СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ КРОВЛЕЙ ПОЛОГИХ КАЛИЙНЫХ ПЛАСТОВ Российский патент 1997 года по МПК E21C41/00 

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для использования при дефиците закладочного материала на уже отработанных участках шахтного поля камерами одинакового сечения с регулярным формированием ленточных целиков одинаковой ширины с параметрами выемки, при которых для обеспечения безопасной подработки водозащитной толщи горных пород, а также зданий и сооружений на земной поверхности предполагается закладка всех очистных камер.

Известен способ управления кровлей с низким уровнем заполнения камер закладочным материалов [1]
Однако он применим только при формировании зон смягчения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому технологическому решению является способ управления кровлей, при камерной системе разработки, включающий оставление незаложенных одиночных очистных камер в последовательности заложенных [2]
Одиночные выработки располагаются на расстоянии, при котором исключается их геомеханическое взаимодействие друг с другом. Над одиночными незаложенными очистными камерами в результате обрушения в них пород кровли образуются своды. При этом опорное давление формируется у стенок свода. Вследствие этого стенки свода могут разрушаться, что приведет к увеличению ширины обнажения пород кровли и их последующему обрушению. Если на пути развития свода не находится слой большой мощности, то изложенная последовательность чередования обрушений со стороны стенок и кровли свода может происходить до тех пор, пока он полностью не заполнится кусками разрушенной породы. При этом в результате увеличения высоты свода возникает опасность разрушения водозащитной толщи соляных пород.

Целью изобретения является обеспечение безопасности подработки водозащитной толщи и сооружений на земной поверхности при уменьшении объема закладочных работ.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе управления кровлей пологих калийных пластов, включающем выполнение подготовительных очистных и закладочных работ с оставлением незаложенных очистных камер, над которыми образуются своды, незаполняемые закладкой камеры регулярно оставляют через блоки заложенных, при этом минимальное значение ширины блоков камер с закладкой делают равной величине, при которой конечные оседания от разрушения междукамерных целиков равняются конечным оседанием от заполнения сводов породами кровли, а максимальное значение величине, при которой верхняя часть трапецеидальных целиков, сформировавшихся в кровле пласта между сводами, приходит в запредельное состояние на высоте от кровли вынимаемого пласта, находящегося ниже отметки предельно допустимого разрушения налегающей толщи, выше которой еще сохраняются ее водозащитные свойства, на величину конечных оседаний от заполнения сводов кусками разрушенной верхней части трапецеидальных ленточных целиков. При этом незаложенные очистные камеры оставляют за пределами внутренней границы краевой части мульды сдвижения, которая бы образовалась при закладке всех очистных камер.

Для обеспечения безопасной подработки водозащитной толщи (ВЗТ) и сооружений на земной поверхности необходимо, чтобы в краевой части шахтного поля оставленные незаложенные очистные камеры не привели к увеличению кривизны кровли (по сравнению с базовым вариантом отработки пласта, включающем закладку всех очистных камер с параметрами выемки, при которых обеспечивается безопасность подработки ВЗТ и сооружений на земной поверхности). Это возможно лишь в том случае, если краевые части мульд сдвижения, образовавшиеся в результате разрушения междукамерных целиков и в результате заполнения полостей над незаложенными камерами обрушенными породами кровли, будут разобщены в пространстве и во времени, а конечные оседания от разрушения междукамерных целиков будут больше или равны конечным оседаниям, происходящим при заполнении породой полостей, образовавшихся над очистными незаложенными камерами.

В проекции плоского дна мульды сдвижения для обеспечения безопасной подработки ВЗТ необходимо, чтобы наличие незаложенных камер не привело к увеличению скорости сдвижения подработанной толщи пород. При этом глубина распространения трещиноватой зоны, появление и развитие которой обусловлено заполнением породами кровли полостей, образовавшихся над незаложенными очистными камерами, не должна превышать ту максимальную отметку, при которой еще сохраняются водозащитные свойства подработанной толщи соляных пород. Для обеспечения безопасности подработки сооружений на земной поверхности необходимо, чтобы выравнивание волнообразного характера оседаний подработанной толщи, обусловленного неодинаковой податливостью несущих элементов, произошло на уровне, находящемся ниже земной поверхности.

