Способ разработки мощных крутых пластов полезных ископаемых

 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при подземной разработке пластов полезных ископаемых. Заявляемый способ включает разделение пласта на этажи, проведение подэтажных штреков, разделяющих этажи на подэтажи, проведение ортов, отбойку угля в подэтажах гидромониторами, полное обрушение вмещающих пород в выработанном пространстве при ведении очистных работ и перепуск обрушившихся вмещающих пород в выработанное пространство нижерасположенных подэтажей. Заявляемый способ отличается от известных тем, что в верхней части подэтажей производят ослабление пласта полезного ископаемого путем, например, гидроразрыва пласта, мощность ослабляемой толщи угля в верхних частях подэтажей принимают равной разности наклонной высоты подэтажа и рабочей длины струи гидромонитора, причем ослабление пласта полезного ископаемого производят с неснижаемым опережением очистных работ в отрабатываемых подэтажах, величину которого определяют из выражения. Реализация заявляемого способа позволяет снизить затраты на проведение подготовительных выработок и повысить безопасность труда горнорабочих. 1 ил.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при подземной разработке мощных крутых пластов полезных ископаемых, главным образом, угольных.

Известны способы разработки мощных пластов полезных ископаемых (В кн. А. С. Бурчакова, Н. К.Гринько, А.Б.Ковальчука "Технология подземной разработки пластовых месторождений полезных ископаемых" М., Недра, 1978 г., с.362-365), включающий разделение пласта на этажи, проведение подэтажных штреков, разделяющих этажи на подэтажи, отбойку угля в подэтажах с использованием гидромониторов, полное обрушение вмещающих пород в выработанном пространстве при ведении очистных работ и перепуск обрушившихся вмещающих пород в выработанное пространство нижерасположенных подэтажей. При этом для отделения угля от обрушенных пород применяют гибкое металлическое перекрытие, которое монтируют на почве отрабатываемого подэтажа. Недостатками данных способов являются значительные затраты, связанные с монтажом гибкого металлического перекрытия, повышенная опасность труда горнорабочих и значительные затраты на проведение подготовительных выработок (подэтажных штреков и ортов).

Известен способ (В кн. В. А. Охрименко, А. И. Куприна, И.Г. Ищука "Подземная гидродобыча угля" М., Недра, 1974 г., с. 92-97) разработки мощных пластов полезных ископаемых, включающий разделение пласта на этажи, проведение подэтажных штреков, разделяющих этажи на подэтажи, отбойку угля в подэтажах с использованием гидромониторов, полное обрушение вмещающих пород в выработанном пространстве при ведении очистных работ и перепуск обрушившихся вмещающих пород в выработанное пространство нижерасположенных подэтажей.

Недостатками данного способа являются значительные объемы горнопроходческих работ и повышенная опасность труда горнорабочих при высоте подэтажа, превышающей рабочую длину струи гидромонитора.

Значительные объемы горнопроходческих работ, связанных с проведением подэтажных штреков, обусловлены относительно небольшой высотой подэтажа, примерно равной рабочей длине струи гидромонитора. Под рабочей длиной струи гидромонитора понимается максимальное расстояние, в пределах которого возможно разрушение полезного ископаемого струей воды, формируемой гидромонитором.

Увеличение высоты подэтажа до значений, превышающих рабочую длину струи гидромонитора, приводит к возрастанию опасности ведения очистных работ. Это объясняется тем, что с увеличением разности между высотой подэтажа и длиной рабочей струи гидромонитора возрастает мощность не разрушаемой струей гидромонитора толщи полезного ископаемого, расположенной между выработанным пространством вышерасположенного подэтажа и зоной ведения очистных работ. По мере отработки подэтажа размеры этой полости возрастают. При достижении некоторых предельных размеров полости происходит динамическое обрушение зависающей толщи полезного ископаемого, расположенной между выработанным пространством вышерасположенного подэтажа и зоной ведения очистных работ. Эти обрушения обычно сопровождаются образованием воздушной ударной волны, которая может приводить к разрушению крепи подэтажных штреков и травмированию горнорабочих.

