Способ управления кровлей в длинных очистных забоях при разработке пологих угольных пластов Российский патент 2025 года по МПК E21C41/18 

Изобретение относится к горному делу, а именно к подземной разработке угольных пластов длинными очистными забоями с полным обрушением кровли, и может быть использовано при определении первичного шага обрушения основной кровли при отработке пологих пластов, при решении вопросов проектирования параметров выемочных участков, безопасной эксплуатации сооружений на подрабатываемых горных массивах и т.д.

Известен способ управления кровлей в лавах пологих пластов, заключающийся в том, что производится разгрузка пород кровли путем ослабления массива впереди очистного забоя с постепенным увеличением глубины разгрузки от минимальной величины на участке лавы, примыкающем к выработанному пространству, до максимальной величины на участке лавы, примыкающем к нетронутому массиву (авторское свидетельство СССР SU 1178897 А1, 15.09.1985, БИ №34, кл. Е21С 41/04). Основным недостатком известного способа являются высокая трудоемкость работ по ослаблению массива и опасность вывалообразования.

Известен способ управления обрушением пород кровли, основанный на определении первичного и последующего шагов обрушения на основе учета комплекса горно-геологических и горнотехнологических факторов (Временное руководство по расчету первичного и последующего шагов обрушения пород кровли при разработке угольных пластов длинными столбами по простиранию в условиях Кузбасса. - Кемерово, ВостНИИ, 1973, с. 3-9) (1). Величины первичного и последующих шагов обрушения кровли определяют по математическим формулам с учетом следующих показателей: мощность и угол падения пласта, длина лавы, характеристика крепи, механические свойства угля и пород кровли, мощность пород непосредственной кровли, размер зоны расслоения пород кровли и т.д. Основным недостатком способа управления обрушением кровли с использованием первичного и последующих шагов обрушения, рассчитанных на основании физико-механических свойств угольного пласта и пород кровли, а также с учетом отдельных показателей очистного забоя и характеристики крепи, является невысокая точность полученных результатов, т.к. искомая величина определяется по эмпирическим зависимостям, часть из которых установлена в существенно иных горнотехнических условиях.

Предложен способ управления кровлей в лавах при разработке пластов угля длинными очистными забоями, включающий определение первичного шага обрушения кровли, отличающийся тем, что угол полных сдвижений определяется из зависимости скорости подвигания очистного забоя (м/сут) и высоты свода сдвижений, и величину первичного шага обрушения основной кровли определяют по формуле

где L_{пер.ш.о.} - величина первичного шага обрушения основной кровли, м;

Н_св - максимальная высота свода сдвижений, находится из зависимости от крепости пород основной кровли, м;

ψ₃=99,1⋅V^-0,85 - угол полных сдвижений, находится из зависимости от скорости подвигания очистного забоя,

V - скорость подвигания очистного забоя, м/сут.

Таким образом, предметом изобретения является способ управления основной кровлей при отработке пологих пластов угля с полным обрушением кровли, учитывающий влияние процесса разгрузки и сдвижений горных пород кровли, учитывающий скорость подвигания очистного забоя. Способ позволяет с достаточно высокой точностью и оперативно определять шаг обрушения основной кровли, что дает возможность принимать своевременные меры по снижению аварийности от вывалов и обрушения пород, отжима угля по забою.

Сущность изобретения поясняется примером его осуществления и графиками, где на фиг.1 показано изменение мощности свода Н_св от крепости пород основной кровли f, на фиг.2 - изменение мощности свода активной основной кровли Н_св (оказывающей наибольшее давление на крепь очистного забоя) в зависимости от скорости подвигания V очистного забоя.

Для осуществления способа необходимы следующие данные по выемочному участку:

• горно-геологические данные по выемочному столбу, такие как прочность пород основной кровли f, то есть того слоя кровли (основная кровля), который оказывает наибольшую нагрузку на крепь очистного забоя;

• горнотехнологические: скорость подвигания V очистного забоя.

