Способ перехода геологического нарушения дизъюнктивного типа очистным забоем

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для обработки выбросоопасных пластов в зонах геологического нарушения. Способ включает измерение амплитуды нарушения, угла наклона и длины и длины трассы, пересекающей нарушение выработки, параметров расположения работы и контроль за перемещением комплекса. Новым является то, что разворот мехкомплекса начинают на расстоянии от нарушения, равном длине предохранительного участка пласта. Дополнительно определяют мощность пласта и слоя вмещающих пласт слабых пород в зоне нарушения. Условно относят геологическое нарушение к одной из трех групп при соответствии условиям, обозначенным расчетными формулами, учитывающими амплитуду нарушения, мощность угольного пласта, минимальную мощность неустойчивых пород в кровле и почве пласта. При этом пересечение нарушения мехкомплексов осуществляют в зависимости от группы нарушения. Так, нарушение первой группы пересекают путем мелкоступенчатого разворота мехкомплекса в вертикальной плоскости без подрывки вмещающих пород. 4 з.п. ф-лы, 14 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для безопасной отработки выбросоопасных пластов в зонах геологического нарушения.

Известны способы перехода геологических нарушений очистным забоем [1, 2] Известные способы включают в себя крепление пород кровли, контроль состояния массива, заполнение образовавшихся полостей легкосхватывающими смесями, установление угла наклона и длины трассы, пересекаемой нарушение выработки, присечку вмещающих пласт пород и разворот комплекса в вертикальной плоскости.

Однако эти способы недостаточно эффективны и безопасны. В них недостаточно определенно разработаны технологические параметры, включающие в себя не только необходимость маневрирования комплексом, но и управлением состояния массива с учетом характеристик геологического нарушения и вмещающих пласт пород. Кроме того, в прототипе отсутствует расчетная траектория движения комплекса при переходе дизъюктивного нарушения.

Целью изобретения является повышение эффективности пересечения нарушения и выемки нарушенной части пласта, опасного по газодинамическим явлениям, а также повышение безопасности ведения горных работ.

Цель достигается тем, что в известном из прототипа способе, включающем в себя крепление пород кровли, контроль состояния массива, заполнение образовавшихся полостей легкосхватывающимися смесями, установление угла наклона и длины трассы пересекаемой нарушение выработки, выполнение противовыбросных мероприятий, присечку вмещающих пласт пород, маневрирование мехкомплексом, разворот комплексом в вертикальной плоскости и плоскости пласта по мере перемещения комплекса по принятой трассе пересекаемой наклонной выработки до выхода забоя за нарушение, выполняют дополнительные приемы и операции, описанные далее. Подготовку к переходу нарушения забоем начинают на расстоянии от нарушения, равном длине предохранительного участка пласта, для чего уточняют амплитуду нарушения, мощность пласта и мощность слоя вмещающих пласт слабых неустойчивых пород и условно относят нарушение к одной из трех групп. К первой группе относят нарушение при m≥ l^min_кр.+h; (1) ко второй группе h+l^min_кр.>m≥ h+l^min_кр.+m_пор., (2) и к третьей группе относят m<h+l_кр.-m_пор, (3) где h амплитуда геологического нарушения, м; l^min_кр. минимальная раздвижность крепи мехкомплекса, м; m мощность угольного пласта, м; m_пор. суммарная мощность неустойчивых слабых пород в кровле и почве пласта, м.

При этом в способе переход нарушения первой группы производят путем мелкоступенчатого разворота мехкомплекса в вертикальной плоскости без подрывки вмещающих пласт пород. Во второй группе нарушение переходят при амплитуде нарушения h <0,5 m посредством мелкоступенчатого разворота комплекса с присечкой боковых пород, а при амплитуде нарушения h >0,5 m нарушение во второй группе переходят путем разворота мехкомплекса на спуск или подъем за один прием. Переход геологического нарушения третьей группы осуществляется с применением взрывных работ и с разворотом мехкомплекса на спуск или подъем за один прием.

При пересечении геологического нарушения, расположенного под большим углом или перпендикулярно забою, переход такого нарушения осуществляют по частям, для чего мехкомплекс разделяют на несколько частей, переходят нарушение отдельно каждой частью, а затем их (эти части) после перехода нарушения соединяют в целое, причем при неустойчивых вмещающих породах или сыпучем угле в каждой части комплекса вначале осуществляют перемещение двух крайних секций каждой из частей комплекса, после чего в них укладывают обаполы (распилы), осуществляют всплошную затяжку кровли, а затем перемещают оставшиеся секции этой части мехкомплекса под выполненным креплением. Все работы по пересечению нарушения осуществляют на предохранительном опасном участке
l_п.о. l_п.к. + l_п.з., (4)
где l_п.к. зона перекрытия крыльев нарушения, м;
l_п.з. предохранительная зона, м.

