СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ВЫЕМОЧНОГО СТОЛБА Российский патент 1995 года по МПК E21C41/00 E21F16/00 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземной разработке пологих пластов полезных ископаемых с устойчивыми, мощными, обводненными породами основной кровли.

Известен способ осушения выемочных полей, включающий сооружение с поверхности водопонижающих скважин, откачку подземных вод, проведение горных выработок, нарезку выемочных столбов, бурение водопонижающих скважин из горных выработок и откачку из них воды, отработку выемочных столбов этапами, при этом на первом этапе отработки вдоль выемочного столба под устойчивыми обводненными породами формируют дренажную полость и ведут из нее откачку воды до снятия напоров над целиками и вышележащими породами, затем отрабатывают столбы последующего этапа [1]
Однако известным способом не представляется возможным в большинстве случаев вывести лаву из монтажной камеры и продолжать вести отработку выемочного столба в самом начале первого этапа. Пробуренные с поверхности скважины заиливаются и снимают напоры воды частично, лишь на отдельных участках. Поэтому лава, не успев выйти из монтажной камеры, оказывается затопленной или заплывуненной. Прорывы обычно возникают по обрезам кровли над камерой, которые сообщаются с полостями, заполненными водой, или обводненными песками. Бурение восстающих водопонижающих скважин из горных выработок в дренажную полость не позволяет достигнуть ожидаемого эффекта, так как скважины, расположенные вкрест или под углом к направлению сдвижения горных пород, срезаются или тампонируются.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ подготовки выемочного столба при разработке полезных ископаемых, включающий проведение главных, выемочных выработок и монтажной камеры, соединение выемочных выработок сбойками, осушение обводненных пород, залегающих в кровле пласта бурением скважин, установкой фильтров и отработкой части выемочного столба лавой обратным ходом до посадки основной кровли (авт.св. СССР N 724736).

Известный способ предусматривает выемку полезного ископаемого до посадки основной кровли на 2-3 шага обрушения последней, что вызывает соединение водоносных горизонтов надугольной толщи и основной кровли и прорывы воды с песком по трещинам обрушения в горные выработки. Вакуумирование, аэрирование и пропускание постоянного тока через выемочный столб не позволяют вести эффективное осушение устойчивых обводненных пород основной кровли и пород с низкими фильтрационными свойствами. Поэтому выход лавы из монтажной камеры чреват опасностью прорыва воды из надугольных песков и основной кровли, который крайне неблагоприятно отражается на дальнейшей работе лавы, сдерживает начало добычи полезного ископаемого, выводит из строя машины и оборудование выемочного участка шахты.

Сущность изобретения заключается в том, что со стороны противоположной направлению отработки выемочного столба, монтажную камеру снабжают дренажной выработкой, которую проходят вприсечку к монтажной камере или с оставлением целика полезного ископаемого между ними, в кровле, параллельно фронту лавы, формируют дренажную полость путем предварительной отработки части выемочного столба от монтажной камеры до осадки налегающих на пласт пород и отслоения от пород основной кровли, приостанавливают работу лавы, из дренажной выработки в направлении движения лавы бурят наклонные восстающие скважины в дренажную полость, снимают напоры воды и продолжают отработку выемочного столба.

Кроме того, наклонные восстающие скважины из дренажной выработки бурят под углом обрушения пород кровли.

Кроме того, в средину дренажной полости дополнительно бурят с поверхности водопонижающую скважину.

