СПОСОБ РАЗРАБОТКИ ПОЛОГИХ И НАКЛОННЫХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ Российский патент 2002 года по МПК E21C41/18 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке газообильных пологих и наклонных угольных пластов преимущественно на больших глубинах угольных шахт.

Известен способ разработки мощных пологих угольных пластов, включающий подготовку выемочных столбов путем проведения конвейерных и вентиляционных выработок с оставлением целика угля между конвейерной выработкой отрабатываемого столба и вентиляционной выработкой подлежащего отработке столба, проведение вентиляционных сбоек между конвейерной выработкой отрабатываемого столба и вентиляционной выработкой подлежащего отработке столба и выемку угля в столбах длинными очистными забоями (1).

Недостатком известного способа является низкая эффективность разработки, выражающаяся в повышении эксплуатационных затрат на поддержание сопряженной с очистным забоем выработки, обусловленных ухудшением условий поддержания этого участка сопряжения вследствие погашения конвейерной выработки вслед за подвиганием очистного забоя.

Кроме того, не решен вопрос управляемости процессом отвода метановоздушной смеси из выработанного пространства очистного забоя, что также снижает эффективность применения данного способа.

Известен способ разработки мощных пологих угольных пластов, включающий подготовку выемочных столбов путем проведения конвейерных и вентиляционных выработок с оставлением целика угля между конвейерной выработкой отрабатываемого столба и вентиляционной выработкой подлежащего отработке столба, проведение вентиляционных сбоек между конвейерной выработкой отрабатываемого столба и вентиляционной выработкой подлежащего отработке столба и выемку угля в столбах длинными очистными забоями, причем вентиляционную выработку подлежащего отработке столба проводят одновременно с выемкой угля в отрабатываемом столбе с опережением его очистного забоя не менее протяженности зоны временного опорного давления этого забоя, при этом конвейерную выработку отрабатываемого столба погашают с отставанием от его очистного забоя, равным расстоянию между вентиляционными сбойками (2).

Недостатком данного способа является возможность скопления газа метана, выделяющегося из выработанного пространства отрабатываемого столба как в погашаемой за очистным забоем конвейерной выработке, так и на сопряжении непогашенной части этой выработки со сбойкой. Отвод скопившегося газа метана происходит за счет общешахтной депрессии. Надежность такой схемы отвода невысокая, что повышает опасность ведения очистных работ, а значит снижает эффективность применения известного способа в целом.

В основу изобретения поставлена задача создать способ разработки пологих и наклонных угольных пластов, который бы позволил повысить эффективность разработки и безопасность ведения очистных работ за счет повышения надежности отвода метановоздушной смеси из выработанного пространства отрабатываемого столба.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе разработки пологих и наклонных угольных пластов преимущественно на больших глубинах, включающем подготовку выемочных столбов путем проведения и крепления конвейерных и вентиляционных выработок с оставлением угольного целика между конвейерной выработкой отрабатываемого столба и вентиляционной выработкой подлежащего отработке столба, проведение вентиляционных сбоек между конвейерной выработкой отрабатываемого столба и вентиляционной выработкой подлежащего отработке столба и выемку угля в столбах длинными очистными забоями, согласно изобретению при проведении конвейерной выработки ширину ее пролета принимают не менее ее высоты, а крепление конвейерной и вентиляционной выработок каждого столба осуществляют путем установки анкерной крепи в кровлю и бок каждой из этих выработок со стороны угольного целика, причем анкеры упомянутой крепи в бока этих выработок устанавливают в шахматном порядке относительно друг друга, при этом одновременно с выемкой угля в конвейерной выработке отрабатываемого столба на участке, граничащем с выработанным пространством, на всем ее протяжении устанавливают охранную крепь, например деревянные стойки, сопротивление которой принимают менее, чем сопротивление, которое требуется при поддержании выработок, сохраняемых для повторного использования при бесцеликовой отработке угольных пластов, причем по мере выемки угля в отрабатываемом столбе конвейерную выработку сохраняют до таких размеров в поперечном ее сечении, чтобы обеспечить возможность образования вентиляционного канала для отвода метановоздушной смеси из выработанного пространства отрабатываемого столба путем упорядоченного опускания кровли упомянутой выработки к почве со стороны выработанного пространства посредством деформации охранной крепи с одновременным опиранием пород опускаемой кровли на угольный целик, обусловленным воздействием сил горного давления в зоне активных смещений пород позади очистного забоя.

