способ быковых а.н. и н.а. создания искусственной кровли при слоевой выемке мощных многолетнемерзлых угольных пластов

Формула изобретения

Способ создания искусственной кровли при слоевой выемке мощных многолетнемерзлых угольных пластов, включающий отработку верхнего слоя, поддержание призабойного пространства механизированной крепью, создание консольного породного перекрытия, отличающийся тем, что выемку верхнего слоя производят пониженной мощностью, препятствующей опрокидыванию и хаотизации обрушающихся блоков пород в закрепном пространстве.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при слоевой выемке мощных угольных пластов в условиях крупноблочного обрушения пород кровли.

Слоевая выемка многолетнемерзлых угольных пластов является новой и перспективной технологией добычных работ для шахт северных регионов страны, где мощные пласты ранее отрабатывались как правило камерной системой с эксплуатационными потерями угля до 60-65% Слоевая система разработки позволяет снизить потери готового к выемке угля, но при существующих технологиях добычных работ не исчерпывает всех возможностей снижения потерь и требует совершенствования применительно к условиям многолетнемерзлого горного массива. Актуальность решения этой задачи подчеркивается тем, что именно в северных регионах России сосредоточены основные угольные запасы страны.

Известно, что при слоевой выемке пластов, при отработке слоев в нисходящем порядке по схеме слой-пласт, они разделяются межслоевыми предохранительными пачками, где теряется до 20-25% готового к выемке угля. При этом повышается эндогенная пожароопасность шахты за счет концентрированных потерь разрыхленного угля в закрепном пространстве, возникающих при обрушении межслоевых перекрытий, которые представляют собой в большинстве случаев кондиционные пласты.

Для снижения потерь применяются искусственные межслоевые перекрытия в виде накатника из круглого леса [1] Данный способ дорогостоящий, а при работе комплекса в слоях неприемлем в связи с трудностями возведения накатника.

Известны также различные способы создания гибких перекрытий и искусственного упрочнения обрушенных пород. Все они дорогостоящие, металлоемкие и недостаточно надежны при многослойной отработке мощных пластов.

Известен способ отработки слоев под прикрытием искусственной кровли в виде консольного перекрытия, формирующегося при крупноблочном обрушении подработанных пород в верхнем слое [2] При этом упорядоченность наслоения блоков на подошве этого слоя, создающих консольное перекрытие, обеспечивается стабильным подвиганием лавы с обрушением пород кровли с отставанием от крепи забоя, без контакта с нею, что снижает степень хаотизации пород в закрепном пространстве.

Данный способ создания искусственной кровли для нижних слоев путем образования гибкой, взаимосвязанной системы из породных блоков, несомненно является оригинальным техническим решением, не требующим дополнительных материальных и трудовых затрат на его реализацию, но он является трудно выполнимым в шахтных условиях, так как простои лав как по техническим, так и по горно-геологическим условиям неизбежны. Неизбежны и длительные простои очистных забоев в выходные и праздничные дни. Поэтому выдержать условие, чтобы зона обрушения пород постоянно отставала бы от крепи практически невозможно и, следовательно, невозможно создание надежной искусственной кровли, вследствие высокой степени хаотизации обрушающихся блоков при контакте их с забойной крепью. Рекомендованное для реализации этого способа применение в верхних и последующих слоях оградительно-поддерживающих крепей, с целью плавного перепуска обрушающихся блоков на подошву верхнего слоя, не решает всего комплекса вопросов, связанных с безопасностью добычных работ и в частности не определяет меры борьбы с отжимом угля с груди забоя в верхних слоях, где данный фактор является не только сдерживающим темпы добычи, но и резко повышающим травматизм при производстве этих работ, когда с груди забоя при мощности вынимаемого слоя 3,2 м внезапно сползают плиты отжатого угля толщиной до 40-50 см. Все известные способы борьбы с отжатым углем при такой мощности слоя не дают необходимого эффекта, что приводит к снижению устойчивости секций крепи и к общему повышению опасности работ.

Техническим результатом данного изобретения является разработка способа по созданию искусственной кровли при слоевой выемке мощных многолетнемерзлых угольных пластов, обеспечивающего условия создания сплошного консольного перекрытия в кровли второго и последующего слоев с использованием отжима угля в верхних слоях в режиме его отбойки.

Поставленная цель достигается тем, что выемку верхнего слоя, где формируется кровля нижнего и последующего слоев, ведут пониженной мощностью в пределах ее минимальных значений, предусматриваемых утвержденными кондициями, при этом в качестве выемочного оборудования применяют струговые установки с использованием отжима угля в режиме его обработки.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что при пониженной мощности вынимаемого верхнего слоя, породные блоки, имея высоту падения при обрушении меньше их длины, приобретают большую гарантию упорядоченного наслоения на подошве слоя, создавая этим искусственную кровлю в виде консольного перекрытия независимо от расположения зоны обрушения относительно секций крепи с одновременным дополнительным снижением нагрузок на крепь второго слоя за счет уменьшения высоты свода обрушения в верхнем слое, при этом отжиг угля из отрицательного фактора превращается в положительный, снижающий энергозатраты на тонну добычи.