Изобретение направлено на повышение эффективности и ускорение подготовки выемочного столба в начальный, самый ответственный период начала эксплуатации лавы, когда наличие налегающих на пласт пород с низкими фильтрационными свойствами, мощного пласта устойчивых пород основной кровли затрудняет вывод лавы, обычно оборудованной дорогостоящим механизированным комплексом из монтажной камеры до посадки основной кровли. При попытке вывода известными способами из монтажной камеры лавы, находящейся в выемочном столбе с подобными горно-геологическими условиями до посадки основной кровли, обычно образуется обрез кровли, по которому в лаву прорываются напорные воды, зачастую с выносами масс песка, которые не только заплывуняют лаву и прилегающие выработки, что вызывает длительные дорогостоящие работы по откачке воды и расчистке песка, но и выводят из строя дорогостоящее оборудование механизированную крепь, конвейер, комбайн, электроаппаратуру, электродвигатели и аппаратуру управления. Для того, чтобы избежать этого негативного явления, заявляемым изобретением предлагается новый способ подготовки выемочного столба, характеризующийся следующими основными признаками. Монтажную камеру со смонтированной в ней крепью и оборудованием со стороны, противоположной направлению подвигания выемочного столба, снабжают дренажной выработкой, которую, если позволяют условия, проходят вприсечку к монтажной камере или же,
в условиях слабых непосредственных боковых пород или повышенного горного давления, с оставлением целика полезного ископаемого, позволяющего снизить ширину поддерживаемого пространства кровли. Дренажную выработку по возможности проходят ниже монтажной камеры, чтобы вода от проведения осушительных мероприятий стекала в эту выработку. Дренажную выработку оборудуют водоотливными средствами, дренажными устройствами и проводят комплекс осушительных мероприятий. Затем начинают работы по выходу из монтажной камеры и подвиганию лавы. Отработку выемочного столба ведут до осадки налегающих на пласт полезного ископаемого пород и отслоения этих пород от устойчивых обводненных пород основной кровли, что приводит к формированию дренажной полости, заполненной водой. Затем отработку лавы приостанавливают и приступают к снятию напоров воды из дренажной полости. Для этого из дренажной выработки в направлении движения лавы бурят наклонные восстающие скважины в дренажную полость. Причем экспериментально доказано, что бурение восстающих скважин из выемочных выработок в дренажную полость не дает эффекта, так как скважины, пробуренные вкрест обрушающимся со стороны выработанного пространства пород кровли, срезает или они тампонируются. Так, на шахте "Никулинская" ПО "Тулауголь" в
каждой из лав, выводимых в 1991 и первой половине 1992 г, из монтажной камеры получали прорывы воды и терпели большие убытки из-за отставания подготовки очистного фронта. Лишь только бурение восстающих скважин по направлению движения лавы в дренажную полость позволяет нормально эксплуатировать эти скважины и эффективно снимать напоры воды из дренажной полости. Кроме того, было отмечено, что наиболее целесообразно бурить скважины под углом обрушения пород кровли, то есть для условий шахты "Никулинская" ПО "Тулауголь" под углом 65-70^о, что не только гарантирует сохранность скважины, но и облегчает ее бурение, снижает энергоемкость и трудоемкость возведения скважины. Если дренируемые породы обладают достаточными фильтрационными свойствами, а дренажная полость сильно обводнена, то имеет смысл дополнительно, с поверхности, в средину дренажной полости пробурить водопонижающие скважины, установить насосы и откачивать воду, что позволит интенсифицировать и ускорить процесс осушения выемочного столба в районе монтажной камеры в этих условиях. После снятия напоров воды из дренажной полости отработку выемочного столба продолжают.

Технический результат заявляемого решения в сравнении с прототипом заключается в повышении эффективности, ускорении подготовки и снижении трудоемкости подготовки выемочных столбов с устойчивыми, мощными, обводненными породами основной кровли. Этот результат достигается в самый ответственный период отработки выемочного столба, во время выхода лавы из монтажной камеры до посадки основной кровли, от которого практически зависит успех всей дальнейшей работы лавы. Действительно, если удается вывести лаву из монтажной камеры без прорывов воды и песка в горные выработки, это значит предохранить оборудование от затопления и выхода его из строя, потери его эксплуатационных качеств, избежать снижения добычи полезного ископаемого, уровня нагрузки на лаву.

Способ осуществляется следующим образом.

