способ охраны пластовых горных выработок

Формула изобретения

Способ охраны пластовых горных выработок, включающий оставление предохранительного целика угля между отработанным очистным пространством и охраняемой выработкой, подвигание очистного забоя всей линией параллельно расположению охраняемой выработке, отличающийся тем, что протяженность отрабатываемой части пласта очистным забоем принимают равной кратному суммарному расстоянию между основными прирожденными трещинами основной кровки в направлении отработки пласта, причем пласт отрабатывают в направлении с падением основных прирожденных трещин основной кровки от линии очистного забоя в выработанное пространство.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для охраны пластовых горных выработок в зоне влияния очистных работ от опорного давления, которое возникает при отработке пластов с полным обрушением пород кровли в выработанном пространстве. Способ предназначен для охраны бремобергов, уклонов, скатов, штреков и других выработок, расположенных параллельно линии очистного забоя, между которыми и выработанным очистным пространством оставляют целик угля.

При подходе очистного забоя к выработке на целик угля, оставляемый возле нее для охраны от вредного влияния очистных работ, нависают породы основной кровли пласта, подработанные очистной выработкой, вследствие этого возникает большое опорное давление на целик и охраняемую выработку. Опорное давление, обусловленное зависанием основной кровли пласта, зачастую приводит к разделению целика угля, поломке крепи охраняемой выработки и потере ее устойчивости. Зависшие породы основной кровли пласта на границе выработанного пространства передают свой вес и оказывают вредное влияние на охраняемую выработку практически в течение всего времени ее службы. Эти породы формируют стационарное опорное давление в краевых частях пластов, граничащих с выработанным пространством, и расположенные в них подготовительные выработки. Особенно велико опорное давление от нависших пород основной кровли на целик угля и затраты на крепление и поддержание выработок при залегании в кровле пласта крепких и очень крепких пород повышенной мощности. Эти породы, не обрушаясь, зависают на целике угля (полезного ископаемого) и других средствах охраны выработок консольно и создают большие нагрузки (пригрузки) на них.

Оставление у выработок целиков угля (других полезных ископаемых) такой ширины, при которой опорное давление, возникающее в результате действия веса зависающих на них пород кровли, не оказывает вредного влияния опорного давления от ведения очистных работ, связано с очень большими потерями угля (других полезных ископаемых) в недрах. В частности, на достигнутых глубинах разработки угольных пластов в Кузбассе (400-700 м) для охраны в нормальном эксплуатационном состоянии бремобергов, уклонов и других выработок от вредного влияния опорного давления очистных работ необходимо возле них оставить с каждой стороны целики шириной 60-80 м. Оставление целиков таких размеров приводит к потерям до 30-40% угля в недрах. Поэтому в практике выработки охраняют целиками угля значительно меньших размеров. Однако это приводит к распространению опасного опорного давления на охраняемые выработки, деформациям и поломкам крепи, к большим ремонтно-восстановительным работам.

Известны способы охраны выработок от опорного давления зависающих пород на целике угля (полезных ископаемых), оставляемые возле них на границе с выработанным очистным пространством (по а.с. N 1239348, E 21 D 11/00; а.с. N 817253, E 21 C 37/00; E 21 D 9/00; а.с. N 1046523, E 21 D 11/00; а.с. N 875075, E 21 D 13/02; а.с. N 947425, E 21 C 41/04; а.с. N 983273, E 21 C 41/04; а. с. N 1165786, E 21 C 41/04; а.с. N 1254165, E 21 D 11/14; а.с. N 1467183, E 21 C 41/04; а.с. N 1195008, E 21 D 11/14).

Сущность способа разгрузки горной выработки от напряжений по а.с. N 1239348 заключается в том, что зону неупругих деформаций создают посредством проведения разрезной печи между охраняемой выработкой и очистным забоем и погашением разрезной печи вне зоны опорного давления. Разрезную печь проходят на расстоянии, равном сумме величины зон неупругих деформаций выработки и разрезной печи. Недостатком способа является необходимость проведения разрезной печи, поддержание и погашение ее, что связано со значительными дополнительными затратами и средствами на эти работы. Кроме того, этот способ не базируется на выборе протяженности отрабатываемой части пласта, исходя из основной прирожденной трещиноватости пород основной кровли пласта и направления выемки полезного ископаемого отрабатываемой части пласта исходя из падения основных прирожденных трещин относительно линии очистного забоя.

Недостатками способов охраны выработок по а.с. 875075 и N 947425 является то, что они не обеспечивают предотвращения зависания пород основной кровли пласта, т.е. причину формирования и действия опорного давления в зоне влияния очистных работ. По физической сущности они не соответствуют характеру проявления горного давления при обрушении основной кровли разрабатываемых пластов.

Не достигается разгрузки горной выработки от опорного давления в зоне влияния очистных работ от зависания пород основной кровли по а.с. N 817253.