Обычно l_п.з. длиной до 10-15 м.

В способе при переходе геологического нарушения путем мелкоступенчатого разворота мехкомплекса высота этих ступеней в кровле при крепях в комплексе поддерживающего типа принимается равной 0,1-0,15 м, а оградительно-поддерживающего типа 0,3 м. Высота таких ступеней в почве определяется регулируемостью исполнительного органа комбайна относительно нижней плоскости конвейера.

При выполнении способа с подъемом комплекса подъем с подрывкой кровли пласта начинают с опережением l_опр. от нарушения, а подъем с подрывкой почвы начинают от самого геологического нарушения.

Спуск же комплекса на смещенную часть пласта с подрывкой кровли начинают от нарушения, а спуск комплекса с подрывкой почвы начинают с опережением l_пор.. При этом опережение l_опр. можно определить
l_опр. r·h/h_cт., (5)
где r ширина захвата выемочного комбайна, м;
h_ст. высота ступени, м.

Предполагаемый способ имеет следующие основные отличительные признаки и операции. Это отнесение нарушения к одной из трех групп, для каждой из групп, для каждой из которых предусмотрены свои параметры и ряд других приемов, описанных в формуле изобретения.

Несмотря на известность в отдельности некоторых из приведенных в изобретении операций, заявляемая совокупность признаков в исследованной технической и патентной литературе не обнаружена. Следовательно, предлагаемая совокупность признаков обладает "новизной".

Вполне очевидно, что работы по переходу геологического нарушения с применением совокупности признаков, изложенных в данном изобретении, становятся менее трудоемкими, более безопасными и значительно эффективнее, а также повышается устойчивость выработки в дальнейшем, следовательно, предложенная совокупность признаков направлена и обеспечивает достижение цели изобретения, то есть она существенна. Относительно признаков, приведенных в последующих пунктах формулы изобретения, то они, что вполне очевидно из формулы, направлены на повышение степени надежности и эффективности выполнения способа и могут быть рассмотрены в совокупности с признаками основного пункта формулы изобретения. Кроме того, все признаки рассматриваемого изобретения подчинены одной и единственной цели наиболее эффективно и в то же время безопасно осуществить переход забоем геологического нарушения, то есть четко прослеживается единство изобретения. Таким образом, данное техническое решение преследует единство цели и обладает "существенными отличиями" по сравнению с прототипом и другими способами, известными в рассматриваемой и других смежных областях техники. Других известных решений со сходными признаками не выявлено. Исходя из вышеизложенного, можно считать, что решение соответствует всем критериям, предъявляемым к изобретению.

На фиг. 1 представлена схема участка лавы в зонах пересечения участками мехкомплекса геологического нарушения; на фиг.2,3 поперечный разрез очистного забоя в зоне пересечения геологического нарушения; на фиг.4-7 - принципиальные схемы порядка возможного перехода геологического нарушения; на фиг. 8-13 технологические схемы перехода геологического нарушения мелкоструктурным спуском и подъемом; на фиг.14 технологическая карта перехода дизъюктивного нарушения.

Способ осуществляется следующим образом. В очистном забое, осуществляющем выемку угольного пласта 1 мощностью m с помощью мехкомплекса, представляющего собой крепь 2, конвейер 3 и выемочный механизм 4, в нашем случае будем считать комбайн, необходимо пересечь геологическое нарушение дизъюктивного типа, имеющее смеситель 5. Подкрепление очистного забоя перед пересечением нарушения со смесителем 5 осуществляется с помощью анкерного крепления 6. За мехкомплексом находятся обрушенные породы 7.

По мере подвигания очистного забоя по пласту мощностью m прогнозируется встреча его с забоем зоны геологического нарушения пусть типа надвиг с амплитудой h.

Для обеспечения безопасности работ при переходе лавой зоны геологического нарушения составляется проект, где предусмотрено следующее:
паспорт крепления лавы, который пересматривается в сторону усиления крепи;
производится усиление кровли опережающим креплением анкерами и сплошной затяжкой кровли над секциями;
изменяется угол перемещения комплекса в вертикальной плоскости.

Как правило, перед переходом забоем геологического нарушения и после осуществления его производится ревизия мехкомплекса с обязательным ремонтом и заменой всех гидростоек, потерявших герметичность, и всех деформированных узлов и элементов крепи.

