Способ упрочнения межслоевой угольной толщи

 

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано при разработке пологих и наклонных мощных угольных пластов слоевыми системами разработки в нисходящем порядке. Изобретение позволяет улучшить состояние подготовительных выработок верхнего слоя, исключив вероятность пучения почвы в последних, и обеспечить требуемую прочность межслоевой угольной пачки, повысить эффективность отработки мощных угольных пластов. Для этого в способе, включающем проведение подготовительных вентиляционных и транспортных выработок, послойную в нисходящем порядке отработку пласта с формированием на почве межслоевой толщи из обрушенных пород, перед началом очистных работ в выработках верхнего слоя производят упрочнение почвы в створе межслоевых выработок по мощности разрабатываемого пласта, образующее межслоевую угольную толщу, служащую при последующей отработке кровлей выработок нижнего слоя, деревянными анкерами с химическим закреплением, располагаемыми по схеме с шагом установки L. 3 ил.

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано при разработке пологих и наклонных мощных угольных пластов слоевыми системами разработки в нисходящем порядке.

Известна искусственная потолочина очистной выработки, включающая массив твердеющей закладки, образующей кровлю очистной выработки, и несущий слой с элементами его усиления (А.с. N 950923, М кл³ E 21 D 21/00, заявл. 04.01.81 г. ). Конструкция потолочины состоит из закладочного массива с высоким содержанием вяжущего, жестких пустотелых балок и элементов усиления, состоящих из арматурных стержней, концы которых закреплены в устойчивой части закладочного массива.

Недостатками такой конструкции потолочины являются многокомпонентность и повышенный расход дорогостоящих материалов (металл, дерево, закладочный материал, вяжущее и др.), составляющих конструкцию потолочины, а также значительные трудозатраты на ее возведение.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является "Способ создания искусственной кровли" (А.с. 1537810, М кл⁵ E 21 C 41/04, заявл. 29.03.88 г.), включающий отработку пласта слоями в нисходящем порядке, определение зоны стабилизации горного давления, затем подачу в указанную зону отработанного пространства вяжущего раствора для формирования на почве слоя несущей конструкции из обрушенных пород по специально смонтированному трубопроводу из выработок нижнего слоя.

Наряду с имеющимися достоинствами этот способ обладает недостатками: - многоцикличность подготовки, а также следующая за этим многостадийная операция по формированию несущей конструкции из обрушенных пород по всей площади отработанного слоя указывают на значительные временные издержки, что является сдерживающим фактором подвигания очистного забоя. При этом отмечается значительное усиление (увеличение) конвергенции подготовительных выработок и, как следствие, ухудшение состояния последних из-за пучения почвы; - трудность управления процессом формирования конструкции из обрушенных пород, а также сложность получения таким образом межслоевой толщи требуемой прочности над выработками нижележащего слоя также указывают на низкую эффективность способа; - высокие материальные затраты, выражающиеся в монтаже трубопровода, поддержании его в рабочем состоянии и затем закачивании по нему в выработанное пространство отработанного слоя вяжущего раствора делают этот способ дорогостоящим и малоэффективным.

Задачей изобретения является устранение указанных выше недостатков прототипа и создание такого способа упрочнения межслоевой угольной толщи, который позволит: - улучшить состояние подготовительных выработок верхнего слоя, исключив вероятность пучения почвы в последних; - обеспечить требуемую прочность межслоевой угольной пачки, образующей устойчивую искусственную кровлю для подготовительной выработки нижележащего слоя; - повысить тем самым эффективность отработки мощных угольных пластов слоевыми системами разработки.

Сущность изобретения заключается в том, что мероприятия по упрочнению межслойной угольной толщи, служащей для подготовительных выработок верхнего слоя почвой, а выработок нижнего слоя кровлей, выполняются комплексно, с одновременным ведением подготовительных и очистных работ.

Для решения поставленной задачи в способе упрочнения межслоевой угольной толщи, согласно изобретению, перед началом очистных работ в выработках верхнего слоя производят упрочнение почвы в створе межслоевых выработок по мощности пласта, образующее межслоевую толщу, служащую при последующей отработке кровлей подготовительных выработок нижнего слоя, деревянными анкерами с химическим закреплением, располагаемыми по схеме с шагом установки L, определяемым по формуле (1) где L - шаг установки, м; m - мощность межслоевой толщи, м;
χ - коэффициент, учитывающий тип анкера;
σ_a- предел прочности материала анкера, МПа;
σ_y- предел прочности угля в пласте, МПа;
φ_t- функция ползучести;
W_z - смещения потолочины в закрепленном варианте, мм:
W_nz - смещения потолочины в незакрепленном варианте, мм,
при этом прочность материала анкера выбирается из условия

Зависимости (1) и (2) получены из условия равенства предела необходимой прочности потолочины и получаемой при ее упрочнении деревянными анкерами с химическим закреплением. При этом шаг установки анкеров L определяется по формуле (1), а прочность материала анкера - по формуле (2).

