ИСКУССТВЕННАЯ СДЕРЖИВАЮЩАЯ ПЛОТИНА ПОДЗЕМНОГО РЕЗЕРВУАРА УГОЛЬНОЙ ШАХТЫ И СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ УГОЛЬНОГО ЦЕЛИКА БЕЗОПАСНОСТИ, ОКРУЖАЮЩЕЙ ГОРНОЙ ПОРОДЫ И СДЕРЖИВАЮЩЕЙ ПЛОТИНЫ Российский патент 2017 года по МПК E02B3/10 E02B7/12 E21F17/00 

Область техники

Настоящее изобретение относится к добыче угля и гидротехническому строительству и, в частности, к искусственной сдерживающей плотине подземного резервуара угольной шахты и способу соединения угольного целика безопасности, окружающей горной породы и сдерживающей плотины.

Уровень техники

В Китае провинция Шаньси, провинция Шэнси, Внутренняя Монголия, провинция Нинся и провинция Ганьсу образуют «золотой треугольник» добычи энергоресурсов. Ресурс угля региона, называемого «золотой треугольник» добычи энергоресурсов, характеризуется небольшой глубиной залегания, тонкой подстилающей породой и толстым угольным пластом и т.д. В 2011 г. добыча угля этого региона достигла 2,382 миллиарда тонн, что составляет 67,7% суммарной добычи угля в Китае. Эта область стала основной областью добычи угля в Китае. Однако «золотой треугольник» добычи энергоресурсов в западном Китае характеризуется уязвимой экосистемой. Этот регион крайне сухой, а его немногочисленные водные ресурсы распределены неравномерно по расположению и временам года. Например, северная часть провинции Шэнси является внутренней территорией с небольшим количеством осадков и высокой степенью испарения, а ее водный ресурс на душу населения составляет всего 927 м³, что составляет 35,7% от среднего водного ресурса на душу населения в Китае. Следовательно, северная часть провинции Шэнси является типичным регионом с сильной нехваткой воды.

Негативное влияние крупномасштабной и интенсивной добычи угля в этом регионе на водные ресурсы в этом регионе неизбежно. Штреки угольных шахт и выработанные пространства могут влиять на перемещение и состояние хранения наземной и подземной воды, причем циркуляция подземной воды может быть нарушена, в результате чего появляются, например, высушенные реки, падение уровня грунтовых вод и резкое уменьшение или исчезновение ключевой воды. В настоящее время спуск шахтной воды является важной технологией. Однако спуск шахтной воды имеет множество недостатков, один из которых заключается в чрезмерном расходе водного ресурса, а другой заключается в сильном загрязнении локальной экосистемы.

Следовательно, основная задача, относящаяся к добыванию ресурсов с сохранением воды в регионе, называемом «золотой треугольник» добычи энергоресурсов, заключается в предотвращении спуска шахтной воды. Выработанные пространства, образованные подземной добычей ресурсов, могут быть использованы для сохранения шахтной воды таким образом, чтобы образовывать подземные резервуары. Если хранение оснащено гидротехническими средствами для фильтрации подземных водных ресурсов, хранящаяся вода может быть использована посредством соединения резервуаров с поверхностью земли путем бурения проходов. В этом случае водные ресурсы могут быть эффективно использованы в будущем. Искусственные сдерживающие плотины расположены на участке пересечения вентиляционных штреков, транспортных штреков и основных штреков выработанных пространств, составляющих подземный резервуар угольной шахты, что является важной составляющей образования резервуара. Участок соединения между искусственной сдерживающей плотиной и угольным целиком безопасности является слабым местом сдерживающей плотины. Ключевым фактором в строительстве искусственной сдерживающей плотины является улучшение сопротивления сдерживающей плотины на скольжение посредством рациональной конструкции, что важно для обеспечения безопасности резервуара.

