Способ создания посадочной щели в многолетнемерзлых породах кровли очистных забоев

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземной разработке пластовых месторождений. Сущность изобретения: способ предусматривает создание сквозной посадочной щели с полным разрывом пород по линии ее формирования путем протаивания горного массива вдоль скважины, пробуренной с конвейерного на вентиляционный штрек по угольному пласту на контакте с кровлей. 1 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземной добыче полезных ископаемых.

Известно, что экономическая эффективность добычных работ в шахтах зависит прежде всего от условий управления кровлей, особенно труднообрушаемой, куда, как правило, относятся многолетнемерзлые породы. Управление кровлей, как технологический этап очистных работ, относится к наиболее ответственным и трудоемким, имеющим прямое отношение к величине эксплуатационных потерь готового к выемке угля в целиках различного назначения и безопасности горных работ. В этой связи изыскание способов, облегчающих управление кровлей и обеспечивающих возможность ее посадки в заданных местах для своевременной разгрузки крепей очистных забоев, имеет важное народнохозяйственное значение.

Известен способ управления кровлей созданием ослабленных зон впереди линии очистного забоя тепловым воздействием на горный массив. Данный способ не предусматривает разрыва связей между частицами пород в ослабленных зонах и имеет поэтому недостаточную эффективность, что является основной причиной, сдерживающей широкое внедрение способа.

Известен способ формирования щели ослабления параллельно охраняемой выработки с помощью буровзрывных работ, применяющихся для охраны подготовительных выработок с целью их повторного использования.

Данный способ создания посадочной щели неприемлем для условий очистного забоя, так как требует проведения разрезной печи впереди лавы, а подрывка кровли пласта вдоль печи с целью создания посадочной щели делает невозможным переход выработки мехкрепями. Таким образом, реализация данного способа создания посадочной щели в условиях очистных забоев невозможна вследствие возникновения тупиковых ситуаций для механизированных крепей.

Техническим результатом изобретения является разработка способа создания посадочной щели в многолетнемерзлых породах кровли очистных забоев путем сплошного разреза подработанной консоли пород в заданных местах, соответствующих шагу обрушения, без помех подвиганию очистных забоев.

Это достигается тем, что породная консоль прорезается на заданную глубину вдоль скважины, пробуренной под углом к линии очистного забоя с конвейерного на вентиляционный штрек по угольному пласту на контакте с кровлей воздействием тепловым потоком на породы, обнаженные в своде скважины.

Сущность предлагаемого способа создания посадочной щели в многолетнемерзлых породах кровли очистных забоев заключается в обеспечении условий протаивания пород кровли вдоль скважины путем постоянной подачи в ее полость щелеобразующего агента в виде теплового воздуха при этом регулируется объем свободной зоны в каждой скважине путем периодической разгрузки оттаявших и обрушенных пород.

Отличительными признаками предлагаемого способа создания посадочной щели в многолетнемерзлых породах кровли очистных забоев является то, что он предусматривает сквозной разрез подработанной консоли пород в заданных участках выемочных полей без создания помех подвиганию очистного забоя, разрез кровли выполняется воздействием теплового воздуха с подачей его в забойную часть посадочной щели на всех этапах ее формирования.

Как указывалось выше известные способы создания ослабленных зон впереди линии очистного забоя с применением теплового эффекта в отличие от предлагаемого способа не предусматривают разреза пород кровли, а основываются только на разупрочнении массива при его протаивании, что снижает их эффективность и сдерживает широкое применение.

Технология предлагаемого способа поясняется чертежом, где показана общая схема создания посадочной щели.

Посадочная щель 1 формируется протаиванием пород кровли. Протаявшие породы 2, утратившие силы сцепления, сползают вниз и аккумулируются в полости скважины 3, по которой подается теплый воздух. Утрата сил сцепления протаявшими многолетнемерзлыми породами отмечены в известных способах.

В дальнейшем, по мере подвигания забоя щели, протаявшие породы заполняют и полость щели, ограничивая призабойное пространство.

Таким образом, в период зарубки щели протаиванием пород, скважина на своем протяжении служит источником тепла и емкостью для размещения обрушившихся пород.

