Способ управления геофильтрационным состоянием горного массива Советский патент 1992 года по МПК E21D23/00 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при отработке преимущественно угольных пластов со сложными гидрогеологическими условиями.

Известен способ управления геофильтрационным состоянием массива горных пород, включающий очистную выемку с полным обрушением пород кровли, которая предварительно расслоена гидроразрывами.

Известный способ не обеспечивает охрану водных ресурсов, так как при его реализации отсутствуют операции целенаправленного воздействия на водоносные и водоупорные слои, особенно при наличии размокаемых горных пород, теряющих устойчивость, и не способствует охране водных ресурсов, так как подземные воды дренируются и загрязняются обрушенной зоной горных вод.

VI

00 4 О

Наиболее близким к предлагаемому является способ управления геофильтрацион- ным состоянием горного массива, включающий формирование гидроразрыва пород.в заданной плоскости, определение прогиба пластичного слоя междупластья, разделяющего полезное ископаемое и водоносные породы, очистную выемку с полным обрушением кровли.

Образующиеся в междупластье вертикальные трещины в данном случае вскрывают водоносные породы, вода дренирует по трещинам, собирается в вогнутом перекрытии и через каналы, водоприемные устройства по трубопроводу поступает в водоотводящую сеть шахты.

Недостатками известного способа являются отсутствие мероприятий по охране водных ресурсов и низкая эффективность отработки полезного ископаемого под водоносными породами, обусловленные тем, что в случае реализации данного способа имеет место целенаправленное разрушение сплошности пластичного слоя междупластья, формирование трещин, ведущее к перетоку воды из водоносных пород в дренажную сеть шахты, а также невозможность улавливать водоприток в завальной части очистной выработки, где породы свободно обрушаются при передвижке крепи. Это истощает природные водные ресурсы, так как шахтная вода сбрасывается в поверхностные водотоки. При этом смешение вод различных природных концентраций с шахтной средой ведет к загрязнению водного бассейна.

Эффективность горных работ снижается из-за целенаправленного разрушения и увлажнения пород между крепью и водоносными породами, что снижает устойчивость пород в этих местах.

Целью изобретения является обеспечение охраны водных ресурсов и повышение эффективности отработки полезного ископаемого под водоносными породами путем создания в породах водозащитного пластичного слоя.

Поставленная цель достигается тем, что при реализации известного способа управления геофильтрационным состоянием горного массива, включающего формирование гидроразрыва пород в заданной плоскости, определение предельного прогиба пластичного слоя междупластья, разделяющего полезное ископаемое и водоносные породы, очистную выемку с полным обрушением кровли, сначала определяют мощность пластичного слоя по величине предельного прогиба пород ниже подошвы водоносных пород, а затем формируют водозащитный

пластичный слой путем гидроразрыва пород в двух плоскостях - совпадающей с подошвой водоносных пород и отстоящей от нее на расстоянии, меньшем мощности пластичного слоя.

Предварительное определение мощности пластичного слоя по величине предельного прогиба пород ниже подошвы водоносных пород позволяет определить

0 место расположения второй плоскости гидроразрыва таким образом, чтобы она располагалась в пластичном слое, а не за ним и обеспечивала экранизацию водоносного слоя путем гарантированного придания во5 дозащитных свойств выделяемому слою.

Формирование водозащитного пластичного слоя путем гидроразрыва пород в двух плоскостях обеспечивает надежное экранирование водоносного слоя и устране0 ние перетока воды в шахту, а также повышает устойчивость пород в зоне отработки полезного ископаемого, так как устра- няется увлажнение и дополнительное разрушение пород между крепью и водо5 носными породами.

Выбор места размещения плоскостей гидроразрыва, одна из которых совпадает с подошвой водоносных пород, а другая отстоит от нее на расстоянии, меньшем мощ0 ности пластичного слоя, позволяет сформировать экранирующие свойства непосредственно в пластичном слое, устраняя сцепление с окружающими породами и одновременно снижая за счет взаимного про5 скальзывания действие растягивающих усилий в породах, склонных ктрещинообра- зованию.

Указанное размещение плоскостей гидроразрыва наиболее эффективно: водоза0 щитный слой максимально удален от зоны обрушения пород над -пластом полезного ископаемого, т.е. деформируется всегда меньше остальных слоев, расположенных в междупластье водоносная порода - полез5 ное ископаемое. Увеличение числа плоскостей гидроразрывов в пластичном слое может привести к сообщению природных вертикальных трещин друг с другом и нарушать его экранирующее свойство. К тому же

0 увеличение числа плоскостей увеличивает трудоемкость способа.

