Способ разработки пологих и наклонных удароопасных пластов

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при отработке пологих и наклонных удароопасных пластов, склонных к динамическим проявлениям горного давления. Согласно способу столб угольного пласта отрабатывают смежными участками переменной длины, для чего предварительно определяют геометрическую модель защемления основной кровли пласта и устанавливают предельный пролет ее обрушения и ширину опасной зоны опорного давления от очистного забоя, а дополнительным штреком, который проходят до границы предельного пролета обрушения кровли, оконтуривают ленточную полосу столба шириной, превышающей ширину опасной зоны опорного давления от очистного забоя, и отрабатывают очистным забоем, включающим оконтуренную ленточную полосу, участок столба угольного пласта на длину установленного предельного пролета обрушения, затем укорачивают очистной забой на ширину ленточной полосы и укороченным забоем проводят отработку смежного участка столба на расстояние от трехкратной до пятикратной ширины ленточной полосы, после чего очистной забой удлиняют до первоначальной величины и повторяют отработку следующего смежного участка столба на длину предельного пролета обрушения, а затем очистной забой снова укорачивают указанным выше образом, и таким последовательным чередованием выемки смежных участков переменной длины очистным забоем переменной ширины продолжают отработку столба на всю его длину. При этом при отработке очистным забоем участка столба на всю его ширину и на длину предельного пролета обрушения основной кровли пласта одновременно на смежном участке столба разгрузочные скважины бурят в ленточную полосу и в противоположную сторону в столб из дополнительного штрека, а при выемке этого участка столба укороченным забоем одновременно на следующем смежном участке разгрузочные скважины в ленточную полосу бурят из вентиляционного штрека. Изобретение направлено на повышение безопасности отработки удароопасных пластов. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к горному делу, а именно к технологии отработки пологих и наклонных удароопасных пластов, склонных к динамическим проявлениям горного давления.

Известен способ разработки пологих и наклонных пластов угля с сохранением одной из спаренно пройденных выработок с помощью временного целика угля (см. Прогрессивные паспорта крепления, охраны и поддержания подготовительных выработок при бесцеликовой технологии отработки угольных пластов - Л., ВНИМИ, 1985, с.40-41). По этому способу при подготовке лавы проходят параллельные выработки, разделенные временным целиком, которым одну из них поддерживают в устойчивом состоянии, а по мере подвигания очистного забоя при отработке смежной лавы целик извлекают. Способ обеспечивает поддержание в устойчивом состоянии подготовительной выработки для работы очистного забоя. Недостаток способа заключается в отсутствии прогнозного расчета несущей способности вынимаемого целика, который при перераспределении горного давления на удароопасном пласте во время очистных работ в забое или отработки самого целика может подвергнуться разрушению в форме горного удара или создать концентрированную нагрузку пород почвы с последующим ее динамическим разломом.

Известен способ подготовки выемочных столбов при разработке пологих пластов оконтуриванием целиков выработками (см. авт. свидетельство СССР №750071, МКИ Е21С 41/04, 1980 г.). По этому способу проходкой выработки вдоль столба со стороны выработанного пространства оконтуривают целик, а пласт в выемочном столбе ослабляют и перераспределяют нагрузки с него на смежный массив угля и оконтуренный целик, ширину которого принимают из условия исключения раздавливания его опорным давлением. Способ позволяет вести выемку столба очистным забоем под защитой оконтуренного целика. Однако при перераспределении на него нагрузок от столба происходит пригрузка пород почвы с нарастанием опасности ее разломов в динамической форме. Кроме того, из-за трудности определения соотношения возникающих в целике напряжений с его натурной прочностью сохраняется вероятность разрушения в динамической форме и самого целика. Динамические разломы почвы и разрушения целиков нарушают технологические циклы при очистных работах, поэтому использование этого способа для отработки пологих и наклонных удароопасных пластов оказывается не эффективным.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному является способ разработки пологих и наклонных удароопасных пластов, сопровождаемый противоударными мероприятиями с временным оставлением оконтуренного выработкой и разбуриваемого разгрузочными скважинами целика (см. патент РФ №2224890, МКИ Е21С 41/18, 2004 г.), принятый за прототип. По этому способу вдоль выемочного столба на расстоянии от выработанного пространства, превышающем половину предварительно рассчитанной ширины зоны опорного давления, проходят дополнительный штрек, которым в столбе со стороны выработанного пространства оконтуривают целик. На участке целика, ограниченном зоной опорного давления, из дополнительного и вентиляционного штреков встречно и на глубину защитной зоны бурят разгрузочные скважины, а отработку выемочного столба ведут с вовлечением в нее оконтуренного и разбуренного разгрузочными скважинами целика и с контролем удароопасности очистного забоя, при возникновении которой разгрузочные скважины сгущают до ее исключения. Одновременно с подвиганием очистного забоя за границей зоны опорного давления и до конца целика продолжают разбуривание его разгрузочными скважинами с интервалом, исключающим удароопасность. Дополнительно из очистного забоя периодично циклам выемки в оконтуренный целик бурят вспомогательные разгрузочные скважины с интервалом, исключающим удароопасность.