Задачей заявляемого способа является устранение указанных недостатков, а именно, снижение объемов горнопроходческих работ, связанных с проведением подэтажных штреков, и повышение безопасности труда горнорабочих при высоте подэтажа, превышающей рабочую длину струи гидромонитора.

В способе разработке мощных крутых пластов полезных ископаемых задача решается тем, что пласт делят на этажи, проходят подэтажные штреки, разделяющие этажи на подэтажи, проходят орты, производят отбойку полезного ископаемого в подэтажах гидромониторами, полное обрушение вмещающих пород в выработанном пространстве при ведении очистных работ и перепуск обрушившихся вмещающих пород в выработанное пространство нижерасположенных подэтажей Заявляемый способ отличается тем, что в верхней части подэтажей производят ослабление пласта полезного ископаемого путем, например, гидроразрыва пласта, мощность ослабляемой толщи полезного ископаемого в верхних частях подэтажей принимают равной разности наклонной высоты подэтажа и рабочей длины струи гидромонитора, причем ослабление пласта полезного ископаемого производят с неснижаемым опережением очистных работ в отрабатываемых подэтажах, величину которого определяют из выражения c≥a+h_п•ctgϕ,м, с - величина неснижаемого опережения, с которым производят ослабление пласта в верхней части отрабатываемого подэтажа; а - расстояние между ортами, м; h_п - наклонная высота подэтажа, м; ϕ - угол полных обрушений пород кровли, град.

Реализация указанной выше совокупности признаков позволяет уменьшить объемы горнопроходческих работ, связанных с проведением подэтажных штреков, и повысить безопасность труда горнорабочих при высоте подэтажа, превышающей рабочую длину струи гидромонитора.

Сущность заявляемого способа поясняется схемой, представленной на чертеже.

На чертеже: 1 - промежуточный этажный вентиляционный квершлаг; 2 - промежуточный этажный откаточный квершлаг; 3 - участковый полевой откаточный штрек;
4 - участковый полевой вентиляционный штрек;
5 - пульпоспускная печь;
6 - вентиляционный ходок;
7 - грузо-людской ходок;
8 - подэтажные штреки;
9 - выемочные орты;
10 - подэтажный квершлаг;
11 - гидромонитор;
h_э - наклонная высота этажа;
h_п - наклонная высота подэтажа;
а - расстояние между ортами;
b - мощность ослабленной толщи полезного ископаемого в верхних частях подэтажей;
с - величина опережения (по отношению к очистному забою) работ по ослаблению пласта полезного ископаемого в верхней части отрабатываемого подэтажа;
ϕ - угол полных обрушений полезного ископаемого и пород кровли.

Ослабление (с неснижаемым опережением очистных работ) пласта полезного ископаемого в верхней части отрабатываемого подэтажа на величину b (см. чертеж), равную разности наклонной высоты подэтажа h_п и рабочей длины 1 струи гидромонитора (b = h_п - 1), позволяет: 1) исключить зависание в выработанном пространстве толщи полезного ископаемого в верхней части отрабатываемого подэтажа, не разрушенной струей гидромонитора, а следовательно, и динамические обрушения значительных объемов полезного ископаемого, приводящие к снижению безопасности труда горнорабочих; 2) увеличить высоту подэтажа, а следовательно, и снизить затраты на проведение подэтажных штреков.

При проведении мероприятий по ослаблению пласта с неснижаемым опережением c≥a+h•ctgϕ в любой период отработки подэтажа исключается возможность зависания в выработанном пространстве толщи полезного ископаемого между выработанным пространством вышерасположенного подэтажа и зоной ведения очистных работ, а следовательно, и динамические обрушения полезного ископаемого и вмещающих пород.

Ослабление пласта полезного ископаемого может быть произведено известными способами, путем, например, гидроразрыва, взрывания в пласте зарядов взрывчатых веществ, создания в пласте щелей и т.д.