На чертеже приведена схема осуществления предлагаемого способа.

Для конкретных горно-геологических

5 условий, например, представленных угольным пластом 1, аргиллитом 2, водоносным песчаником 3, определяют расчетным путем мощность h водозащитного пластичного слоя 4, соответствующую величине его предельного прогиба по устойчивости горной

породы. Наиболее надежно такой расчет осуществляется методом конечных элементов, заключающимся в том, что в процессе расчета положение нижней расчетной границы 5 слоя 4 перемещают вверх - вниз, что позволяет найти его оптимальное положение, при котором достигается предельный прогиб слоя 4 без разрыва его сплошности, т.е. появления в нем водо про водящих трещин. При этом в расчете задается отсутст вие сил сцепления по границам 5 и 6, так как последующие технологические операций направлены именно на это и создают условия автономного деформирования слоя, соответствующего расчетному.

Зона обрушенных пород 7 формируется заданием в расчетной модели свободного пространства в виде вынутого пласта 1.

После определения мощности h водозащитного слоя заблаговременно до начала отработки угольного пласта 1 через скважины 8 производят гидроразрыв по двум границам (плоскостям): совпадающей с подошвой водоносных пород 9, отстоящей от нее на расстоянии гл, меньшем h. Напри- мер, m может быть равно 0,8h, если известно, что точность использованного в расчете предела прочности горных пород составляет ± 20%. Гидроразрыв пород устраняет сцепление слоя 4 с окружающим массивом, т.е., придает ему деформационные свойства, соответствующие расчетным без разры- ва его сплошности.

В дальнейшем производится выемка угольного пласта 1, при которой слой 4 мощ- ностью m сохраняет свои водозащитные свойства, исключая поступление воды из водоносного песчаника 3 в очистной забой 10 и в обрушенные породы 7.

Таким образом, предлагаемый способ управления геофильтрационным состоянием горного массива обеспечивает эффективную экранизацию водоносного горизонта, что позволяет сохранить ресурсы подземных вод, не загрязняя их, и повысить эффективность отработки полезного ископаемого, прежде всего за счет повышения устойчивости пород в этих местах.

Формул а и б р е т е н и я Способ управления геофильтрационным состоянием горного массива, включающий определение при ведении очистных работ с полным обрушением кровли пластичного слоя пород междупластья, разделяющего полезное ископаемое и водоносные породы в кровле пласта, при предельном прогибе указанного пластического слоя и формирование плоскостей ослабления гидроразрывом пород, о т л и ч а- ю щи и с я тем, что, с целью охраны водных ресурсов и повышения эффективности отработки полезного ископаемого под водоносными породами за счет создания в породах междупластья водозащитного пластичного слоя, предварительно определяют мощность пластического слоя по величине предельного прогиба пород ниже подошвы водоносного слоя, а затем формируют водозащитный пластичный слой, гидроразрывом пород в плоскости, совпадающей с подошвой водоносного слоя пород, и в плоскости, отстоящей от нее на расстоянии, меньшем мощности пластичного слоя.

8

6 9 8

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземной разработке угольных пластов со сложными горногеологическими условиями. Цель изобретения - охрана водных ресурсов и повышение эффективности отработки полезного ископаемого под водоносными породами за счет создания в породах междупластья водозащитного пластичного слоя. Сущность изобретения заключается в определении пластичного слоя в массиве горных пород междупластья, разделяющего полезное ископаемое и водоносный слой, и формировании в пределах междупластья водоизолирующего экрана, препятствующего образованию трещин в кровле пласта при ведении очистных работ с обрушением. При этом оптимальную толщину пластичного слоя определяют при максимальном его прогибе без разрыва сплошности с помощью метода конечных элементов (МКЭ). После определения толщины пластичного слоя производят гидроразрыв пород кровли по двум плоскостям, параллельным напластованию, - совпадающей с подошвой водоносного слоя и отстоящей от него на расстоянии, меньшем мощности пластичного слоя. Скважины для производства гидроразрыва располагают таким образом, чтобы радиусы влияния скважин перекрывали друг друга. 1 ил. (Л с