По мере проведения подготовительных выработок верхнего слоя одновременно производится закрепление всей площади угольной почвы подготовительных выработок верхнего, в первую очередь отрабатываемого слоя деревянными анкерами с химическим закреплением, что является:
- профилактической мерой против пучения почвы в выработках верхних слоев;
- обеспечивает требуемую прочность и устойчивость кровли в выработках нижних слоев;
- не создает трудностей в разрушении закрепленной межслоевой пачки угля исполнительными органами очистных и проходческих комбайнов при проведении горных выработок в нижнем слое;
- не ухудшает качество добываемого угля при выемке запасов угля в закрепленной древеснополимерными анкерами межслоевой пачке.

Сравнение предлагаемого решения с прототипом и аналогичными техническими решениями известного уровня техники и технологии позволило установить его соответствие критериям патентоспособности "новизна" и "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена горизонтальная схема подготовки и отработки слоев, а также проведение мероприятий по упрочнению межслоевой угольной толщи в выработках верхнего (первого) слоя путем закрепления всей площади угольной почвы подготовительных выработок деревянными анкерами с химическим закреплением по разработанной схеме с рассчитанным для конкретных условий шагом установки.

На фиг. 2 представлены вертикальный разрез по мощности отрабатываемого пласта, расположение слоевых подготовительных выработок с элементами формирования межслоевой угольной пачки. На фиг. 3 представлен вертикальный разрез по длине лавы, расположение подготовительных выработок нижнего слоя и сформированная над ними упрочненная межслоевая толща.

Способ упрочнения межслоевой угольной толщи осуществляется следующим образом.

Мощный пласт 1 в выемочном поле (панели) готовится к выемке верхнего 2 (первого) слоя проведением подготовительных вентиляционных 3 и транспортных 4 выработок. Имеющимися механизмами, при помощи которых проводятся выработки, производится закрепление угольной почвы деревянными анкерами 5 с химическим закреплением по всей длине с шагом установки L, определяемым по формуле (1).

Таким образом, формируется упрочненная межслоевая угольная пачка 6 нижнего слоя, являющаяся искусственной кровлей для подготовительных выработок нижнего слоя. Затем с отставанием во времени и пространстве (до трех шагов обрушения основной кровли) производят выемку нижележащего слоя 7. Для чего в нижнем слое под защитой межслоевой упрочненной угольной пачки 6 проводят подготовительные вентиляционные 8 и транспортные 9 выработки в створе с подготовительными выработками верхнего слоя 3 и 4 соответственно по мощности пласта 1.

Практический пример для конкретных горно-геологических условий приведен в приложении 2.

Если мощность пласта значительна и имеется возможность выемки последующих нижележащих слоев, то производится подготовка и отработка оставшейся части пласта или слоя с учетом приведенных выше условий.

Действительно, упрочнение межслоевой угольной толщи, являясь профилактической мерой против пучения почвы, улучшает состояние подготовительных выработок верхнего слоя, одновременно обеспечивая требуемую прочность и устойчивость кровли в выработках нижнего слоя, не создает трудностей исполнительным органам очистных и подготовительных комбайнов при ведении горных работ, не ухудшает качество добываемого угля, что позволяет тем самым значительно повысить эффективность отработки мощных угольных пластов слоевыми системами разработки.

Формула изобретения

Способ упрочнения межслоевой угольной толщи при разработке мощных угольных пластов слоями, включающий проведение подготовительных вентиляционных и транспортных выработок, послойную в нисходящем порядке отработку пласта с формированием на почве межслоевой толщи из обрушенных пород, отличающийся тем, что перед началом очистных работ в выработках верхнего слоя производят упрочнение почвы в створе межслоевых выработок по мощности разрабатываемого пласта, образующее межслоевую угольную толщу, служащую при последующей отработке кровлей выработок нижнего слоя, деревянными анкерами с химическим закреплением, располагаемыми по схеме с шагом установки L, определяемым по формуле

где L - шаг установки, м;
m - мощность межслоевой толщи, м;
χ - коэффициент, учитывающий тип анкера;
σ_a - предел прочности материала анкера, МПа;
σ_y - предел прочности угля в пласте, МПа;
φ_t - функция ползучести;
W_z - смещения потолочины в закрепленном варианте, мм;
W_nz - смещения потолочины в незакрепленном варианте, мм,
при этом прочность материала анкера выбирается из условия

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3