СПОСОБ ОТРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ Российский патент 2001 года по МПК E21C41/18 

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано при выемке одиночных и свиты сближенных пологих и наклонных угольных пластов при столбовой системе разработки.

Известны способы отработки угольных пластов с проведением спаренных выработок и оставлением целика в выработанном пространстве (см., например. Справочник горного инженера, ГНТИ, М., 1960, стр. 172-173; М.И. Устинов, В. П. Федоров и др. Воспроизводство вскрытых и подготовленных запасов угля на шахтах. Недра, М. , 1990, стр. 141-142). Особенностью указанных способов является поддержание спаренных выработок неразрушаемыми целиками с размерами не менее 10-30 м, которые оставляют в выработанном пространстве. Такое техническое решение не позволяет безопасно отрабатывать пласты, склонные к динамическим проявлениям горного давления (опасные по горным ударам и внезапным выбросам угля и газа), а также свиту сближенных пластов из-за повышенных размеров целиков, являющихся концентраторами напряжений в массиве.

Подготовка и отработка угольных пластов с проведением спаренных выработок без оставления целиков в выработанном пространстве (см., например, В. Г. Лаврик, С. Р. Ногих, Ф.Н. Фрянов. Отработка выемочных участков шахт в сложных горно-геологических условиях. Ж. "Уголь", N 1, 1995, стр. 15-16, и Рекомендуемые унифицированные схемы вскрытия и подготовки новых горизонтов на действующих шахтах основных бассейнов. ИГД им. А.А. Скочинского, М., 1993, стр. 104) значительно усложняет поддержание выработок и повышает затраты на их крепление, так как постоянно, вплоть до погашения, надо сохранять эти две выработки как в зоне опорного давления, так и в зоне остаточного опорного давления на границе с очистным пространством. Кроме того, возникают трудности в технологическом цикле в верхней части лавы при погашении целика (движение на поддерживаемые выработки, вокруг которых развились зоны разрушенных пород) и возникает опасность проявлений динамических явлений при выемке пластов, склонных к горным ударам.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ отработки угольных пластов длинными столбами по восстанию или падению (Прогрессивные технологические схемы разработки пластов на угольных шахтах. Часть 1. Технологические схемы. ИГД им. А.А. Скочинского, М., 1979, стр. 34, 42, схема 2а). По данному способу подготовка выполнена спаренными выработками (конвейерным и вентиляционным уклонами), разделенными неразрушаемым целиком шириной 10-30 м. При отработке столба конвейерный уклон погашают, а вентиляционный уклон повторно используют для подачи свежего воздуха при отработке следующего столба. За лавой постоянно поддерживают оба уклона (конвейерный и вентиляционный) пока не будет отработан полностью столб. Недостатками этого способа является ограниченность условий его применения - только в легко- и среднеобрушаемых породах кровли и при мощности пласта до 1,4 м, а также снижение эффективности работ по добыче угля из-за больших затрат на поддержание выработок (вентиляционного и конвейерного уклонов). Эти выработки поддерживают впереди лавы в зоне опорного давления и за лавой в зоне интенсивных сдвижений пород и остаточного опорного давления, что требует больших затрат на установку дорогостоящих крепей и охранных элементов.

Оставление в выработанном пространстве целиков угля больших размеров не позволяет безопасно отрабатывать свиту сближенных пластов, поскольку целики являются концентраторами повышенных напряжений в массиве. Кроме того, при указанных размерах целиков нельзя отрабатывать пласты, опасные по горным ударам и внезапным выбросам угля и газа без проведения дорогостоящих дополнительных мероприятий по разгрузке массива от повышенных напряжений.

Изобретение решает задачу повышения эффективности и безопасности работ при выемке угля системой разработки длинными столбами.

Решение этой задачи достигается тем, что целик между спаренными выработками упрочняют анкерами со стороны каждой из выработок, ширину целика между выработками определяют из выражения

где С - ширина целика, м;
H - глубина расположения выработок от поверхности, м;
m - мощность отрабатываемого пласта, м;
R_y - сопротивление угля на одноосное сжатие, МПа;
k_кр - коэффициент влияния типа кровли по обрушаемости (легко-, средне-, труднообрушаемая), находится в пределах 0,8-1,2;
k_упр - коэффициент упрочнения целика анкерами, учитывающий тип анкеров, плотность их установки и глубину анкерования, находится в пределах 1,2-2,3.

Целик со стороны погашаемой выработки упрочняют анкерами длиной, меньшей половины ширины целика, а со стороны повторно используемой выработки - длиной, большей половины ширины целика. Перед погашением выработок анкеры со стороны повторно используемой выработки демонтируют.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана схема подготовки и отработки угольного пласта заявленным способом; на фиг. 2 - разрез по I-I впереди лавы в зоне опорного давления и эпюра распределения напряжений в массиве; на фиг. 3 - разрез по II-II позади лавы и эпюра распределения напряжений в массиве. На чертежах обозначены: 1 - погашаемая за лавой выработка (конвейерный штрек); 2 - повторно используемая выработка (вентиляционный штрек); 3 - целик между спаренными выработками; 4 - анкеры, упрочняющие целик со стороны повторно используемой выработки; 5 - анкеры, упрочняющие целик со стороны погашаемой выработки; 6 - лава (очистной забой); 7 - демонтируемые анкеры со стороны повторно используемой выработки; 8 - выработанное пространство; 9 - анкерная крепь в кровле спаренных выработок.