Способ позволяет перераспределить нагрузки из очистного забоя в приобретающий регулируемую податливость целик и повысить безопасность очистной выемки. Вместе с тем, однако, перераспределение нагрузок на оконтуренный целик вызывает пригрузку пород почвы, и при напряжениях, достигающих предела прочности, возникает опасность ее динамических разломов, вероятность проявления которых из-за близости выработанных пространств от выемки по восстанию смежных столбов возрастает при ширине оконтуренного целика, соизмеримой с половиной ширины зоны опорного давления. Кроме того, при труднообрушаемой кровле часто происходит ее зависание, сопровождающееся пригрузкой участков оконтуренного целика за границей зоны опорного давления, где без бурения разгрузочных скважин в целике отсутствует достаточная податливость и сохраняется опасность его разрушения в динамической форме. Поэтому использование известного способа для отработки пологих и наклонных удароопасных пластов оказывается в таких условиях также неэффективным.

Заявляемый способ решает задачу повышения безопасности отработки пологих и наклонных удароопасных пластов путем предотвращения динамических разломов пород почвы и разрушений в динамической форме в самом пласте.

Для достижения этого технического результата столб угольного пласта отрабатывают смежными участками переменной длины, для чего предварительно определяют геометрическую модель защемления основной кровли пласта и устанавливают предельный пролет ее обрушения и ширину опасной зоны опорного давления от очистного забоя, а дополнительным штреком, который проходят до границы предельного пролета обрушения кровли, оконтуривают ленточную полосу столба шириной, превышающей ширину опасной зоны опорного давления от очистного забоя, и отрабатывают очистным забоем, включающим оконтуренную ленточную полосу, участок столба угольного пласта на длину установленного предельного пролета обрушения, затем укорачивают очистной забой на ширину ленточной полосы и укороченным забоем проводят отработку смежного участка столба на расстояние от трехкратной до пятикратной ширины ленточной полосы, после чего очистной забой удлиняют до первоначальной величины и повторяют отработку следующего смежного участка столба на длину предельного пролета обрушения, а затем очистной забой снова укорачивают указанным выше образом, и таким последовательным чередованием выемки смежных участков переменной длины очистным забоем длиной на всю ширину столба и укороченным на ширину ленточной полосы продолжают отработку столба на всю его длину.

Кроме того, одновременно с отработкой очистным забоем участка столба на всю его ширину и на длину предельного пролета обрушения основной кровли на смежном участке столба в ленточную полосу и в противоположную сторону в столб бурят разгрузочные скважины из дополнительного штрека, а одновременно с выемкой этого участка столба укороченным забоем на следующем смежном участке в ленточную полосу бурят разгрузочные скважины из вентиляционного штрека. При этом в первом случае разгрузочные скважины бурят на расстояние, равное от трехкратной до пятикратной ширине ленточной полосы, а во втором случае - на длине предельного пролета обрушения основной кровли. Кроме того, на границах отработки участков столба очистным забоем переменной длины дополнительный и вентиляционный штреки через оконтуренную ленточную полосу до начала ее обуривания соединяют вентиляционными сбойками.

Способ поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема отработки выемочного столба пологого или наклонного удароопасного пласта; на фиг.2 показан разрез I-I на участке столба с оставлением оконтуренной ленточной полосы и бурением в нее и столб разгрузочных скважин из дополнительного штрека; на фиг.3 показан разрез II-II на участке столба с отработкой ленточной полосы и бурением в нее разгрузочных скважин из вентиляционного штрека.

Способ осуществляют в следующей последовательности операций.