В настоящее время не существует способа или образца для создания области соединения между искусственной сдерживающей плотиной подземного резервуара угольной шахты и угольным целиком безопасности. Прорезание в узких участках в скважинах и управление цементацией являются трудновыполнимыми. Следовательно, существует необходимость создания конструкции искусственной сдерживающей плотины подземного резервуара угольной шахты, улучшающей сопротивление искусственной сдерживающей плотины на скольжение.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача настоящего изобретения заключается в преодолении недостатков предыдущего уровня техники и создании искусственной сдерживающей плотины подземного резервуара угольной шахты, улучшающей сопротивление искусственной сдерживающей плотины на скольжение, и способа для соединения угольного целика безопасности и окружающей горной породы с искусственной сдерживающей плотиной.

Таким образом, техническое решение настоящего изобретения обеспечивает искусственную сдерживающую плотину подземного резервуара угольной шахты, причем искусственная сдерживающая плотина заделана в угольный целик безопасности и окружающую горную породу вокруг вспомогательного штрека, а сечение искусственной сдерживающей плотины имеет форму арки, вогнутый участок которой обращен к подземному резервуару.

Предпочтительно, искусственная сдерживающая плотина заделана в угольный целик безопасности на глубину 50-80 см угольного целика безопасности, и искусственная сдерживающая плотина заделана в окружающую горную породу на глубину 30-60 см окружающей горной породы.

Предпочтительно, множество винтов используется между искусственной сдерживающей плотиной и угольным целиком безопасности, и множество винтов используется между искусственной сдерживающей плотиной и окружающей горной породой.

Предпочтительно, длина винтов составляет 180-210 см, глубина введения винтов в угольный целик безопасности составляет 50-80 см, а глубина введения винтов в окружающую горную породу составляет 30-60 см.

Предпочтительно используются устройства наблюдения для наблюдения за механическим напряжением, натяжением и смещением установлены на участке контакта искусственной сдерживающей плотины с угольным целиком безопасности и окружающей горной породой.

Еще одно техническое решение настоящего изобретения также предоставляет собой способ соединения искусственной сдерживающей плотины подземного резервуара угольной шахты с угольным целиком безопасности и окружающей горной породой, включающий этапы: выбора заграждающих участков искусственной сдерживающей плотины между угольным целиком безопасности во вспомогательном штреке; настройки поперечного сечения искусственной сдерживающей плотины как плотины в форме арки, причем вогнутый участок арки обращен к подземному резервуару; прорезания в угольном целике безопасности и окружающей горной породе вокруг вспомогательного штрека для образования углублений; введения в углублениях множества винтов в угольный целик безопасности и окружающую горную породу и выпуска цемента под высоким давлением для образования искусственной сдерживающей плотины в углублениях.

Предпочтительно, этап выбора заграждающих участков искусственной сдерживающей плотины включает исследование содержания угля в горной породе, горизонта и конструкции штрека, подлежащего образованию, путем использования средств геофизических исследований и бурения; выбор мест с простой конструкцией и стабильным содержанием угля в горной породе в качестве заграждающих участков искусственной сдерживающей плотины.

Настоящее изобретение имеет следующие преимущественные свойства в результате выполнения описанных ранее технических решений: улучшение соединения между искусственной сдерживающей плотиной, угольным целиком безопасности и окружающей горной породой и улучшение сопротивления искусственной сдерживающей плотины на скольжение вследствие встраивания искусственной сдерживающей плотины в угольный целик безопасности и окружающую горную породу.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1 представлена структурная диаграмма подземного резервуара в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения.

На фиг. 2 представлена структурная диаграмма искусственной сдерживающей плотины в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения.

На фиг. 3 представлен вид в поперечном сечении вдоль линии А-А по фиг. 2.

Список ссылочных позиций

1 - вспомогательный штрек

2 - угольный целик безопасности

3 - окружающая горная порода

4 - выработанное пространство

5 - основной штрек

11 - соединительный штрек

30 - искусственная сдерживающая плотина

31 - винт

32 - углубление

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее описаны варианты реализации настоящего изобретения со ссылкой на сопроводительные чертежи.

