Способ возведения закладочного массива и устройство для его осуществления

 

Использование: разработка месторождений длинными очистными забоями, преимущественно крутонаклонных и крутых угольных пластов и рудных жил. Сущность изобретения: ограждения возводят с размещением их в выработанном пространстве в шахматном порядке с возможностью обтекания и заполнения пространства между ними перемещаемым под действием собственного веса закладочным материалом. Расстояние между внутренними поверхностями ограждений принимается не более устойчивого пролета кровли. Ограждение снабжено полком для удержания и распределения закладочного массива. Полок размещен между стенками ограждения и жестко соединен с их торцами. Полок может быть выполнен выпуклым. Закладочный материал образует полосы закладочного массива, оконтуривающие незаполненные ячейки выработанного пространства. Закладочный массив приобретает ячеисто-сотовую структуру. 2 с. и 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к разработке месторождений длинными очистными забоями, преимущественно крутонаклонных и крутых угольных пластов и рудных жил.

Разработка крутонаклонных и крутых угольных пластов и рудных жил в сложных горногеологических условиях осуществляется с закладкой выработанного пространства. Применение данного способа управления горным давлением позволяет снизить опасность газодинамических явлений в очистном забое, повысить устойчивость боковых пород, снизить утечки воздуха через выработанное пространство, улучшить безопасность ведения очистных работ, решить вопросы охраны окружающей среды за счет оставления породы в шахте.

Полная закладка требует дополнительных работ по добыче, подготовке и транспортированию закладочного материала к месту заполнения выработанного пространства. В то же время перемещение закладочного материала под воздействием гравитации создает закладочный массив переменной плотности по падению пласта (Бурчаков А. С. , Гринько А. К и Черняк И. Л. Процессы подземных горных работ. М. ; Недра, 1976, с. 132-133).

Частичная закладка выработанного пространства характеризуется меньшим расходом закладочного материала. По вынимаемой площади пласта закладочный массив возводится прерывным и чередуется с незаполненным выработанным пространством, ограниченным по контуру закладочным массивом. Формирование полос из закладочного материала и выработанного пространства осуществляется при помощи ограждений и опорных костров, которые устанавливаются в ряд по направлению возведения закладочного массива (там же, с. 124-127).

Создание каждой очередной полосы закладочного массива требует обнажения, специальной подготовки и поддержания значительной площади боковых пород. По этой причине частичная закладка выработанного пространства применяется для управления устойчивой труднообрушаемой кровлей. Естественное замещение кровли на легкообрушаемую или появление геологических нарушений затрудняет применение частичной закладки выработанного пространства. Переменная плотность закладочного массива по падению пласта, обусловленная движением закладочного материала за счет сил гравитации и различным значением кинетической энергии перемещающегося материала в зависимости от длины путем перемещения, способствует неравномерному распределению напряжений в породах кровли и их разрушению.

Целью изобретения является повышение эффективности закладки для управления состоянием вмещающих пород при разработке крутых и крутонаклонных пластов.

Поставленная цель достигается тем, что ограждения возводят с размещением их в выработанном пространстве в шахматном порядке с возможностью обтекания и заполнения пространства между ними перемещаемым под действием собственного веса закладочным материалом. Расстояние между внутренними поверхностями стенок ограждений выдерживают не более устойчивого пролета кровли. Ограждение снабжено полком для удержания и распределения закладочного материала. Полок жестко соединен с торцами ограждения. Для снижения давления на полок последний выполняют выпуклым.

В выработанном пространстве формируется закладочный массив ячеисто-сотовой структуры, обладающий несущей способностью, одинаковой по вынимаемой мощности пласта. Закладочный материал подается с верхней части выработанного пространства, двигаясь под собственным весом, располагается над каждым устройством под углом естественного откоса. Он образует полосы закладочного массива, оконтуривающие незаполненные ячейки выработанного пространства. Закладочный массив приобретает ячеисто-сотовую структуру.

На фиг. 1 изображена технологическая схема возведения закладочного массива (в плоскости пласта); на фиг. 2 - устройство для возведения закладочного массива.

Способ осуществляется следующим образом (фиг. 1). После выемки угля и подвигания забоя на установленную технологическим паспортом величину в выработанном пространстве сооружают устройство для возведения закладочного массива 5, состоящее из полка 10 и двух параллельных ограждений. Устройства располагают по площади выработанного пространства в шахматном порядке так, чтобы имелась возможность обтекания их закладочным материалом, движущимся под собственным весом, по падению пласта. При этом обеспечивается контакт возводимой полосы 8 с полосой 9, возведенной в предыдущем цикле закладки. После сооружения устройства для возведения закладочного массива и передвижного пункта 7, расположенного на верхнем (вентиляционном) штреке 1, в выработанное пространство подается закладочный материал 6. Скатываясь вниз под действием собственного веса, закладочный материал достигает устройства, и направляемый его плоскостями или откосом материала над устройством движется далее вниз до следующего установленного на его пути устройства, пока не достигнет несущего полка 10 над откаточным штреком 4. Накапливаясь на несущем полке 10, закладочный материал образует над штреком непрерывную по простиранию закладочную полосу 11, приобретающую пилообразную форму. Аналогичная непрерывная закладочная полоса формируется и под вентиляционным штреком 1. Образование в выработанном пространстве над откаточным 4 и под вентиляционным 1 штреками непрерывных закладочных полос обеспечивает эффективное поддержание этих штреков, тогда как в остальной части выработанного пространства формируется закладочный массив ячеисто-сотовой структуры. Форма ячейки зависит от формы устройства для возведения закладочного массива. Она может иметь форму шестиугольника, прямоугольника с нижним треугольным выступом.

