Способ подэтажной разработки крутых пластов с закладкой выработанного пространства
Владельцы патента RU 2644185:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева" (КузГТУ) (RU)
Изобретение относится к горной промышленности, к способам подэтажной разработки крутых пластов с закладкой выработанного пространства. Способ включает подготовку выемочного участка к отработке, отработку выемочного участка подэтажами короткими очистными забоями, проветриваемыми за счет общешахтной депрессии. Отработку пласта начинают под защитой заранее возведенной межгоризонтной изоляционной полосы и при наличии в межучастковых целиках также заранее возведенных одновременно с фланговыми скатами изоляционных полос из твердеющей закладки с подвиганием фронта очистных работ в направлении от межгоризонтной полосы к основному штреку. Отработку выемочного участка ведут в одном крыле - от отработанного участка в сторону центрального ската, а в другом - от центрального ската на целик в сторону неотработанного выемочного участка, при заданной величине шага закладки выработанного пространства не более допустимого пролета обнажения кровли пласта по линии падения и простирания. Технический результат - снижение трудоемкости и обеспечение безопасности горных работ. 2 ил.
Изобретение относится к горной промышленности, к способам подэтажной разработки крутых пластов с закладкой выработанного пространства.
Известен способ разработки мощного крутого пласта полезного ископаемого с закладкой выработанного пространства (патент РФ на изобретение №2283431, МПК Е21С 41/18, опубл. 10.09.2006, бюл. №25), включающий отработку горизонтального слоя полосами по простиранию механогидравлической отбойкой и транспортировкой горной массы с заполнением заходок литой твердеющей закладкой и оставлением в них выработок для последующей подачи в выработанное пространство комбинированной закладки. Отработку пласта ведут полосами в нисходящем порядке с оставлением в нижележащих полосах штрека и печей, причем отработку следующий полосы осуществляют гидромонитором а за гибкое перекрытие в выработанное пространство из бункера с помощью конвейера подают породу, которая пропитывается литой твердеющей закладкой при заполнении подготовительных выработок.
Недостатками известного способа являются сложное проветривание забоев; большой объем подготовительных работ; низкая концентрация горных работ на подготовленном выемочном участке.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ подэтажной разработки крутых пластов с закладкой выработанного пространства (патент РФ на изобретение №2467169, МПК Е21С 41/16, E21F 15/00, опубл. 20.11.2012, бюл. №32), включающий подготовку выемочного участка к отработке, отработку выемочного участка подэтажами короткими очистными забоями, проветриваемыми за счет общешахтной депрессии. Отработку пласта ведут встречными короткими очистными забоями от фланговых скатов к центральному с проветриванием по прямоточной схеме и опережающий подготовкой. Выработанное пространство отработанных нечетных подэтажей заполняют твердеющей закладкой, а в оставляемых четных подэтажах между отработанными нечетными выработанное пространство заполняют обычной закладкой, причем при их отработке бывший вентиляционный штрек нечетного подэтажа используют в качестве конвейерного.
Недостатками известного технического решения являются:
- отсутствие изоляции отработанного горизонта от аэродинамической проницаемости, с возрастанием вероятности самовозгорания угля;
- наложение опорных давлений при встрече очистных забоев у центрального ската, вероятная деформация центрального ската;
- обнажение кровли очистного забоя более допустимого пролета;
- ограниченная длина выемочного участка по простиранию;
- наличие потерь угля в межгоризонтных, межучастковых целиках и охранных целиках центрального ската.
Все вышеперечисленные факторы повышают трудоемкость и опасность ведения горных работ.
Технический результат - снижение трудоемкости и обеспечение безопасности горных работ.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе подэтажной разработки крутых пластов с закладкой выработанного пространства, включающем подготовку выемочного участка к отработке, отработку выемочного участка подэтажами короткими очистными забоями, проветриваемыми за счет общешахтной депрессии, согласно заявляемому техническому решению отработку пласта начинают под защитой заранее возведенной межгоризонтной изоляционной полосы и при наличии в межучастковых целиках также заранее возведенных одновременно с фланговыми скатами изоляционных полос из твердеющей закладки с подвиганием фронта очистных работ в направлении от межгоризонтной полосы к основному штреку, при этом отработку выемочного участка ведут в одном крыле - от отработанного участка в сторону центрального ската, а в другом - от центрального ската на целик в сторону неотработанного выемочного участка, при заданной величине шага закладки выработанного пространства не более допустимого пролета обнажения кровли пласта по линии падения и простирания.
