СПОСОБ ПРОГНОЗА ОПАСНЫХ ПРОЯВЛЕНИЙ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ Российский патент 1994 года по МПК E21F5/00 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке угольных, рудных и нерудных месторождений, при эксплуатации подземных сооружений.

Известен способ прогноза опасных проявлений горного давления в виде внезапных разломов пород почвы горных выработок (см. Инструкцию по прогнозу и предупреждению внезапных прорывов метана из почвы горный выработок. Изд. МакНИИ, Макеевка - Донбасс, 1987, с. 5-10). Суть известного способа заключается в расчете величины прогиба породного слоя и сравнении этой величины с предельным значением, характеризующим устойчивое состояние. Известный способ прогноза малоэффективен, т.к. для его осуществления необходимо иметь большое количество косвенных исходных данных.

Известен способ прогноза опасных проявлений горного давления путем определения соотношений ширины выработки с мощностью слоя вмещающих пород, склонного к разрушению в форме горного удара. Если ширина выработки находится в диапазоне от полутора до четырех мощностей слоя, участок выработки считается неопасным. Область применения известного способа ограничена подготовительными выработками.

Известен способ прогноза опасных проявлений горного давления с помощью звукоулавливающей аппаратуру (ЗУА) [1]. Недостаток способа в том, что прогноз осуществляется только при работающем горном механизме.

Известен способ прогноза опасных проявлений горного давления почвы горных выработок путем закрепления на механизме отбойки полезного ископаемого датчика механических колебаний и непрерывной регистрации резонансной частоты механических колебаний (вибраций) механизма в процессе его внедрения в пласт [2]. Этот способ включает следующие операции: на горном механизме закрепляют датчик механических колебаний; соединяют его с измерительной системой; устанавливают критериальное значение резонансной частоты механических колебаний механизма (или его части), соответствующее неопасному состоянию пласта при внедрении в него исполнительного органа механизма; при выемке полезного ископаемого непрерывно контролируют механические колебания механизма (или его части) и при превышении уровня вибрации критериального значения участок пласта относят к опасным.

Недостатки способа следующие: оценка опасного состояния производится лишь на участке внедрения в пласт исполнительного органа механизма; не удается прогнозировать динамическое проявление горного давления в подготовительных выработках, попадаемых в зону влияния от очистных работ.

Целью изобретения является повышение безопасности в условиях динамической опасности со стороны вмещающих пород горных выработок.

Достигается это тем, что закрепляют датчики механических колебаний на крепи горных выработок, затем непрерывно контролируют значения механических колебаний крепи и в случае их появления участок выработки считают опасны. В очистном выработке датчики закрепляют на секциях крепи по всей ее длине, а на крепи подготовительных выработок - на участках сопряжения с очистной выработкой и в передовых выработках, расположенных от линии очистного забоя на расстоянии не менее половины ширины зоны опорного давления.

Способ включает следующие операции. На секциях крепи механизированного комплекса закрепляют датчики механических колебаний. В подготовительных выработках на участках сопряжения с очистным забоем и в передовых выработках датчики закрепляют на рамах крепи. Подсоединяют датчики механических колебаний через измерительную систему к прибору, дающему сигналы появления опасных значений колебаний системы крепь - вмещающие породы. Непрерывно контролируют механические колебания крепи. В передовых подготовительных выработках контроль за механическими колебаниями крепи начинают производить при подходе к ней очистного забоя на расстоянии не менее половины ширины зоны опорного давления. Ширину зоны опорного давления определяют по вышеприведенной "Инструкции по безопасному ведению горных работ на шахтах, разрабатывающих пласты, склонные к горным ударам" (см. рис. 4, стр. 9). Осуществляют непрерывный контроль за состоянием крепи. В случае возникновения механических колебаний выявляют опасный участок и производят на нем профилактические меры.

На фиг.1 представлены участки размещения станций датчиков механических колебаний крепи; на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1.

На фиг.1 и 2 приняты следующие обозначения: 1 - призабойное пространство; 2 - сопряжения; 3 - передовая выработка.

