СПОСОБ ОХРАНЫ ПЛАСТОВЫХ МАГИСТРАЛЬНЫХ ШТРЕКОВ Российский патент 1995 года по МПК E21C41/18 

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности, в частности к разработке пластовых месторождений, преимущественно с погоризонтной подготовкой шахтного поля.

Длительный срок эксплуатации магистральных штреков предопределяет выбор способа их поддержания в работоспособном состоянии. В качестве основного способа охраны магистральных штреков применяют оставление угольных целиков.

Угольные целики имеют большие размеры как по простиранию, так и по падению или восстанию угольного пласта. По простиранию угольные целики ограничиваются горными выработками выемочных столбов, а по падению (восстанию) границами выработанного пространства. Примыкающие к магистральным штрекам транспортные, конвейерные и вентиляционные выработки располагают под углом 90^о. В этом случае угольные целики приобретают форму прямоугольников.

При охране магистральных штреков угольными целиками применяют различные способы, регулирующие их несущую способность вблизи выработки.

Одним из таких способов является создание в целиках искусственных полостей путем выбуривания угля через определенные интервалы. Образуются ленточные целики с переменной несущей способностью. Несущая способность ленточных целиков уменьшается в направлении угольного целика по падению и восстанию. Вокруг выработки в массиве горных пород создается податливая зона.

Создание ленточных угольных целиков переменной несущей способности вблизи магистральных штреков требует дополнительного объема горных работ, оборудования для выбуривания полостей, крепления горных выработок (ниш), проветривания полостей и ниш и т.д. Несущая способность ленточных целиков меняется по длине из-за трудностей сохранения параллельности при бурении. Для устранения этого недостатка необходимо чаще проходить ниши.

Расположение горных выработок друг относительно друга, как и форма оставляемых целиков угля, не учитывают трещиноватой структуры массива горных пород, которая влияет на несущую способность целика.

Известен способ расположения магистральных штреков параллельно действию максимальных напряжений по горизонтальной оси σ₁ [2] В этом случае системы трещин располагаются под углом 50-54^о к продольной оси магистрального штрека, и под таким же углом к линии очистного забоя в выемочном поле. Выемочные выработки в этом случае располагаются перпендикулярно к магистральным штрекам, в результате чего оставляемые охранные целики приобретают прямоугольную форму. При приближении к магистральному штреку очистных работ со стороны выемочного столба происходит "накатывание" волны горного давления в направлении действия максимальных растягивающих напряжений по горизонтальной оси σ₃, что приводит к ослаблению несущей способности целика и деформации контура магистрального штрека.

Увеличение площади угольного целика прямоугольной формы, а, следовательно, и потерь угля, не способствует увеличению его несущей способности. При больших глубинах этот фактор играет отрицательную роль, так как вызывает пучение пород почвы и их разлом.

Целью изобретения является сокращение потерь угля в целиках и снижение затрат на поддержание магистральных штреков.

Для достижения поставленной цели угольным целикам придают трапециевидную или треугольную форму, параметры которой обусловлены положением очистного забоя и углом встречи забоя с направлением трещиноватости пород кровли и угольного целика.

При раскройке шахтного поля или его части магистральный штрек и примыкающие к нему (откаточный) конвейерный и вентиляционный ходки (штреки) располагают под углом β, меньшим 90^о в направлении действия по горизонтальной оси главных сжимающих напряжений σ₁. Угол встречи ϕ линии очистного забоя с системой развитой трещиноватости Т₁ пород кровли пласта должен находиться в интервале 15-35^о.

Предлагаемый способ отличается от известного тем, что охранным целикам у магистрального штрека придают трапециевидную или треугольную форму, в результате чего вдоль штрека формируется пилообразная угольная полоса, обеспечивающая переменную несущую способность охранного целика, снижение нагрузки на крепь магистрального штрека и ее деформацию, а также уменьшение площади целика и потерь угля.

Таким образом заявляемый способ соответствует критерию изобретения "Новизна".

