СПОСОБ РАЗРАБОТКИ ПЛАСТОВ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ НА БОЛЬШИХ ГЛУБИНАХ Российский патент 1998 года по МПК E21C41/00 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке пластов полезных ископаемых на больших глубинах.

Известны способы разработки пластов полезных ископаемых [1], включающие разделение панелей на столбы полезного ископаемого путем проведения подготовительных выработок, оконтуривающих эти столбы, и последовательную отработку столбов полезного ископаемого длинными очистными забоями. Недостатками этих способов являются низкий уровень пространственной концентрации работ в панели, значительные удельные затраты на проведение и поддержание подготовительных выработок.

Известен способ разработки пластов полезных ископаемых [2], включающий проведение по простиранию пласта подготовительных выработок, оконтуривающих столбы полезного ископаемого, и последующую одновременную отработку рядом расположенных столбов сдвоенными лавами, прилегающими к общей для этих лав промежуточной подготовительной выработке. При этом с опережением отрабатывают лаву, расположенную со стороны восстания пласта от промежуточной выработки.

Недостатками данного способа при использовании его на больших глубинах являются значительные затраты на поддержание промежуточных подготовительных выработок на участке между сдвоенными лавами и трудности управления кровлей в лавах. Значительные затраты на поддержание выработок объясняются повышенной интенсивностью получения пород почвы, обусловленной высоким уровнем концентрации напряжений в краевой части пласта, расположенной со стороны падения от промежуточной подготовительной выработки. Трудности управления кровлей в сдвоенных лавах связаны с отрицательным взаимным влиянием лав на состояние пород кровли на их концевых участках, прилегающих к промежуточным выработкам.

Целью предлагаемого способа является устранение указанных недостатков, а именно снижение затрат на поддержание промежуточных подготовительных выработок и повышение эффективности управления кровлей в сдвоенных лавах при разработке пластов полезных ископаемых на больших глубинах.

Для достижения указанной цели:
1. Промежуточные подготовительные выработки проходят по простиранию пласта с подрывкой пород почвы.

2. Отработку сдвоенных лав производят с опережением нижней лавы, расположенной со стороны падения пласта от промежуточной подготовительной выработки.

3. Для охраны промежуточной подготовительной выработки на участке между сдвоенными лавами со стороны падения пласта применяют податливые крепи.

4. Величину неснижаемого расстояния между сдвоенными лавами принимают больше шага обрушения пород основной кровли в выработанном пространстве опережающей лавы.

5. При разработке пологих пластов с углами падения до 35^o максимальное расстояние между сдвоенными лавами принимают меньше длины опережающей лавы.

Сущность заявляемого способа поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми к нему схемами, приведенными на фиг. 1 и 2.

На фиг. 1 представлена схема разработки пластов полезных ископаемых. Обозначения на фиг. 1: I - промежуточная подготовительная выработка; S - расстояние между сдвоенными лавами; l₁ - длина опережающей лавы, расположенной со стороны падения пласта от промежуточной подготовительной выработки; l₂ - длина отстающей лавы, расположенной со стороны восстания пласта от промежуточной подготовительной выработки; BC - участок промежуточной подготовительной выработки между сдвоенными лавами; AA - (см. фиг. 2).

На фиг. 2 показано сечение промежуточной подготовительной выработки (A-A на фиг. 1) на участке между сдвоенными лавами. Обозначения на фиг. 2: 1 - промежуточная подготовительная выработка, 2 - эпюра опорного давления в краевой зоне пласта полезного ископаемого со стороны восстания пласта от промежуточной подготовительной выработки; 33 - породы не склонные к пучению; m - мощность пласта, hпн

- мощность пучащих пород; hпmin,hпmax - соответственно минимальная и максимальная мощности толщи пучащих пород в подошве промежуточной подготовительной выработки.

При проведении выработки по простиранию с подрывкой пород почвы пласта создаются неодинаковые условия для выдавливания в выработку пород почвы, расположенных со стороны восстания и со стороны падения пласта от данной выработки. Менее благоприятные условия для выдавливания в выработку пород почвы при этом создаются со стороны восстания пласта. Это объясняется тем, что мощность склонных к пучению пород почвы в подошве выработки по ширине ее пролета возрастает от максимальной величины hпmax

(фиг. 2) со стороны падения пласта до минимальной hпmin со стороны восстания пласта, а также тем, что выдавливанию пород почвы пласта, расположенных со стороны восстания, препятствует крепь выработки.

Опережающая отработка нижней лавы, расположенной со стороны падения пласта, позволяет разгрузить от повышенного горного давления породы почвы пласта, расположенные со стороны падения, а следовательно исключить выдавливание этих пород в промежуточную выработку на участке между лавами.

Использование для охраны промежуточной выработки на участке между сдвоенными лавами податливых крепей или сооружений (костры из лесоматериалов, бутовые полосы и др.) позволяет исключить возникновение в породах почвы пласта со стороны падения от промежуточной выработки областей с повышенной концентрацией напряжений, а следовательно и выдавливание этих пород в выработку.

Величину неснижаемого расстояния между лавами принимают больше шага обрушения пород основной кровли в выработанном пространстве опережающей лавы по следующей причине. С точки зрения снижения конечных величин пучения пород почвы на участке промежуточного штрека, расположенном между сдвоенными лавами, чем меньше расстояние между лавами, тем лучше. Но снижение этого расстояния до величин, меньших шага обрушения основной кровли в выработанном пространстве опережающей лавы, приводит к резкому ухудшению состояния непосредственной кровли в отстающей лаве в периоды осадок основной кровли в опережающей лаве. Принимая (в сочетании с ранее рассмотренными признаками) величину неснижаемого расстояния между лавами больше шага обрушения основной кровли в опережающей лаве, достигают одновременно две цели: снижают затраты на поддержание промежуточной выработки и повышают эффективность управления кровлей в отстающей лаве.

