СПОСОБ РАЗРАБОТКИ МОЩНЫХ ПЛАСТОВ УГЛЯ Российский патент 1996 года по МПК E21C41/18 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при отработке мощных крутых пластов с углом падения до 65^o длинными столбами по простиранию под гибким металлическим перекрытием.

Известен способ разработки мощных крутых пластов с гибким перекрытием, включающий разделение пласта на два слоя, проведение подготовительных подэтажных выработок в верхнем монтажном слое по висячему боку пласта, в поперечно-наклонном слое и в нижнем слое по лежачему боку пласта и обработку вначале верхнего слоя у висячего бока пласта двумя или тремя подэтажами с обрушением кровли, поперечно-наклонного слоя на горизонте вентиляционного штрека и на полную мощность пласта торцевой щели (лавы) с монтажом в них гибкого металлического перекрытия и закрепление его металлическими анкерами к угольному массиву лежачего бока пласта в торцевой щели и поперечно-наклонном слое, а затем после опережения очистного забоя верхнего слоя не менее чем на 50 м выемку нижнего слоя под гибким перекрытием с применением буровзрывных работ на полную мощность из подэтажных штреков без крепления очистного пространства [1]
Недостатками данного способа являются большой расход леса из-за возведения деревянных костров или двухрядной органной деревянной крепи через 6-8 м по простиранию (шаг обрушения) и принудительная посадка кровли, осуществляемая буровзрывным способом, при отработке монтажного слоя на шаг обрушения приводит к образованию куполов (вывалов) в кровле, заполняемых метаном, а принудительная посадка кровли в поперечно-наклонном слое приводит к растрескиванию межгоризонтного угольного целика, что увеличивает опасность распространения очага эндогенного пожара, и происходит неполное заполнение выработанного пространства обрушенными породами при отработке нижнего слоя у почвы пласта. Возведение деревянных костров и принудительная посадка приводят к увеличению трудоемкости работ.

Известен также способ разработки мощных пластов угля, включающий отработку монтажного слоя у кровли пласта, проходку монтажной камеры, настилку гибкого перекрытия на почву монтажного слоя, отработку оставшейся толщи угля подэтажами под гибким перекрытием одновременно в смежных подэтажах, выемку угля в подэтажах наклонными стружками и обрушение пород висячего, при этом выемку монтажной камеры осуществляют под межгоризонтным целиком, из которой производят закрепление межгоризонтного целика совместно с породами лежачего бока нагнетанием вяжущих материалов, затем после монтажа гибкого перекрытия обрушают породы висячего бока и перепускают их в монтажную камеру, после чего при отработке оставшейся толщи угля формируют подпорную подушку из обрушенных пород под межгоризонтным целиком [2]
Основным недостатком этого способа является то, что не обеспечивается безопасность ведения горных работ путем повышения устойчивости и эффективности управления вмещающими породами. Кроме того, небезопасно вести горные работы в монтажном слое и монтажной камере из-за необходимости возведения деревянных костров или двухрядной органной деревянной крепи при принудительной посадке кровли, осуществляемой буровзрывным способом, что приводит к образованию куполов в кровле пласта. Последние операции трудоемки и небезопасны, так как их производство возможно при нахождении людей в выработанном пространстве. Принудительная посадка кровли в монтажной камере приводит к растрескиванию межгоризонтного угольного целика, что создает опасность распространения очага эндогенного пожара. Отметим, что не обеспечивается полное заполнение обрушенными породами выработанного пространства при принудительной посадке как в монтажном слое и монтажной камере, так и тем более при отработке нижнего слоя пласта в верхнем подэтаже, то есть создается малая плотность заполнения обрушенными породами выработанного пространства, что приводит к снижению усилий принудительного подпора со стороны обрушенных пород на скошенную, обнажаемую и формируемую плоскость межгоризонтного угольного целика, что способствует его растрескиванию и снижению надежности межгоризонтного угольного целика проникновению через него очага эндогенного пожара.

Цель изобретения повышение безопасности ведения горных работ путем достижения устойчивости и эффективности управления вмещающими породами под защитой искусственной кровли (снижение расхода леса на выкладку деревянных костров, исключение образования куполов в кровле и растрескивания межгоризонтного угольного целика).

