Способ охраны выработки Советский патент 1992 года по МПК E21C41/18 E21D11/00 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к охране подземных выработок при разработке пластов с труднообрушаемыми породами кровли.

Известен способ охраны подготовительной выработки, при котором в кровле пласта нарезают щели.

Цель изобретения - повышение надежности охраны подготовительной выработки при отработке угольного пласта . .

Сущность способа заключается в том, что вдоль контура охраняемой выработки из стороны выработанного пространства, на границе которого выр ботка проведена, в кровле и почве пласта нарезают щели позади секций механизированной крепи. В нарезанные щели вставляют режущие бетонные балки треугольного поперечного сечения и с помощью гидростоек вдавливают балки в щели в кровле и почве, вызывая повышение концентрации напряжений и разрушение массива пород трещинами. Для усиления разрушающего эффекта перед вдавливанием балок в щели дают дополнительный распор нескольким секциям механизированной крепи, расположенным вблизи охраняемой выработки. После этого повторно вдавливают режущие балки в щели, а затем снимают дополнительный распор гидрофицированных секций крепи. Предполагается, что при повторном распоре мехсекций кровля будет приподнята, а при снятии распора с мехсекций кровля опустится на режущие балки,

В дальнейшем производят замену гидростоек на стойки из/дерева. После замены всех гидростоек на деревянные возводят охранную полосу из твердеющего материа 1а, замоноличивая деревянные стойки в охранной полосе.

Основным недостатком способа охраны подготовительной выработки яв- ляется то, что отсутствуют машины для нарезки щелей в труднообрушаемых крепких породах кровли разрабатываемого пласта. Вторым недостатком является то, что при нарезке щелей в крепкой труднообрушаемой кровле и малопроч ной почве внедрить режущие бетонные балки в кровлю невозможно, так как из за того, что кровля в несколько раз более прочная, то она не разрушается режущей балкой. Балка вдавливается только в щели, нарезанные в почве.

Поскольку балка не внедряется в крепкую труднообрушаемую кровлю, то и разрушения кровли трещиной не происходит. Таким образом, применение данного способа не обеспечивает достижение положительного эффекта при разработке пласта с труднообрушаемой кровдей. ,

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ управления кровлей при разработке пологих угольных пластов.

Цель изобретения - разделение очистных работ и работ по управлению кровлей и повышение эффективности управления.

Сущность способа заключается в том, что в выемочном столбе, подготовленном выработками, пройденными с нижней подрывкой пород, бурят глубокие скважины в почве пласта параллельно очистному забою и поверхности почвы, заряжают взрывчатыми материалами и взрывают их. Из-за взрыва зарядов в почве породы разрыхляются и образуется породная полоса из выброшенных взрывом в выработанное пространство лавь рйзры спенных пород, Предотвращающих обрушение кровли за призабойным пространством лавы и вблизи выработки

Основным недостатком охраны выра6qTKM породными полосами, образованными взрывом, является то, что полоса способствует зависанию труднообрушаемых пород кровли над выработанным пространством лавЫ. Из-за образования зависших над выработанным пространством лавы породных консолей на краевой части угольного массива создается повышенное опорное давление. Под йлиянием опорного давления слабые породы. (1очвы выработки и боковые стенки выработки деформируются, что влечет за собой разрушение крепи выработки.

Процесс деформирования выра ботки протекает длительное время, так как зависшие над выработанным прост|эанством лавы породные консоли не обрушаются самопроизвольно. Кроме указанного недостатка весьма сложным является бурение длинных, строго направленных, скважин по породам почвы из-за их искривления в процессе бурения.