Первоначально перед переходом геологического нарушения уточняют его характер, для чего бурятся разведочные скважины из очистного забоя. Геологическое нарушение относят к одной из трех условных групп по следующим формулам (1, 2, 3).

Переход геологических нарушений первой группы производится путем мелкоступенчатого разворота мехкомплекса без подрывки боковых пород. Переход нарушенных участков второй группы с амплитудой менее половины мощности угольного пласта производится путем мелкоступенчатого разворота мехкомплекса на спуск или подъем с подрывкой слабых боковых пород, например исполнительным органом комбайна. На фиг.4-7 представлены такие технологические схемы перехода геологических нарушений путем мелкоступенчатого перехода, при этом на фиг. 4 и 5 приведена технологическая схема перехода геологического нарушения мелкоступенчатым подъемом. А на фиг.6 и 7 то же, путем мелкоступенчатого спуска.

Геологические нарушения с амплитудой большей половины мощности угольного пласта переходят путем разворота мехкомплекса на спуск или подъем за один прием (фиг. 8-13). Переход этим методом также осуществляют, когда нарушение появилось по какой-либо причине внезапно и уже нельзя осуществить постоянный выход на смещенную часть пласта.

Переход геологического нарушения третьей группы осуществляется с применением буровзрывных работ путем разворота мехкомплекса на спуск или подъем за один прием.

Ниже рассмотрим конкретный переход нарушения. Перед переходом забоем лавы опасной зоны l_п.о. производится упрочнение кровли (фиг.2,3). Опасная зона l_п.о. состоит из, как правило, 10-15-метрового участка зоны перекрытия крыльев нарушения h_п.к. и приблизительно 10-метровой зоны l_п.з., прилегающей к ней. Шпуры для установки анкеров 6 бурятся по центру перекрытия секции под небольшим углом 3-5^o с верхнего кутка у забоя и под примеpно 15^o к горизонтальной плоскости. В шпуры устанавливают анкера длиной, как правило, до 3 м. Над анкерами у забоя укладывают 3-метровые обаполы и концы анкеров подхватывает козырьками перекрытий. При наличии легкообразующихся пород кровли производят ее затяжку. При подходе забоем лавы к смесителю 5 на расстояние l_п.к. ≈ 8,0 м начинают работы по изменению угла наклона конвейера с использованием гидросистемы крепи. Отрезками гибкой связи (цепи) поднимают забойную сторону (борт) рештачного става и под ребра жесткости рештаков подкладывают, например, отрезки деревянных обаполов. Угол подъема комплекса должен быть, как правило, в пределах 10^o, но не более 12^o.

Лава разбивается последовательно условно на ряд участков mp; pn, mn, которые по мере пересечения нарушения перемещаются по длине лавы. Так, перед мехкомплексом производят участками l_{пересеч.} длиной 8-10 м. После этого комбайн и конвейер останавливают. Обирают забой нависающие куски в кровле. Подготавливают конвейер к передвижке, затем передвигают став конвейера под забой с отставанием от комбайна не более 8,0 м. Над перекрытием производят сплошную затяжку из обаполов длиной 3,0 м. При этом, если над секциями образовался свод обрушения, то передвижку секций производят сначала 2-х крайних на длину обапола и на них укладывают обаполы, затем над обаполами заполняется свод (обычно до 0,8 м выкладываются клети из леса, выше 0,8 м деревянный накатник, на который укладываются мешки с отходами лесоматериалов); средние секции задвигают и поджимают к кровле. После этого производится сплошная затяжка кровли деревом.

Технологическая схема перехода разрабатывается так, чтобы фактическая траектория перехода нарушения соответствовала расчетной и позволяла вносить необходимые корректировки в движение механизированного комплекса при отклонении его от расчетной траектории (фиг.14). Для реализации разработанной технологической схемы перехода нарушения на вентиляционном и конвейерном штреках через 1-2 м устанавливают пакеты с указанием мощности присекаемых вмещающих пород и рекомендуемой раздвижности механизированной крепи. Кроме этого, на вентиляционном и конвейерном штреках и на выемочном комбайне вывешивают образцы технологической карты для оперативного контроля и правильного ведения очистных работ в зоне нарушения.

На фиг.14 представлена такая технологическая схема перехода дизъюнктивного нарушения с изменяющейся по длине линии очистного забоя амплитудой. Линиями АА и ВВ обозначено начало и окончание присечки вмещающих пород, линией ОО ось нарушения, а линией АА' расположение очистного забоя. Линии 0,3; 0,6; 0,9 обозначают толщину присекаемой породы почвы или кровли. Линиями ЕЕ и ЖЖ ограничена ожидаемая зона куполообразования (опасная зона). Если очистной забой продвинулся от исходного положения на 2 м, то на вентиляционном штреке толщина присечки пород кровли должна быть 0,03 м, возле 72-й секции 0,3 м, секция же с 36 по 44-ю входят в зону куполообразования, где должны быть приняты меры по упрочнению неустойчивой кровли и уменьшению вынимаемой мощности пласта по минимально возможной. Если фактическое положение отличается от расчетного, то производят корректировку при выемке последующих полос угля и передвижение механизированного комплекса.