В пологом или наклонном пласте 1 проходкой конвейерного штрека 2 и разрезной печи 3 готовят к отработке очередной выемочный столб 4. С использованием горно-геологических данных о структуре, физико-механических свойствах пород и элементах системы разработки с геометрическими показателями защемления кровли пласта 1 устанавливают длину L предельного пролета ее обрушения, имеющего границы 5, а по этому предельному пролету, по мощности и глубине залегания пласта 1 определяют ширину l₁ опасной зоны опорного давления от очистного забоя 6 с границами 7 по протяженности столба 4. Вдоль выемочного столба 4 на расстоянии от выработанного пространства 8, превышающем ширину l₁ опасной зоны опорного давления, от очистного забоя 6 до границы 5 предельного пролета обрушения проходят дополнительный штрек 9, которым параллельно вентиляционному штреку 10 оконтуривают в столбе 4 ленточную полосу 11 и который соединяют с вентиляционным штреком 10 сбойкой 12. Из разрезной печи 3 очистным забоем 6, включающим оконтуренную ленточную полосу 11, начинают отрабатывать участок столба 4 и ведут отработку его на длину L установленного предельного пролета обрушения.

Одновременно с отработкой очистным забоем 6 участка столба 4 на всю его ширину и на длину L предельного пролета обрушения основной кровли на границе 5 пролета дополнительный штрек 9 через оконтуренную ленточную полосу 11 соединяют с вентиляционным штреком 10 сбойкой 12, а за границей предельного пролета обрушения на некотором расстоянии L₁ в ленточную полосу 11 и в противоположную ей сторону, в столб 4 из дополнительного штрека 9 бурят разгрузочные скважины 13. Экспериментально установлено, что оптимальной длиной, на которой целесообразно размещать разгрузочные скважины 13, является расстояние L₁, равное от трехкратной до пятикратной ширине ленточной полосы 11.

Бурение скважин проводят на глубину, равную ширине защитной зоны n, которую определяют расчетным путем по мощности пласта 1, и ведут с контролем удароопасности, осуществляемым, например, по выходу буровой мелочи, а при возникновении удароопасности разгрузочные скважины 13 сгущают до ее исключения.

После отработки первого участка столба 4 до границы 5 предельного пролета обрушения L основной кровли очистной забой 6 укорачивают на ширину ленточной полосы 11 и укороченным очистным забоем 6 отрабатывают второй смежный с первым и обуренный разгрузочными скважинами 13 участок столба 4 на ту же длину L₁, равную от трехкратной до пятикратной ширине ленточной полосы 11. Одновременно с отработкой второго участка столба 4 укороченным очистным забоем 6 на границе с третьим смежным участком дополнительный штрек 9 снова соединяют через ленточную полосу 11 с вентиляционным штреком 10 сбойкой 12, а на самом третьем участке на длине L предельного пролета обрушения основной кровли ленточную полосу 11 из вентиляционного штрека 10 аналогично и с контролем удароопасности обуривают разгрузочными скважинами 14.

После отработки второго смежного с первым участка столба 4 очистной забой 6 удлиняют до первоначальной величины, повторяют отработку третьего участка столба 4 на всю его ширину и на длину L предельного пролета обрушения основной кровли, аналогично соединяют дополнительный 9 и вентиляционный 10 штреки сбойкой 12 и обуривают из дополнительного штрека 9 разгрузочными скважинами 13 ленточную полосу 11 и противоположную от нее сторону столба 4 на смежном с третьим четвертом участке. Затем очистной забой 6 снова аналогично укорачивают и соединяют дополнительный 9 и вентиляционный 10 штреки сбойкой 12, а из вентиляционного штрека 10 обуривают следующий смежный участок ленточной полосы 11 разгрузочными скважинами 14. Таким чередованием выемки смежных участков переменной длины очистным забоем 6 длиной, равной ширине столба 4, и длиной, укороченной на ширину ленточной полосы 11, с предварительным обуриванием ее краевой части столба из дополнительного 9 и вентиляционного 10 штреков разгрузочными скважинами 13 и 14 продолжают отработку столба 4 и ведут ее в такой последовательности на всю его длину.

