СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК ПРИ РАЗРАБОТКЕ ПОЛОГИХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ Российский патент 2023 года по МПК E21D9/00 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при подземной разработке пологих угольных пластов. Изобретение решает задачу повышения безопасности горных работ и увеличения скорости проведения горных выработок при интенсивной разработке пологих угольных пластов.

Известен способ проведения горных выработок с поэтапным креплением (Баскаков В.П., Добровольский М.С. Опыт скоростного проведения подготовительных выработок с применением технологии поэтапного крепления // Уголь. 2011. №10. С.5-8), заключающийся в установке в проводимой выработке на первом этапе в кровлю выработки анкеров с сопротивлением, обеспечивающим устойчивость на этапе ее проходки, а на втором этапе - с отставанием от забоя на 30 м - установке анкеров в бока выработки, а также установку дополнительных анкеров, необходимых для поддержания выработки в зоне влияния очистных работ.

Недостатком данного способа повышенная опасность горных работ, в зонах с трещиноватыми неустойчивыми породами, связанная с повышенной вероятностью вывалообразования, увеличение нагрузки на крепь кровли при увеличении ширины выработки в результате вывалов пород из боков выработки, снижение скорости подвигания проходческого забоя в следствии негативного влияния работ первого этапа на целостность выработки и последующие работы второго этапа.

Известен способ проведения горных выработок с поэтапным креплением (Егоров А. П., Кондаков И. А. Оценка возможности и эффективности внедрения технологических схем скоростной проходки подземных горных выработок на угольных шахтах // Уголь. 2019. №10. С.22-28. DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2019-10-22-28), заключающийся в разделении во времени и пространстве основных технологических операций на несколько отдельных зон, в каждой из которых выполняется одна из операций проходческого цикла. При этом на первом этапе крепления выработки исключаются следующие операции: установка временной крепи в виде стоек и верхняков в призабойной части выработки; возведение постоянной анкерной крепи в виде верхняков с опорными элементами и перетяжка кровли; крепление боков выработки. 

Недостатками данного способа являются повышенная опасность труда горнорабочих, в зонах с неустойчивыми трещиноватыми породами, связанная с повышенной вероятностью вывалообразования, а также увеличение нагрузки на крепь кровли при увеличении ширины выработки в результате вывалов пород из боков выработки.

Известен способ проведения горной выработки с поэтапной установкой комбинированной крепи (Розенбаум Н.А., Коренной Ю.П., Кузьмин С.В. Расчет параметров крепи подготовительных выработок под наносами в зоне выветрелых пород на глубине менее 100 м / Горный информационно-аналитический бюллетень. 2015. №7. С.45-53), заключающийся в установке на первом этапе анкерной крепи глубокого заложения непосредственно у груди проходческого забоя, а на втором этапе устанавливается рамная металлическая крепь на расстоянии не более 30 м.

Недостатками данного способа являются повышенная опасность труда горнорабочих, в зонах с неустойчивыми трещиноватыми породами, связанная с повышенной вероятностью вывалообразования, увеличение нагрузки на крепь кровли при увеличении ширины выработки в результате вывалов пород из боков выработки, высокие затраты на возведение металлической рамной крепи, а также негативное влияние работ по возведению на втором этапе рамной крепи на скорость подвигания проходческого забоя.

Известен способ поэтапного проведения и крепления выработки (Утиралов О. А. Обоснование параметров технологии поэтапного проведения и анкерного крепления пластовых подготовительных выработок. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. 2005 С.15, заключающийся в последовательном возведением временной анкерной крепи на первом этапе крепления и возведении постоянной анкерной крепи с отставанием от забоя не более 14,4 м на втором этапе, в том числе с поэтапным увеличением плотности установки анкерной крепи вне зоны работы проходческого комбайна.

Недостатком данного способа является повышенная опасность горных работ, в зонах с трещиноватыми неустойчивыми породами, связанная с повышенной вероятностью вывалообразования, негативное влияние работ по возведению на втором этапе рамной крепи на скорость подвигания проходческого забоя.

