Способ охраны участковых подготовительных выработок

 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при подземной разработке пластов полезных ископаемых (угольных, соляных и др.) для охраны повторно используемых участковых подготовительных выработок. Способ характеризуется тем, что с опережением забоя лавы в боках подготовительной выработки производят ослабление пласта полезного ископаемого, например, путем создания в нем щели, при этом податливость пласта полезного ископаемого повышают до величин, не превышающих податливости искусственных сооружений, возводимых за лавой для охраны повторно используемых участковых подготовительных выработок. Глубину ослабления пласта полезного ископаемого со стороны нетронутого массива от выработки принимают больше глубины зоны интенсивного разрушения пласта в краевой части, а глубину ослабления пласта полезного ископаемого со стороны выработанного пространства от выработки - равной ширине искусственного сооружения, возводимого за лавой для охраны участковой подготовительной выработки. Благодаря такому выполнению способа уменьшаются деформации кровли и ее обрушения, связанные с возникновением в окрестности выработки трещин эксплуатационного происхождения, вследствие чего уменьшаются затраты на поддержание подготовительных выработок и ремонтно-восстановительные работы на 30-40 %. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при подземной разработке пластов полезных ископаемых (угольных, соляных и др.) для охраны повторно используемых участков подготовительных выработок.

Известен способ охраны подготовительных выработок при подземной разработке пластов полезных ископаемых [1], включающий проведение участковых подготовительных выработок, обработку пласта полезного ископаемого длинными очистными забоями без оставления целиков полезного ископаемого между столбами и охрану подготовительных выработок на границе с выработанным пространством кострами из круглого леса. Недостатком данного способа являются значительные затраты на поддержание повторно используемых выработок, закрепленных анкерной крепью.

Наиболее близким к заявляемому способу по достигаемому результату и физической сущности является способ, описанный в работе [2].

Данный способ, принятый во внимание в качестве прототипа, включает проведение участковых подготовительных выработок, оконтуривающих столбы полезного ископаемого, отработку столбов полезного ископаемого длинными очистными забоями без оставления целиков полезного ископаемого между столбами и возведение в выработанном пространстве за очистными забоями искусственных сооружений (например, литых полос из быстротвердеющих материалов, стенок из железобетонных блоков и др.) для охраны повторно используемых участков подготовительных выработок.

Однако данный способ не обеспечивает устойчивого состояния повторно используемых участковых подготовительных выработок, которые поддерживаются на границе с выработанным пространством при креплении их анкерной крепью.

Задачей заявляемого способа является устранение указанного недостатка известного способа, а именно снижение затрат на ремонтно-восстановительные работы в повторно используемых участковых подготовительных выработках, закрепленных анкерной крепью, в период поддержания их на границе с выработанным пространством.

Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом способе, включающем проведение участковых подготовительных выработок, оконтуривающих столбы полезного ископаемого, и отработку столбов полезного ископаемого длинными очистными забоями, с неснижаемым опережением забоя лавы производят ослабление пласта полезного ископаемого в боках участков подготовительной выработки путем, например, создания в нем щели, бурением в пласте скважин или взрыванием в пласте камуфлетных зарядов. При этом податливость пласта полезного ископаемого повышают до величин, не превышающих податливости искусственных сооружений, возводимых за лавой для охраны повторно используемых участков подготовительных выработок, а глубину ослабления пласта полезного ископаемого со стороны нетронутого массива от выработки принимают больше глубины распространения в массив зоны интенсивного разрушения пласта полезного ископаемого в краевой зоне, прилегающей к выработанному пространству. Глубину ослабления пласта полезного ископаемого со стороны выработанного пространства от выработки принимают равной ширине искусственного сооружения, возводимого за лавой для охраны участковой подготовительной выработки.

При залегании в кровле участковой подготовительной выработки слабых пород (глинистые сланцы, песчано-глинистые сланцы с пределом прочности на одноосное сжатие менее 35-40 МПа) ослабление пласта полезного ископаемого производят с неснижаемым опережением забоя лавы, превышающим ширину зоны опорного давления, возникающего впереди лавы.

Сущность заявляемого способа поясняется рисунками, где на фиг. 1 показан вид выемочного участка в плане, на фиг. 2 - разрез А-А фиг. 1, на фиг. 3 - разрез Б-Б фиг.1, на фиг. 4 - вид выемочного участка в плане (прототип), на фиг. 5 - разрез А-А фиг.4: 1 - участковая подготовительная выработка, предназначенная для повторного использования; 2 - искусственное сооружение для охраны повторно используемой выработки; 3 - анкерная крепь; 4 - щель в пласте полезного ископаемого со стороны нетронутого массива от выработки; 5 - щель в пласте полезного ископаемого со стороны выработанного пространства от выработки; 6 - трещины в породах кровли; S_осл - расстояние от лавы до места, где проводятся мероприятия по ослаблению пласта; a - глубина ослабления пласта полезного ископаемого со стороны нетронутого массива от выработки; b - глубина ослабления пласта полезного ископаемого со стороны выработанного пространства от выработки;
c - глубина распространения в массив области интенсивного разрушения пласта полезного ископаемого в краевой зоне;
l - длина лавы.

Низкая эффективность известного способа охраны участковых подготовительных выработок, закрепленных анкерной крепью в период поддержания их на границе с выработанным пространством, связана с тем, что под воздействием больших напряжений в зоне опорного давления, возникающего впереди очистного забоя, происходит разрушение пород кровли над краевыми частями массива, что снижает устойчивость кровли. Кроме того, опускания пород кровли над охранными сооружениями (величины этих опусканий при охране выработок литой полосой превышают 0.1-0.15 вынимаемой мощности пласта) приводят к возникновению трещин разлома (6, фиг. 5) в породах кровли над краевой частью пласта полезного ископаемого, следствием чего является снижение несущей способности слоев пород, залегающих над выработкой, их повышенные деформации и обрушения. Конечным результатом указанных процессов является увеличение затрат на ремонтно-восстановительные работы в повторно используемых подготовительных выработках.

