Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано для охраны горных выработок в условиях повышенного горного давления.
Известны способы охраны горных выработок в условиях повышенного горного давления от влияния очистных работ с помощью целиков определенных размеров (см. , например, "Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР", Л., ВНИМИ, 1986, стр. 39-40).
Особенностью такого способа является охрана выработок неразрушаемыми целиками с размерами до 150 м. Размеры целиков зависят от интенсивности проявлений горного давления, а на удароопасных месторождениях эти величины еще и строго регламентированы. Оставление целиков полезного ископаемого больших размеров влечет за собой потери его в недрах и не является прогрессивным решением.
Известны способы охраны горных выработок путем расположения их в зонах с пониженным уровнем напряжений в массиве (см., например, авторское свидетельство СССР 1180503, Е 21 С 41/04, 1985г.; авторское свидетельство СССР 1506126, Е 21 D 9/00, Е 21 D 11/00, 1989г.). Однако эти способы распространяются не на весь диапазон горно-геологических условий и имеют ограниченную область применения, поскольку требуют наличия в кровле полезного ископаемого труднообрушаемых слоев пород или размещения поддерживаемых выработок в слабых вмещающих породах. Кроме того, при использовании таких способов требуются дополнительные трудовые и материальные затраты на поддержание охранной системы в рабочем состоянии на весь срок эксплуатации охраняемой выработки.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ охраны горных выработок с помощью компенсационной системы, включающей компенсационные полости (вспомогательные выработки), выполненные в пласте по бокам охраняемой выработки, целики полезного ископаемого, размещенные по обеим сторонам выработки между нею и компенсационными полостями, и анкерную крепь для упрочнения целиков (см. авторское свидетельство СССР 1495437, Е 21 D 11/00, 13/02, 1989 г.). При осуществлении этого способа компенсационные полости выполняют в породном массиве на всю мощность пласта, чередуя с целиками заданных размеров, а необходимую деформацию целиков регулируют натяжением или ослаблением анкеров с замками распорного типа, расположенными за средней линией целиков.
Недостатком такой системы является ограниченность области ее применения - она может использоваться только при поддержании выработок в массиве при наличии в их почве слабых пород, склонных к пучению, и в условиях отсутствия воздействия на выработки повышенного поля напряжений от очистных работ. Кроме того, для нормальной эксплуатации этой системы требуется постоянный контроль за анкерной крепью, упрочняющей целик в боках выработки, что не всегда можно оперативно осуществить из-за сложности получения достоверной информации о степени деформирования целиков на конкретный период времени.
Изобретение решает задачу расширения области применения способа за счет обеспечения устойчивости охраняемой выработки в условиях повышенного горного давления при значительном сокращении потерь полезного ископаемого в недрах.
Для решения этой задачи согласно способу охраны горных выработок, включающему проведение в породном массиве на всю мощность пласта компенсационных полостей, выполненных на расстоянии от охраняемой выработки с оставлением целиков полезного ископаемого между выработкой и компенсационными полостями, компенсационную полость проходят в массиве предварительно до подхода очистных работ и размещают между охраняемой выработкой и очистным пространством на расстоянии, равном расчетному до максимума опорного давления от границы очистного пространства, а охраняемую выработку располагают на удалении двух этих расстояний от границы очистного пространства. При этом охраняемую выработку и компенсационную полость располагают параллельно границе очистного пространства. На период проведения компенсационной полости ее закрепляют крепью, обеспечивающей ее поддержание только на это время.
На удароопасных пластах между охраняемой выработкой и очистным пространством выполняют дополнительные компенсационные полости с разделением целика породного массива на части, не обладающие способностью накапливать энергию для внезапного их разрушения.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показано в плане расположение охраняемой выработки и компенсационных полостей по отношению к очистному пространству; на фиг.2 - поперечное сечение горной выработки (разрез по 1-1) и эпюра распределения напряжений в массиве.
На чертежах обозначены: 1 - охраняемая выработка; 2 - компенсационная полость; 3 - очистное (выработанное) пространство; 4 - целик, отделяющий охраняемую выработку от компенсационной полости; 5 - целик, отделяющий компенсационную полость от очистного пространства; 6 - дополнительная компенсационная полость; 7 - погашаемая выемочная выработка.