Разработка пологих и наклонных удароопасных пластов заявляемым способом позволяет вести безопасную выемку столба очистным забоем переменной длины с оконтуриванием дополнительной выработкой прерывистой ленточной полосы, разбуриваемой разгрузочными скважинами. Оконтуривание ленточной полосы шириной, превышающей ширину l₁ опасной зоны опорного давления от очистного забоя, соизмеримой с шириной целиков, регламентируемой нормативными документами для ведения очистных работ при различных моделях защемления основной кровли, обеспечивает перераспределение нагрузок из очистного забоя вблизи выработанного пространства на увеличенную площадь, что позволяет предотвратить динамические разломы пород почвы. Оставление прерывистой ленточной полосы участками переменной длины, равной предельному пролету обрушения основной кровли или расстоянию от трехкратной до пятикратной ширины оконтуриваемой ленточной полосы, обеспечивает равномерное распределение нагрузок по длине столба с учетом геометрии защемления и обрушения основной кровли и снижение опасности концентрации напряжений, достаточной для динамических разрушений в породах почвы и в пласте. Разбуривание разгрузочными скважинами участков ленточной полосы и краевой зоны столба длиной, равной предельному пролету обрушения основной кровли или расстоянию трех - пятикратной ширины оконтуриваемой ленточной полосы, вследствие приобретаемой ими податливости, дополнительно способствует предотвращению динамических разрушений в самом пласте при зависании кровли, сопровождающемся пригрузками за границей опасной зоны опорного давления. Соединение дополнительного и вентиляционного штреков сбойками на границах участков столба с разной длиной очистного забоя создает условия для соответствующего нормативному проветривания на участках прерывистой ленточной полосы столба и в самом забое.

Такое выполнение способа повышает безопасность отработки пологих и наклонных удароопасных пластов за счет предотвращения возникновения динамических разломов пород почвы, горных ударов в самом пласте и обеспечения нормативной вентиляции. По сравнению с прототипом оконтуривание ленточной полосы на ширину, превышающую ширину опасной зоны опорного давления от очистного забоя, перераспределяет пригрузки на значительной площади, что снижает их концентрацию на породы почвы, а оставление ленточной полосы отдельными участками переменной длины, приобретающими податливость совместно с краевой зоной столба в результате разгрузочного бурения, создает равномерное распределение нагрузок и предотвращает горные удары в породах и пласте при больших зависаниях кровли.

1. Способ разработки пологих и наклонных удароопасных пластов, включающий определение ширины зоны опорного давления от очистного забоя, проходку дополнительного штрека, оконтуривающего ленточную полосу столба пласта, обуривание ленточной полосы из вентиляционного и дополнительного штреков разгрузочными скважинами на глубину защитной зоны с расстоянием между ними, при котором удароопасность исключена, и отработку очистным забоем столба угольного пласта, отличающийся тем, что столб отрабатывают смежными участками переменной длины, для чего предварительно определяют геометрическую модель защемления основной кровли пласта, устанавливают предельный пролет ее обрушения и ширину опасной зоны опорного давления от очистного забоя, а дополнительным штреком, который проходят до границы предельного пролета обрушения кровли, оконтуривают ленточную полосу столба шириной, превышающей ширину опасной зоны опорного давления от очистного забоя, и отрабатывают очистным забоем, включающим оконтуренную ленточную полосу, участок столба угольного пласта на длину установленного предельного пролета обрушения, затем укорачивают очистной забой на ширину ленточной полосы и укороченным забоем проводят отработку смежного участка столба на расстояние, равное от трех- до пятикратной ширине ленточной полосы, после чего очистной забой удлиняют до первоначальной величины и повторяют отработку следующего смежного участка столба на длину предельного пролета обрушения, а затем очистной забой снова аналогично укорачивают и таким последовательным чередованием выемки смежных участков переменной длины очистным забоем переменной ширины продолжают отработку столба на всю его длину.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при отработке очистным забоем участка столба на всю его ширину и на длину предельного пролета обрушения основной кровли пласта одновременно на смежном участке столба разгрузочные скважины бурят в ленточную полосу и в противоположную сторону в столб из дополнительного штрека, а при выемке этого участка столба укороченным забоем одновременно на следующем смежном участке разгрузочные скважины в ленточную полосу бурят из вентиляционного штрека.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что при отработке очистным забоем участка столба на всю его ширину и на длину предельного пролета обрушения основной кровли пласта разгрузочные скважины на смежном участке столба бурят на расстояние, равное от трех- до пятикратной ширине ленточной полосы, а при выемке участка столба укороченным забоем на следующем смежном участке разгрузочные скважины в ленточную полосу бурят на длине предельного пролета обрушения основной кровли.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что на границах участков отработки столба очистным забоем переменной длины дополнительный и вентиляционный штреки через оконтуренную ленточную полосу до начала ее обуривания соединяют вентиляционными сбойками.