Таким образом, охрана выработок породными полосами, образованными взрывом зарядов в длинных скважинах, малоэффективна, а технология образов ния полос очень сложна из-за труднос тей бурения длинных, строго направг ленных скважин. Целью изобретения является повы шение эффективности и экономичности способа охраны выработки породной по Лосой, образованной разрыхлением |слабых пород почвы энергией взрыва |зарядов в коротких скважинах. Цель достигается тем, что способ охраны выработки породной полосойj включающий проведение выработки, otработку лавы, бурение скважин в поро ду почвы, заряжание и взрывание зарядов в них, отличающийся тем, что перед взрыванием зарядов в скважинах вблизи выработки устанавливают орган ную крепь и металлические клинья с распором между кровлей и почвой пла ста вдоль выработки параллельно ее оси со стороны выработанного пространства, а затем взрывают заряды в скважинах с образованием продольной трещины в кровле для ее обрушения. Установка жестких оснований на по ву пласта, Установка клиньев с распо ром между кровлей и жестким основани ем внедрение клиньев в кровлю энергией взрыва; образование продольной трещины в кровле, обрушение породной консоли кровли - это существенные от личительные признаки, обеспечивающие достижение поставленной .цели. На фиг. 1 изображена охрана выработок породными полосами, образован ными взрывом, общийвид; на фиг.2 разрез А-А на фиг. 1 ; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 1. При мер. Применение предлагаемого способа рассматривается применительно к разработке полого nJiaCta 1 мощностью 1,0-1,2 м, в кровле кото рого залегает труднообрушаемая порог да 2 мощностью 2-3 м, а в почве 3 сланец глинистый малой прочности. По пласту 1 угля с подрывкой cjraбых,пород почвы 3 проводят штреки. Между штреками размещается лава 5 При подвигании лавы 5 над выработанным пространством позади забоя трудт нообрушаемая порода кровли 2 зависает с образованием породных консолей 6, Длина консолей 6 равна .15-20 м (по известной литературе). При увеличении мощности труднообрушаемой породы 2 кровли длина -1 66 зависающих койсолей 6 увеличивается Зависание над выработанным пространством позади лавы 5 породные консоли 6 Сохраняются длительное время, так как самопроизвольно не обрушаются. Из-за наличия породных консолей 6 напряженное состояние краевых частей массива угольного пласта 1 вблизи выработок увеличивается в 2-3 раза по сравнению с первоначальным напряженным состоянием. Протяженность краевой части массива 7 УГЛЯ с повышенным напряжением равна 20-50 м и зависит т конкретных условий разработки (фиг. 3). Выработки 1 на участке позади лавы 5 охраняют породными полосами 8. Для образования породных полос 8 из выработок j пробуривают скважины 9 по слабой породе 3. Скважины 9 ориентируют параллельно пласту 1 или горизонтально (фиг. 1 и З). Толщина взрываемого слоя породы, т.е. расстояние от скважины 9 по поверхности почвы 10 угольного пласта равна 1,0-1,2 м. При взрыве зарядов в скважинах 9 порода 3 разрыхляется увеличивается в объеме в 1,8-2,0 раза, выбрасывается энергией взрыва вверх и заполняет выработанное пространство до кровли 2 пласта 1 на участке, равном взрываемой длине скважины 9. При изменении мслдности пласта t изменяют толщину взрываемого слоя породы почвы 3 с таким расчетом, чтобы разрыхленная взрывом и увеличивающаяся в объеме порода заполнила пространство по всей мощности пласта. Длина скважины 9 принимается из расчета, чтобы ширина породной полосы 8 была равна не менее ,2 9,6 м, где ,2 м - мощность пласта. Диаметр скважины принимается 75 мм. Расход взрывчатки на одну скважину равен ,3 кг, расстояние между скважинами равно 1,2м (расчет параметров буровзрывных работ прилагается) .Заряжают взрывчатыми материалами , и взрывают скважины 9, расположенные позади забоя лавы 5 (фиг. 1). Одновременно взрывают две или три скважины с тем, чтобы отставание от лавы 5 породной полосы, образованной взрыванием зарядов в скважинах 9, не превышало 5 м и соответствовало требованиям Правил безопасности. .7 .1 Создание породной полосы путем разрыхления пород взрывом зарядов в скважинах значительно экономичнее по сравнению с выкладкой бутовой полосы машинным способом или вручную. Позади забоя лавы 5 в выработанно пространстве до заряжания скважин 3 параллельно охраняемой выработке 4 устанавливают с распором между кровлей 2 и почвой 3 пласта 1 металличес кие клинья 11 (фиг 1). При обводнен ной почве на ее поверхность 10 укладывают жесткое основание 12, выполненное в виде железобетонного блока или отрезка швеллера, а затем между кровлей 2 и основанием 12 с распором устанавливают металлические клинья 1 Металлический клин 11 изготавливают из отрезка отарой рельсы, который заостряют с одной стороны или отрезка трубы диаметром 0,08-0,1 м, заостренного с одной стороны и заполненного бетоном для прочности. Клинья 11 устанавливают вдоль охраняемой выработки на расстоянии 23 м от крепи. Расстояние между клиньями в ряду равно 0,, м. Установку клиньев 11 с распором между кровлей 2 и почвой 2 производят под защитой деревянной органной кре- i пи 13, установленной на расстоянии 1,5-1,7 м от выработки 4. Крепь 13 служит режущим рядом и ограничивает распространение разрыхления пород почвы 3 при взрыве зарядов в скважи нах 9 (фиг. 2).. При взрыве зарядов в скважинах 9 порода почвы 3 разрыхляется и выбра сывается энергией взрыва вверх в сто рону кровли 2. При этом образуется породная полоса 8, Одновременно с выбросом породы выбрасываю тся метал лические клинья 11 под влиянием уси лия со стороны жесткого основания 1 Клинья 11 внедряются в породу кровл 2 на глубину, равную 1/2-1/3 ее мощ ности со скоростью развития выброса равной 50-60 м/с. Для внедрения металлических клиньев в прочную породу кровли 2 вели чина заряда в скважине 9 увеличена на 1,8 кг (расчет необходимой массы заряда для внедрения металлических клиньев в труднорбрушаемую породу кровли прилагается). Масса заряда одной скважины равна 6,1 кг. При внедрении металлических клиньев 11 в труднообрушаемую породу 68 кровли 2 со скоростью 50-60 м/с происходит разрушение породы кровли 2 за счет деформаций растяжения-и при этом часть разрушенной породы кровли 2 вЫ брасывается в выработанное пространство. При таком взаимодействии металлических клиньев с кровлей в последней образуется трещина 14 (фиг. З). /4ля образования в породе крорли 2 непрерывной трещины 14, ориентированной вдоль выработки 4, расстояние между клиньями 11 в ряду принято равным 0,3-0,4 м. Образовавшаяся в труднообрушаемой породе кровли 2 трещина 14, разупрочняет кровлю. При отходе лавы 5 от образованной в кровле трещины 14 на 5-6 м зависшая над выброшенным пространством лавы 5 консоль 6 обрушается по линии трещины 14. После отрыва зависшей консоли по линии искусственной трещины 14 над выработанным пространством позади лавы 5 зависает короткая породная консоль 15. Длина этой консоли равна 3 4м, Tie. длина консо/|и уменьшается в 3-4 раза (фиг. 2). После образования короткой консоли 15 происходит уменьшение протяженности зоны опорного давлений и величины концентрации напряжений в ней до м(1Нимального уровня 16. Происходит в связи с этим разгрузка породного массива 7 от высоких напряжений. Коэффициент разгрузки массива равен 1,5-2 (расчет величины коэффициента разгрузки массива прилагается) . Слабые породы почвы 3 при влиянии уменьшенных напряжений не разрушаются и не вспучиваются. Таким образом, разгрузка породного массива обеспечивает повышение эффективности .охраны выработок 4, что выражается в уменьшении деформаций их стенок и почвы на . Уменьшение деформаций выработок 4 позволяет уменьшить площадь их поперечного сечения на 10-15 при их проведении. За счет этого повышается экономичность способа охраны на 2025%. Кроме этого, за счет уменьшения, смещения контура крепи в поддерживаемых выработках уменьшаются затраты на их поддержание. Использование предлагаемого способа охраны выработки породной полосой,образованной взрывом пород почвы пласта с одновременным разупрочнением труднообрушаемой породы кровли за счет внедрения в породу на глубину, равную 1/2-1/3 ее мощности, металлических клиньев энергией взрыва, уменьшает затраты на охрану выработч ки за счет сокращения затрат на образование породно11 полосы, а также за счет снижения затрат на проведение выработки, Ф о р мул аи 3 о б ре т е н и я Способ охраны выработки, включающий отработку лавы, бурение скважин