Повышение устойчивости пород непосредственной кровли и угольного массива в зоне нарушения достигают нагнетанием скрепляющих составов и возведением дополнительной крепи: анкерной, стоечной или ограждающей.

Снижение трудоемкости перехода дизъюнктивных нарушений достигается путем улучшения состояния системы (крепь вмещающие породы) за счет повышения устойчивости пород непосредственной кровли и угольного массива. 2 4 6 8 10

Формула изобретения

1. Способ перехода геологического нарушения дизъюнктивного типа очистным забоем, включающий измерение амплитуды геологического нарушения, установление угла наклона и длины трассы, пересекающей нарушение выработки, определение расстояния от нарушения начала разворота механизированного комплекса, пересечение нарушения с креплением пород кровли маневрированием мехкомплексом и разворотом его в вертикальной плоскости и плоскости принятой трассы наклонной выработки до выхода забоя в часть пласта нормального залегания за нарушением, и контроль за перемещением комплекса, отличающийся тем, что разворот мехкомплекса начинают на расстоянии от нарушения, равном длине предохранительного участка пласта, дополнительно определяют мощность пласта и слоя вмещающих пласт слабых неустойчивых пород в зоне нарушения и условно относят геологическое нарушение к одной из трех групп, при этом переходимое геологическое нарушение относят к первой группе при
m ≥ l^mi_крⁿ + h ,
к второй группе при
h + l^mi_крⁿ > m ≥ h + l^mi_крⁿ + m_пор,
и к третьей группе при
m < h + l^mi_крⁿ - m_пор ,
где h амплитуда геологического нарушения, м;
l_кр минимальная раздвижность крепи мехкомплекса, м;
m мощность угольного пласта, м;
h_пор суммарная мощность неустойчивых слабых пород в кровле и почве пласта, м,
причем пересечение нарушения первой группы производят путем мелкоступенчатого разворота мехкомплекса в вертикальной плоскости без подрывки вмещающих пласт пород, во второй группе геологическое нарушение пересекают при амплитуде нарушения h < 0,5 m посредством мелкоступенчатого разворота комплекса с присечкой вмещающих боковых пород, а при h > 0,5 m нарушение второй группы пересекают путем разворота мехкомплекса на спуск или подъем за один прием подрывкой пород кровли или почвы, пересечение геологического нарушения третьей группы осуществляют с использованием взрывных работ и разворотом мехкомплекса на спуск или подъем за один прием.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при переходе геологического нарушения с неустойчивыми вмещающими пласт породами или углями в нарушении, разрушенными до сыпучего состояния, нарушение пересекают частями мехкомплекса, для чего передвижку секций крепи осуществляют вначале двух крайних секций одной части, затем на них укладывают обаполы, осуществляют всплошную затяжку кровли и заполнение свода, после чего перемещают все средние секции крепи этой части мехкомплекса под выполненным креплением, при этом верхние пачки угля и слои неустойчивых пород укрепляют анкерами, торцы которых используют для установки на них обаполов при затяжке кровли в забое, причем работы по пересечению нарушения осуществляют на предохранительном участке, состоящем из зоны перекрытия крыльев нарушения и прилегающей к ней предохранительной зоны.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что при мелкоступенчатом развороте мехкомплекса высоту этих ступеней принимают равной 0,1 0,3 м, а максимально допустимый угол подъема комплекса принимают равным 12°, при этом разворот комплекса начинают осуществлять с изменением угла конвейера.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что присечку вмещающих пласт пород осуществляют при их прочности на одноосное сжатие σ_сж <40 МПа выемочным комбайном, а при прочности σ_сж > 40 МПа буровзрывным методом.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при пересечении нарушения мехкомплексом спуск комплекса с подрывкой пород кровли или подъем с подрывкой пород почвы начинают осуществлять от смесителя нарушения, а подъем комплекса с подрывкой пород кровли или спуск с подрывкой пород почвы начинают осуществлять на расстоянии от нарушения начала заложения наклонной пересекаемой выработки, длина которой равна отношению произведения амплитуды нарушения и ширины захвата выемки комбайна к высоте принятой ступени спуска или подъема комплекса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14