Способ эффективного управления труднообрушаемой кровлей в механизированных забоях Российский патент 2018 года по МПК E21C41/18 

Техническое решение относится к горному делу, а именно к управлению труднообрушаемой кровлей при отработке угольных пластов механизированными очистными забоями.

Известен способ разупрочнения прочных углей (патент РФ №2394991, МПК Е21С 41/18, E21B 43/26, опубликован 20.07.2010), включающий бурение шпуров в разупрочняемом массиве, нарезание на стенках указанных шпуров инициирующих щелей, их герметизацию и формирование трещин гидроразрыва угля нагнетанием в них жидкости, шпуры бурят насквозь отрабатываемого подэтажа, а нарезание последующей инициирующей щели осуществляют одновременно с герметизацией предыдущей инициирующей щели и формированием в ней трещины гидроразрыва угля.

Недостатком известного способа является то, что необходимо нарезать на стенках одной скважины несколько щелей. Это способствует сжижению герметичности скважины в зоне инициирующей щели при проведении каждого последующего гидроразрыва за счет образования дополнительной сетки искусственных трещин, что приводит к снижению эффективности способа.

Известен метод разупрочнения труднообрушаемой кровли, заключающийся в создании в монолите кровли протяженных щелей, полученных ориентированным гидроразрывом для разделения монолита на слои с управляемой обрушаемостью (Адаптация механизированных крепей в условиях динамических нагрузок / В.И. Клишин и др. - Новосибирск: Издательство «Наука», 2002, С. 138-150). Для этого из забоя в массиве кровли вдоль лавы бурят скважины на глубину, определяемую мощностью вынимаемого пласта, в которых с помощью специального устройства нарезают инициирующие щели заданной формы, являющиеся концентраторами напряжений. Затем щели герметизируют и в них нагнетают в режиме гидроразрыва жидкость. В результате хрупкого разрыва монолита кровли происходит рост щелей в заданном направлении, разделяя монолит кровли на слои с управляемой обрушаемостью.

Недостатком этого метода является то, что производство искусственных щелей в монолите кровли ведется только в направлении, параллельном кровле-почве вынимаемого пласта. При этом в кровле образуется слой породы, мощность которого соответствует мощности вынимаемого пласта угля, а длина равна длине очистного забоя. Такой слой породы обладает довольно большой прочностью и поэтому склонен к неуправляемому зависанию по всей длине забоя, что не обеспечивает своевременную посадку кровли и не снимает нагрузку на механизированную крепь от ее давления.

Техническим результатом является обеспечение безопасного и эффективного ведения работ в механизированных очистных забоях за счет своевременной посадки кровли вслед за передвижением забоя.

Технический результат достигается тем, что в способе эффективного управления труднообрушаемой кровлей в механизированных забоях, включающем бурение скважин с нарезанием в них инициирующих щелей, их герметизацию и формирование направленных трещин гидроразрыва массива кровли нагнетанием в них под давлением жидкости, согласно техническому решению вдоль механизированного очистного забоя бурят вертикальные и наклонные скважины, при этом наклонные скважины бурят в сторону, обратную движению механизированного очистного забоя.

Сущность технического решения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен поперечный разрез механизированного очистного забоя до посадки нижнего слоя кровли при отработке пологого угольного пласта; на фиг. 2 - поперечный разрез механизированного очистного забоя после посадки нижнего слоя кровли при отработке пологого угольного пласта.

Способ эффективного управления труднообрушаемой кровлей в механизированных забоях осуществляют следующим образом.

В процессе разработки угольного пласта после передвижки механизированной крепи 1 на величину, необходимую для посадки кровли, производятся работы по разупрочнению монолита труднообрушаемой кровли (фиг. 1, 2, на которых представлены изображения для пологого угольного пласта). Для этого из механизированного очистного забоя (далее забоя) в кровлю пласта вдоль забоя с определенным шагом бурят вертикальные скважины 2. Глубину вертикальных скважин 2 определяют из условия получения в дальнейшем достаточного объема обрушенных пород для наиболее полного заполнения закрепного пространства. В вертикальных скважинах 2 на одном уровне нарезают специальными устройствами инициирующие щели 3 заданной формы, являющиеся концентраторами напряжений. Затем инициирующие щели 3 герметизируют и формируют направленные трещины гидроразрыва массива труднообрушаемой кровли нагнетанием в них под давлением жидкости. В результате хрупкого разрыва происходит рост инициирующей щели 3 в заданном направлении фиг. 1. Поскольку образованные инициирующие щели 3 выполнены на одном уровне, то в комплексе они образуют единую щель по всей длине забоя, отделив от массива кровли слой труднообрушаемой кровли толщиной «Н», величину которой определяют в зависимости от мощности вынимаемого пласта угля. В дальнейшем из этого же забоя в образовавшийся слой кровли через межсекционные зазоры механизированной крепи 1 поинтервально вдоль забоя бурят наклонные скважины 4, в которых нарезают инициирующие щели 5 (концентраторы напряжений). Наклонные скважины бурят с углом наклона α=45-60° на глубину, равную

где L - глубина наклонных скважин, м;

α - угол наклона наклонной скважины, °;

H - толщина слоя труднообрушаемой кровли, м.

После герметизации наклонных скважин 4 и их гидроразрыва в заданном направлении происходит поперечное подрезание слоя труднообрушаемой кровли по всей длине забоя, в результате чего этот слой под собственным весом и под воздействием горного давления обрушивается в завал. При этом обрушение слоя кровли происходит вне зоны расположения секций механизированной крепи, фиг. 2, обеспечивая целостность их конструкции.

Использование заявляемого способа позволит существенно повысить безопасность и эффективность работ в механизированных забоях, так как поперечный облом нависающего слоя кровли происходит не в зоне расположения секций механизированной крепи, а в районе завального пространства, что устраняет возможность разрушения секций в момент посадки кровли.

Изобретение относится к горному делу, а именно к управлению труднообрушаемой кровлей при отработке угольных пластов механизированными очистными забоями. Способ эффективного управления труднообрушаемой кровлей в механизированных забоях включает бурение скважин с нарезанием в них инициирующих щелей, их герметизацию и формирование направленных трещин гидроразрыва массива кровли нагнетанием в них под давлением жидкости. Вдоль механизированного очистного забоя бурят вертикальные и наклонные скважины. Наклонные скважины бурят в сторону, обратную движению механизированного очистного забоя. Использование заявляемого способа позволит существенно повысить безопасность и эффективность ведения работ в механизированных забоях за счет своевременной посадки кровли вслед за передвижением механизированного очистного забоя. 2 ил.

Способ эффективного управления труднообрушаемой кровлей в механизированных забоях, включающий бурение скважин с нарезанием в них инициирующих щелей, их герметизацию и формирование направленных трещин гидроразрыва массива кровли нагнетанием в них под давлением жидкости, отличающийся тем, что вдоль механизированного очистного забоя бурят вертикальные и наклонные скважины, при этом наклонные скважины бурят в сторону, обратную движению механизированного очистного забоя.