СПОСОБ РАЗРАБОТКИ МОЩНОГО ПЛАСТА С КРЕПКИМ УГЛЕМ И ТРУДНООБРУШАЕМЫМИ ПОРОДАМИ КРОВЛИ Российский патент 2023 года по МПК E21C41/18 E21C37/12 

Изобретение относится к горному делу, в частности к выемке угля из мощных пластов средствами комплексной механизации с выпуском угля подкровельной толщи на забойный конвейер.

Известен способ разработки мощного пласта с выпуском угля подкровельной толщи на забойный конвейер, включающий подготовку длинного выемочного столба, комбайновую выемку угля в очистном забое слоя у почвы пласта, выпуск угля массива подкровельной толщи через выпускное окно в секции механизированной крепи на забойный конвейер и управление горным давлением полным обрушением кровли [Клишин В.И. Разработка мощных пластов механизированными крепями с регулируемым выпуском угля / В.И. Клишин, Ю.С. Фокин, Д.И. Кокоулин, Б. Кубанычбек уулу. - Новосибирск: Наука, 2007. - С. 92, рис. 4.4] (аналог). Недостатком данного способа является то, что при труднообрушаемых породах кровли возможно зависание кровли на значительной площади, что опасно не регламентируемым последующим обрушением; при крепких углях возможно зависание угольной подкровельной пачки, а при ее последующем саморазрушении весьма вероятен выход крупногабаритных кусков угля, что нарушает режим выпуска и ведет к увеличению эксплуатационных потерь.

Наиболее близким аналогом, принятым в качестве прототипа, является способ, включающий подготовку длинного выемочного столба, комбайновую выемку угля в очистном забое слоя у почвы пласта, подготовку угольного массива подкровельной толщи к выпуску его разупрочнением методом гидроразрыва, выпуск угля массива подкровельной толщи через выпускное окно в секции механизированной крепи на забойный конвейер и управление горным давлением полным обрушением кровли [Клишин В. И., Кузнецова Л.В., Анферов Б.А. Минерально-сырьевая база Кузбасса для технологии с роботизированным выпуском угля подкровельной толщи /Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов: науч. журнал / Сиб. гос. ун-т; под общей ред. В.Н. Фрянова. - Новокузнецк, 2021. - № 7. - С. 24-31] (прототип).

Недостатками прототипа являются:

- заблаговременная подготовка массива подкровельной толщи к выпуску требует проведения дополнительного объема пластовых подготовительных горных выработок, что влечет за собой значительные затраты не только времени, но и материальных средств еще на стадии подготовки выемочного столба к выемке угля;

- при разработке пласта с труднообрушаемой кровлей возможно зависание кровли пласта на значительной площади; при последующем обрушении это может привести к возникновению аварийной ситуации, что снижает не только эффективность, но и безопасность ведения очистных работ.

Целью изобретения является повышение эффективности и безопасности разработки мощного пласта с крепким углем и труднообрушаемыми породами кровли за счет подготовки угольного массива подкровельной толщи к выпуску и пород основной кровли к обрушению их разупрочнением методом гидроразрыва по мере подвигания очистного забоя слоя у почвы пласта.

Поставленная цель достигается тем, что в способе разработки мощного пласта с крепким углем и труднообрушаемыми породами кровли, включающем подготовку длинного выемочного столба, комбайновую выемку угля в очистном забое слоя у почвы пласта, подготовку угольного массива подкровельной толщи к выпуску его разупрочнением методом гидроразрыва, выпуск угля массива подкровельной толщи через выпускное окно в секции механизированной крепи на забойный конвейер и управление горным давлением полным обрушением кровли, в соответствии с техническим решением управление горным давлением полным обрушением кровли и подготовку угольного массива подкровельной толщи к выпуску осуществляют по мере подвигания очистного забоя слоя у почвы пласта методом гидроразрыва и для этого используют одни и те же углепородные скважины, из которых сначала осуществляют два-три направленных гидроразрыва пород кровли в последовательности от периферии к слою у почвы пласта, расстояние между которыми принимают не меньше максимального размера выпускного окна секции механизированной крепи, затем - несколько поинтервальных гидроразрывов в угольном массиве подкровельной толщи в той же последовательности, количество которых принимают в зависимости от мощности массива подкровельной толщи, а расстояние между ними - от требуемой крупности кусков выпускаемого угля, но не более минимального размера выпускного окна; расстояние между углепородными скважинами вдоль выемочного столба принимают примерно равным выпус посадки труднообрушаемой кровли, поперек - примерно равным двум радиусам распространения трещин направленного гидроразрыва, между углепородными скважинами располагают дополнительные пластовые скважины через которые осуществляют поинтервальный гидроразрыв угольного массива подкровельной толщи.

