способ охраны пластовых горных выработок

Формула изобретения

1. Способ охраны пластовых горных выработок, включающий проведение одной или нескольких параллельных выработок, выемку пласта широким забоем, отбойку боковых пород и размещение их в выработанном пространстве пласта в форме породной полосы, отличающийся тем, что в краевые части породной полосы, примыкающей к стенкам выработки, подают скрепляющий раствор.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что скрепляющий раствор подают в породную полосу на расстояние от стенок выработки не менее чем расстояние до максимума опорного давления.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что при проведении двух и более параллельных выработок между упрочненными скрепляющим раствором частями породной полосы оставляют часть неупрочненных пород шириной, равной не менее двухкратной ширины упрочненной части породной полосы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для обеспечения безремонтного поддержания пластовых выработок при практическом применении типовых схем подготовки шахтных полей за счет рационального управления напряжениями и деформациями во вмещающих выработки горных породах.

Известен способ охраны выработок (см., например, В.Н. Рева, О.И. Мельников, В. В. Райский. Поддержание горных выработок. - М: Недра, 1995, с. 258), в котором выработку размещают в зоне неупругих деформаций, образующейся при первоочередном проведении параллельной компенсационной выработки. Однако этот способ требует оставления между выработками целика, размеры которого исключали бы их взаимовлияние. Причем размеры этого целика возрастают с увеличением глубины работ, что приводит к большим потерям полезного ископаемого (угля), снижению влияния компенсационной выработки на деформируемость контура охраняемой выработки.

Известен способ проведения и охраны параллельных пластовых транспортных и вентиляционных штреков широким ходом (см., например, Лама Р. Д., Маршалл П. "Повышение скорости проходки подготовительных выработок в каменноугольной промышленности Австралии", Глюкауф N 23/24, 1990 г., с 35-40), включающий в себя проведение параллельных штреков вслед за механизированной отработкой короткой лавы с возведением между параллельными штреками в выработанном пространстве податливой полосы из строительной смеси, приготовленной на поверхности и подаваемой труботранспортом к месту возведения полосы. Этот способ характеризуется высокими стоимостью и трудозатратами и может быть использован при отработке пластов мощностью, не требующей подрывки пород кровли или почвы пласта для увеличения площади сечения выработок.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сути является способ охраны пластовых горных выработок (см. Э.Я. Некрасовский, Т.Н. Гришко, Б.С. Локшин и др. "Проведение штреков широким забоем на пологих пластах". - М.: Недра, 1969, с. 9-17), заключающийся в проведении одной или нескольких параллельных пластовых выработок с раздельными выемкой пласта и отбойкой пород кровли и почвы и размещением отбитой породы в выработанном пространстве пласта в виде породной полосы. Однако при осуществлении этого способа охранная породная полоса из-за ее низких компрессионных свойств дает усадку до 50% от мощности вынимаемого пласта, что вызывает значительные смещения пород на контуре выработки с последующей потерей ее эксплуатационного состояния.

Основная задача изобретения - повышение устойчивости и обеспечение безремонтного поддержания пластовых горных выработок в течение всего срока службы при максимальном оставлении породы в шахте.

Для этого вслед за очистным забоем проводят отбойку боковых пород, формирующую сечение выработки, а отбитую породу размещают в выработанном пространстве пласта в форме породной полосы и в ее краевые части, примыкающие к стенкам выработки, подают под давлением, например, через перфорированные трубы скрепляющий раствор. Скрепление горных пород растворами известно (см., например, А.С. СССР N 691567, E 21 D 41/04, E 21 D 11/00, 1979). Однако скрепление горных пород в этом случае возможно лишь в случаях залегания в кровле легкообрушаемых пород с обязательным их перепуском. Это возможно при проведении выработок по пластам с углом падения более 36^o. При меньших углах падения пласта обрушенные породы кровли неопределенного фракционного состава располагаются под углом естественного откоса и необязательно в непосредственной близости к стенкам выработки. Кроме того, из-за незначительного коэффициента разрыхления горных пород при естественном их обрушении между обрушенными и необрушенными слоями кровли остается свободное пространство, для заполнения которого потребуется большой объем связывающего материала и ускорителя твердения.