В сравнении с известным уровнем техники заявляемый способ позволяет повысить надежность отвода метановоздушной смеси из выработанного пространства за счет создания условий для образования полости в конвейерной выработке на границе с выработанным пространством по мере подвигания очистного забоя. Этим достигается повышенная эффективность применения разработки при использовании ее на больших глубинах угольных шахт.

Данный технический результат достигается вышеуказанными признаками, взаимосвязанными между собой с образованием устойчивой их совокупности.

Докажем существенность отличительных признаков.

Одним из существенных признаков заявляемого изобретения является принятие ширины пролета конвейерной выработки отрабатываемого столба не менее ее высоты, что не предопределяет возможность полного перекрытия сечения этой выработки после обрушения заанкерованной кровли. Это, в свою очередь, позволяет заранее создать условия для образования в последующем в этой выработке свободного пространства (вентиляционного канала) на границе с выработанным пространством очистного забоя.

Причем крепление конвейерной и вентиляционных выработок каждого столба путем установки анкеров в кровлю и бока этих выработок со стороны угольного целика и в шахматном порядке относительно друг друга позволит обеспечить блочное обрушение пород кровли, уменьшение отжима боков упомянутых выработок и, соответственно, требуемое сечение вентиляционного канала, достаточное для надежного отвода метановоздушной смеси из выработанного пространства в течение всего срока отработки выемочного столба с одновременным обеспечением устойчивости вентиляционной выработки, сохраняемой для повторного использования.

Известен из уровня техники способ проветривания добычного участка (3), в котором для обеспечения коллекторских свойств выработанного пространства напротив линии очистного забоя у сбойки устанавливают в конвейерной выработке охранную крепь (поддерживающие костры). Последняя по мере подвигания очистного забоя поддерживает часть конвейерной выработки в месте ее установки.

Установка охранной крепи для сохранения конвейерной выработки по известному и заявляемому способам до таких размеров в поперечном сечении, чтобы обеспечить изолированный отвод газа метана, не подтверждает их идентичность, поскольку известный способ (3) обладает недостатком, заключающемся в том, что охранную крепь устанавливают не по всей длине конвейерной выработки, а только напротив сбоек.

Следовательно, только у этих сбоек образуется свободное пространство для выделения в него газа метана из выработанного пространства.

Из изложенного следует, что использование известного способа (3) по своему прямому назначению не в состоянии решить поставленную в заявляемом изобретении задачу - повысить надежность отвода метановоздушной смеси из выработанного пространства.

В заявляемом способе охранную крепь устанавливают в конвейерной выработке отрабатываемого столба на всем ее протяжении и на границе с выработанным пространством. Причем сопротивление охранной крепи не превышает сопротивления крепи, применяемой для поддержания повторного использования выработок, что создает предпосылки для блочного обрушения заанкерованной кровли и, как следствие, неполного разрушения охранной крепи по длине конвейерной выработки.

Сохранение конвейерной выработки отрабатываемого столба вслед за подвиганием очистного забоя до таких размеров в поперечном ее сечении, чтобы можно было образовать вентиляционный канал для отвода метановоздушной смеси из выработанного пространства, позволяет повысить надежность отвода метановоздушной смеси на весь период отработки выемочного столба. Причем вентиляционный канал образуется путем упорядоченного опускания кровли конвейерной выработки к ее почве со стороны выработанного пространства за счет деформации охранной крепи под действием сил горного давления в зоне активных смещений пород позади очистного забоя, а также за счет опирания пород опускаемой кровли на угольный целик.