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена схема по линии простирания пласта, на фиг. 2 приведен фрагмент участка пласта вкрест простирания (сечение А-А).
Подготовка выемочного участка к отработке заключается в том, что:
- предварительно ограничивают поле выемочного участка на отрабатываемом этаже: сверху, от отработанных выемочных участков 1 вышележащего выработанного этажа - межэтажным трещиноватым угольным целиком 2 и межэтажным угольным целиком без трещин 3; слева, также от отработанного выемочного участка 1 - межучастковым угольным целиком 4 (фиг. 1, 2);
- проводят центральный 5 и фланговые 6, 7 квершлаги на вентиляционном горизонте, центральный 8 и фланговые 9, 10 квершлаги на откаточном горизонте, вентиляционный 11 и основной 12 штреки, подэтажные штреки 13, 14, 15 и центральный 16 и фланговые 17, 18 скаты (фиг. 1).
Отработку выемочного участка производят подэтажами короткими очистными забоями, проветриваемыми за счет общешахтной депрессии.
Согласно заявляемому техническому решению отработку пласта начинают под защитой заранее возведенной межгоризонтной изоляционной полосы 19 и при наличии в межучастковых целиках также заранее возведенной одновременно с фланговыми скатами 17 и 18 изоляционных полос 20 и 21 из твердеющей закладки с подвиганием фронта очистных работ в направлении от межгоризонтной полосы 19 к основному штреку 12, при этом отработку выемочного участка ведут в одном крыле - от отработанного участка 1 в сторону центрального ската 16, а в другом - от центрального ската 16 на целик в сторону неотработанного выемочного участка, при заданной величине шага закладки выработанного пространства не более допустимого пролета обнажения кровли пласта по линии падения и простирания для сохранения горного массива в состоянии, близком к естественному.
Предварительное возведение межгоризонтной изоляционной полосы 19, возведение изоляционных полос 20 и 21 одновременно с фланговыми скатами 17 и 18 обеспечивают изоляцию отработанного горизонта от аэродинамической проницаемости, снижают вероятность самовозгорания угля, а следовательно, обеспечивают безопасность ведения горных работ, т.е. заявляемый технический результат.
Кровля представляется постоянно опертой с четырех сторон пластиной, пролет между опорами которой по падению пласта постоянен, а по простиранию по мере отработки короткими очистными забоями увеличивается, причем по условию сохранения горного массива в состоянии, близком к естественному, длина пролетов не должна превышать величины допускаемого обнажения; соблюдением этого условия также обеспечивают заявляемый технический результат.
Порядок отработки предопределяют условием отсутствия наложения опорных давлений, а также отсутствием вероятной деформации центрального ската 16, чем обеспечивают заявляемый технический результат. В крыле слева, где отработка начинается от отработанного выемочного участка 1, кровля первоначально опирается по падению: сверху - на межгоризонтную изоляционную полосу 19, снизу - неотработанный целик нижнего подэтажа; по простиранию: слева - на изоляционную полосу 20, справа - на удаляющийся по мере отработки призабойный целик. В крыле справа, где отработка начинается от центрального ската 16, кровля первоначально опирается по падению: сверху - на межгоризонтную изоляционную полосу 19, снизу - неотработанный целик нижнего подэтажа; по простиранию: слева - на неотработанный целик левого крыла, справа - на удаляющийся по мере отработки призабойный целик.
Работы по закладке выработанного пространства по мере подвигания коротких очистных забоев поэтапно производят твердеющей закладкой. При этом выработанное пространство закладывают с шагом не более допустимого пролета обнажения кровли пласта по линии простирания, который может быть определен из известной формулы
где k - коэффициент, учитывающий отношение длин сторон обнажения кровли 
;
(k=2,0 при 
);
σp - предел прочности на растяжение непосредственной кровли, тс/м2;
hкр - толщина непосредственной кровли, м;
μ - коэффициент Пуассона;
q - объемная масса непосредственной кровли, т/м3.