Податливая система породного массива для охраны горной выработки 1 включает компенсационную полость 2, расположенную параллельно охраняемой выработке 1 и очистному пространству 3 на расстоянии, равном расчетному до максимума опорного давления Lmax от очистного пространства, целик 4, отделяющий охраняемую выработку 1 от компенсационной полости 2, ширина которого примерно равна расстоянию Lmax, и целик 5, отделяющий компенсационную полость 2 от очистного пространства 3, шириной, также примерно равной Lmaх. То есть охраняемая выработка при этом оказывается на расстоянии приблизительно 2Lmax от границы очистного пространства. При отработке пластов полезных ископаемых, склонных к динамическим формам проявлений горного давления (горные удары, внезапные выбросы угля и газа, динамические разломы почвы и др.), в целике 5 могут быть выполнены дополнительные компенсационные полости 6, разделяющие его на части, не обладающие способностью накапливать энергию для внезапного их разрушения.
Компенсационные полости 2 и 6 представляют собой выработки, пройденные по пласту полезного ископаемого обычно на всю его мощность и закрепленные крепью, обеспечивающей их поддержание только на период проведения. Доступ людей в эти выработки после их проведения запрещен. Компенсационные полости 2 и 6 выполняются предварительно до подхода очистных работ и формирования очистного пространства 3 с границей у массива, совмещенной с погашаемой выемочной выработкой 7.
Размеры каждого из целиков 4 и 5 приняты примерно равными Lmax, чтобы при формировании очистного пространства 3 с границей, погашаемой выемочной выработкой 7, они перешли в запредельное состояние, обеспечивая при этом податливость горного массива между выработанным пространством и охраняемой выработкой 1.
Расстояние до максимума опорного давления Lmax от очистного пространства при выемке полезного ископаемого зависит, в основном, от глубины разработки, прочности и мощности пласта, размеров и геометрии очистного пространства, состава и свойств пород кровли и почвы пласта и может изменяться от единиц до десятков метров.
Способ охраны горных выработок с помощью податливой системы породного массива осуществляют следующим образом.
При проведении охраняемой горной выработки 1 (например, магистрального штрека, бремсберга, уклона, главной транспортной и вентиляционной выработки и др., располагаемых у границ отрабатываемых участков, блоков, шахтных полей) ее месторасположение определяют расчетным путем на расстоянии, примерно равном удвоенному расстоянию до максимума опорного давления от предполагаемой границы очистного пространства 3, т.е. 2Lmax. Существующие в нормативах методы получения этого параметра позволяют предварительно его рассчитывать с достаточной для практики точностью. В нормативах также определены и допустимые размеры целиков при отработке полезных ископаемых, склонных к динамическим формам проявлений горного давления.
Затем на расстоянии Lmax, т.е. в плоскости максимального опорного давления горных пород, параллельно охраняемой выработке 1 проходят компенсационную выработку (компенсационную полость) 2. В сложных горно-геологических условиях (на удароопасных пластах) между охраняемой выработкой 1 и очистным пространством 3 выполняют дополнительные компенсационные полости 6 с разделением целика 5 породного массива на части, не обладающие способностью накапливать энергию для внезапного их разрушения.
С течением времени после проведения выработки и до подхода очистных работ горные породы вокруг компенсационных полостей 2 и 6 несколько деформируются, поскольку их крепь была рассчитана только на период их проведения. В этой связи увеличивается ширина полостей за счет роста зон неупругих деформаций вокруг них, а это ведет к снижению несущей способности целиков 4 и 5. При подходе очистных работ и формировании очистного пространства с границей у массива, проходящей по погашаемой выемочной выработке 7, опорное давление, воздействуя на целики 5 и 4, деформирует их, и пласт полезного ископаемого испытывает необратимые деформации. Находясь в зоне повышенных напряжений, целик 5 деформируется в большей степени, чем целик 4, и быстрее переходит в запредельное состояние.
Компенсационная полость 2 со сформировавшейся вокруг нее зоной неупругих деформаций, расположенная в зоне расчетного максимума опорного давления от очистного пространства 3, не позволяет формироваться области максимальных напряжений вследствие своей податливости и благодаря этому способствует снятию повышенных напряжений в целике 4 и перераспределению их на большую площадь в массиве впереди очистного пространства 3 с общим снижением концентрации напряжений, включая и охраняемую выработку 1. На фиг.2 показано распределение напряжений в целиках 4 и 5, у выработки 1 и в полости 2 (Н - глубина от поверхности, γ - объемный вес пород, К1, К2, К3 - коэффициенты концентрации напряжений). Понижение напряжений K1γH и K2γH в целиках 4 и 5 создает благоприятные условия для поддержания охраняемой выработки 1 за счет перехода полезного ископаемого в пласте в запредельное состояние и его работе в податливом режиме. Повышенные же напряжения смещаются за пределы выработки 1 в сторону массива с уменьшением их максимальных величин. Пунктиром на эпюре для сравнения показана огибающая распределения напряжений без выполнения компенсационных полостей.