Как показано на фиг. 1, угольные целики 2 безопасности являются участками рудных месторождений, временно неразрабатываемых или сохраняемых для предотвращения разрушения рельефа земной поверхности, строений, сооружений и основных штреков и для изоляции рудных месторождений, угольных месторождений, водоносных пород, пожароопасных зон, зон разломов и т.д. Угольные целики 2 безопасности выполняют поддерживающую функцию и расположены на левой и правой сторонах вспомогательного штрека 1. Окружающие горные породы 3 (см. фиг. 3) образованы во время бурения вспомогательного штрека 1. Окружающие горные породы 3 расположены на верхней и нижней сторонах вспомогательного штрека 1. Соединительный штрек 11 обеспечивает сообщение примыкающих вспомогательных штреков 1 друг с другом. При образовании выработанного пространства 4 после разработки действующего забоя происходит обрушение перекрывающего горизонта вспомогательного штрека 1, а вспомогательный штрек 1 и выработанное пространство 4 вместе образуют подземный резервуар. В настоящем изобретении угольные целики 2 безопасности расположены между подземным резервуаром и основным штреком 5, а участок корпуса плотины подземного резервуара образован угольными целиками 2 безопасности. Так как вспомогательный штрек 1 сообщается с основным штреком 5, только участки между вспомогательным штреком 1 и основным штреком 5 требуют закрытия.

Как показано на фиг. 2, искусственная сдерживающая плотина 30 подземного резервуара угольной шахты в соответствии с настоящим изобретением заделана в угольный целик 2 безопасности и окружающие горные породы 3 вокруг вспомогательного штрека 1. Искусственная сдерживающая плотина 30 характеризуется высокой характеристикой препятствования просачиванию. Следует отметить, что искусственная сдерживающая плотина 30 заделана в угольные целики 2 безопасности на левой и правой сторонах вспомогательного штрека 1 и окружающие горные породы 3 на верхней и нижней сторонах вспомогательного штрека 1 таким образом, чтобы улучшать сопротивление искусственной сдерживающей плотины на скольжение.

В настоящем варианте реализации, как показано на фиг. 2-3, искусственная сдерживающая плотина 30 заделана в угольный целик 2 безопасности на глубину 50-80 см угольного целика 2 безопасности, и искусственная сдерживающая плотина 30 заделана в окружающую горную породу 3 на глубину 30-60 см окружающей горной породы 3. Направление ранее указанных глубин соответствует направлению ширины искусственной сдерживающей плотины 30. Между искусственной сдерживающей плотиной 30 и угольным целиком 2 безопасности расположены три винта 31 и между искусственной сдерживающей плотиной 30 и окружающей горной породой 3 также расположены три винта 31. Количество винтов 31 может также превышать три. Множество винтов 31 расположены на расстоянии друг от друга. Расстояние между соседними винтами 31 может составлять 20 см. Длина одного винта составляет 180-210 см. Глубина введения винтов 31 в угольный целик 2 безопасности составляет 50-80 см. Глубина введения винтов 31 в окружающую горную породу 3 составляет 30-60 см. Следует поддерживать винты 31 в вертикальном положении для обеспечения высокой стабильности. Винты 31 могут опираться на арматурные стержни для соединения искусственной сдерживающей плотины 30 с угольным целиком 2 безопасности или окружающей горной породой 3 таким образом, чтобы дополнительно улучшать сопротивление искусственной сдерживающей плотины на скольжение.

В настоящем варианте реализации, как показано на фиг. 2, сечение искусственной сдерживающей плотины 30 имеет прямоугольную форму.

Предпочтительно, сечение искусственной сдерживающей плотины может также иметь форму арки, причем вогнутый участок искусственной сдерживающей плотины в форме арки обращен к подземному резервуару таким образом, чтобы смягчать ударное воздействие на корпус плотины вследствие внезапного увеличения водяного давления.

