей в то время организацией труда и планированием проходческих работ. Задачи по улучшению технико-экономических показателей, поставленные перед угольной промышленностью XX съездом КПСС, требовали организовать работу по проведению подготовительных выработок с такими скоростями, которые не сдерживали бы все возрастающей скорости подвигания очистных забоев.
Стремление к упрощению организации проходческих работ, снижению их трудоемкости и увеличение темпов проведения выработок привело к широкому развертыванию, как в нашей стране, так и за рубежом, исследований по созданию комбинированных проходческих машин для механизации операций проходческого цикла.
Создать такие машины пытались еще в прошлом столетии. Так, в. Англии в конце 90-х годов при проходке рекогносцировочного тоннеля диаметром 3,05 м под проливом Ламанш и тоннеля под рекой Мереей применялась «тоннелесверлильная» машина Инглиша.
Там же в Англии в 1897 г. на проходке подземных железнодорожных тоннелей в глинах применялся механизированный щит Прейса.
Более широко работы по созданию проходческих комбайнов развернулись в предвоенные годы. Одной из наиболее удачных конструкций являлся проходческий комбайн Чихачева, предложенный и изготовленный в 1934 г. Этот комбайн является прототипом многих комбайнов, созданных в послевоенные годы.
Исполнительный орган комбайна Чихачева был выполнен в виде горизонтального ротора, имевшего на конце, обращенном к забою, четырех-лучевую крестовину, на которой в специальных гнездах укреплялись, резцы, армированные твердым сплавом. В середине крестовины находился конический забурник. Комбайн был на гусеничном ходу.
Подача исполнительного органа на забой в процессе работы осуществлялась выдвижением специальной рамы с закрепленным на ней органом при неподвижных гусеницах.
Комбайн Чихачева успешно разрушал глинистые и даже песчанистые сланцы. Так, в процессе шахтных испытаний за 7-часовую смену удавалось проходить по глинистым сланцам до 5,8 пог. м., по песчано-глинистым сланцам - до 3,2 пог. м.
Для удешевления нарезных работ и создания безопасных условий труда на угольных шахтах применяется бурение скважин различного назначения: вентиляционных, углеспускных, водоспускных, а также дегазационных и опережающих скважин большого диаметра.
Бурение скважин по углю осуществляется специальными сбоечно-буровыми машинами и станками.
В 1947 г. был освоен серийный выпуск советской мощной сбоечно-буровой машины СБМ-ЗУ, не уступавшей по своему техническому уровню лучшим зарубежным машинам того периода, послужившая базовой машиной для создания целой серии легких сбоечно-буровых станков типа ЛБС-2, ЛБС-4. Конструкция станков ЛБС-2 предложена инженерами С. И. Чугунихиным и И. Г. Ризелем и усовершенствована рационализатором М. В. Васильевым.
Характерной особенностью современного периода развития конструкций сбоечно-буровых машин является широкое применение гидравлических приводов для подачи и вращения бурового инструмента, что позволило резко повысить технический уровень машин и решить задачу в широких
пределах изменять режимы бурения. Применение в буровом инструменте пластинок твердого сплава отечественного производства позволило резко повысить износостойкость режущего инструмента и срок его службы.
Так, например, институт Донгипроуглемаш разработал мощную буровую машину БДМ с гидравлической подачей и вращением бурового инструмента и буровой станок Б-15 М с гидравлической подачей и дистанционным управлением.
Буровзрывной метод является основным при проведении подготовительных выработок и нарезных работ. Операция буровзрывного комплекса составляет по времени 30-50% общей продолжительности проходческого цикла, а удельный вес стоимости буровзрывных работ - 25-30% от общей стоимости единицы выработки.
В настоящее время процесс бурения на шахтах механизирован. Все буровые машины по принципу действия подразделяются на группы: ударно-поворотного, вращательного и вращательно-ударного действия.
Ударно-поворотное бурение шпуров осуществляется перфораторами в горпых породах средней и вышесредней крепости (коэффициент крепости по шкале проф. М. М. Протодьяконова 6-10).
В 1945 г. завод «Пневматика» освоил выпуск бурильных молотков УП-1 и ПБ-15, производительность которых была соответственно на 80% и 100% больше производительности молотков типа БМ, применявшихся до войны.
В дальнейшем модернизация бурильных машин идет по пути повышения производительности при одновременном снижении веса. Это до¬стигается, главным образом, за счет увеличения частоты удара с сохранением необходимой живой силы удара. Такие характеристики имеют последние модели перфораторов ПР-24Л, ПР-ЗОЛ.