Способ разгрузки горной выработки от напряжений по а.с. N 1046523 предназначен для разгрузки выработок при отработке рудных тел, рудных месторождений с неравнокомпонентными полями напряжений путем бурения в окрестности их веерообразных скважин и взрывания зарядов путем проходки взрывных камер. Способ требует выполнения большого объема буровзрывных работ, что связано с дополнительными вредными динамическими воздействиями на выработки, поэтому он не пригоден для охраны и разгрузки выработок по угольным пластам.

Основной недостаток охраны пластовых выработок по а.с. 1195008 состоит в том, что он не обеспечивает обрушения пород основной кровли пласта на момент отработки участка пласта и подхода очистного забоя к границе предохранительного целика угля у охраняемой выработки (вида бремоберга, уклона, ската и других, расположенных параллельно линии очистного забоя), так как протяженность отрабатываемой части пласта не взаимоувязана с кратностью расстояния между основными прирожденными трещинами основной кровли пласта. Поэтому на момент отработки участка пласта не происходит обычно обрушение пород основной кровли пласта, последняя нависает на целик угля у охраняемой выработки, вследствие чего целик и охраняемая им выработка испытывают повышенное опорное давление на протяжении всего срока службы выработки.

По способу а.с. N 983273 разгрузка выработки от опорного давления нависающих пород основной кровли на краевую часть угольного массива и охрана ее достигается путем принудительного обрушения их буровзрывным способом. Способ включает сооружение ниш в боках охраняемой выработки по всей ее длине, бурение скважин из ниш на всю мощность основной кровли пласта, т.е. зависающих пород и формирующих опасное опорное давление, причем бурение скважин осуществляют веером в вертикальной плоскости, расположенной вдоль оси выработки и на расстоянии от контура выработки, равном половине ее ширины. Данный способ очень трудоемкий, требует выполнения большого объема ниш и буровзрывных работ. Кроме того, способ приводит к неравномерному обрушению нависающих пород, к динамическим ударам от взрыва зарядов.

Аналогичными существенными недостатками способа по а.с. 983273 обладает и способ охраны выработок по а.с. 1165786. Он предназначен и применим для выработок, поддерживаемых позади очистных выработок на границе с выработанным пространством для повторного использования. Способ очень трудоемкий, так как требует выполнения большого объема присечных и буровзрывных работ.

По а.с. 1254165 решен вопрос усиления обычной металлической арочной крепи выемочных выработок. Обеспечено упрощение конструкции крепи и снижение трудоемкости монтажа и демонтажа ее. Этим способом не обеспечиваются предотвращения зависания пород основной кровли пласта на целик угля у охраняемой выработки.

Из известных способов охраны пластовых выработок от опорного давления в зоне влияния очистных работ наиболее близким к предлагаемому является способ по а.с. 1467183, E 21 C 41/04.

Сущность этого способа заключается в том, что разгрузка охраняемой выработки от опорного давления достигается тем, что из разгружающей выработки, проводимой у предохранительного целика угля, дополнительно проводят щель в кровлю пласта по нормали к напластованию на высоту, обеспечивающую обрушение консольно зависающих пород на целик угля и полное подбучивание подработанных вышележащих толщ пород и щель в почву пласта по нормали к нему на глубину, предотвращающую распространение опорного давления через почву пласта на охранный целик угля.

Формирование разгрузочной выработки и разгрузочных щелей завершают до приближения очистных работ к разгрузочной выработке и щелям на длину участка, отрабатываемого за время, за которое очистные работы продвинутся к разгрузочной выработке и щелям на величину, равную протяженности распространения опорного давления впереди очистного забоя и за время, необходимое для перераспределения и стабилизации горного давления вокруг разгрузочной выработки и разгрузочных щелей после их проведения.

Основной недостаток способа состоит в том, что для предотвращения зависания пород основной кровли и формирования опасного опорного давления на предохранительный целик угля и охраняемую выработку, к которой всей длиной движется очистной забой, необходимо проводить разгрузочную выработку в краевой части целика и из нее разгрузочные щели в кровлю и почву пласта по нормали к напластованию пород.

Работы эти трудоемки, так как требуют проведения разгрузочных выработок и щелей. Особенно трудоемки работы по устройству разгрузочных щелей в кровле и почве пласта.

Большим недостатком способа является также то, что протяженность отрабатываемой части пласта очистным забоем и место расположения разгрузочной выработки на границе целика угля и выработанного очистного пространства принимают без учета прирожденной трещиноватости основной кровли пласта и ориентации падения прирожденных трещин относительно линии (фронта) очистного забоя.

Целью изобретения является снижение затрат на крепление и поддержание выработок и повышение их устойчивости.