Также необходимо понимать, что мощность свода Н_св включает в себя непосредственную кровлю и основную, то есть найти мощность слоя основной кровли можно, взяв мощность свода и отняв мощность непосредственной кровли. Так, например, шахта им. С.М. Кирова:

Длинный очистной забой 24-62 шахты им. С.М. Кирова пласта Болдыревский. Отрабатывается пласт Кольчугинской серии Ленинского района. Мощность пласта в среднем 2,5 м при угле залегания пласта по падению - 4-5°. Глубина от земной поверхности до разрабатываемого пласта меняется по длине выемочного столба от 520 до 476 м. Длина очистного забоя - 300 м. Длина выемочного столба L_в - 2500 м. Непосредственная кровля представлена алевролитом, крепостью f=4-5, мощностью 7-9 м, основная - песчаником, мощностью до 34 м, крепостью f=5-6.

При крепости f=6 мощность свода сдвижений равна 25 м (фиг.1), при средней скорости подвигания 10 м/сут мощность свода активной основной кровли равна 14 м (фиг.2). По расчетам, по предлагаемому выше алгоритму, шаг первичного обрушения равен 104 м, при фактическом 102 м.

На современной шахте не составит труда узнать мощности основной и непосредственной кровель, например по отбору кернов в скважинах близлежащей дегазации, по аналогичной лаве выше или ниже рассматриваемой и т.д.

Расчетные и фактические данные по рассматриваемым лавам:

Как мы можем увидеть, сравнение расчетных фактических шагов обрушения говорит о приемлемой сходимости способа с фактическими данными, отклонения не более 5%.

Своевременное и точное определение величин первичного шага обрушения позволяют принимать оперативные меры по управлению кровлей и на выемочном участке, предупреждая аварийные ситуации.

Изобретение относится к горному делу, а именно к подземной разработке длинными очистными забоями угольных пластов с полным обрушением кровли, и может быть использовано при определении первичного шага обрушения основной кровли при отработке пологих пластов. Способ управления кровлей в лавах при разработке пластов угля включает определение первичного шага обрушения основной кровли. Определение первичного шага обрушения основной кровли происходит из зависимости максимальной высоты свода сдвижений от крепости пород кровли. Угол полных сдвижений определяется из зависимости скорости подвигания очистного забоя (м/сут) и высоты свода сдвижений основной кровли. Величину первичного шага обрушения основной кровли определяют по формуле где Lпер.ш.о. - величина первичного шага обрушения основной кровли, м; Нсв - максимальная высота свода сдвижений, находится из зависимости от крепости пород основной кровли, м; ψ3=99,1⋅V-0,85 - угол полных сдвижений, находится из зависимости от скорости подвигания очистного забоя, град; V - скорость подвигания очистного забоя, м/сут. Изобретение позволяет оперативно и с достаточно высокой точностью принимать своевременные меры по предотвращению негативных явлений, связанных с первичным шагом обрушения. 2 ил.

Способ управления кровлей в длинных очистных забоях при разработке пластов угля, включающий определение первичного шага обрушения основной кровли из зависимости максимальной высоты свода сдвижений от крепости пород кровли, отличающийся тем, что угол полных сдвижений определяют из зависимости скорости подвигания очистного забоя и высоты свода сдвижений, а величину первичного шага обрушения основной кровли определяют по формуле

L_{пер.ш.о.} = 2 H_св⋅1/tgψ₃, м,

где L_{пер.ш.о.} – величина первичного шага обрушения основной кровли, м;

H_св – максимальная высота свода сдвижений, находится из зависимости от крепости пород основной кровли, м;

ψ₃ = 99,1⋅V^-0,85 – угол полных сдвижений, находится из зависимости от скорости подвигания очистного забоя, град;

V – скорость подвигания очистного забоя, м/сут.