Так, по данным шахты «Киселевская» Прокопьевско-Киселевского угленосного района, искомые величины составят:
1) для пласта IV Внутренний, непосредственная кровля - песчаник крупно- и среднезернистый, σp=8,0 МПа = 8,0×106 Н/м2, hкр=13,5 м, q=33,345×106Н/м2, μ=0,33
при этом высота подэтажа по линии падения из принятого соотношения составит h=2,5lпр=2,5⋅9,91=24,8≈25 м;
2) для пласта III Внутренний, непосредственная кровля - аргиллит, σр=4,0 МПа = 4,0×106 Н/м2, hкр=7,0 м, q=13,725×106 Н/м2, μ=0,22
при этом высота подэтажа по линии падения из принятого соотношения составит h=13,7≈14 м;
3) для пласта II Внутренний, непосредственная кровля - алевролит крупно- и среднезернистый, σр=4,7 МПа = 4,7×106 Н/м2, hкр=9,0 м, q=15,75×106 Н/м2, μ=0,27
а высота подэтажа по линии падения из принятого соотношения составит h=18,1≈18 м.
Выемка угля в забое в зависимости от мощности пласта может осуществляться комбайнами (типа «Темп»), буровзрывным способом (с бурением шпуров по простиранию, или длинными шпурами на высоту подэтажа), гидравлическим разупрочнением массива, струговыми установками.
При отработке следующего подэтажа роль межгоризонтной изоляционной полосы 19, как опоры кровли, выполняет сформированный выше закладочный массив верхнего подэтажа. Таким образом, также обеспечивают заявляемый технический результат.
Транспортирование отбитого угля осуществляется вниз по скатам 16, 17, 18 и далее через основной штрек 12 откаточного горизонта на погрузочный комплекс шахты.
Вентиляция забоев осуществляется за счет общешахтной депрессии через центральный квершлаг 8 и фланговые квершлаги 9 и 10, центральный скат 16 и фланговые скаты 17 и 18 подэтажные штреки 13, 14, 15, согласно фиг. 1.
Принятый в предлагаемом техническом решении принцип поддержания кровли позволяет полностью избегать при подготовке участка к отработке необходимости в оставлении межэтажного трещиноватого угольного целика 2 и межэтажного угольного целика без трещин 3; слева, а также межучасткового угольного целика 4, что позволяет существенно снизить потери угля при добыче, увеличить длину выемочного участка по простиранию (расстояние между фланговыми квершлагами 6 и 7), чем также обеспечивают заявляемый технический результат.
Таким образом, заявленный технический результат обеспечивают за счет того, что:
1) отработку пласта начинают под защитой заранее возведенной межгоризонтной изоляционной полосы и при наличии в межучастковых целиках также заранее возведенных одновременно с фланговыми скатами изоляционных полос из твердеющей закладки с подвиганием фронта очистных работ в направлении от межгоризонтной полосы к основному штреку,
2) отработка выемочного участка ведется в одном крыле - от отработанного участка в сторону центрального ската, а в другом - от центрального ската на целик в сторону неотработанного выемочного участка;
3) задана величина шага закладки выработанного пространства не более допустимого пролета обнажения кровли пласта по линии падения и простирания для сохранения горного массива в состоянии, близком к естественному.
Способ подэтажной разработки крутых пластов с закладкой выработанного пространства, включающий подготовку выемочного участка к отработке, отработку выемочного участка подэтажами короткими очистными забоями, проветриваемыми за счет общешахтной депрессии, отличающийся тем, что отработку пласта начинают под защитой заранее возведенной межгоризонтной изоляционной полосы и при наличии в межучастковых целиках также заранее возведенных одновременно с фланговыми скатами изоляционных полос из твердеющей закладки с подвиганием фронта очистных работ в направлении от межгоризонтной полосы к основному штреку, при этом отработку выемочного участка ведут в одном крыле - от отработанного участка в сторону центрального ската, а в другом - от центрального ската на целик в сторону неотработанного выемочного участка, при заданной величине шага закладки выработанного пространства не более допустимого пролета обнажения кровли пласта по линии падения и простирания.