Известен способ проведения горных выработок при отработке пологих угольных пластов (патент РФ № 2183746, опубликован 20.06.2002 г.), принятый за прототип, заключающийся в комбайновой выемке угля, поддержании выработанного пространства временной крепью, первичное крепление выработки верхняками с анкерами первой очереди и последующим его усилением дополнительным анкерным креплением, осуществляемым с отставанием на сутки, путем установки вдоль выработки под верхняки подхватов и крепления их анкерами глубокого заложения, которые располагаются между анкерами первой очереди.

Недостатком данного способа является повышенная опасность труда горнорабочих, в зонах с неустойчивыми трещиноватыми породами, связанная с повышенной вероятностью вывалообразования, повышенная нагрузка на крепь кровли при увеличении ширины выработки в результате вывала пород из боков выработки.

Техническим результатом является повышение скорости проходки и безопасности ведения работ.

Технический результат достигается тем, что установку анкерной крепи первой очереди проводят одновременно с перетяжкой кровли и боков выработки металлической решетчатой затяжкой, а на втором этапе выполняют инъекционное упрочнение боков выработки полимерными смолами на глубину не менее ширины зоны предельного состояния угля в боку выработки.

Способ поясняется следующими фигурами:

фиг. 1 – вид проводимой горной выработки сбоку;

фиг. 2 – вид проводимой горной выработки сверху;

фиг. 3 – зоны предельного состояния угля в боку выработки на первом этапе крепления;

фиг. 4 – зоны предельного состояния угля в боку выработки на втором этапе крепления, в зоне влияния очистных работ, где:

1 – проходческий комбайн;

2 – анкера первой очереди в кровле выработки;

3 – анкера первой очереди в боку выработки;

4 – металлическая решетчатая затяжка;

5 – анкера второй очереди в кровле выработки;

6 – анкера второй очереди в боку выработки;

7 – зоны предельного состояния угля в боку выработки;

8 – ложная почва;

9 – почва.

Способ осуществляется следующим образом. Производят разрушение горных пород проходческим комбайном 1 (Фиг. 1-2) в объеме, обеспечивающим подвигание забоя выработки, необходимое для установки крепи. Параллельно производят погрузку отбитой горной породы в транспортное средство, например вагон, конвейер или вагонетку, после чего производят ее транспортировку до ближайшего ленточного конвейера. Работы по креплению горной выработки осуществляют одновременно или после окончания работы комбайна по разрушению и погрузке горных пород, в зависимости от типа комбайна. Крепление горной выработки производят следующим образом. Для определения параметров анкерного крепления вычисляют максимальный уровень напряжений в пласте:

где:

- коэффициент концентрации напряжений в зоне влияния очистного забоя; γ - объемный вес вышезалегающих горных пород, 25000 Н/м³;

Н – глубина ведения горных работ, м.

Затем проводят расчет ширины зоны предельного состояния угля в боку выработки по формуле:

где

h - высота выработки;

K_c - коэффициент структурного ослабления массива;

R_б – Прочность угля в борту выработки на одноосное сжатие.

Далее определяют длину анкеров по формуле:

l= a+b+c, где:

b – протяженность зоны закрепления анкера в шпуре, м;

с - длина части анкера, выступающей в горную выработку, м.

Основываясь на полученных расчетных данных принимают необходимую длину анкеров и приступают к операциям по их установке. С использованием буровой установки производят бурение шпуров первой очереди в кровлю, в которые далее устанавливают анкера первой очереди 2. Далее бурят шпуры первой очереди в бока выработки, в которые далее устанавливают анкера первой очереди 3. Установку анкерной крепи проводят одновременно с перетяжкой кровли и боков выработки металлической решетчатой затяжкой 4. При этом бурение шпуров и установку анкеров осуществляют с увеличенным шагом между ними, что позволяет сократить объем и время крепления, но обеспечивает поддержание горной выработки на этапе ее проведения и до начала влияния очистных работ.