Цель достигается тем, что в известном способе разработки мощных пластов угля, включающем подготовку подэтажей проведением промежуточных штреков и нарезных выработок, отработку монтажного слоя у кровли на всю высоту этажа подэтажами с укладкой в них гибкого перекрытия на почву, отработку оставшейся толщи угля подэтажами под гибким перекрытием, монтажный слой отрабатывают на всю длину выемочного поля участками, равными шагу закладки, при этом после отработки монтажного слоя на всю высоту этажа между промежуточными штреками бурят вентиляционные скважины, а в промежуточных штреках устанавливают закладочные перемычки, после чего в отработанный участок подают твердеющую закладку, после набора прочности которой производят выемку угля очередного участка подэтажа, затем освобождают у почвы предыдущего участка концы гибкого перекрытия от закладки и соединяют их с укладываемым гибким перекрытием, а выемку нижнего слоя производят под защитой гибкого перекрытия, при этом состав твердеющей закладки выбирают с конечной прочностью, не превышающей 0,3-0,5 МПа.

Совокупность указанных отличительных признаков в ряду существенных аналогичных решений неизвестна. Эти признаки обуславливают новые положительные свойства предложенного способа, заключающиеся в том, что при его использовании достигается возможность большего повышения безопасного ведения горных работ путем достижения устойчивости и эффективности управления вмещающими породами посредством создания искусственной кровли, обеспечивающей уравновешенное состояние вмещающих пород, или в случае принудительного обрушения пород висячего бока пласта, повышения усилий подпора со стороны обрушенных пород сформированной плоскости межгоризонтного целика и предотвращения распространения очага эндогенного пожара.

На фиг. 1 показана технологическая схема подготовки и выемки крутого пласта; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 разрез В-В на фиг.1; на фиг.5 разрез Г-Г на фиг.1; на фиг.6 схема подготовки верхнего подэтажа к принудительному разрушению кровли; на фиг.7 - разрез Д-Д на фиг.6.

Способ разработки мощных пластов угля осуществляют следующим образом. Вскрытие и подготовка двухкрылого выемочного поля длиной 200-300 м и мощного крутого угольного пласта осуществляется квершлагами 1, 2 и 3 с полевых штреков 4 и 5 соответственно на вентиляционном и откаточном горизонтах. С квершлагов 1, 2 и 3 по почве пласта проходят центральный 6 и фланговые скаты 7 и 8.

До начала очистных работ этаж делится на 2-3 подэтажа высотой 25-35 м путем проведения промежуточных штреков 9 у висячего бока пласта, промежуточного штрека 10 в поперечно-наклонном слое 11 и в нижнем слое по лежачему боку пласта (на чертежах не показано).

Отметим, что выемка может производиться как от центрального ската к фланговым, так и от фланговых скатов к центральному.

Мощный крутой пласт делится по мощности на два слоя. Вначале отрабатывается лавами в подэтажах верхний монтажный слой 12 на всю длину выемочного поля участками 13, равными шагу закладки h_з. Отработка верхнего монтажного слоя 12 у кровли ведется на всю высоту этажа подэтажами совместно с поперечно-наклонным слоем 11 на вентиляционном горизонте, с укладкой в них гибкого перекрытия 14 на почву. При выемке верхнего слоя 12 отработка поперечно-наклонного слоя 11 и верхнего подэтажа ведется с опережением на 10-15 м относительно нижнего. По мере выемки угля в очистных забоях при отработке подэтажей верхнего слоя 12 и поперечно-наклонного слоя 11 в каждом крыле выемочного поля производится монтаж гибкого перекрытия 14. После подвигания поперечно-наклонного слоя 11 совместно с забоем верхнего подэтажа на шаг монтажа гибкого перекрытия (шаг закладки), равный 20-40 м, очистные работы в них прекращаются, но продолжается выемка и монтаж гибкого перекрытия в очистных забоях нижележащих подэтажей верхнего монтажного слоя 12 до выравнивания с линией забоя верхнего подэтажа и поперечно-наклонного слоя. После выравнивания линии забоев всех подэтажей верхнего слоя 12 и поперечно-наклонного слоя 11 между промежуточными штреками 9 бурятся вентиляционные скважины 15 для проветривания. Затем устанавливаются закладочные перемычки 16 в промежуточных штреках 9 и промежуточном штреке 10 поперечно-наклонного слоя 11. Через верхнюю закладочную перемычку на промежуточном штреке у висячего бока пласта подается в отработанный участок 13 выработанного пространства, равный шагу закладки, литая твердеющая закладка (смесь) по трубопроводу 17. Скважины 15 служат для проветривания во время подачи и схватывания (твердения) закладки и для последующего нарезания по ним лав в подэтажах.

Состав твердеющей закладки выбирают с конечной прочностью, не превышающей 0,3-0,5 МПа.

После набора закладкой прочности в отработанном участке производят выемку угля очередного участка подэтажа путем проведения по скважинам 15 разрезных печей, с которых начинаются очистные работы в лавах подэтажей при выемке очередного участка. При выемке очередного участка подэтажа освобождают у почвы предыдущего участка концы гибкого перекрытия от закладки и соединяют их с укладываемым гибким перекрытием.

