СПОСОБ УМЕНЬШЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ ВОДОЗАЩИТНОЙ ТОЛЩИ И ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ Российский патент 1998 года по МПК E21C41/20 

Изобретение относится к способам управления деформациями вышележащей толщи и земной поверхности при отработке, главным образом, калийных и соляных пластов камерными системами разработки с поддержанием вышележащей толщи податливыми междукамерными целиками, а также столбовыми системами разработки с обрушением пород непосредственной кровли.

Способ предназначен для уменьшения в зонах влияния постоянных и временных границ выработанного пространства ожидаемых деформаций вышележащих водозащитных породных отложений до заданных значений, при которых эти деформации не вызывают образования водопроводящих нарушений сплошности.

Способ незаменим в тех случаях, когда постоянные границы выработанных пространств примыкают к уже оконтуренным предохранительным целикам (междушахтным, барьерным или целикам, разделяющим шахтные поля на изолированные участки, и т.п.), расположенным на удаленных от шахтных стволов частях шахтных полей. Поскольку в этих случаях применить иные способы уменьшения деформаций водозащитной толщи в зонах влияния постоянных границ выработанного пространства (за счет уменьшения извлечения полезного ископаемого на полосах определенной ширины или за счет закладки выработанного пространства на таких полосах, получивших название "зоны смягчения") уже не представляется возможным.

Известны способы уменьшения деформаций водозащитных породных отложений и земной поверхности вблизи постоянных и временных границ выработанного пространства путем создания вдоль этих границ зон смягчения, как за счет уменьшения извлечения полезного ископаемого, так и за счет заполнения выработанного пространства в пределах этих зон закладкой [1].

Недостатками этих способов являются дополнительные потери полезного ископаемого и значительные дополнительные расходы, обусловленные необходимостью транспортировки закладочного материала к границам выработанного пространства с земной поверхности или из специально создающихся в подстилающей толще камер, отделенных друг от друга практически не деформирующимися междукамерными целиками, по весьма протяженным уклонам.

Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ создания зоны плавного опускания кровли [2].

В указанном способе, с целью уменьшения ожидаемых деформаций водозащитной толщи и земной поверхности, предлагается заполнять закладкой полосу выработанного пространства, примыкающую к его границам, изменением полноты заполнения выработанного пространства в пределах этой полосы по треугольному закону.

Недостатком этого способа является, во-первых, уменьшение ожидаемых деформаций в основном лишь вблизи внутренней границы краевой части мульды сдвижения, так как участок нетронутого массива, от деформаций, которого зависят деформации водозащитной толщи и земной поверхности вблизи с внешней границей краевой части мульды сдвижения, становится при этом, благодаря закладке, даже более жестким, во-вторых, необходимость в излишне большом количестве закладочного материала, который на участке выработанного пространства, примыкающем к его границе с нетронутым массивом на полосе, с шириной, равной той ширине выработанного пространства, при которой основная кровля сохраняет устойчивость и не деформируется, совершенно бесполезен.

Технический результат изобретения заключается в уменьшении деформаций, способных вызвать разрыва в заданное число раз и соответственно в повышении устойчивости водозащитной толщи.

Технический результат достигается тем, что в способе уменьшения деформаций водозащитной толщи и земной поверхности, включающем закладку выработанного пространства в пределах краевой части мульды, по границе выработанного пространства с нетронутым массивом создают вертикальное обнажение этого массива высотой, которая больше высоты выработанного пространства в то число раз, в которое нужно уменьшить максимальные деформации водозащитной толщи и земной поверхности, при этом закладку выработанного пространства осуществляют горной массой, отбитой при создании вертикального обнаружения, начиная с расстояния от этой границы, равного половине ширины, выработанного пространства, при которой основная кровля сохраняет устойчивость и не деформируется. Кроме того, полноту заполнения выработанного пространства горной массой, изменяют по треугольному закону с максимумом, расположенным от образованного вертикального обнаружения нетронутого массива на расстоянии, равном половине ширины, при которой основная кровля сохраняет устойчивость и не деформируется, и полноту заполнения выработанного пространства горной массы в месте максимума заполнения определяют по формуле

где
n - число раз, в которое необходимо уменьшить деформации водозащитной толщи на ее нижней границе;
B - степень уплотнения горной массы нагрузкой, создающейся весом вышележащей толщи;
S(x) - ордината относительного оседания нижней границы водозащитной толщи на удалении от постоянной границы выработанного пространства, равном половине ширины, при которой основная кровля сохраняет устойчивость и не деформируется, ожидаемая без применения предлагаемого способа;
x - расстояние от внутренней границы краевой части мульды до рассматриваемой точки этой части мульды, при условии полной подработки земной поверхности, при неполной подработке;
D - ширина выработанного пространства при неполной подработке;
ψ - - угол полных сдвижений.

