способ управления труднообрушающейся кровлей при отработке газоносных пластов в лавах с механизированными комплексами

Формула изобретения

Способ управления труднообрушающейся кровлей при отработке газоносных пластов в лавах с механизированными комплексами, включающий бурение скважин со стороны подготовительных выработок в породах кровли, заряжание и взрывание их за крепью в выработанном пространстве, создание опор из высыпавшихся из взрывных воронок пород, препятствующих свободному обрушению оторванной от массива плиты основной кровли, отличающийся тем, что бурение скважин производят параллельно напластованию, а расстояние от нижней плоскости основной кровли до скважин определяют по формуле



где K_p - коэффициент разрыхления пород основной кровли при взрывании их рыхлением;

l_з - расстояние от основной кровли до обрушившихся пород непосредственной, м;

l_лнс - линия наименьшего сопротивления воронки взрыва, м.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано в лавах с механизированными комплексами при отработке газоносных пластов с труднообрушающейся кровлей в широком диапазоне условий залегания угольных пластов.

Известен «Способ управления труднообрушаемой кровлей», включающий создание бутовых полос в выработанном пространстве, одна из которых, центральная, выкладывается параллельно линии очистного забоя длиной 0,2L_л и шириной 0,2 установившегося шага обрушения основной кровли (патент SU № 2177546, опубл. 27.12.2001).

Недостатком способа является высокая опасность ведения работ по возведению бутовых полос в выработанном пространстве, в котором трудно обеспечить нормальное проветривание зоны, где производятся работы, и существует опасность непланируемого обрушения кровли в месте возведения центральной бутовой полосы.

Известен «Способ управления труднообрушаемой кровлей в очистных забоях», отличающийся тем, что разрушение основной кровли на блоки, равные естественному шагу обрушения, производят до начала ведения очистных работ с оставлением пачки породы, прилегающей к угольному пласту. Скважины располагают таким образом, что при взрывании ВВ слои кровли над пластом угля остаются ненарушенными, которые предохраняют призабойное пространство от просыпания разрушенных пород при движении блока основной кровли (a.c. SU № 311011, опубл. 09.08.1971).

Недостатком способа является то, что при обрушении больших блоков основной кровли происходит выдавливание ими скопившегося в выработанном пространстве метана в рабочее пространство очистных и подготовительных выработок выемочного участка, в результате создается опасная обстановка для находящихся в выработках людей.

Известен «Способ управления труднообрушаемой кровлей при разработке угольных пластов механизированными комплексами», при котором на заданном расстоянии отработки столба производят искусственную посадку жесткой кровли путем переориентации размещения образующихся блоков породы параллельно кромке забоя со смещением границы обрушения кровли в направлении завала за пределы рабочего пространства лавы. Для реализации метода бурят скважины в борт конвейерного штрека на расстоянии 0,8-1,0 м друг от друга, в которых размешают и взрывают заряды ВВ. При этом линия обрушения основной кровли смещается в сторону завала, вследствие чего механизированная крепь оказывается под защитой консоли основной кровли и не испытывает разрушительных нагрузок во время очередного обрушения основной кровли. В этом случае снижается трудоемкость бурения шпуров, так как эти работы производят не по породе, а по углю (патент RU № 2151293, опубл. 20.06.2000).

Недостатком способа является то, что обрушение кровли происходит большими блоками, которые при падении на почву пласта выдавливают из выработанного пространства в призабойное и в подготовительные выработки скопившийся в завале метан, в результате создается опасная сетуация для работающих на участке людей. Этот фактор является основным недостатком рассматриваемого способа.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является «Способ управления труднообрушающейся кровлей в очистных забоях», принятый за прототип (авт.св. SU № 313979, опубл. 07.09.1971). При осуществлении способа до начала очистных работ из штреков бурят скважины вертикальным веером и производят взрывание в выработанном пространстве после подвигания очистного забоя за линию скважин на величину радиуса взрывной воронки. Обрушение при взрыве плиты пород основной кровли происходит за линией крепи и поэтому исключается воздействие ее на механизированную крепь при первых осадках.

Недостатком является то, что способ не исключает выдавливание газа из выработанного пространства в призабойную зону лавы во время обрушения плиты основной кровли. По этой причине способ не обеспечивает безопасное ведение очистных работ в лавах при отработке газоносных пластов.

Техническим результатом является повышение безопасности отработки газоносных пластов в широком диапазоне условий.