Таким образом, совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения, позволит повысить надежность процесса отвода метановоздушной смеси из выработанного пространства.

Все вышеописанные технические эффекты позволяют повысить эффективность разработки в целом при обеспечении безопасности ведения очистных работ.

Из изложенного следует, что существенные признаки заявляемого изобретения находятся в причинно-следственной связи с достигаемым техническим результатом и из уровня техники в данной области не очевидны явным образом для специалиста, что характеризует изобретательский уровень заявляемого технического решения.

На фиг. 1 представлена схема управления газовыделением из выработанного пространства во время выемки угля в отрабатываемом столбе; на фиг. 2 - фрагмент конвейерной выработки отрабатываемого столба и вентиляционной выработки подлежащего обработке столба (вид в плане); на фиг. 3 - разрез по А-А фиг. 2; на фиг. 4 - разрез по Б-Б фиг. 2; на фиг. 5 - разрез по В-В фиг. 2.

Способ разработки пологих и наклонных угольных пластов осуществляется следующим образом.

Угольный пласт пологого или наклонного падения отрабатывают длинными столбами 1 и 2. Подготовку каждого столба осуществляют путем проведения и крепления конвейерных 3 и вентиляционных 4 выработок. Между конвейерной выработкой 3 отрабатываемого столба 1 и вентиляционной выработкой 4 подлежащего отработке столба 2 оставляют угольный целик 5. Указанные выработки 3 и 4 соединяют между собой вентиляционными сбойками 6.

При проведении конвейерной выработки 3 ширину пролета по кровле принимают не менее ее высоты, т. е. l_к > h_в, где l_к - ширина пролета выработки 3 по кровле, м, h_в - высота выработки 3, м, для того чтобы заранее создать условия для образования в ней полости, протяженной вдоль этой выработки, по мере обрушения пород кровли.

Крепление конвейерной 3 и вентиляционной 4 выработок каждого столба осуществляют с помощью анкеров 7 и 8, которые соответственно устанавливают в кровлю и бока каждой из этих выработок со стороны угольного целика 5. При этом анкеры 8 в бока выработок 3 и 4 устанавливают в шахматном порядке относительно друг друга.

Свежий воздух в очистной забой 9 подают по вентиляционной выработке 4 выше отработанного столба 10, а исходящую струю после подсвежения воздухом, подаваемом по конвейерной выработке 3, отводят через сбойку 11, расположенную в районе створа ее с очистным забоем 9, в вентиляционную выработку 4 подлежащего отработке столба 2 и далее по фланговой выработке 12.

Причем проветривание вентиляционной выработки 4 подлежащего отработке столба 2 осуществляют за счет общешахтной депрессии.

Одновременно с выемкой угля в очистном забое 9 столба 1 в конвейерной выработке 3 на участке, граничащем с выработанным пространством 13 отрабатываемого столба 1, устанавливают охранную крепь 14, например деревянные стойки.

Для обеспечения блочности обрушения пород заанкерованной кровли выработки 3 сопротивление охранной крепи 14 принимают менее, чем сопротивление, которое требуется при поддержании выработок, сохраняемых для повторного использования при бесцеликовой отработке угольных пластов.

По мере выемки угля в очистном забое 9 отрабатываемого столба 1 конвейерную выработку 3 сохраняют до таких размеров в поперечном сечении, чтобы обеспечить возможность образования вентиляционного канала 15, предназначенного для отвода метановоздушной смеси из выработанного пространства 13 отрабатываемого столба 1.

Образование упомянутого канала 15 достигается за счет упорядоченного опускания кровли конвейерной выработки 3 в сторону почвы со стороны выработанного пространства 13. Происходит это благодаря деформации охранной крепи 14 при одновременном опускании пород кровли конвейерной выработки 3 на угольный целик 5. При этом вентиляционный канал 15 приобретает форму, близкую к треугольнику, вершина которого находится в месте разлома целика 5 под действием сил горного давления в зоне влияния активных смещений пород позади очистного забоя 9.

