Способ охраны горной выработки при разработке пластов полезных ископаемых на больших глубинах Советский патент 1992 года по МПК E21C41/18 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для охраны горных выработок при разработке пластов полезных ископаемых на больших глубинах.

Известны способы охраны горных выработок в выработанном пространстве, включающие их проведение в плоскости разрабатываемого пласта после затухания усадки обрушенных пород кровли.

Общими недостатками этих способов является размещение этих выработок на уровне пласта в зоне максимального разрушения пород непосредственной кровли и хаотической упаковки их кусков-обломков. Поэтому степень уплотнения указанных пород под влиянием горного давления при очистных работах в их слое высотой, равной высоте проводимой затем в них горной выработке, по сравнению с вышележащими слоями на удалении от этого пласта наибольшая. Неупорядоченное размещение породных кусков, малые их размеры и пониженная плотность упаковки не только затрудняют процесс проведения выработки в части выемки неоднородной по прочности среды и снижения шага установки рамок поддерживающей крепи, но и усложняет условия дальнейшего ее сохранения за счет предотвращения увеличивающегося смещения обнаженных по контуру разрушенных

XS XI О Ы

о ч

Ы

пород при их переуплотнении под влиянием горного давления во время проведения и последующего поддержания этой выработки При этом, в зависимости от габаритов образованных при обрушении породных кусков снижается возможность использования несущей способности последних для повышения сопротивляемости горному давлению в совокупности с поддерживающей крепью.

Указанные недостатки в некоторой степени устранимы при полевой подготовке, когда горная выработка проводится на определенном удалении от выработанного пласта, однако при наличии в почве этого пласта мощного слоя весьма прочных пород резко снижают темпы проведения выработки и повышают их стоимость. При размещении полевой выработки в менее прочных слоях породы почва на значительном удалении ее от выработанного пласта может привести к неблагоприятным условиям ее сохранения, которые аналогичны условиям нетронутого горного массива.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является способ охраны горной выработки, при разработке пластов полезных ископаемых на больших глубинах, включающий проведение горной выработки в выработанном пространстве лавы, в котором породную полосу формируют вслед за лавой шириной, большей ширины горной выработки, а горную выработку проводят по породной полосе в средней ее части после стабилизации процесса ее уплотнения горным давлением.

Недостатки этого способа охраны горной выработки заключаются в том, что необходимо возводить при выемке пласта широкую породную полосу, осуществлять выемку части уплотненной этой же породной полосы на ширину, равную ширине проводимой выработки, а оставшиеся части породной полосы при дополнительном их уплотнении под воздействием горного давления во время проведения и последующего поддержания выработки увеличивают сближение пород по нормали к их напластованию, а при достижении предельной усадки работают аналогично штампу, способствующему выдавливанию пород почвы в выработку.

Указанные недостатки являются основной причиной снижения устойчивости горной выработки и повышения совокупных затрат по обеспечению ее поддержания а удовлетворительном эксплуатационном состоянии.

Цель предлагаемого изобретения - снижение затрат на проведение и повышение

устойчивости горной выработки путем ее размещения в ранее обрушенных и уплотненных породах кровли на удалении от выработанного пласта по нормали к нему,

обеспечающем в совокупности со структурно-прочностными характеристиками этих пород в соответствующем слоях наименьшее их уплотнение и выдавливание в охраняемую выработку под влиянием горного давления.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе охраны горной выработки при разработке пластов полезных ис- копаемых на больших глубинах,

включающем проведение горной выработки в выработанном пространстве лавы после полного затухания уплотнения пород в нем под влиянием горного давления, выработку проводят в слое разрушенных пород кровли

на удалении от почвы пласта, обеспечивающим коэффициент их разрыхления по значе- нию равному величине коэффициента разрыхления при запредельном состоянии этих пород,

Способ охраны горной выработки при разработке пластов полезных ископаемых на больших глубинах реализуется следующим образом.