Ширину полосы выработанного пространства, заполняемого горной массой по треугольному закону, доводят до значения, определяемого из соотношения

где
l - ширина полосы, заполняемой отбитой горной массой по треугольному закону;
n - число раз, в которое необходимо уменьшить деформации водозащитной толщи на ее нижней границе;
d₀ - ширина выработанного пространства, при которой его основная кровля не теряет устойчивости и не деформируется.

На фиг. 1 показан пример реализации способа, при необходимости уменьшить деформации водозащитной толщи (ВЗТ) не менее чем в 2 раза; на фиг. 2 - пример реализации предлагаемого способа, при необходимости уменьшить деформации ВЗТ не менее чем в 3 раза; на фиг. 3 - графики, иллюстрирующие эффект применения способа, заключающийся в заданном уменьшении ожидаемых деформации нижней границы ВЗТ.

Способ осуществляется следующим образом.

При необходимости уменьшить деформации водозащитной толщи не менее чем в 2 раза на участке выработанного пространства, где камеры, из которых добыта калийная руда, располагаются параллельно границе с нетронутым массивом при отработке одного пласта.

В данном случае для получения требуемого эффекта уменьшения деформаций производят следующие операции (фиг. 1): в выработанном пространстве проходят перпендикулярно его границе 1 с нетронутым массивом 2 горную выработку 3 с таким расчетом, чтобы длина ее, отмеряемая от нетронутого массива, была меньше из этой выработки проходят в сторону нетронутого массива уклон 4 до отметки, расстояние от которой до кровли отрабатываемого пласта равно не менее чем двум высотам отрабатываемых камер.

Вдоль границы с нетронутым массивом на уровне отработанных камер проходят параллельную им выработку 5, высота которой M равняется не менее чем двум высотам отработанных камер. Если существует уже выработка с таким расположением, то ее углубляют до названной высоты M, например, комбайном "ПК-8" или "Урал-10 КС" несколькими ходами комбайна по высоте.

Отбитую при этом рудную и породную массу 6 транспортируют по уклону 4 до выработки 3, а из нее - в камеры 7.

При этом первую из заполняемых этой массой камеру, расположенную от границы нетронутого массива на расстояние наполняют рудной или породной массой со степенью A, определяемой по формуле

где
n - числа раз, в которое необходимо уменьшить деформации ВЗТ на ее нижней границе;
B - степень уплотнения закладки нагрузкой, создающейся весом вышележащей толщи;
S(x) - ордината относительного оседания нижней границы ВЗТ на удалении от постоянной границы выработанного пространства, равном половине ширины, при которой основная кровля сохраняет устойчивость и не деформируется, ожидаемая без применения предлагаемого способа.

Последующие камеры, расположенные от первой в пределах ширины полосы, заполняемой отбитой горной массы по треугольному закону, т.е. заполняют с постепенным уменьшением степени наполнения по треугольному закону.

При необходимости уменьшить деформации ВЗТ не менее чем в 3 раза (фиг. 2) на участках выработанного пространства, где камеры, из которых добыта калийная руда, располагаются перпендикулярно границе нетронутого массива при отработке одного пласта поступают следующим образом. В выработанном пространстве на расстоянии проходят горную выработку 3, параллельно границе 1 с нетронутым массивом 2. Из этой выработки проходят в сторону нетронутого массива уклон 4 до отметки, расстояние от которой до кровли отрабатываемого пласта составляет не менее 3 высот отрабатываемых камер. Затем как и при расположении камер параллельно границе нетронутого массива проходят несколькими ходами комбайна горную выработку высотой (M). Отбиваемую рудную и породную массу 6 транспортируют по уклону 4 до выработки 3, а из нее - в камеры 7, распределяя эту массу вдоль длины камеры по треугольному закону. При этом обеспечивают в каждой камере на расстоянии от границы с нетронутым массивом полноту заполнения этой массой.

Для создания вертикального обнажения можно, например, осуществлять проходку нескольких вертикальных ходов комбайна, количество которых определяется необходимой высотой вертикального обнажения, или любым аналогичным способом.

Графики, иллюстрирующие реализацию способа, приведены на фиг. 3, на которой:
x^* - расстояние от внутренней границы краевой части мульды до точки, расположенной от границы выработанного пространства на расстоянии 0,5 d₀ в долях от шины этой краевой части мульды;
x^** - расстояние от внутренней границы краевой части мульды до границы выработанного пространства в долях от ширины этой краевой части мульды;
S(x)₁; S'(x)₁; S'(x)₁ - соответственно распределение относительных оседаний на нижней границе водозащитной толщи, его первая и вторая производные, без применения предлагаемого способа (на чертеже обозначенного пунктирной линией);
S(x^*)₁; S'(x^*)₁; S'(x^*)₁ - соответственно значения относительного оседания и его первой и второй производных в точке с общей абсциссой x^* без применения предлагаемого способа;
S(x^*)₂; S'(x^*)₂; S''(x^*)₂ - соответственно значения относительного оседания и его первой и второй производной в точке с абсциссой x^* без применения предлагаемого способа;
S(x^**)₁; S'(x^**)₁; S(x^**)₁ - соответственно значения относительного оседания и его первой и второй производных в точке с абсциссой x^** без применения предлагаемого способа;
S(x^**)₂; S'(x^**)₂; S(x^**)₂ - соответственно значения относительного оседания и его первой и второй производных в точке с абсциссой x^** при применении предлагаемого способа;
S(x)₂; S'(x)₂; S''(x)₂ - соответственно распределение относительных оседаний на нижней границе водозащитной толщи, его первая и вторая производные при применении
x - расстояние от внутренней границы краевой части мульды до рассматриваемой точки этой части мульды.