Необходимые для реализации способа параметры (с, b, ϕ, а) определяются с учетом конкретных горно-геологических и горнотехнических условий отработки пластов с использованием известных методик шахтных, лабораторных или аналитических исследований.

Способ реализуют следующим образом. Путем проведения этажных штреков пласт разделяют на этажи. Проходят подэтажные штреки 8, разделяющие этаж на подэтажи. Из подэтажных штреков проходят орты 9, в которых устанавливают гидромониторы, с помощью которых производят отбойку (очистные работы) полезного ископаемого в подэтажах. При отбойке полезного ископаемого происходит полное обрушение вмещающих пород, которые перепускаются самотеком, по мере отработки полезного ископаемого, в выработанное пространство отрабатываемых подэтажей. В отрабатываемых подэтажах, в верхней их части, с неснижаемым опережением очистных работ производят ослабление пласта путем, например, его гидроразрыва. При этом, мощность b ослабляемой толщи полезного ископаемого в верхних частях подэтажей принимают равной разности наклонной высоты подэтажа h_п и рабочей длины l струи гидромонитора, а величину неснижаемого опереженя c, с которым производят ослабление пласта, определяют из выражения c≥a+h_п•ctgϕ.

Пример конкретного применения заявляемого способа при отработке пласта "Мощный" на шахте 5-6 ОАО "Прокопьевскуголь".

Угол падения пласта составляет 55-75^o, мощность - 10-27 м. Вмещающие породы представлены углистыми сланцами и глинистыми песчаниками. Угол полных обрушений (ϕ) угля и пород кровли составляет в среднем 65^o. Способ подготовки шахтного поля - этажный. При отработке этаж делят на подэтажи, наклонная высота h_п (см. чертеж) подэтажей принимается равной 15 м. Расстояние между выемочными ортами 8 м.

Отбойку угля в подэтажах производят с использованием гидромониторов. Рабочая длина струи гидромонитора составляет l = 7 м. Одновременно с ведением очистных работ в подэтаже с неснижаемым опережением c≥a+h_п•ctgϕ производят ослабление угля в верхней части отрабатываемого подэтажа путем гидроразрыва пласта. Для рассматриваемых условий с≥8+15•ctg 65^o≥16,7 м. Скважины, используемые для гидроразрыва, пробуривают в верхней части подэтажа из подэтажного штрека 9 отрабатываемого подэтажа. Мощность ослабляемой толщи угля в верхней части подэтажа принимают равной 8 м.

Использование заявляемого способа в рассматриваемых условиях позволяет по сравнению с известным способом - прототипом примерно в два раза уменьшить объемы работ, связанных с проведением подэтажных штреков, и повысить безопасность труда горнорабочих.

Формула изобретения

Способ разработки мощных крутых пластов полезных ископаемых, включающий разделение пласта на этажи, проведение подэтажных штреков, разделяющих этажи на подэтажи, проведение ортов, отбойку полезного ископаемого в подэтажах гидромониторами, полное обрушение вмещающих пород в выработанном пространстве при ведении очистных работ и перепуск обрушившихся вмещающих пород в выработанное пространство нижерасположенных подэтажей, отличающийся тем, что в верхней части подэтажей производят ослабление пласта полезного ископаемого путем, например, гидроразрыва пласта, мощность ослабляемой толщи полезного ископаемого в верхних частях подэтажей принимают равной разности наклонной высоты подэтажа и рабочей длины струи гидромонитора, причем ослабление пласта полезного ископаемого производят с неснижаемым опережением очистных работ в отрабатываемых подэтажах, величину которого определяют из выражения
c≥a+h_п•ctgϕ, м,
с - величина неснижаемого опережения, с которым производят ослабление пласта полезного ископаемого в верхней части отрабатываемого подэтажа, м;
а - расстояние между ортами, м;
h_n - наклонная высота подэтажа, м;
ϕ - угол полных обрушений полезного ископаемого и пород кровли, град.

РИСУНКИ

Рисунок 1