Сущность изобретения поясняется схемами. На фиг. 1 показана схема расположения углепородной скважины и трещин направленного гидроразрыва пород кровли и поинтервального разрыва угольного массива подкровельной толщи (поперечное сечение очистного забоя или продольное сечение выемочного столба); на фиг. 2 - расположение угле-породных и пластовых скважин поперек выемочного столба (вид по стрелке А на фиг. 1).

Способ может быть осуществлен следующим образом. Мощный пласт разрабатывают по системе «Длинные столбы» средствами комплексной механизации, включающими очистной комбайн (не показан), секции механизированной крепи 1, оборудованные устройствами принудительного выпуска угля, в том числе выпускным окном 2, и забойный скребковый конвейер 3, ориентированный параллельно линии очистного забоя 4.

В длинном очистном забое 4 очистной комбайн снимает полосу угля в слое у почвы пласта и грузит отбитый уголь на конвейер 3, оставляя угольный массив подкровельной толщи 5 в нетронутом состоянии. Перед выходом из монтажной камеры в пространстве между секциями механизированной крепи 1 по нормали к напластованию бурят ряд углепородных скважин 6, через каждую из которых сначала осуществляют два-три направленных гидроразрыва пород кровли в последовательности от периферии к слою у почвы пласта с образованием искусственных трещин 7, расстояние между которыми принимают не меньше максимального размера выпускного окна секции механизированной крепи (высота окна), затем - несколько поинтервальных гидроразрывов в угольном массиве подкровельной толщи 5 с образованием искусственных трещин 8 в той же последовательности, количество которых принимают в зависимости от мощности массива подкровельной толщи, а расстояние между ними - от требуемой крупности кусков выпускаемого угля, но не более минимального размера выпускного окна (ширина окна); расстояние между углепородными скважинами поперек выемочного столба или вдоль очистного забоя принимают примерно равным двум радиусам распространения трещин направленного гидроразрыва (в пределах 20…25 м). Между углепородными скважинами 6 располагают дополнительные пластовые скважины 9 через которые осуществляют поинтервальный гидроразрыв угольного массива подкровельной толщи 5 аналогично описанному. При этом расстояние между пластовыми скважинами 9 принимают примерно равным двум радиусам распространения трещин поинтервального гидроразрыва (в пределах 5…7 м).

После выхода секций механизированной крепи 1 из монтажной камеры и выпуска каждых двух-трех порций угля массива подкровельной толщи 5 на забойный конвейер 3, бурят ряд пластовых скважин 9 с последующим выполнением поинтервальных гидроразрывов в угольном массиве подкровельной толщи с формированием искусственных трещин 8 для организации регулируемого выпуска угля.

После отхода секций механизированной крепи 1 от монтажной камеры на расстояние, равное величине шага посадки труднообрушаемой кровли, бурят следующий ряд углепородных скважин 6 с последующим осуществлением посредством каждой из них двух-трех направленных гидроразрывов в породах кровли и нескольких поинтервальных гидроразрывов в угольном массиве подкровельной толщи, как описано выше, подготавливая тем самым кровлю пласта к обрушению и угольный массив подкровельной толщи к выпуску. И так далее.