Способ осуществляют следующим образом. Проводят спаренные выработки, погашаемую 1 и повторно используемую 2 (соответственно конвейерный и вентиляционный штреки). Между ними оставляют целик 3, ширину которого определяют по формуле

что обеспечивает его заведомо меньшую несущую способность по сравнению с проектной, т.е. параметры целика 3, определяемые по вышеприведенной формуле, обеспечивают эксплуатационное состояние спаренных выработок и в то же время не создают угрозу возникновения горных ударов при разработке удароопасных пластов. Под воздействием опорного давления впереди лавы целик 3 деформируется по всей ширине, что не позволяет накапливаться потенциальной энергии, приводящей к горным ударам. Упрочнение целика анкерами 4 и 5 разной длины со стороны выработок 1 и 2, а также поддержание кровли этих выработок анкерной крепью 9, обеспечивают устойчивость всей системы "выработки-целик" и сохраняют рабочее состояние выработок вплоть до их погашения. В то же время анкеры за счет своей податливости позволяют деформироваться целику в заданных пределах. По мере подвигания лавы 6 выработку 1 (конвейерный штрек) погашают за ней, а упрочненный анкерами 4 и 5 целик 3 выполняет роль охранных элементов для повторно используемой выработки 2 (вентиляционного штрека). При обрушении пород в выработанное пространство 8 целик 3 работает как обрезная крепь с ограниченной податливостью для поддержания выработки 2 и сохраняет ее в рабочем состоянии. Разная длина анкеров 4 и 5 в целике обеспечивает разное деформирование его по ширине, в большей степени со стороны погашаемой выработки 1 и в меньшей степени со стороны повторно используемой выработки 2. Поскольку длина анкеров 4 больше половины ширины целика 3, то пласт угля, деформируясь от средней линии целика в стороны выработок 7 и 2, создает дополнительное напряжение в анкерах 4, и благодаря этому смещения обнажений целика в выработку 2 значительно меньше, чем в выработку 1.

При работе лавы следующего столба повторно используемую выработку 2 используют как вентиляционную, и по мере подвигания лавы ее погашают за ней. Чтобы исключить передачу повышенных напряжений от оставляемых в выработанном пространстве целиков 3 на соседние сближенные пласты в свите, анкеры 4 перед погашением выработки 2 демонтируют. Для этого достаточно, например, освободить подхваты (планки) анкеров путем отвинчивания гаек, удерживающих их. В этом случае демонтированные анкеры 7 теряют несущую способность и не препятствуют полному разрушению целика 3.

На фиг. 2 и 3 показаны эпюры распределения напряжений в кровле угольного пласта впереди и позади лавы (k₁, k₂, k₃, k₄, k₅, k₆ - коэффициенты концентрации напряжений, γ - объемный вес пород, H - глубина от поверхности). Пониженные напряжения k_1γH, k_3γH, k_4γH и k_5γH по обе стороны вынимаемого столба позволяют поддерживать выработки в более благоприятных условиях.

Преимущество заявляемого способа отработки угольных пластов по сравнению с известными заключается в повышении эффективности работ при добыче угля из лавы, поскольку исключаются трудоемкие работы по поддержанию подготовительных выработок искусственными ограждениями, расширяются условия применения способа на все типы кровли по обрушаемости и пласты вплоть до мощных.

Принятые параметры целика позволяют безопасно отрабатывать пласты, опасные по динамическим формам проявлений горного давления и исключить возникновение зон концентрации напряжений при отработке свиты сближенных пластов.

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано при выемке одиночных и свиты сближенных пологих и наклонных угольных пластов при столбовой системе разработки с подготовкой спаренными выработками и оставлением разделяющего их целика в выработанном пространстве. Изобретение решает задачу повышения эффективности и безопасности работ при выемке угля системой разработки длинными столбами. Решение этой задачи достигается тем, что целик между спаренными выработками упрочняют анкерами со стороны каждой из выработок, причем со стороны погашаемой выработки устанавливают анкеры длиной, меньшей половины ширины целика, а со стороны повторно используемой выработки длиной, большей половины ширины целика, перед погашением выработок анкеры со стороны повторно используемой выработки демонтируют, ширину целика между выработками определяют по эмпирической формуле. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ отработки угольных пластов, включающий проведение погашаемой и повторно используемой выработки с оставлением между ними целика, крепление выработок и их последующее погашение за лавами по мере отработки пласта, отличающийся тем, что целик между спаренными выработками упрочняют анкерами со стороны каждой из выработок, ширину целика между выработками определяют из выражения

где k_кр - коэффициент влияния обрушаемости кровли;
H - глубина расположения выработки от поверхности, м;
m - мощность отрабатываемого пласта, м;
R_у - сопротивление угля на одноосное сжатие, МПа;
k_упр - коэффициент, учитывающий упрочнение целика;
а перед погашением выработок анкеры со стороны повторно используемой выработки демонтируют. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что целик со стороны погашаемой выработки упрочняют анкерами длиной, меньшей половины ширины целика, а со стороны повторно используемой выработки длиной, большей половины ширины целика.