Кроме осадок основной кровли в опережающей лаве на состояние пород непосредственной кровли в отстающей лаве оказывает влияние опорное давление, формирующееся в краевой зоне пласта полезного ископаемого, прилегающей к промежуточному штреку на участке BC (фиг. 1) между лавами. При увеличении расстояния S (фиг. 1) между лавами опорное давление в указанной зоне возрастает, что приводит к возрастанию степени нарушенности пород непосредственной кровли трещинами, ориентированными примерно параллельно промежуточной выработке, а следовательно и росту интенсивности вывалов в отстающей лаве. Причем с увеличением расстояния между лавами до некоторых предельных величин влияние опорного давления на состояние непосредственной кровли в отстающей лаве возрастает незначительно. При превышении этих величин наблюдается резкое ухудшение состояния кровли и возрастание интенсивности самопроизвольных обрушений пород в призабойном пространстве отстающей лавы. По данным шахтных наблюдений при разработке пологих пластов с углами падения до 35^o величина предельного расстояния между лавами, при превышении которого наблюдается резкое ухудшение пород непосредственной кровли в отстающей лаве, составляет 1,0 - 1,5 длины опережающей лавы. Поэтому максимальное расстояние между лавами при разработке пластов с углами падения до 35^o принимается менее длины опережающей лавы.

Использование предлагаемого способа при разработке пластов полезных ископаемых на больших глубинах позволяет:
1) снизить в 1,5 - 2,0 раза и более затраты на поддержание промежуточных подготовительных выработок на участке между сдвоенными лавами;
2) уменьшить интенсивность обрушений пород кровли в отстающей лаве.

Необходимые для использования способа величины (шаг обрушения пород основной кровли, мощность пучащих пород) определяют с использованием известных методик путем шахтных, лабораторных или аналитических исследований.

Областью рационального применения предлагаемого способа являются глубокие шахты, разрабатывающие пласты полезных ископаемых с породами почвы, склонными к пучению. Ожидаемый экономический эффект, связанный с использованием данного способа в уклонной панели глубокой шахты, достигает в ценах 1985 г 600 - 800 тыс. рублей в год.

Необходимо отметить, что проблема обеспечения безремонтного поддержания промежуточных штреков на участке между сдвоенными лавами и одновременного снижения интенсивности обрушений пород кровли на концевых участках сдвоенных лав, прилегающих к промежуточному штреку, является актуальной и для таких развитых в области горного дела странах как ФРГ, Англия, Китай и др. Этот факт указывает на целесообразность рассмотрения вопроса о зарубежном патентовании предлагаемого объекта.

Пример конкретного применения для условий разработки пласта Л₆ на шахте им. 50-летия Октября А.о. "Гуковуголь".

Мощность пласта Л₆ 1,3 м, угол его падения 12 - 14^o, глубина ведения работ 850 - 900 м. Система разработки пласта сдвоенными лавами, панель отрабатывалась в нисходящем порядке. Длина лавы 190 - 200 м. Шаг обрушения основной кровли в нижней лаве составил 15 - 25 м.

Нижняя лава в различные периоды ее работы опережала верхнюю лаву на расстояние 30 - 200 м. Проведенные шахтные наблюдения показали, что по сравнению с традиционной схемой отработки сдвоенных лав, в которых нижняя лава отрабатывается с отставанием от верхней лавы, предложенный способ позволяет:
1) практически полностью исключить ремонтные работы на участке промежуточного штрека, расположенного между лавами;
2) в 1,5 - 3,0 раза уменьшить площадь вывалов пород кровли на участках сдвоенных лав, прилегающих к промежуточному штреку.

Сущность изобретения: ведут одновременную отработку двух рядом расположенных столбов полезного ископаемого лавами с опережением лавы, расположенной со стороны падения пласта. Промежуточные выработки проходят с подрывкой пучащих пород почвы пласта. Для охраны промежуточных выработок на участке между сдвоенными лавами со стороны падения пласта устанавливают податливые крепи, а величину неснижаемого расстояния между лавами принимают больше шага обрушения основной кровли в выработанном пространстве опережающей лавы. При разработке пластов с углами падения до 35^o максимальное расстояние между сдвоенными лавами принимают меньше длины опережающей лавы. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ разработки пластов полезных ископаемых на больших глубинах, включающий проведение подготовительных выработок, оконтуривающих столбы полезного ископаемого, и одновременную отработку двух рядом расположенных столбов сдвоенными лавами, прилегающими к общей для этих лав промежуточной подготовительной выработке, отличающийся тем, что промежуточные подготовительные выработки проходят по простиранию пласта с подрывкой пучащих пород почвы пласта, отработку двухрядом расположенных столбов сдвоенными лавами ведут с опережением лавы, расположенной со стороны падения пласта от промежуточной подготовительной выработки, для охраны промежуточной подготовительной выработки на участке между сдвоенными лавами со стороны падения пласта применяют податливые крепи, а величину неснижаемого расстояния между лавами принимают больше шага обрушения основной кровли в выработанном пространстве опережающей лавы. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при разработке пластов с углами падения до 35^o максимальное расстояние между сдвоенными лавами принимают меньше длины опережающей лавы.