Возможность обеспечения безопасности подработки ВЗТ и сооружений на земной поверхности, при регулярном оставлении незаложенных камер в последовательности заложенных, поясняется графически.

На фиг. 1 3 изображены вертикальные разрезы, поясняющие геомеханические процессы, протекающие на участках шахтного поля, которые расположены за внутренней границей краевой части мульды сдвижения; на фиг. 4 вертикальный разрез, поясняющий геомеханические процессы для очистных участков, расположенных у границы шахтного поля.

На них показаны: почва вынимаемой части пласта 1; кровля вынимаемой части пласта 2; контуры свода разгруженных пород кровли 3; граница допустимого распространения трещиноватой зоны 4; верхняя граница ВЗТ, контактирующая с водоносными горизонтами, 5; земная поверхность 6; междукамерные целики 7; камеры, заполненные закладочным материалом, 8; камеры, не заполненные закладочным материалом, 9; уровень земной поверхности после окончания сдвижения, происходящего в результате разрушения междукамерных целиков, 10; плитообразный несущий массив, образовавшийся в результате уплотнения кусков разрушенных междукамерных целиков с закладочным материалом, 11; куски разрушенной породы кровли, частично заполняющие образовавшиеся над незаложенными камерами своды, 12; прогнувшиеся слои пород кровли 13; разрывные нарушения в слоях пород кровли 14; верхняя часть трапецеидальных ленточных целиков, находящихся в запредельном состоянии, 15; лучи углов сдвижения при развитии сводов 16; уплотненные куски разрушенной верхней части трапецеидальных целиков 17; уровень земной поверхности после конечных оседаний от уплотнения разрушенных кусков междукамерных целиков и заполнения полостей в сводах 18; граница закладочных работ с регулярным оставлением незаложенных камер при минимально допустимом среднем уровне их заполнения - 19; граница выработанного пространства шахтного поля 20; внешняя граница краевой части мульды сдвижения, образовавшаяся в результате оседаний от уплотнения разрушенных междукамерных целиков с закладочным материалом 21; внутренняя граница краевой части мульды сдвижения при конечных оседаниях после разрушения междукамерных целиков при закладке всех очистных камер 22 (одновременно она же является и внешней границей краевой части мульды сдвижения, формирующейся при конечных оседаниях от заполнения полости сводов разрушенной массой пород кровли); внутренняя граница краевой части мульды сдвижения, формирующая при конечных оседаниях для случая выполнения закладочных работ с регулярным оставлением незаложенных очистных камер 23, лучи углов сдвижения у границы выработанного пространства шахтного поля 24; лучи углов сдвижения у границы выработанного пространства с регулярным оставлением незаложенных очистных камер 25.

Взаиморасположение блоков заложенных очистных камер и регулярно оставляемых блоков незаложенных камер показано на фиг. 1. В период перехода междукамерных целиков с запредельное состояние над разрабатываемым пластом формируется трещиноватая зона, а незаложенные камеры частично заполняются кусками разрушенных междукамерных целиков, что сопровождается увеличением ширины прогибающейся части кровли. В результате происходит обрушение пород кровли в незаложенные камеры с формированием над ними сводов. При этом между незаложенными очистными камерами из разрушенных целиков и закладочного материала создается плитообразный массив со свободными откосами. Свойство соляных разрушенных пород и солевого закладочного материала восстанавливать прочностные связи при уплотнении способствует формированию у плитообразного массива высокой несущей способности, предотвращающей его поперечное перемещение.