Работы по выемке и закладке совмещены во времени и разделены в пространстве, то есть если в одном крыле выемочного поля в лавах подэтажей ведется выемка угля, то в другом крыле производится одновременно изоляция выработанного пространства участка, которое заполняется закладкой.

После отработки монтажного верхнего слоя и поперечно-наклонного слоя на всю длину выемочного поля выемку нижнего слоя производят под защитой (гибкого перекрытия) искусственной кровли, сформированной закладкой монтажного слоя.

Отметим, что в случае необходимости создания обширных областей разгрузки угленосной толщи от горного давления (подработки и надработки), обеспечивающих повышение газопроницаемости массива угля и пород, а также с целью формирования подпорной подушки из более плотных обрушенных пород под межгоризонтным целиком производят разрушение кровли, и выемку нижнего слоя проводят подготовкой подэтажных штреков и скатов у лежачего бока пласта, при этом под гибким перекрытием проходят наклонные борты между подэтажными штреками и опережающими проходами, пройденными под гибким перекрытием по простиранию. Выемку угля под гибким перекрытием ведут наклонными стружками, пройденными под гибким перекрытием по падению и соединяющими опережающие проходы. С подвиганием забоя одновременно по простиранию пласта обрушенные породы направленно прижимают гибкое перекрытие к массиву угля. В этом случае разрушение пород кровли верхнего подэтажа (фиг.6 и 7) производят после набора необходимой прочности (через 3-4 сут) закладки в отработанном слое посредством скважин 18, которые бурятся из ортов 19, проводимых из промежуточного штрека 9 верхнего подэтажа. В скважины 18 помещают заряды взрывчатого вещества и их взрывают. Количество ортов 19 зависит от шага закладки и длины крыла выемочного поля. Шаг закладки, равный 20-40 м, зависит от устойчивости кровли.

В случае необходимости сохранения уравновешенного состояния горного массива вмещающих пород и объектов гражданского и промышленного значения на земной поверхности разрушение пород кровли верхнего подэтажа не производят, и выемку нижнего слоя производят под защитой искусственной кровли, сформированной закладкой верхнего монтажного и поперечно-наклонного слоев, при этом выемка нижнего слоя пласта производится также на всю длину выемочного поля участками, равными шагу закладки, в каждом подэтаже и на всю высоту этажа с подачей литой закладки в отработанный слой.

Предлагаемый способ разработки мощных пластов угля позволяет обеспечить безопасность ведения горных работ путем повышения устойчивости и эффективности управления вмещающими породами пласта.

Сущность изобретения: способ включает подготовку подэтажей проведением промежуточных штреков и нарезных выработок, отработку монтажного слоя у кровли на всю высоту этажа подэтажами с укладкой в них гибкого перекрытия на почву, отработку оставшейся толщи угля подэтажами под гибким перекрытием. Монтажный слой отрабатывают на всю длину выемочного поля участками, равными шагу закладки, при этом после отработки монтажного слоя на всю высоту этажа между промежуточными штреками бурят вентиляционные скважины, а в промежуточных штреках устанавливают закладочные перемычки, после чего в отработанный участок подают твердеющую закладку, после набора прочности которой производят выемку угля очередного участка подэтажа, затем освобождают у почвы предыдущего участка концы гибкого перекрытия от закладки и соединяют их с укладываемым гибким перекрытием. Выемку нижнего слоя производят под защитой гибкого перекрытия, при этом состав твердеющей закладки выбирают с конечной прочностью, не превышающей 0,3-0,5 МПа. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ разработки мощных пластов угля, включающий подготовку подэтажей проведением промежуточных штреков и нарезных выработок, обработку монтажного слоя у кровли на всю высоту этажа подэтажами с проведением поперечно-наклонного слоя с укладкой в них гибкого перекрытия на почву, отработку оставшейся толщины угля подэтажами под гибким перекрытием, отличающийся тем, что монтажный слой отрабатывают на всю длину выемочного поля участками, равными шагу закладки, при этом после отработки монтажного слоя участка на всю высоту этажа между промежуточными штреками бурят вентиляционные скважины, а в промежуточных штреках устанавливают закладочные перемычки, после чего в отработанный участок подают твердеющую закладку, после набора прочности которой производят выемку угля очередного участка монтажного слоя, затем освобождают у почвы предыдущего участка концы гибкого перекрытия от закладки и соединяют их с укладываемым гибким перекрытием, а выемку нижнего слоя производят под защитой гибкого перекрытия. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что состав твердеющей закладки выбирают с конечной минимальной прочностью, не превышающей 0,3 ^oC 0,5 МПа.