Цель достигается тем, что в предлагаемом способе, включающем оставление предохранительного целика угля между отработанным очистным пространством и охраняемой выработкой, подвигание очистного забоя всей линией (фронтом) параллельно расположению охраняемой выработки, отличающемся тем, что протяженность отрабатываемой части пласта очистным забоем принимают равной кратному суммарному расстоянию между основными прирожденными трещинами основной кровли в направлении отработки пласта, пласт отрабатывают в направлении с падением основных прирожденных трещин основной кровли от линии очистного забоя в выработанное пространство.

Основные прирожденные трещины боковых пород угольных пластов (осадочных горных пород), как известно из структурной геологии, располагаются всегда под углом, близким к прямому, к напластованию пород, угольным пластам. Наиболее четко эта структурная особенность массивов горных пород выражена в основной кровле угольных пластов.

Предлагаемый способ обеспечивает по сравнению с прототипом разгрузку целика угля и охраняемую выработку без проведения в краевых частях целика специальных разгрузочных выработок и устройства в них разгрузочных щелей в кровлю и почву пласта, то есть без выполнения значительного объема трудоемких и дорогостоящих работ.

В заявляемом способе по сравнению с прототипом разгрузка целика и охраняемой им выработки от опорного давления нависших пород основной кровли пласта обеспечивается тем, что протяженность отрабатываемой части пласта, то есть части от начального положения очистного забоя (разрезной печи, монтажной камеры механизированного комплекса) до конечного положения его на момент отработки непосредственно на границе с целиком угля у охраняемой выработки, принимают равной кратному суммарному расстоянию между основными прирожденными трещинами основной кровли и вследствие этого обеспечивается самопроизвольное обрушение последнего блока основной кровли над выработанным пространством по контакту основной прирожденной трещины по всей длине линии очистного забоя непосредственно на границе с предохранительным целиком угля.

Взаимоувязка границы отрабатываемой части пласта и целика угля у охраняемой выработки из условия совпадения ее с поверхностью основной прирожденной трещины основной кровли пласта обеспечивает самопроизвольное обрушение последнего блока основной кровли в выработанном пространстве по поверхности этой трещины без зависания его на целик по всей длине очистного забоя и, следовательно, исключается формирование и действие опорного давления.

Кроме того, отработка пласта в направлении с падением основных прирожденных трещин основной кровли от линии очистного забоя в сторону выработанного пространства обеспечивает существенную разгрузку призабойного пространства и облегчает обрушение основной кровли в выработанном пространстве, так как центр тяжести подработанных блоков кровли (участков кровли между соседними основными прирожденными трещинами) направлен в выработанное пространство за призабойным пространством.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналогов, позволило установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

На фиг. 1 показана в плане схема отрабатываемой части пласта протяженностью, равной кратному суммарному расстоянию между основными прирожденными трещинами основной кровли пласта, охраняемой выработки целиком угля, к которой параллельно всем фронтам движется очистной забой; на фиг.2 - поперечный разрез А-А на фиг.1.

Способ осуществляют следующим образом.

При выполнении геологоразведочных работ в пределах шахтного поля, отдельных его частей, проведении горных выработок и подготовке пластов к очистной выемке определяют и фиксируют основные прирожденные трещины боковых пород пластов угля, расстояние между ними, направление и угол падения трещин. К отработке принимают часть 1 пласта протяженностью L_отр, равной кратному суммарному расстоянию между основными прирожденными трещинами основной кровли, то есть



где

l_б.1-расстояние между соседними основными прирожденными трещинами основной кровли пласта, то есть ширина i-го блока основной кровли, ограниченного основными прирожденными трещинами, м;

n - число блоков в пределах отрабатываемой части пласта.

До начала очистных работ в отрабатываемой части пласта за ее пределами проводят выработку 2 (бреоберг, уклон или другую), которую охраняют от выработанного пространства отрабатываемой части пласта целиком угля 3. Затем проводят выемочные штреки (вентиляционный и конвейерный) 4,5 очистной выработки 6 (лавы, других).

При принятой протяженности отрабатываемой части пласта граница целика 3 и граница отрабатываемой части пласта совпадают с поверхностью основной прирожденной трещины последнего блока 7 основной кровли пласта. Направление отработки части 1 пласта принимают таким образом, чтобы основные прирожденные трещины 8 основной кровли пласта были наклонены от линии очистного забоя 9 в сторону выработанного 10.

Целесообразная протяженность отрабатываемой части пласта (на современном техническом и технологическом уровне разработки угольных пластов) пологого и наклонного залегания составляет 1,5-2 км, крутого залегания - 1,1-1,5 км.

Предлагаемый способ повышает надежность и эффективность поддержания выработок в зоне влияния очистных работ, исключает формирование вредного воздействия опорного давления, повышает их устойчивость, снижает затраты на крепление и охрану выработок путем более полного использования структурно-текстурных элементов и поверхностей ослабления пород основной кровли угольных пластов и особенностей обрушения подработанных пород основной кровли в зависимости от угла падения основных прирожденных трещин кровли относительно пласта, принимаемого направления выемки его.