Принятая технология сохранения конвейерной выработки 3 на границе с выработанным пространством 14 с образованием вентиляционного канала 15, в который выносится метановоздушная смесь, поступая в дальнейшем в исходящую струю шахты, позволит предотвратить скопление метана в выработках 3 и 4 до взрывоопасных концентраций на весь период отработки столба 1.

Таким образом, использование способа позволит надежно и эффективно отводить газ метан из выработанного пространства отрабатываемого столба при обеспечении безопасности ведения очистных работ.

Источники информации
1. Типовые схемы разработки с подвиганием очистного забоя по падению (восстанию) в условиях Карагандинского бассейна. Караганда, КНИУИ, 1972, с. 8.

2. Авторское свидетельство СССР N 819339, кл. E 21 C 41/04, 1979 г. (прототип).

3. Авторское свидетельство СССР N 1681018, кл. E 21 F 1/00, 1989.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке газообильных угольных пластов преимущественно на больших глубинах. Угольный пласт отрабатывают длинными столбами. Их подготовку осуществляют проведением конвейерной и вентиляционной выработок. Между выработкой отрабатываемого столба и выработкой подлежащего отработке столба оставляют целик, в котором проходят вентиляционные сбойки. При проведении конвейерной выработки ширину пролета принимают не менее ее высоты. Крепление конвейерной и вентиляционной выработок каждого столба осуществляют с помощью анкеров, которые устанавливают в кровлю и бока каждой из этих выработок со стороны целика в шахматном порядке. Одновременно с выемкой угля в очистном забое столба в конвейерной выработке на участке, граничащем с выработанным пространством столба, устанавливают охранную крепь, сопротивление которой принимают меньше, чем сопротивление поддерживаемых выработок, сохраняемых для повторного использования при бесцеликовой отработке угольных пластов. По мере выемки угля сохраняемая до необходимых размеров конвейерная выработка обеспечивает возможность образования вентиляционного канала, причем канал образуется за счет упорядоченного опускания кровли выработки в сторону почвы со стороны выработанного пространства. Изобретение позволяет предотвратить скопление метана в выработках, повысить эффективность разработки и безопасность ведения очистных работ. 5 ил.

Способ разработки пологих и наклонных угольных пластов преимущественно на больших глубинах, включающий подготовку выемочных столбов путем проведения и крепления конвейерных и вентиляционных выработок с оставлением угольного целика между конвейерной выработкой отрабатываемого столба и вентиляционной выработкой подлежащего отработке столба, проведение вентиляционных сбоек между конвейерной выработкой отрабатываемого столба и вентиляционной выработкой подлежащего отработке столба и выемку угля в столбах длинными очистными забоями, отличающийся тем, что при проведении конвейерной выработки ширину ее пролета принимают не менее ее высоты, а крепление конвейерной и вентиляционной выработок каждого столба осуществляют путем установки анкерной крепи в кровлю и бок каждой из этих выработок со стороны угольного целика, причем анкера упомянутой крепи в бока этих выработок устанавливают в шахматном порядке относительно друг друга, при этом одновременно с выемкой угля в конвейерной выработке отрабатываемого столба на участке, граничащем с выработанным пространством, на всем ее протяжении устанавливают охранную крепь, например деревянные стойки, сопротивление которой принимают менее чем сопротивление, которое требуется при поддержании выработок, сохраняемых для повторного использования при бесцеликовой отработке угольных пластов, причем по мере выемки угля в отрабатываемом столбе конвейерную выработку сохраняют до таких размеров в поперечном ее сечении, чтобы обеспечить возможность образования вентиляционного канала для отвода метановоздушной смеси из выработанного пространства отрабатываемого столба путем упорядоченного опускания кровли упомянутой выработки к почве со стороны выработанного пространства посредством деформации охранной крепи с одновременным опиранием пород опускаемой кровли на угольный целик, обусловленным воздействием сил горного давления в зоне активных смещений пород позади очистного забоя.