Скважины проходятся по направлению с конвейерного на вентиляционный штрек по угольному пласту на контакте с кровлей с последующим обеспечиванием подачи по ним теплового воздуха до получения щели в кровле пласта по линии контакта со скважиной.

Бурение скважин производится буросбоечной машиной типа СБМ-ЗУ или ЛБС-4, обеспечивающих при безшнековом бурении (на наклонных и крутых пластах) длину скважины до 150 м, т.е. на расстояние, равное оптимальной длине лавы. При бурении на горизонтальных пластах с применением шнеков возможная длина скважин составляет 70-80 м. В этом случае бурение скважин может проводиться с конвейерного и вентиляционного штреков навстречу друг другу до их сбойки для получения одного сплошного воздухопроводящего канала. Диаметр скважин d согласно технической характеристике буросбоечных машин составляет 390, 500 или 800 мм. Возможность выбора диаметра скважины позволяет проходить щель в более экономичном режиме по условиям расхода воздуха.

Скважина бурится под углом 2-5^о к линии очистного забоя, позволяющим постепенный переход щели забойной крепью и с таким расчетом, чтобы в верхнем своде скважины обнажились породы кровли.

При положительном тепловом режиме шахт, когда по воздухопадающему штреку к лаве подается теплый воздух, бурение скважин и подготовку посадочной щели рационально проводить в период подготовки выемочного столба до начала очистных работ. Это повысит стабильность работы очистных забоев, а разрез кровли на блоки снизит параметры зон опорного давления.

Теплый воздух подходящий к скважине может быть направлен по ней за счет общешахтной депрессии путем установки регулируемого вентиляционного окна 4 в воздухопадающей выработке. В тех случаях, когда значения общешахтной (или участковой) депрессии в местах заложения скважин больше ее сопротивления движению воздуха, вентиляционное окно устанавливается в устьевой части скважины с целью снижения неоправданных потерь воздуха и обеспечения необходимого его количества, которое должно поддерживать положительную температуру в исходящей струе из скважины, что гарантирует прохождение теплого воздуха по всей ее длине.

Необходимые инженерные расчеты для регулировки количества воздуха могут быть выполнены по известным методикам и исходным данным.

Таким образом, при положительном тепловом режиме шахт, создание посадочных щелей по линии пробуренных скважин можно перевести в автоматический режим, обеспечивая поддержание рабочего окна 5 в призабойной части создаваемой посадочной щели с целью пропуска теплого воздуха вдоль ее забоя в необходимом количестве. Это условие является основным в реализации предлагаемого способа. Оно осложняется динамикой процесса создания щели, когда забой удаляется по мере протаивания пород, а их сползание и обрушение в полость воздухопадающей скважины, а затем и в полость самой щели, неизбежно приведет к полному забучиванию и скважины и щели, а следовательно, к остановке процесса формирования щели.

При полной очистке скважины и поддержании ее полости в свободном состоянии так же произойдет затормаживание и остановка протаивания пород, так как воздух как теплоноситель будет уходить по скважине, как по линии наименьшего сопротивления, не омывая забой щели. Следовательно, для создания посадочной щели и тем более для проведения этих работ в экономичном режиме необходимо поддерживать рабочее окно в призабойной части щели в оптимальных размерах, которое должно обеспечивать экономичный расход воздуха с максимальной скоростью протайки. Это значение оптимального расхода воздуха Q_оптим определяется по данным практики. Критерием его оценки служат наличие исходящего из щели воздуха и его положительное значение температуры.

Определение количества воздуха, проходящего по скважине, а в дальнейшем и по призабойной части щели, слагается из двух замеров: до перемычки с окном Q (м³/с) и за ней Q₁ (м³/с). Тогда Q_скв Q Q₁ м³/с. Методика замеров известна.

Очередность выполнения работ по проходке щели заключается в следующем.

После бурения скважины, буровой став удаляется с зачисткой ее полости. Затем подается теплый воздух и начинается формирование щели. Протаивание породы постепенно заполняют скважину, догоняя забой щели. При сокращении расхода воздуха, что устанавливается замерами, как указано выше, проводится очистка скважины буросбоечным станком. При этом применяется буровой став меньшего диаметра, чем при проходке скважины, например став из буровых штанг диаметром d 160 мм, применяющихся на открытых горных работах. Меньший диаметр позволит более точно отрегулировать площадь призабойного рабочего окна. После первой зачистки скважины, буровой став 6 остается в ней до проходки щели на проектную глубину.