Физическая сущность способа заключается в том, что в качестве средств охраны в отличие от прототипа и других известных решений применяют не однородные по физическим свойствам искусственные породные полосы, а комбинированные, у которых упрочняются породы периферийной части, примыкающие к стенкам проводимых выработок, а остальная часть пород полосы не упрочняется. Причем параметры неупрочненной и упрочненной частей полосы рассчитывают по результатам проведенных исследований из условия исключения или существенного уменьшения негативного влияния очистных работ (заданные деформации) и одновременного уравновешивания заданных нагрузок в зоне разгрузки. Кроме того, механизм распределения напряжений и деформаций в приконтурном массиве действует таким образом, что часть породного массива породной поnлосы, не подвергнутой упрочнению и обладающей большей податливостью, способствует релаксации повышенных напряжений, возникающих при ведении очистных работ, обеспечивая тем самым сохранение такой величины сопротивления упрочненной части полосы, при которой в максимальной степени сохраняется естественная несущая способность кровли, и поддержание ее в устойчивом состоянии в течение всего срока службы выработки.

Способ поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана проекция в плоскости, нормальной к напластованию, одиночной выработки, охраняемой двумя породными полосами, на фиг 2 показана проекция в плоскости, нормальной к напластованию, двух параллельных выработок, охраняемых одной породной полосой, и на фиг. 3 показана в плоскости напластования применяемая технология прохождения и охраны двух параллельных выработок.

На чертежах обозначены: 1 - выработка, 2 - угольный пласт, 3 - механизированный комплекс, 4 - шпур, 5 - дробильно - закладочный комплекс, 6 - выработанное пространство пласта, 7 - породная полоса, 8 - нагнетательная установка, 9 - скрепленная часть породной полосы, 10 - краевая часть угольного пласта, 11 - буропогрузочная установка, "t₁"- расстояние до максимума опорного давления, "t"- ширина нескрепленной части породной полосы, "T"- расстояние между смежными стенками двух параллельных выработок.

Способ осуществляют следующим образом.

При охране одиночной выработки 1 (фиг. 1 и фиг. 3) вынимают широким очистным забоем угольный пласт 2, например, с помощью механизированного комплекса 3. Затем взрыванием зарядов BB в шпурах 4 проводят отбойку пород кровли и почвы пласта по контуру выработки. Отбитые породы с помощью дробильно-закладочного комплекса 5 укладывают в выработанном пространстве 6 в форме породной полосы 7. По известным методикам определяют расстояние "t₁" от стенок выработки 1 до максимума опорного давления, на котором вследствие действия повышенных напряжений возможно разрушение горного массива, вмещающего выработку, и на это расстояние от стенок выработки 1 в породную полосу 7 с помощью нагнетательной установки 8 подают скрепляющий раствор, например водный раствор цементно-песчаной смеси. В участки породной полосы, расположенные между ее скрепленными частями 9 и краевыми частями 10 пласта, скрепляющий раствор не подают.

При охране двух параллельных выработок (фиг. 2 и фиг. 3) предварительно определяют расстояние "T" между смежными стенками выработок. Расстояние принимают таким, чтобы исключить взаимовлияние выработок и разместить в выработанном пространстве пласта предполагаемый объем пород, полученный при проходке выработок. Затем монтируют механизированный комплекс 3 и вынимают угольный пласт 2. Отбитый уголь из забоя по системе перегружных конвейеров выдают на магистральные скребковые или ленточные конвейеры. Буропогрузочной установкой 11 бурят шпуры 4, заряжают в них BB и отбивают породы кровли и почвы пласта. Дробильно-закладочным комплексом 5 отбитые породы укладывают в выработанном пространстве 6 в форме породной полосы 7. В краевые части породной полосы, примыкающие к смежным стенкам выработок, на расстояние "t₁", определяемое месторасположением максимума опорного давления, нагнетательной установкой 8 подают скрепляющий раствор. Часть породной полосы 7 шириной "t", равной не менее чем двухкратной ширине упрочненной части породной полосы, оставляют не скрепленной. Это расстояние определяют из условия исключения взаимовлияния выработок друг на друга при ведении очистных работ и для большинства горно-геологических условий принимают не менее чем удвоенное расстояние от стенок выработки до максимума опорного давления.

По сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями предлагаемый способ обеспечивает эксплуатационное состояние пластовых выработок в течение всего срока их службы, экологическую чистоту при подземной добыче полезных ископаемых (оставление породы в шахте), совмещение очистных и проходческих работ и обеспечение попутной добычи угля.