Предпочтительно, для обеспечения безопасности искусственной сдерживающей плотины устройства наблюдения для наблюдения за механическим напряжением, натяжением и смещением установлены на участке контакта искусственной сдерживающей плотины 30 с угольным целиком 2 безопасности и окружающей горной породой 3. Выходные данные устройства наблюдения передаются в режиме реального времени к наземному центру наблюдения через кабель передачи дачи угольной шахты для предотвращения поломки плотины. Обычно каждая сторона содержит устройство наблюдения. При необходимости может быть установлено большее количество устройств наблюдения.

Способ соединения искусственной сдерживающей плотины для подземного резервуара угольной шахты с угольными целиками безопасности и окружающими горными породами включает этапы:

Этап 101: выбор заграждающих участков искусственной сдерживающей плотины 30 между угольными целиками безопасности во вспомогательном штреке;

Этап 102: прорезание в угольном целике 2 безопасности и окружающей горной породе 3 вокруг вспомогательного штрека 1 для образования углублений 32;

Этап 103: в углублениях 32, введение множества винтов 31 в угольный целик 2 безопасности и окружающую горную породу 3;

Этап 104: выпуск цемента под высоким давлением для образования искусственной сдерживающей плотины 30 в углублениях 32.

На фиг. 2 изображено углубление 32, образованное в угольном целике 2 безопасности. Глубина углубления 32 может составлять 30-80 см, причем глубина может быть регулируемой в соответствии с окружающими геологическими условиями и емкостью подземного резервуара. В частности, глубина углубления 32 угольного целика 2 безопасности может составлять 50-80 см, а глубина углубления 32 окружающей горной породы 3 может составлять 30-60 см. Преимущества способа соединения в соответствии с настоящим изобретением идентичны преимуществам искусственной сдерживающей плотины 30 и, следовательно, далее описаны не будут.

Предпочтительно, этап 101 выбора заграждающих участков искусственной сдерживающей плотины дополнительно включает:

Этап 201: исследование содержания угля в горной породе, горизонта и конструкции штрека, подлежащего образованию, путем использования средств геофизических исследований и бурения; и

Этап 202: выбор мест с простой конструкцией и стабильным содержанием угля в горной породе в качестве заграждающих участков искусственной сдерживающей плотины.

Предпочтительно, перед этапом 102 «прорезание в угольном целике 2 безопасности и окружающей горной породе 3 вокруг вспомогательного штрека 1 для образования углублений 32» способ дополнительно включает:

Этап 301: оценка водяного давления во вспомогательном штреке 1; и

Этап 302: выполнение формы поперечного сечения искусственной сдерживающей плотины в соответствии с водяным давлением.

Предпочтительно выбирать искусственную сдерживающую плотину, сечение которой имеет форму арки, при относительно высоком водяном давлении или при расположении искусственной сдерживающей плотины в нижней части резервуара таким образом, чтобы смягчать ударное воздействие вследствие водяного давления. Для искусственной сдерживающей плотины в форме арки углубление 32 также выполнено в форме арки.

Путем выполнения соединительных участков с возможностью соединения искусственной сдерживающей плотины с угольным целиком безопасности и окружающей горной породой получена искусственная сдерживающая плотина с высоким сопротивлением на скольжение, и, таким образом, обеспечена безопасность подземного резервуара. Информация о любой чрезвычайной ситуации может быть обработана устройствами наблюдения для наблюдения за подземным резервуаром в режиме реального времени. Преимущественными являются хранение шахтной скважинной воды в скважине шахты, предотвращение выброса и испарения шахтной скважинной воды и обеспечение защиты для подземного водного ресурса угольной шахты.

Предшествующее описание лишь описывает принцип и предпочтительные варианты реализации настоящего изобретения. Следует отметить, что на основании принципа настоящего изобретения специалисты в данной области техники смогут осуществить некоторые изменения, которые также находятся в пределах объема настоящего изобретения.