Технический результат достигается тем, что в способе управления труднообрушающейся кровлей при отработке газоносных пластов в лавах с механизированными комплексами, включающем бурение скважин со стороны подготовительных выработок в породах кровли, заряжание и взрывание их за крепью в выработанном пространстве, создание опор из высыпавшихся из взрывных воронок пород, препятствующих свободному обрушению оторванной от массива плиты основной кровли, бурение скважин производят параллельно напластованию, а расстояние от нижней плоскости основной кровли до скважин определяют по формуле:

где K_p - коэффициент разрыхления пород основной кровли при взрывании их рыхлением;

l_з - расстояние от основной кровли до обрушившихся пород непосредственной, м;

l_лнс - линия наименьшего сопротивления воронки взрыва, м.

Бурение скважин параллельно напластованию на расстоянии, определяемом соотношением величин l_з, l_лнс и K_p , позволяет обеспечить создание более надежной опоры для оторванной от массива плиты основной кровли по всей длине лавы и тем препятствовать свободному опусканию ее при различных значениях вынимаемой мощности пласта и соотношении названных величин.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены следующие детали способа: фиг.1 - вертикальный разрез пород кровли по линии падения пласта выемочного участка в нормальной к пласту плоскости расположения скважин очередного взрыва; фиг.2 - вертикальный разрез пород кровли в нормальной к пласту плоскости расположения скважин после взрыва; фиг.3 - расположение искусственных опор из высыпавшихся при взрывах пород по мере подвигания лавы; фиг.4 - вертикальный разрез пород по линии падения пласта в зоне взорванной воронки.

Способ осуществляют следующим образом. Подготовку выемочного участка для отработки угольного пласта 1 (фиг.1), над которым залегает глинистый сланец (непосредственная кровля) 2, выше которого расположен песчаник 3, осуществляют парными штреками 4, 5, 6, 7. Над штреками через определенные расстояния проходят камеры 8 и 9. Из камер бурят скважины 10 параллельно напластованию на расстоянии 15 от пласта, которое определяют по приведенной формуле. Заряды в скважинах располагают по всей их длине. Исключение представляют участки скважин 11, заполненные забойкой. После взрывания скважин разрыхленные породы 16 (фиг.2) заполняют объем воронки и расположенный под ней зазор 14 между основной кровлей и почвой пласта или обрушившимися при подвигании лавы породами непосредственной кровли 12. Взрывание зарядов в скважинах производят периодически в выработанном пространстве лавы за механизированной крепью 17 (фиг.3) и путем рыхления пород основной кровли создают опоры 16, на которые опираются оторванные от массива плиты основной кровли и с помощью которых препятствуют свободному обрушению оторванной от массива по линии 18 (фиг.3) плит основной кровли. Вследствие этого газ (13), находящийся в выработанном пространстве перед взрывом, не выдавливается в призабойное пространство лавы и в подготовительные выработки, в которых находятся люди.

Взрывание удлиненных зарядов в скважинах производят методом рыхления. Радиус воронки 19 при взрыве пород рыхлением принимают равным половине величины линии наименьшего сопротивления 15, т.е. r=0,5l_лнс (фиг.4).

Полное подбучивание пород основной кровли в зоне воронки обеспечивают путем соблюдения равенства:

где левая часть представляет увеличение объема пород основной кровли за счет их рыхления в объеме воронки, а правая - объем разрыхленных пород в зазоре ACEF.

Из подобия треугольников DBC и КСЕ находят выражения для определения величин

КЕ=FL=0,5l_з,

Найденные выражения для r и КЕ подставляют в формулу (2) и находят квадратное уравнение для определения величины линии наименьшего сопротивления при взрывании породы рыхлением (расстояние от скважин до нижней плоскости пород основной кровли):

Решают уравнение (3) и находят искомое выражение (1).

Пример: m_в=3,5 м - вынимаемая мощность пласта;

m_н.к=2,0 м - мощность непосредственной кровли;

K_p=1,5.

В этом случае l_з=m_в+m_н.к -K_p·m_н.к=3,5+2,0-1,5·2,0=2,5 м.

Подставляя эти данные в формулу (1), получим:

Откуда следует, что скважины должны быть пробурены на расстоянии 11,1 м от пласта.

Применение способа позволяет значительно повысить безопасность ведения очистных работ при отработке газоносных пластов с помощью механизированных комплексов в широком диапазоне условий.