Развитие свода является следствием обрушений слоев кровли из-за возникновения и разрушения трещин в результате появления растягивающих деформаций при ее изгибе. По аналогии с закономерностью формирования краевой части мульды сдвижения по мере удаления в вертикальном направлении от наиболее широкой части свода ширина прогибающейся части слоев увеличивается, фиг. 2. Таким образом, между сводами формируется неподверженный деформациям изгиба ленточный целик с трапецеидальной формой поперечного сечения, воспринимающий вес налегающей толщи горных пород. Сжимающие напряжения в верхней части трапецеидального целика растут по мере увеличения высоты свода, так как при этом расстояние между осями ближайших трапецеидальных целиков не изменяется, а их опорная поверхность уменьшается. При некотором значении высоты свода верхняя опорная поверхность трапецеидальных целиков уменьшится до величины, при которой их верхняя часть перейдет в запредельное состояние и начнет разрушаться. После перемещения кусков разрушенной верхней части целиков в полость свода произойдет опускание налегающей толщи. При этом геомеханическое состояние нижнего прогнувшегося слоя кровли станет таким же, как у слоя, в результате разрушения которого произошло опускание пород налегающей толщи. Такое чередование разрушения верхней части трапецеидальных целиков с опусканием пород налегающей толщи теоретически может происходить до тех пор, пока плотность разрушенных пород в своде не будет приближаться к плотности пород трапецеидальных целиков. В этом случае полости сводов полностью заполняется разрушенной породой кровли, прогиб ее слоев станет невозможным, а процесс сдвижений прекратится, фиг. 3. Таким образом, волнообразное оседание пород кровли, как и зона ее разрушенных пород заканчиваются на глубине, где верхняя часть трапецеидальных целиков приходит в запредельное состояние. Благодаря тому, что между горизонтом, где происходит разрушение трапецеидальных целиков, и границей допустимого разрушения ВЗТ находятся слои кровли, при разрушении которых происходит заполнение всех полостей свода, обеспечивается безопасность подработки ВЗТ (сохранение ее водонепроницаемости). Вследствие последовательности протекания процессов оседании подработанной толщи, обусловленных уплотнением разрушенных междукамерных целиков с закладкой и заполнением полостей сводов разрушенными породами кровли, периодическое оставление незаложенных камер не приведет к увеличению скорости сдвижения земной поверхности.

Благодаря тому, что незаложенные камеры начинают оставлять при удалении от границы шахтного поля на величину, равную ширине краевой части мульды сдвижения, которая бы сформировалась при закладке очистных камер по всему шахтному полю, и тому, что конечные оседания от заполнения полостей сводов разрушенными породами кровли не превышают конечных оседаний от уплотнения разрушенных междукамерных целиков с закладкой, обеспечивается безопасность подработки ВЗТ в краевой части шахтного поля, так как ширина участка, на котором происходит изгиб кровли, увеличивается вдвое, а наклон поверхности не увеличивается.

Изобретение относится к горной промышленности. Сущность изобретения: проводят подготовительные и очистные работы. Закладку очистных камер осуществляют в блоках, которые чередуют с блоками очистных камер без закладки. Минимальное значение ширины блоков камер с закладкой принимают в зависимости от конечных оседаний от разрушения междукамерных целиков и конечных оседаний от заполнения сводов породами кровли. При этом очистные камеры без закладки оставляют за пределами внутренней границы краевой части мульды сдвижения, которая бы образовалась при закладке всех очистных камер. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ управления кровлей пологих калийных пластов, включающий выполнение подготовительных, очистных и закладочных работ с оставлением незаполненных очистных камер, над которыми образуют своды, отличающийся тем, что не заполненные закладкой камеры регулярно оставляют через блоки заложенных, при этом минимальное значение ширины блоков камер с закладкой делают равной величине, при которой конечные оседания от разрушения междукамерных целиков равняются конечным оседаниям от заполнения сводов породами кровли, а максимальное значение величине, при которой верхняя часть трапецеидальных целиков, сформированных в кровле пласта между сводами, приходит в запредельное состояние на высоте от кровли вынимаемого пласта, находящейся ниже отметки предельно допустимого разрушения налегающей толщи, выше которой еще сохраняются ее водозащитные свойства, на величину конечных оседаний от заполнения сводов кусками разрушенной верхней части трапецеидальных ленточных целиков. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что незаложенные очистные камеры оставляют за пределами внутренней границы в краевой части мульды сдвижения, которая бы образовалась при закладке всех очистных камер.