В предлагаемом изобретении выемочные выработки (конвейерный и вентиляционный ходки или штреки) располагают под углом 90^о, причем угол встречи очистного забоя с направлением главенствующей тектонической трещиноватости находится в оптимальном интервале 15-35^о с точки зрения нагружения угольного целика и устойчивости пород кровли. Это позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого способа критерию "Существенные отличия".

На фиг.1-4 показаны схемы осуществления предлагаемого способа; на фиг.5 разрез А-А на фиг.4.

На чертежах приняты следующие обозначения: 1 магистральный штрек; 2 конвейерный и 3 вентиляционный штреки (ходки); 4 очистной забой; 5 охранный целик; 6 выемочные столбы; 7 дополнительная выработка; 8 стойки крепи; 9 временная специальная крепь; 10 выработанное пространство; Т₁ след главенствующей трещиноватости в кровле пласта; β- угол примыкания выемочных ходков (штреков) к магистральному штреку; ϕ- угол встречи очистного забоя с направлением главенствующей трещиноватости пород кровли пласта; а зона разгрузки пласта у магистрального штрека.

При раскройке шахтного поля согласно фиг.1 магистральный штрек 1 и примыкающие к нему конвейерный 2 и вентиляционный 3 ходки (выемочные штреки) располагают под углом β, меньшим 90^о в направлении действия по горизонтальной оси главных сжимающих напряжений σ₁. Угол встречи ϕ очистного забоя с направлением системы главенствующей трещиноватости пород кровли пласта Т₁ находится в интервале 15-35^о.

При подходе очистного забоя 4 к границе охранного целика 5 последний приобретает трапециевидную форму или форму треугольника. При выемке очередного столба остается аналогичной формы угольный охранный целик 5, которые при последовательной выемке столбов 6 формируют пилообразную угольную полосу (фиг.3).

Располагая выемочные столбы под углом β= 20-40^о при сохранении угла встречи линии очистного забоя ϕ= 15-35^о с системой развитой трещиноватости пород кровли пласта, улучшают состояние конвейерного 2 и вентиляционного 3 ходков за счет снижения деформации крепи выработок от действия по горизонтальной оси главных напряжений σ₁. Вместе с тем происходит волновое "накатывание" горного давления на магистральный штрек под углом β= 20-40^о к его продольной оси, что способствует постепенному нагружению крепи и уменьшению ее деформации.

В предлагаемом изобретении переменная ширина целика способствует затуханию нагрузок на крепь при ведении очистных работ вблизи магистрального штрека и лучшему восприятию внутренних напряжений массива горных пород. Кроме того изменение формы угольного целика, оставляемого для охраны магистрального штрека, позволяет сократить потери угля на 35-45% по сравнению с прямоугольной формой. При этом прочностные свойства целика не снижаются, а деформация крепи в штреке уменьшается. Основным показателем формы поперечного сечения целика является гидравлический радиус, т.е. отношение площади поперечного сечения целика к его периметру.

R=S/l где S площадь поперечного сечения, м²; l длина периметра, м.

Наилучшее соотношение достигается при треугольной форме поперечного сечения угольного целика.

Принимая во внимание то обстоятельство, что угольный массив вблизи магистрального штрека ослаблен зоной разгрузки размером а, очистные работы прекращают у ее границы, что придает угольному целику форму трапеции.

При расположении выемочного столба под углом β<90^о зона опорного давления очистного забоя перемещается в направлении действия по горизонтальной оси главных сжимающих напряжений σ₁ (фиг.1).

Это обстоятельство способствует снижению вероятности проявлений газодинамических явлений при очистной выемке и уменьшению числа вывалов пород кровли.

При β>90^о (фиг.2) снижается действие опорного давления на угольный массив и увеличивается вероятность вышеперечисленных отрицательных явлений. Увеличивается длина лавы, а косонаправленное положение очистного забоя относительно ходков (выемочных штреков) вынуждает постоянно вести работы по демонтажу и монтажу секций крепи на концевых участках лавы.

Для снижения отрицательного воздействия приближающихся горных работ по пласту к магистральному штреку 1 целик 5 угля оконтуривают предварительно дополнительной выработкой 7, которую проводят параллельно приближающемуся очистному забою 4 (фиг. 4). Выработку 7 крепят стойками 8 временной и податливой специальной крепью 9 (фиг.5), вокруг которой создается зона разгрузки. Впоследствии эта выработка используется для демонтажа оборудования из очистного забоя.