Ослабление пласта полезного ископаемого с неснижаемым опережением забоя лавы позволяет разгрузить от повышенных напряжений области пород кровли, расположенные непосредственно над боками участковой подготовительной выработки и переместить зоны повышения напряжений в глубь массива. Даже если разрушение пород кровли пласта в этих зонах и произойдет, это не окажет существенного влияния на устойчивость пород кровли выработки: кровля будет представлена породными плитами, опирающимися на массив полезного ископаемого в боках выработки.

Глубину ослабления пласта "a" со стороны нетронутого массива принимают больше глубины распространения в массив зоны "c" интенсивного разрушения пласта полезного ископаемого в краевой зоне, прилегающей к выработанному пространству. При выполнении этого условия продольные плиты в кровле выработки будут иметь опору над краевой зоной пласта, расположенной со стороны нетронутого массива, что исключает их дополнительные опускания.

Глубину ослабления пласта со стороны выработанного пространства "b" принимают равной ширине охранного сооружения, возводимого для охраны выработки. При выполнении данного условия над охранным сооружением будут расположены ненарушенные породы кровли, а область повышенного разрушения кровли будет находиться над выработанным пространством. Последнее из отмеченных обстоятельств способствует обрушению кровли в выработанном пространстве и снижению нагрузок на охранное сооружение, что, в конечном итоге, снижает затраты на поддержание выработки.

Податливость пласта полезного ископаемого повышают до величин, не превышающих податливости искусственных сооружений. При выполнении этого условия создаются более благоприятные условия для обрушения пород кровли в выработанном пространстве, а следовательно, нагрузки на искусственное сооружение являются минимальными.

Величины параметров, необходимые для реализации заявляемого способа, а именно, ширина зоны опорного давления впереди лавы, податливость искусственных сооружений, возводимых для охраны выработок, глубина распространения в массив областей интенсивного разрушения пласта полезного ископаемого в краевой зоне, высоту щели и др. определяются с учетом конкретных горно-геологических условий путем шахтных, лабораторных или аналитических исследований.

Максимальный эффект от использования заявляемого способа достигается при отработке пологих пластов мощностью до 1.5-2.0 м. В этих условиях затраты на поддержание повторно используемых выработок могут быть снижены на 40-50% и более.

Пример конкретного выполнения заявляемого способа в условиях отработки угольного пласта K₂ на шахте "Обуховская".

Пласт K₂ мощностью 1.0-1.3 м залегает под углом 7-15^o на глубине 600-1200 м от поверхности.

Кровля пласта представлена песчаными сланцами средней устойчивости.

Отработка пласта производится данными очистными забоями без оставления целиков угля между выемочными столбами.

Ярусные штреки закреплены анкерной крепью.

Ширина зоны опорного давления, возникающей впереди лавы, составляет 60-70 м.

Глубина распространения в массив области интенсивного разрушения пласта угля в краевой зоне (прилегающей к выработанному пространству) составляет 0.8 мощности угольного пласта.

Штрек за лавой охраняется кострами из круглого леса, заполненными породой. Ширина костров - 2 м, их податливость - 0.4-0.6 м.

Способ реализуется следующим образом. С опережением забоя лавы, превышающим 70 м, ослабляют пласт угля в боках штрека путем создания в нем врубовой щели высотой 120 мм. При этом со стороны нетронутого массива глубину щели принимают равной 1.2 м, со стороны выработанного пространства - 2.0 м.

Проведение указанных мероприятий позволяет уменьшить затраты на ремонтно-восстановительные работы в повторно используемых штреках на 30-40%.

Литература, принятая во внимание
1. Худин Ю.Л., Устинов М.И., Брайцев А.В. и др. Бесцеликовая отработка пластов. М., Недра, 1983. с.61.

2. Заславский И.Ю., Компайнец В.Ф., Файвишенко А.Г., Клещенко В.М. Повышение устойчивости подготовительных выработок угольных шахт. М., Недра, 1991. с. 20-21.

Формула изобретения

1. Способ охраны участковых подготовительных выработок, включающий проведение участковых подготовительных выработок, оконтуривающих столбы полезного ископаемого, крепление участковых подготовительных выработок анкерной крепью, отработку пласта полезного ископаемого лавами без оставления целиков полезного ископаемого между столбами и возведение в выработанном пространстве за лавами искусственных сооружений для охраны повторно используемых участковых подготовительных выработок, отличающийся тем, что с неснижаемым опережением забоя лавы производят ослабление пласта полезного ископаемого в боках выработки путем, например, создания в нем щели, при этом податливость пласта повышают до величин, не превышающих податливости искусственных сооружений, а глубину ослабления пласта полезного ископаемого со стороны нетронутого массива от выработки принимают больше глубины распространения в массив области интенсивного разрушения пласта полезного ископаемого в краевой зоне, прилегающей к выработанному пространству, а глубину ослабления пласта полезного ископаемого со стороны выработанного пространства от выработки принимают равной ширине искусственного сооружения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при залегании в кровле выработки слабых пород ослабление пласта полезного ископаемого производят с неснижаемым опережением забоя лавы, превышающим ширину зоны опорного давления, возникающего впереди лавы.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что высоту щели принимают меньше податливости искусственного сооружения, возводимого за лавой для охраны повторно используемых подготовительных выработок.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5