Отличительными признаками предлагаемого способа создания искусственной кровли при слоевой выемке мощных многолетнемерзлых угольных пластов является то, что управление обрушающимися блоками кровли в верхнем слое с целью их упорядоченного наслоения на подошве осуществляется ограничением высоты падения, определяемой минимальной мощностью вынимаемого слоя с предотвращением возможности хаотизации и добавления блоков при обрушении с снижением высоты свода обрушения.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного своей комплексностью, сущностью и отличительными признаками, что дает основание сделать вывод о соответствии предлагаемого способа создания искусственной кровли критерию изобретения "новизна".

Технология реализации предлагаемого способа поясняется чертежом, на котором показана общая схема создания искусственной кровли для нижних слоев.

При выемке слоев в нисходящем порядке отработка верхнего (первого) слоя 1 выполняется струговой установкой 2. Мощность вынимаемого слоя при этом находится в пределах утвержденных кондиций (1,0 м) или может изменятся до пределов средней мощности пластов. Оптимальное значение данного параметра определяется на практике, по условиям упорядоченного наслоения блоков. При ограниченной высоте падения блоков в закрепленном пространстве, последние, имея длину до 5,0 м (2), т.е. превышающую высоту падения, упорядоченно укладываются вдоль длинной оси выемочного столба вследствие невозможности опрокидывания. Блок 3 при отслоении и разломе на контактах с крепью расклинивается между подошвой слоя и поддерживающими элементами крепи. При очередном подвигании забоя блоки укладываются по направлению движения лавы. Последующее отслоение и обрушение пород в пределах свода 4 происходит или с отставанием от крепи, или на расклиненный блок 3 с сохранением упорядоченного наслоения как в первом, так и во втором случаях, так как при подвижке секции крепи расклиненный блок, пригруженный отслоившимися породами, укладывается по направлению движения крепи.

Как известно, высота свода обрушения над лавой при выемке верхнего слоя определяется выражением:



где m вынимаемая мощность верхнего слоя, м,

K_р коэффициент разрыхления пород в зоне обрушения.

Как видно из приведенной формулы, высота свода пропорциональна мощности вынимаемого слоя. Поэтому снижение мощности слоя уменьшает высоту свода и, следовательно, снижает нагрузки на крепь нижнего (второго) слоя. Это подтверждается расчетом нагрузки на межслоевую угольную пачку [3] где дается следующая математическая зависимость:

q h_обрYп + tYу, (2)

где q нагрузка на угольную пачку,

h_обр высота свода обрушения,

Yп + Yу удельный вес соответственно обрушенных пород и угля.

Как видно из приведенной формулы, нагрузка на предохранительную пачку и, следовательно, на поддерживающую ее крепь находится также в пропорциональной зависимости от высоты свода обрушения h_обр. По данным [2] при мощности верхнего слоя 3,2 м свод обрушения достигает высоты порядка 8 м, а нагрузка на крепь очистного забоя в нижнем слое при данных условиях (при наличии консольного перекрытия и предохранительной угольной пачки m 1-1,5 м) составляет только 60-70% от нагрузок в верхнем слое.

Уменьшение мощности верхнего слоя до 1,0-1,5 м еще более снизит нагрузки на крепь нижнего слоя, а незначительная высота падения блоков исключает их дробление и, следовательно, создает более благоприятные условия для создания искусственной кровли в виде консольного перекрытия.

Снижение мощности верхнего слоя не влечет за собой увеличение объемов подготовки, поскольку создаваемые благоприятные условия обработки нижнего слоя с резервом несущей способности крепи позволяют увеличить мощность второго слоя, применив механизированные комплексы большой раздвижной способности типа 2 УКП 5. Опыт эксплуатации таких комплексов в отечественной практике имеется. Более пологие формы секций крепи ограничительно-поддерживающего типа позволяют плавно перепустить консольное перекрытие второго слоя, сохранив его при необходимости для последующих слоев.

Струговая выемка с автоматизацией управления добычным оборудованием в лаве в комплексе с интенсивно развивающимся отжимом угля в верхних слоях позволяет осуществить переход к безлюдной выемке, что также повышает экономическую эффективность слоевой системы разработки. Для обеспечения добычи в необходимых объемах, малопроизводительный верхний слой при уменьшении его мощности может работать в комплексе с одной из лав нижнего слоя.

Список литературы.

1. Справочник горного инженера угольной шахты. Под ред. Кузюкова Ф.Ф. - М. Недра, 1982, с. 450.

2. А.Н. Быков. Обоснование параметров технологии разработки нижних слоев мощных многолетнемерзлых угольных пластов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Якутск, 1992, РАН СО ИГДС, 17 с.

3. Ю.В. Громов, Ю.Н. Бычков, В.П. Кругликов. Управление горным давлением при разработке мощных пологих пластов угля. М. Недра, 1985. с. 58.