В дальнейшем контроль за проходкой щели заключается в замерах количества воздуха, проходящего по щели, и поддержании его количества в пределах оптимального значения. При снижении расхода воздуха буровой став подсоединяется к бурстанку и из полости скважины выдается порода, отслоившаяся в процессе протаивания в забое щели. За счет выдачи пород из скважины породы, заполнившие полость щели, оседают, увеличивая площадь рабочего окна.

При достижении расхода воздуха в пределах оптимальных значений выдача пород из скважины прекращается. В дальнейшем процесс повторяется.

При приближении глубины щели к проектной отметке буровой став удаляется. Скважина и щель подбучивается, так как процесс протайки продолжается, и при достижении проектной глубины она полностью изолируется осевшими породами. При приближении лавы в скважину вновь вводится буровой став рабочего диаметра, т.е. того диаметра, на который проходилась скважина. Породы удаляются во избежание разубоживания угля при переходе щели очистным забоем.

Достаточной глубиной посадочной щели может быть глубина, равная мощности вынимаемого пласта. В этом случае обрушающиеся породы в пределах прорезанного слоя, заполняя пространство за крепью, подбучивают вышележащие породы за счет разрыхления и, воспринимая нагрузки от их веса, разгружают крепь очистного забоя.

При отрицательном тепловом режиме шахты может быть применен локальный подогрев воздуха непосредственно в устьевой части скважины установкой электрокалорифера.

При необходимости форсирования процесса протаивания возможно применение вентилятора местного проветривания для нагнетания воздуха в призабойное пространство щели.

Расстояние между посадочными щелями (между скважинами) устанавливается в соответствии с расчетным или фактическим шагом обрушения L_обр и может быть скорректировано исходя из конкретных условий, имея ввиду, что определяющим фактором создаваемого шага посадки кровли является допустимый предел нагрузок на крепи очистных забоев, которые во всех случаях не должны превышать этого предела.

Принятая технология предварительной подготовки посадочных щелей исключает нарушение ритма работы лавы из-за возможных задержек в их подготовке. Однако не исключается и совместный вариант, когда посадочные щели готовятся впереди лавы в процессе очистных работ. В этом случае применим форсированный метод с помощью вентиляторов местного проветривания и подогревом нагнетаемого воздуха.

Глубина посадочной щели может определяться мерным шестом из подготовительной выработки.

Время подготовки посадочной щели ориентировочно может быть определено по данным практики отработки полигонов на россыпных месторождениях с послойной выемкой протаивающих пород. Опыт показывает, что в этом случае глубина протаивания достигает до 1,5-2 м в месяц.

Опасность самонагревания угля при подаче воздуха в скважину, пробуренную по угольному пласту, исключается, поскольку в данном случае отсутствует разрушенные и разрыхленные массы угля в объемах ее критических значений, равной порядка 5 т, а монолитная поверхность скважины, пробуренной в целике, обладает достаточной воздухоупорностью, препятствующей фильтрации воздуха вглубь пласта. Доказательством этому служат данные практики, где при пластовой подготовки обнажаются многие километры угольной поверхности, а очаги самонагревания отсутствуют. Они, как правило, возникают в местах ограниченных по условиям теплообмена и способствующих его накоплению. Данная технология не сопряжена с этими факторами.

Формула изобретения

СПОСОБ СОЗДАНИЯ ПОСАДОЧНОЙ ЩЕЛИ В МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ПОРОДАХ КРОВЛИ ОЧИСТНЫХ ЗАБОЕВ, включающий бурение опережающих скважин с конвейерного на вентиляционный штрек под углом к линии очистного забоя по угольному пласту на контакте с кровлей, введение в скважину щелеобразующего агента, отличающийся тем, что в качестве щелеобразующего агента вдоль скважины постоянно нагнетают теплый воздух и регулируют объем свободной зоны в каждой скважине путем периодической отгрузки оттаявших и обрушенных пород.

РИСУНКИ

Рисунок 1