График S(x)₁ показывает изменение деформаций нижней границы ВЗТ в случае проведения работ без применения мероприятий способа, а график S(x)₂ - то же, в случае использования способа.

Для определения величины вертикального обнажения осуществляют расчет ожидаемых деформаций без мероприятий способа, определяют предельные деформации для солей, слагающих ВЗТ, после чего сравнивают их, определяя количество раз превышения ожидаемых деформаций над предельными, по которой и рассчитывают величину необходимого вертикального обнажения.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить устойчивость водозащитной толщи при ведении горных работ за счет уменьшения разрывных деформаций, а также уменьшить ожидаемые деформации земной поверхности до значений, при которых эти деформации перестают представлять опасность для расположенных на ней зданий, сооружений и природных объектов.

Изобретение относится к горной промышленности. Вдоль границы выработанного пространства в нетронутом массиве создают вертикальное снабжение, высота которого больше высоты выработанного пространства в то число раз, в которое нужно уменьшить максимальные деформации осуществляют, начиная от его границы с расстояния, равного половине его ширины, при которой основная кровля сохраняет устойчивость и не деформируется, при этом полноту заполнения выработанного пространства горной массой изменяют по треугольному закону с максимумом, расположенным от образованного вертикального обнажения нетронутого массива на расстоянии, равном половине ширины, при котором основная кровля сохраняет устойчивость и не деформируется, а полноту заполнения закладкой выработанного пространства в месте ее максимума определяют по формуле. Повышается устойчивость водозащитной толщи. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

\\\1 1. Способ уменьшения деформаций водозащитной толщи и земной поверхности, включающий закладку выработанного пространства в пределах краевой части мульды сдвижения, отличающийся тем, что по границе выработанного пространства с нетронутым массивом создают вертикальное обнажение этого массива высотой, которая больше высоты выработанного пространства в то число раз, в которое нужно уменьшить максимальные деформации водозащитной толщи, при этом закладку выработанного пространства осуществляют горной массой, отбитой при создании вертикального обнажения массива, начиная с расстояния этой границы, равного половине ширины, выработанного пространства, при которой основная кровля сохраняет устойчивость и не деформируется. \\\2 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что полноту заполнения выработанного пространства горной массой изменяют по треугольному закону с максимумом, расположенным от образованного вертикального обнаружения нетронутого массива на расстоянии, равном половине ширины, при которой основная кровля сохраняет устойчивость и не деформируется. \\\2 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что полноту заполнения выработанного пространства горной массой в месте максимума заполнения определяют по формуле \\\6 $$$ \\\1 где A - полнота заполнения закладкой; \ \\4 n - число раз, в которое необходимо уменьшить деформации водозащитной толщи на ее нижней границе; \\\4 B - степень уплотнения горной массы нагрузкой, создающейся весом вышележащей толщи; \\\4 S(X) - координата относительного оседания нижней границы водозащитной толщи на удалении от постоянной границы выработанного пространства, равном половине ширины, при которой основная кровля сохраняет устойчивость и не деформируется, ожидаемая без применения предлагаемого способа; \\\4 X - расстояние от внутренней границы краевой части мульды до рассматриваемой точки этой части мульды; \\\4 $$$ при условии полной подработки земной поверхности; \\\4 X = 0,5(D - d<Mv>0<D>) - при неполной подработке; \\\4 D - ширина выработанного пространства при неполной подработке; \ \\4 $$$ угол полных сдвижений. \\\2 4. Способ по одному из пп.1 - 3, отличающийся тем, что ширину полосы выработанного пространства, заполняемого горной массой по треугольному закону, доводят до значения, определяемого из соотношения \ \ \6 l <$E>>=> n <195> d<Mv>0<D>/2, \ \\1 где l - ширина полосы, заполняемой отбитой горной массой по треугольному закону; \\\4 n - число раз, в которое необходимо уменьшить деформации водозащитной толщи на ее нижней границе; \\\4 d<Mv>0<D> - ширина выработанного пространства, при которой его основная кровля не теряет устойчивость и не деформируется.