Предлагаемый

Проведение выработ- Проведение выработки

Отработка лавы

Бурение скважин в породу почвы преле прохода лавы Установка жестких оснований на почву пласта

Установление клиньев с распоррм между кровлей и жестким основанием

Установка органной крепи Взрывание скважин позади забоя .лавы, создание полосы Внедрение клиньев в кровлю энергией взрыва

Образование продольной трещины в кровле

Обрушение породной консоли кровли С

Известный

Известный

Отработка выемочного столба лавой Бурение скважин в почву до подхода лавы

Взрывание скважин после прохода лавы

Предотвращение обрушения кровли

Продвигание секций механизированной крепи

Нарезка щелей в кроле и почве

Вдавливание в щели режущих балок Дополнительный распор секций мёхкрепи Повторное вдавливаиз выработки в породу.почвы, заряжание и взрывание в них зарядов ВВ, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения эффективности и экономичности охраны выработки, перед взрыванием зарядов в скважинах, в лаве вдоль выработки устанавливают металлические клинья с распором их .между кровлей и почвой, а затем взрывают заряды ВВ в скважинах.

17107А612...«..---

Способ

т Известный

Предлагаемый

, Продолжение табллицы

I I -vИзвестный

ние режущих балок в щели Снятие дополнительного распора мехсек ционной крепи Замена гидростоек Возведение охранной полосы

Изобретение относится к горному делу и позволяет повысить эффективность и экономичность охраны выработки. По пласту угля 1 с подрывкой слабых пород (П) почвы 3 проходят штреки (Ш) 4. Между Ш 4 размещается » лава. Из Ш 4 П почвы бурят скважины (С) 9. Ориентируют С 9 параллельно пласту. До заряжания С Э параллельно охраняемому Ш в выработанном пространстве устанавливают с распором между кровлей и почвой металлические , клинья 11. -Затем заряжают 09 и взрывают. Одновременно с выбросом П вы- брасываютср металлические клинья, которые, внедряются в П кровли и формируют в ней трещину 14. По линии трещины происходит разгрузка породного массива от высоких напряжений. 1 табл., 3 ил.^4^ О)

Фмг. i