В настоящем изобретении предложена искусственная сдерживающая плотина подземного резервуара угольной шахты. Искусственная сдерживающая плотина 30 заделана в угольный целик 2 безопасности и окружающую горную породу вокруг вспомогательного штрека 1. Сечение искусственной сдерживающей плотины 30 имеет форму арки, а вогнутый участок искусственной сдерживающей плотины 30 в форме арки обращен к подземному резервуару. Способ соединения искусственной сдерживающей плотины 30 подземного резервуара угольной шахты с угольными целиками 2 безопасности и окружающими горными породами включает этапы: выбора заграждающих участков искусственной сдерживающей плотины 30 между угольными целиками 2 безопасности во вспомогательном штреке 1; выполнения искусственной сдерживающей плотины 30, имеющей сечения в форме арки, вогнутый участок которой обращен к подземному резервуару; прорезания в угольных целиках 2 безопасности и окружающих горных породах вокруг вспомогательного штрека 1 для образования углублений 32; в углублениях 32, введения множества винтов в угольные целики 2 безопасности и окружающие горные породы и выпуска цемента под высоким давлением для образования в углублениях 32 искусственной сдерживающей плотины 30. Сдерживающая плотина улучшает сопротивления искусственной сдерживающей плотины на скольжение и может эффективно смягчать ударное воздействие на корпусы плотины вследствие внезапного увеличения водяного давления. Обеспечивается улучшение соединения между искусственной сдерживающей плотиной, угольным целиком безопасности и окружающей горной породой. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Искусственная сдерживающая плотина подземного резервуара угольной шахты, которая заделана в угольные целики безопасности и окружающие горные породы вокруг вспомогательного штрека, причем сечение искусственной сдерживающей плотины имеет форму арки, а вогнутый участок искусственной сдерживающей плотины в форме арки обращен к подземному резервуару.

2. Искусственная сдерживающая плотина по п.1, которая заделана в угольные целики безопасности на глубину 50-80 см угольных целиков безопасности и заделана в окружающие горные породы на глубину 30-60 см окружающих горных пород.

3. Искусственная сдерживающая плотина по п.1, в которой между искусственной сдерживающей плотиной и угольными целиками безопасности используется множество винтов и между искусственной сдерживающей плотиной и окружающими горными породами также используется множество винтов.

4. Искусственная сдерживающая плотина по п.3, в которой длина винтов составляет 180-210 см, глубина введения винтов в угольные целики безопасности составляет 50-80 см, а глубина введения винтов в окружающие горные породы составляет 30-60 см.

5. Искусственная сдерживающая плотина по п.1, в которой установлены устройства наблюдения для наблюдения за механическим напряжением, натяжением и смещением на участках контакта искусственной сдерживающей плотины с угольными целиками безопасности и окружающими горными породами.

6. Способ соединения искусственной сдерживающей плотины подземного резервуара угольной шахты с угольными целиками безопасности и окружающими горными породами, включающий этапы:

выбора заграждающих участков искусственной сдерживающей плотины между угольными целиками безопасности во вспомогательном штреке;

выполнения искусственной сдерживающей плотины, имеющей сечения в форме арки, вогнутый участок которой обращен к подземному резервуару;

прорезания в угольных целиках безопасности и окружающих горных породах вокруг вспомогательного штрека для образования углублений;

в углублениях, введения множества винтов в угольные целики безопасности и окружающие горные породы и

выпуска цемента под высоким давлением для образования в углублениях искусственной сдерживающей плотины.

7. Способ по п.6, в котором этап выбора заграждающих участков искусственной сдерживающей плотины включает:

исследование содержания угля в горной породе, горизонта и конструкции штрека, подлежащего образованию, путем использования средств геофизических исследований и бурения;

выбор мест с простой конструкцией и стабильным содержанием угля в горной породе в качестве заграждающих участков искусственной сдерживающей плотины.