Выемочный столб полезного ископаемого, в вышележащих породах которого имеется обводненный мощный пласт устойчивых пород с низкими фильтрационными свойствами, например известняки, песчаники, базальты, нарезают проведением главных, выемочных выработок и монтажной камеры. Затем выемочный столб осушают путем бурения скважин, установки фильтров, проведения дренажных устройств и размещения водоотливных средств. По окончании мероприятий по предварительному осушению выемочного столба производят монтаж оборудования по выемочным выработкам и в монтажной камере. Следом за монтажом выемочной крепи и оборудования в монтажной камере, со стороны, противоположной направлению отработки выемочного столба, монтажную камеру снабжают дренажной выработкой. Причем, если позволяют горно-геологические условия, дренажную выработку проходят вприсечку к монтажной камере. Если же монтажная камера пройдена в условиях слабых непосредственных боковых пород, или повышенного горного давления, дренажную выработку проходят с оставлением целика полезного ископаемого, позволяющего снизить ширину поддерживаемого пространства кровли. Ширину целика принимают исходя из конкретных горно-геологических условий по опытным данным, индивидуально для каждой шахты. Ориентировочно, она может
составлять для условий Подмосковного бассейна 10-15 м. Дренажную выработку, по возможности, проходят ниже уровня монтажной камеры, чтобы вода от осушительных мероприятий стекала в эту выработку. Дренажную выработку оборудуют водоотливными средствами. Далее обычным способом начинают предварительную отработку выемочного столба выводом лавы из монтажной камеры. Предварительную отработку части выемочного столба производят до осадки налегающих на пласт пород и отслоения их от мощного устойчивого пласта основной кровли и формирования дренажной полости, расположенной параллельно фронту лавы, не допуская осадки основной кровли. Наблюдение за формированием дренажной полости ведут с помощью реперов, заложенных в специальную наблюдательную скважину или с помощью геофизических методов. Как только сформирована дренажная полость, предварительную отработку выемочного столба заканчивают. Из дренажной выработки в направлении движения лавы бурят наклонные восстающие скважины в дренажную полость и снимают напоры воды из этой полости. Наиболее целесообразно бурить
скважины под углом естественного обрушения пород кровли, например 65-70^о, для условий Подмосковного угольного бассейна, что предохраняет скважины от среза, снижает трудоемкость возведения скважины. Если дренируемые породы обладают достаточными фильтрационными свойствами, а дренажная полость сильно обводнена, то с поверхности в средину дренажной полости дополнительно бурят водопонижающие скважины, которые ускоряют откачку воды из дренажной полости и окончание подготовки выемочного столба к выемке полезного ископаемого. После снятия напоров воды из дренажной полости отработку выемочного столба продолжают обычным способом.

Способ подготовки выемочного столба при разработке пологих пластов полезного ископаемого с устойчивыми обводненными породами основной кровли включает проведение главных, выемочных выработок и монтажной камеры, соединение выемочных выработок сбойками, осушение обводненных пород, залегающих в кровле пласта бурением скважин, установкой фильтров и отработкой части выемочного столба обратным ходом лавой до посадки основной кровли. Со стороны, противоположной направлению отработки выемочного столба, вприсечку к монтажной камере проходят дренажную выработку, вприсечку к монтажной камере или с оставлением целика полезного ископаемого между ними, в кровле, параллельно фронту лавы, формируют дренажную полость путем предварительной отработки части выемочного столба от монтажной камеры до осадки налегающих на пласт пород и отслоения от пород основной кровли, из дренажной выработки в направлении движения лавы бурят наклонные восстающие скважины в дренажную полость, снимают напоры воды и продолжают отработку выемочного столба. Скважины из дренажной выработки бурят под углом обрушения пород кровли. В середину дренажной полости дополнительно бурят с поверхности водопонижающие скважины. 2 з.п. ф-лы.

1. СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ВЫЕМОЧНОГО СТОЛБА при разработке пологих пластов полезного ископаемого с устойчивыми обводненными породами основной кровли, включающий проведение горных выработок, нарезку выемочных столбов, осушение обводненных пород, залегающих в кровле пласта, бурением скважин и установкой фильтров, отработку части выемочного столба обратным ходом до посадки основной кровли, формирование дренажной полости, бурение дренажных скважин в дренажную полость и отработку выемочного столба после снятия напора воды, отличающийся тем, что со стороны, противоположной направлению отработки выемочного столба, вприсечку к монтажной камере или с оставлением целика между ними проходят дренажную выработку, дренажную полость формируют путем предварительной отработки выемочного столба от монтажной камеры до осадки налегающих на пласт пород и отслоения от пород основной кровли, а скважины бурят из дренажной выработки в дренажную полость и в направлении движения лавы. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что скважины из дренажной выработки бурят под углом обрушения пород кровли. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в середину дренажной полости дополнительно бурят с поверхности водопонижающие скважины.