Сущность способа исходит из результатов исследований, проведенных авторами в шахтных условиях. В результате того, что между крепью гоpных выработок и горным массивом имеется плотный контакт, происходящие во вмещающих породах изменения горного давления адекватно передаются на крепь. Например, было зафиксировано, что внезапному разлому пород почвы или кровли предшествует механические колебания крепи. Были определены участки горных выработок, на которых наиболее отчетливо проявляется эта взаимосвязь. Так, в очистных забоях динамические формы проявления горного давления в породах кровли или почвы происходит в призабойном пространстве 1, в подготовительных выработках - на участках сопряжения 2 с очистным забоем и в передовых подготовительных выработках 3 при приближении к ним очистного забоя на расстояние 0,5 l (где l - ширина зоны опорного давления). В предлагаемом изобретении в пределах этих участков на крепь выработок предусматривается установление серии датчиков механических колебаний. Непрерывно контролируя состояние крепи горных выработок путем замеров механических колебаний, можно осуществлять прогноз опасных проявлений горного давления со стороны вмещающих пород и полезного ископаемого.

Способ был осуществлен на шахте "Комсомольская" ПО "Воркута-уголь" при разработке пласта Мощного на глубине 800 м. Породы почвы этого пласта представлены слоем песчаника, склонного к хрупкому разрушению в динамической форме. Мощность пласта 3 м. Для непрерывного прогнозирования этого опасного явления были организованы наблюдения за механическими колебаниями крепи горных выработок. Очистная выемка пласта осуществлялась лавной механизированной крепью 1 УКП, на участке сопряжения лавы с вентиляционным и откаточным треками применялась крепь сопряжения Т6М. Штреки крепились арочной крепью. На каждой оградительно-поддерживающей секции вдоль лавы закрепляли датчики механических колебаний - виброметры. Аналогичные датчики устанавливали на крепи Т6М и на арочной крепи штреков на участке сопряжения с лавой. Все датчики подсоединяли к контролирующему прибору. При появлении опасных механических колебаний прибор дает звуковой сигнал. По мере выемки пласта непрерывно контролировали уровень механических колебаний рабочей системы крепь - вмещающие породы. На участке доработки лава пласта Мощного нахождения подходила к передовой вентиляционной выработке. В этой выработке также были установлены датчики на рамах арочной крепи.

Ширина зоны опорного давления l, формируемой в краевой части пласта Мощного, определялась по номограмме на рис.4 вышеприведенной Инструкции по безопасному ведению горных работ на шахтах, разрабатывающих пласты, склонные к горным ударам (Д. : Изд-во ВНИМИ, 1988, с. 9). Параметр l - 80 м. Поэтому наблюдения за механическими колебаниями начали проводить при подходе линии очистного забоя к передовой выработке на расстояние 0,5 l = 40 м. После того, как очистной забой приблизился к передовой выработке на расстояние 25 м, в контролирующем приборе появился звуковой сигнал, свидетельствующий об опасности динамических явлений. Для устранения этой опасности были проведены профилактические мероприятия путем разбуривания пласта из боков передовой выработки скважинами диаметром 120 мм.

Предлагаемый способ позволяет получить следующие преимущества:
- повышается безопасность горных работ за счет оперативного и своевременного прогноза опасных явлений;
- появляется возможность прогнозировать состояние выработок, удаленных от участка работы горного механизма.

Изобретение может быть использовано при разработке угольных, рудных и нерудных месторождений, а также при строительстве и эксплуатации подземных сооружений. Сущность изобретения: на крепи подземных выработок закрепляют датчики механических колебаний, непрерывно контролируют состояние системы крепь - вмещающие породы и при появлении механических колебаний в крепи судят об опасности вмещающих пород. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. СПОСОБ ПРОГНОЗА ОПАСНЫХ ПРОЯВЛЕНИЙ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ, включающий установку регистрирующей аппаратуры, проведение замеров и оценку состояния вмещающих пород, отличающийся тем, что датчики механических колебаний закрепляют на крепи горных выработок, затем непрерывно контролируют механические колебания крепи и в случае их появления участок выработки считают опасным. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что датчики закрепляют на секциях крепи в очистной выработке по всей ее длине, на крепи подготовительных выработок - на участках сопряжения с очистной выработкой и в передовых выработках, расположенных от линии очистного забоя на расстоянии не менее половины ширины зоны опорного давления.