П р и м е р. При погоризонтной системе подготовки пологого пласта мощностью 1 м с углом падения 5^о в кровле наблюдается четко обозначенная система тектонической трещиноватости Т₁ азимутом и углом падения 165/70^о и 252/65^о. Магистральный штрек имеет азимут простирания 90^о, что соответствует направлению действия снимающих напряжений по главной горизонтальной оси. От магистрального штрека 1 под углом β= 20^о проводят конвейерный 2 и вентиляционный 3 ходки (выемочные штреки) нижней границы горизонта. Вентиляционный и конвейерный ходки (выемочные штреки) соединяют между собой очистным забоем, в котором ведут выемку в сторону магистрального штрека. В процессе работы очистной забой удерживают перпендикулярно к конвейерному и вентиляционному ходкам, что обеспечивает угол встречи линии очистного забоя ϕ со следом развитой (главенствующей) системы тектонической трещины Т₁ с азимутом и углом падения 165/70^о, равным 35^о. При приближении очистного забоя к магистральному штреку на суммарное расстояние, равное зоне опорного давления впереди забоя и зоне разгрузки у магистрального штрека, очистные работы прекращают. Это расстояние для данной мощности пласта колеблется в пределах 15-18 м в зависимости от состава пород. Охранный целик считается сформированным.

Для снижения вредного воздействия накатывающегося опорного давления впереди очистного забоя на магистральный штрек охранный целик предварительно оконтуривают путем проведения дополнительной выработки 7. Дополнительную выработку проводят параллельно приближающемуся очистному забою. Ее проведение осуществляется одновременно с очистными работами в выемочном столбе. Дополнительную выработку проводят из расчета, что вокруг нее сформируется зона разгрузки на величину действия зоны опорного давления впереди очистного забоя. Для этого ее крепят деревянными стойками 8 и по середине выработки выкладывают деревянные или пневматические костры (фиг.5), служащие временной крепью 9. При подходе горных работ к этой выработке происходит экранирование повышенных напряжений в зоне разгрузки выработки, а податливые костры предохраняют выработку от завала. Впоследствии выработка используется как демонтажная камера, а временная крепь извлекается по мере завершения демонтажных работ.

Экономический эффект от применения предлагаемого способа охраны магистральных штреков достигается за счет изменения формы и размеров целика и связанного с этим дополнительного извлечения угля и уменьшения объема работ на ремонт и восстановление магистрального штрека.

Использование: при разработке пластовых месторождений преимущественно с погоризонтной подготовкой шахтного поля для сокращения потерь угля в целиках и снижения затрат на поддержание магистральных штреков. Сущность изобретения: угольные целики оформляют трапециевидной или треугольной формы, параметры которых обусловлены положением очистного забоя и углом встречи забоя с направлением трещиноватости пород кровли и угольного целика, целик угля до подхода лавы предварительно оконтуривают дополнительной горной выработкой, которую крепят временной податливой крепью. 2 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. СПОСОБ ОХРАНЫ ПЛАСТОВЫХ МАГИСТРАЛЬНЫХ ШТРЕКОВ, включающий проведение штрека и формирование полосы угольных целиков вдоль штрека в процессе обработки угля очистными забоями, отличающийся тем, что, с целью сокращения потерь угля в целиках и снижения затрат на поддержание штреков, формирование полосы целиков осуществляют пилообразной формы оформлением трапециевидных или треугольных целиков при обработке угля очистными забоями под углом встречи линии забоя с системой развитой трещиноватости пород кровли пласта, равным 15-35^o. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что верхнее основание трапециевидного целика оформляют размером, равным размеру зоны разгрузки от проведения магистрального штрека. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью снижения деформации магистрального штрека в целиках, формируют зону разгрузки впереди очистного забоя проведением оконтуривающей целик пластовой выработки параллельно приближающемуся очистному забою, которую крепят временной податливой крепью.