Затем, на втором этапе крепления, проводят бурение шпуров и установку дополнительных анкеров второй очереди в кровлю 5 и в бока выработки 6, необходимых для поддержания горной выработки в течение всего срока ее эксплуатации. Для повышения устойчивости выработки на втором этапе крепления выполняют инъекционное упрочнение боков выработки полимерными смолами на глубину не менее зоны предельного состояния угля в боку выработки 7. Данные работы производят с отставанием от проходческого забоя в пространстве и во времени, либо после окончания проведения горной выработки, но строго до начала влияния очистных работ. В результате выполненных операций создают закрепленную анкерной крепью горную выработку, способную сохранять эксплуатационное состояние в зонах влияния очистных работ в течение всего срока ее эксплуатации.

Способ поясняется следующим примером.

Выработку шириной 5,2 м и высотой h = 4,5 м проводят на глубине 450 м, в условиях залегания в боку выработки угля с прочностью на одноосное сжатие R_б = 10 МПа с учетом коэффициента структурного ослабления массива K_с = 0,6. Максимальный уровень напряжений в пласте и породах в боках для рассматриваемых условий может быть определен как:

Для оценки достоверности определения длины анекров, устанавливаемых в бока выработки, и подтверждения размеров зоны предельного состояния, выполнены численные исследования напряженно-дефрмированного состояния массива горных пород с использованием трехмерной модели. Данные исследования позволили оценить размеры зоны предельного состояния формирующейся в боках выработки, как на этапе ее проведения вне зоны влияния очистных работ (Фиг.3), так и на этапе ее поддержания в зоне влияния очистных работ, после окончания второго этапа крепления (Фиг.4).

Максимальная ширина зоны предельного состояния угля в боку выработки была определена как:

По результатам численного моделирования на первом этапе крепления вне зоны влияния очистных работ, ширина зоны предельного состояния в боку выработки a = 1,4 , а на втором этапе в зоне влияния очистных работ a = 1,7 м. С учетом максимальной ширины зоны предельного состояния угля в боку выработки равной 1,7 , а так же части анкера закрепленной за пределами зоны предельного состояния угля в боку выработки, b = 0,5 и части анкера, выпирающей в выработку с = 0,2 , необходимая длина анкера составит: 1,7 + 0,5 + 0,2 = 2,4 м.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает устойчивость боков выработки в период ее эксплуатации, в том числе в зонах влияния очистных работ. Применение данного способа позволяет повысить скорость проходки горных выработок на первом этапе, а так же исключает разрушение угля и пород в боках горных выработок при соблюдении должного уровня безопасности горных работ.

Заявляемый способ предназначен для применения при интенсивной подземной разработке пологих пластов угля. Его использование позволяет увеличить скорость проходки горных выработок и повысить безопасность труда. Максимальная эффективность достигается при отработке пластов угля на глубинах свыше 300 м. В Российской Федерации описанный способ может быть использован при подземной разработке месторождений угля Кузбасса.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при подземной разработке пологих угольных пластов. Техническим результатом является повышение скорости проходки и безопасности ведения работ при интенсивной разработке пологих угольных пластов. Способ проведения горных выработок при разработке пологих угольных пластов включает комбайновую выемку угля, первичное крепление горных выработок анкерами первой очереди и последующее его усиление дополнительным анкерным креплением второй очереди. Установку анкерной крепи первой очереди проводят одновременно с перетяжкой кровли и боков выработки металлической решетчатой затяжкой. На втором этапе выполняют инъекционное упрочнение боков выработки полимерными смолами на глубину не менее ширины зоны предельного состояния угля в боку выработки. 4 ил.

Способ проведения горных выработок при разработке пологих угольных пластов, включающий комбайновую выемку угля, первичное крепление горных выработок анкерами первой очереди и последующее его усиление дополнительным анкерным креплением второй очереди, отличающийся тем, что установку анкерной крепи первой очереди проводят одновременно с перетяжкой кровли и боков выработки металлической решетчатой затяжкой, а на втором этапе выполняют инъекционное упрочнение боков выработки полимерными смолами на глубину не менее ширины зоны предельного состояния угля в боку выработки.