При отработке пластов полезного ископаемого, склонных к динамическим формам проявлений горного давления, целик 5, разделенный на допустимые размеры дополнительными компенсационными полостями 6, при формировании опорного давления у границы с массивом быстрее перейдет в податливый режим работы и в целом интенсивнее повлияет на переход пласта в целике 5 в запредельное состояние. Благодаря этому образуется податливая система породного массива для охраны горных выработок.
Использование заявляемого способа охраны горных выработок по сравнению с известными позволяет значительно сократить потери полезного ископаемого в недрах за счет уменьшения размеров охранных целиков. Кроме того, изобретение дает возможность расширить область применения благодаря возможности его использования в зонах повышенного горного давления, улучшить условия поддержания выработок за счет переноса повышенного поля напряжений вглубь массива и снижения их максимальных величин.
Выполнение дополнительных компенсационных полостей позволяет безопасно поддерживать выработки при отработке пластов полезных ископаемых, склонных к динамическим формам проявлений горного давления.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
СПОСОБ ОТРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ | 1998 |
|
RU2164293C2 |
Способ разработки пологих и наклонных удароопасных пластов | 2002 |
|
RU2224890C1 |
СПОСОБ ПОДДЕРЖАНИЯ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК | 2002 |
|
RU2212539C1 |
СПОСОБ ОХРАНЫ ПЛАСТОВЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК | 1997 |
|
RU2172837C2 |
СПОСОБ ОТРАБОТКИ ОХРАННЫХ ЦЕЛИКОВ ГРУППЫ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК НА МОЩНЫХ УДАРООПАСНЫХ ПЛАСТАХ | 1996 |
|
RU2103508C1 |
СПОСОБ РАЗРАБОТКИ МОЩНОГО НАКЛОННОГО УДАРООПАСНОГО ПЛАСТА | 1998 |
|
RU2143074C1 |
СПОСОБ РАЗРАБОТКИ УЧАСТКА ПОЛОГОГО И НАКЛОННОГО УДАРООПАСНОГО ПЛАСТА | 2011 |
|
RU2459079C1 |
СПОСОБ ПОДЗЕМНОГО ЗАХОРОНЕНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ И ДРУГИХ ОТХОДОВ | 1994 |
|
RU2068206C1 |
СПОСОБ ОБРАБОТКИ УДАРООПАСНЫХ ПЛАСТОВ В СЛОЖНЫХ ГОРНОГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ | 1995 |
|
RU2083831C1 |
Способ отработки околоствольных целиков на мощных пологопадающих залежах | 1980 |
|
SU981609A1 |
Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано для охраны горных выработок в условиях повышенного горного давления. Сущность изобретения заключается в том, что в породном массиве на всю мощность пласта проводят компенсационные полости, выполненные на определенном расстоянии от охраняемой выработки с оставлением целиков полезного ископаемого между выработкой и компенсационными полостями, причем компенсационную полость проходят в массиве предварительно до подхода очистных работ и размещают между охраняемой выработкой и очистным пространством на расстоянии, равном расчетному до максимума опорного давления от границы очистного пространства, а охраняемую выработку располагают на удалении двух этих расстояний от границы очистного пространства. Изобретение позволяет обеспечить устойчивость охраняемой выработки в условиях повышенного горного давления при значительном сокращении потерь полезного ископаемого в недрах. 3 з.п.ф-лы, 2 ил.
Компенсационная система для охраны горных выработок | 1987 |
|
SU1495437A1 |
Способ разработки пологих угольных пластов | 1983 |
|
SU1082953A1 |
Способ разгрузки пород в окрестности выработки | 1986 |
|
SU1469178A1 |
Способ охраны горных выработок | 1987 |
|
SU1506126A1 |
Способ проведения горных выработок по выбросоопасным угольным пластам | 1990 |
|
SU1763676A1 |
Авторы
Даты
2003-09-20—Публикация
2002-02-01—Подача