Подготовка труднообрушаемой кровли к обрушению методом направленного гидроразрыва, осуществляемая по мере подвигания очистного забоя слоя у почвы пласта, с одной стороны, позволяет своевременно управлять горным давлением полным обрушением пород кровли, что повышает безопасность ведения горных работ, с другой, - расстояние между искусственными трещинами, принимаемое больше, чем высота выпускного окна, позволяет не только резко сократить возможный объем поступления породы в выпускное окно секции механизированной крепи, но и наиболее полно заполнить выработанное пространство за секциями механизированной крепи, что повышает эффективность добычи угля; подготовка угольного массива подкровельной толщи методом поинтервального гидроразрыва, осуществляемая по мере подвигания очистного забоя слоя у почвы пласта, позволяет производить саморазрушение крепкого угля подкровельной толщи непосредственно над выпускным окном секции механизированной крепи и регулировать крупность кусков выпускаемого угля, что повышает эффективность выпуска угля подкровельной толщи. Таким образом, практическое использование предлагаемого способа разработки пласта с крепким углем и труднообрушаемыми породами кровли обеспечит повышение безопасности и эффективности ведения горных работ по добыче угля, а это и есть цель изобретения.

Изобретение относится к горному делу. Способ разработки мощного пласта с крепким углем и труднообрушаемыми породами кровли включает управление горным давлением полным обрушением кровли и подготовку угольного массива подкровельной толщи к выпуску пласта методом гидроразрыва. Используют одни и те же углепородные скважины, из каждой сначала осуществляют два-три направленных гидроразрыва пород кровли в последовательности от периферии к слою у почвы пласта, расстояние между которыми принимают не меньше максимального размера выпускного окна секции механизированной крепи. Затем несколько поинтервальных гидроразрывов в угольном массиве подкровельной толщи в той же последовательности, количество которых принимают в зависимости от мощности массива подкровельной толщи, а расстояние между ними – от требуемой крупности кусков выпускаемого угля, но не более минимального размера выпускного окна. Расстояние между углепородными скважинами вдоль выемочного столба принимают равным шагу посадки труднообрушаемой кровли, поперек – равным двум радиусам распространения трещин направленного гидроразрыва. Между углепородными скважинами располагают дополнительные пластовые скважины, через которые осуществляют поинтервальный гидроразрыв угольного массива подкровельной толщи. Расстояние между дополнительными пластовыми скважинами принимают равным двум радиусам распространения трещин поинтервального гидроразрыва. Техническим результатом является повышение эффективности и безопасности разработки. 2 ил.

Способ разработки мощного пласта с крепким углем и труднообрушаемыми породами кровли, включающий подготовку длинного выемочного столба, комбайновую выемку угля в очистном забое слоя у почвы пласта, подготовку угольного массива подкровельной толщи к выпуску его разупрочнением методом гидроразрыва, выпуск угля массива подкровельной толщи через выпускное окно в секции механизированной крепи на забойный конвейер и управление горным давлением полным обрушением кровли, отличающийся тем, что управление горным давлением полным обрушением кровли и подготовку угольного массива подкровельной толщи к выпуску осуществляют по мере подвигания очистного забоя слоя у почвы пласта методом гидроразрыва, и для этого используют одни и те же углепородные скважины, из каждой из них сначала осуществляют два-три направленных гидроразрыва пород кровли в последовательности от периферии к слою у почвы пласта, расстояние между которыми принимают не меньше максимального размера выпускного окна секции механизированной крепи, затем несколько поинтервальных гидроразрывов в угольном массиве подкровельной толщи в той же последовательности, количество которых принимают в зависимости от мощности массива подкровельной толщи, а расстояние между ними – от требуемой крупности кусков выпускаемого угля, но не более минимального размера выпускного окна, расстояние между углепородными скважинами вдоль выемочного столба принимают равным шагу посадки труднообрушаемой кровли, поперек – равным двум радиусам распространения трещин направленного гидроразрыва, между углепородными скважинами располагают дополнительные пластовые скважины, через которые осуществляют поинтервальный гидроразрыв угольного массива подкровельной толщи, расстояние между дополнительными пластовыми скважинами принимают равным двум радиусам распространения трещин поинтервального гидроразрыва.