Патент на изобретение №2172837

(54) СПОСОБ ОХРАНЫ ПЛАСТОВЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

(57) Реферат:

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. Основная задача изобретения – повышение устойчивости и обеспечение безремонтного поддержания пластовых горных выработок в течение всего срока службы при максимальном оставлении породы в шахте. Способ охраны пластовых горных выработок включает в себя проведение одной или нескольких параллельных выработок, выемку пласта широким забоем, отбойку боковых пород с размещением их в выработанном пространстве пласта в форме породной полосы и подачу в краевые части породной полосы, примыкающие к стенкам выработки, скрепляющего раствора. Скрепляющий раствор может быть подан в породную полосу на расстояние от стенок выработки не менее чем расстояние до максимума опорного давления. При проведении двух и более параллельных выработок между упрочненными скрепляющим раствором частями породной полосы можно оставлять часть неупрочненных пород шириной, равной не менее двухкратной ширины упрочненной части породной полосы. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

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.

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.

РИСУНКИ

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 31.10.2003

Извещение опубликовано: 10.03.2005 БИ: 07/2005