На фиг. 2 показаны устройства для возведения закладочного массива ячеисто-сотовой структуры: П-образной формы (фиг. 2, а), выпуклой формы из деревянных элементов (фиг. 2, б) искусственных блоков из различных материалов. Верхний элемент 1 каждого такого устройства служит полком как для удержания закладочного материала, так и для его распределения в процессе закладки. Для удержания полка используют опорные элементы 2 (кусты или костры из деревянных стоек). Ограждение 3 представляет собой доски, распилы, тканые полотна или проволочную сетку, прибитые к стойкам 4 призабойной крепи, оставляемой в выработанном пространстве. Устройство, показанное на фиг. 2, в, может монтироваться как из отдельных блоков, так и формироваться из ленточных искусственных целиков.

Отличительная особенность предлагаемого способа возведения закладочного массива состоит в том, что длина каждого несущего распределительного полка принимается равной или большей ширины полосы закладочного массива, возводимого по восстанию между ограждающими элементами смежных устройств. Несущий полок ограждения воспринимает нагрузку от движущегося потока закладочного материала, выполняя одновременно роль его распределителя. За счет изменения направления потока происходит снижение его скорости. Регулирование движения потока и его скорости достигается также при обтекании ограждающих элементов, образующих отверстие, ограниченное боковыми породами и элементами ограждения. Размеры отверстия обусловливают скорость истечения потока, несущий поток каждого устройства является одновременно пунктом загрузки закладочного материалом нижеследующей полосы. Благодаря этому скорость движения потока вдоль поддерживающе-оградительного устройства для возведения закладки массива практически постоянна, что обеспечивает формирование закладочных полос одинаковой плотности и повышает устойчивость пород кровли в ячейках, оконтуренных этими полосами.

Полок воспринимает нагрузку в начальный момент подачи закладочного материала при формировании над ним закладочного массива под углом естественного откоса. Сформировавшийся над полком закладочный массив служит естественным саморегулируемым распределителем движущегося потока, пропускаемого через активное выпускное сечение. Активное выпускное сечение определяется разностью между нижней границей установленного ограждения и линией, определяющей угол естественного откоса (угол внутреннего трения) закладочного материала, на стадии его формирования.

Установкой ограждений элементов регулируется также очередность, размеры и форма каркаса из возводимого закладочного массива вокруг оставляемых ячеек. Для повышения надежности ограждающие элементы могут усиливаться дополнительными стойками.

Формирование каждой последующей полосы закладочного массива по простиранию обеспечивается установкой ограждения под выпускным отверстием. Так как движение закладочного материала и формирование закладочного массива происходит под действием гравитационных сил, то ограждения устанавливают в восходящем порядке по числу горизонтальных закладочных полос.

Горизонтальной закладочной полосой считают ту часть закладочного массива, которая разделяет оставляемое выработанное пространство в виде ячеек-сот по падению пласта. Частота расположения горизонтальных полос принимается с учетом устойчивости пород кровли к обрушению, а пород почвы - к сползанию.

Закладочный материал засыпают в выработанное пространство с вентиляционного штрека, располагая пункт засыпки по центру ограждения верхнего ряда. Над полком образуется закладочный массив в виде треугольной призмы. В дальнейшем она служит для восприятия нагрузок со стороны боковых пород и направления движения потока закладочного материала, поступающего сверху. Та часть закладочного материала, которая не уложилась на полке, под действием гравитационных сил скатывается в нижнюю часть выработанного пространства, достигая полка следующего ограждения - распределительного устройства. После заполнения вертикальной полосы переносят пункт засыпки на шаг установки несущего распределительного полка. Оставшаяся часть незаполненного выработанного пространства под вентиляционным штреком заполняется закладочным материалом непосредственно из штрека.

При применении ограждающих устройств для возведения закладочного массива из материалов, обеспечивающих устойчивость формы ячейки-соты, используются отдельные блоки из пенобетона или других материалов.

Возведение устройства для закладочного массива начинается с ограждающих элементов. Блоки выкладывают друг на друга с применением вяжущих веществ и у кровли пласта расклинивают деревянным клином. Податливость ограждающего элемента происходит при смятии деревянного клина. Аналогично возводят и несущий распределительный полок. Несущий распределительный полок со стороны выработанного пространства может усиливаться дополнительной установкой опоры.

Экономическая эффективность от применения предлагаемого способа возведения закладочного массива достигается за счет сокращения объема закладочного материала, затрат на его получение и транспортирование, расширения области применения закладки, улучшения управления состоянием массива горных пород при разработке крутых и крутонаклонных угольных пластов и рудных жил.

Формула изобретения

1. Способ возведения закладочного массива, включающий возведение ограждений в выработанном пространстве с размещением их стенок на расстоянии не более устойчивого пролета кровли, подачу в верхнюю часть выработанного пространства закладочного материала с перемещением его под действием собственного веса, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности закладки для управления состоянием вмещающих пород при разработке крутых и крутонаклонных пластов, ограждения возводят с размещением их в выработанном пространстве в шахматном порядке с возможностью обтекания и заполнения пространства между ними перемещаемым под действием собственного веса закладочным материалом, при этом расстояние не более устойчивого пролета кровли выдерживают между внутренними поверхностями стенок ограждений.

2. Устройство для возведения закладочного массива, включающее ограждение из двух параллельно установленных стенок, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности закладки для управления состоянием вмещающих пород при разработке крутых и крутонаклонных пластов, ограждение снабжено полком для удерживания и распределения закладочного материала, при этом полок размещен между указанными стенками и жестко соединен с их торцами.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что полок выполнен выпуклым.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2