Горную выработку при ее проведении

размещают в слое обрушенных пород кровли на удалении от выработанного пласта, обеспечивающем величину коэффициента разрыхления деформированных под влиянием горного давления пород, близкую по

значению коэффициенту разрыхления при запредельном их состоянии, зависящем от исходного напряженного состояния, лито- логического состава, крепости и трещинова- тости этих пород,

Коэффициент разрыхления К пород, находящихся в различном напряженно-деформируемом состоянии, зависит от величины приращения относительного объема этих пород А К (К 1 + А К) и определяют остаточную их плотность, Чем выше степень деформации и разрушения пород, то есть коэффициент их разрыхления, тем меньше их плотность. В запредельном состоянии, когда А К Д К, породы деформируются с

образованием сплошных трещин, сохраняя при этом упорядоченную упаковку блоков и остаточную несущую способность. Тогда необходимое условие обеспечения снижения уплотнения обрушенных пород имеет следующую связь:

,,5 (АКы+ AKki), (1) где AKi ЛКы. AKni и А Ки -относительная величина увеличения объема соответственно разрушенных под влиянием горного давления пород кровли в ее l-ом слое при запредельной деформации, расчетная средняя по высоте выработки у ее подошвы и кровли (I 1,2,3,„п. начиная от пласта).

Средняя величина A Ki в пределах любого однородного слоя пород, слагающих кровлю, рассчитывается по формуле

р

ЛК,(-а4к)П (-а1К;.,Н;.,),(2)

1Л i IJ

где m - вынимаемая мощность пласта, м;

hi - мощность однородного 1-го слоя пород, кровли м;

а - коэффициент пропорциональности;

A Kip - потенциально возможная наибольшая относительная величина увеличения объема полностью разрушенных под влиянием горного давления пород 1-го слоя без ограничения свободного пространства (при А К|р породы представляют собой обломочную среду). 4

При ДК|Р АК породный слой плавно опускается с образованием блоков и подвижек между ними по открытым трещинам.

На основании формулы (2)

МСп.1.(.(.,.1|,1 4;-vT7ire40 UV,th П |-ехр(-«ш ,h;4W

ni Ь

где hni - удаление подошвы выработки от границы 1-го слоя пород со слоем 1-1. м;

пь - высота выработки в проходке, м.

При hi hb производят подрывку нижнего слоя, при hi hb выработку располагают на границе с вышележащим слоем.

Величины а, А К и А Кр для соответствующих пород устанавливают опытным путем.

Предложенный способ охраны горной выработки имеет следующие преимущества перед известным способом, а именно, отсутствуют затраты на возведение породной полосы в выработанном пространстве по трассе размещения выработки и извлечение ее части при проведении последней; предотвращается сближение пород по нормали к напластованию за счет дополнительной

0 усадки породной полосы под влиянием горного давления при проведении и поддержании выработки; устраняются условия выдавливания пород почвы в выработку за счет дополнительной концентрации в них

5 напряжений под образованной породной полосой после ее предельной усадки.

Способ может быть использован для охраны горной выработки глубоких шахт при разработке тонких пологих пластов, кровли

0 которых склонны к обрушению слагающих ее пород.

Формула изобретения Способ охраны горной выработки при разработке пластов полезных ископаемых

5 на больших глубинах, включающий проведение горной выработки в выработанном пространстве лавы после полного затухания уплотнения обрушенных пород в нем под влиянием горного давления, отличаю щ0 и и с я тем, что, с целью снижения затрат на поддержание и проведение горных выработок, а также повышения их устойчивости за счет уменьшения влияния процесса уплотнения пород и их смещений по обнаженно5 му контуру под влиянием горного давления, выработку проводят в слое разрушенных пород кровли на удалении от почвы пласта, обеспечивающем коэффициент их разрыхления по значению, равному коэффициенту

0 разрыхления при запредельном состоянии этих пород.

Использование: изобретение относится к горному делу и может быть использовано для охраны горных выработок при разработке пластов полезных ископаемых на больших глубинах. Сущность изобретения способ включает проведение горной выработки в выработанном пространстве лавы после полного затухания уплотнения обрушенных пород в нем под влиянием горного давления. Новое в нем то, что выработку проводят в слое разрушенных пород кровли на удалении от почвы пласта, обеспечивающем их разрыхление по значению, равному коэффициенту разрыхления при запредельном состоянии этих пород. При этом способе отсутствуют затраты на возведение породной полосы в выработанном про странстве по трассе размещения выработки и извлечение ее части при проведении последней. сл с