Для облегчения труда бурильщиков и создания необходимого осевого усилия на бур, нашей промышленностью выпускаются различные виды установочных приспособлений (колонки, пневмоподдержки и др.), применение которых повысило производительность бурения на 15-35%.
Большое внимание уделяется борьбе с пылеобразованием в процессе бурения. Известны два способа подавления пыли при бурении: путем подачи в шпур воды или водного раствора смачивающих реагентов и сухое улавливание пыли с помощью специальных устройств. На шахтах Донбасса наиболее широкое распространение получил первый способ.
Вращательное бурение применяется при бурении мягких горных пород, таких как каменный и бурые угли, некрепкие известняки, гипс, мел, мергели, глинистые сланцы и др. Для этого используются колонковые и ручные электрические и пневматические сверла.
Во время Великой Отечественной войны Томский электромеханический завод модернизировал ранее выпускаемые колонковые электросверла и стал изготовлять новые электросверла ЭБК-2 М.
В горно-геологических условиях Донецкого угольного бассейна, где 65% шахтопластов имеет мощность менее 1 м, приходится большинство основных подготовительных выработок проходить с подрывкой породы.
Общий объем проведения капитальных и подготовительных выработок составил в 1966 г. по Донбассу 4502,6 км, или 47,5% всего проведения по СССР, в том числе основных подготовительных выработок 1750,7 км, или 50,6% всего проведения по СССР.
Только на проведении подготовительных выработок действующих шахт Донбасса занято свыше 65,0 тыс. человек, или 12,9% всех рабочих по бассейну.
Численность рабочих Донбасса, занятых на проведении подготовительных выработок (без капитальных) на 1000 т среднесуточной добычи угля на 1 января составляла в 1959 г. 129 человек, в 1962 г.- 130, в 1963 г.- 129, в 1966 г.- из, в 1967 г.- 114 человек.
Вес выдаваемой породы от проведения выработок по отношению к весу добытого угля составляет в последние годы: по Донецкой и Луганской областям - около 30%, по Ростовской области - около 10%. При выдаче такого количества породы на поверхность непроизводительно загружаются транспортные средства и шахтные подъемы, что в значительной степени снижает добычу угля, производительность труда рабочих на шахтах, вызывает увеличение себестоимости угля и загромождает породой значительные площади на поверхности.
В 1956 г. на большинстве шахт было достигнуто освоение проектных мощностей и высвобождение подъемов от функций по выдаче породы за счет перевода проведения выработок на широкий ход, что явилось дополнительным резервом в увеличении добычи угля.
После окончания Великой Отечественной войны, в связи с широким проектированием и строительством новых шахт в исследовательских и проектных организациях началось изыскание и разработка более совершенных способов вскрытия и подготовки шахтных полей Донбасса.
Институт горного дела АН УССР предложил погоризонтную схему вскрытия при подготовке участками-блоками, при групповой разработке пластов и расположении главных выработок в устойчивых породах. Такая схема вскрытия и подготовки осуществлена на ряде шахт-новостроек, например, на шахтах «Россия» и «Украина» треста «Селидовуголь», «Краснолиманской» треста «Красноармейскуголь» и др.
Во исполнение решений XXI съезда КПСС по указанию ЦК КПСС была создана специальная комиссия, которая разработала технические направления развития угольной промышленности СССР на предстоявшие 7-10 лет. Эта комиссия рекомендовала при проектировании новых шахт применять схемы вскрытия и подготовки шахтных полей, обеспечивающие увеличение нагрузки на шахтопласт, резко сократить протяженности горных выработок, увеличить сроки существования горизонтов (или этажей), а также применять бесступенчатую или одноступенчатую схемы подземного транспорта. Наиболее рациональной схемой вскрытия считают вскрытие вертикальными стволами. При проектировании крупных шахт (в частности с длиной шахтных полей по простиранию 10-12 км), в особенности метанообильных, в целях снижения величины общешахтной депрессии целесообразно предусматривать вскрытие шахтных полей отдельными блоками с независимым проветриванием каждого. Наиболее рациональными схемами подготовки шахтных полей признаны панельные и этажные с несколькими подэтажами, обеспечивающие высокую нагрузку на пласт. Для повышения устойчивости основных выработок магистральные выработки рекомендуется проводить в устойчивых породах и применять групповую разработку пластов. При проектировании новых шахт целесообразно предусматривать такие схемы вскрытия горизонтов и отдельных участков, которые обеспечат простоту подземного транспорта по магистральным выработкам, прямоточное восходящее проветривание горизонтов, этажей и выемочных полей. Уклонные работы могут допускаться при небольших запасах угля на горизонте, при весьма пологих пластах, а также для последнего (нижнего) горизонта шахтного поля.