Способ возведения опережающей крепи при разработке выбросоопасных крутых угольных пластов Советский патент 1992 года по МПК E21D11/14 E21F5/00 

Изобретение относится к угольной промышленности и может быть использовано при разработке пластов, опасных по внезапным выбросам угля и газа.

Известен способ предотвращения обрушений угля над кровлей выработок, пройденных в выбросоопасных пластах, включающий образование разгрузочных полостей на уровне почвы и кровли выработки по простиранию пласта, заполнение этих полостей быстротверде- ющей смесью на длину, которая перекрывает кровлю проводимой параллельно выработки, при этом временное сопротивление изгибу смеси после затвердевания больше предельно допустил мого временного сопротивления сжатию угля.

Недостатками такого способа является низкая технологичность вследствие необходимости наличия специального оборудования для нагнетания смеси и использование только в подготовительных выработках при наличии со00

СО

ГО

седнеи, параллельной, заранее пройденной выработки.

Известен способ возведения напряженной ачкероподобной крепи при проведении подготовительных выработок, включающий бурение шпуров по периметру проведенной выработки, установку в них ампул со смесью, увеличивающейся в объеме при твердении и их разрушение посредством введения в шпур стержня, причем ампулы со смесью устанавливают в каждый шпур от его забоя к устью в порядке уменьшения коэффициента расширения смеси, обратно пропорционального изменению коэффициента концентрации напряжений вокруг выработки, вызванных ее проведением.

Недостатки способа, определенного в качестве прототипа, следущие: способ не исключает обрушений и высыпаний угля непосредственно в процессе проведения выработок, т.к. выполняется уже после проходческого цикла и оформления забоя; способ не обеспечивает предотвращение .газодинамических явлений в результате обрушений (высыпаний) и выдавливаний угля, т.к. упрочнение нависающего массива по контуру не исключает возможности развязывания выброса из глубины масс ва; область применения способа ограничена подготовительными выработками способ не учитывает физическую природу развязывания внезапных обрушений и выдавливаний угля при разработке выбросоопасных крутых пластов и тем самым не обеспечивает безопасность ведения горных работ.

Целью изобретения является повышение безопасности ведения горных работ за счет исключения обрушений и выдавливаний угля.

Поставленная цель достигается за счет того, что в способе возведения опережающей крепи при разработке выбросоопасных крутых угольных пластов, включающем определение коэффициента концентрации напряжений с удалением от забоя, бурение шпуров в нависающем угольном массиве по простиранию пласта, размещение в них ампул со скрепляющей смесью, коэффициент расширения которой изменяется по длине шпура и разрушение ампул стержнем, дополнительно определяют размер зоны активного выдвижения угля в краевой части пласта, а бурение шпуров производят глубиной, превышаю0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

щей размер этой зоны на величину извлекаемой полосы угля, при этом ампулы размещают от забоя к устью шпура в порядке возрастания коэффициента расширения смеси, обратно пропорционального коэффициенту концентрации напряжений в краевой части угольного пласта, а расстояние г между шпурами определяют из соотношения

,

где К - средний коэффициент расширения скрепляющего состава по длине ш пура; d - -диаметр шпура.

На Фиг 1 приведена схема крепления нависающего массива в процессе осуществления способа (на разрезе по простиранию пласта); на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1 (на разрезе вкрест простирания пласта).

Способ осуществляют следующим образом.

При разработке выбросоопасных крутых пластов определяют одним из известных способов (аналитически или - экспериментально) коэффициент концентрации напряжений с удалением от забоя 1 м размер зоны 2 активного выдвижения угля в краевой части пласта. Затем в нависающем угольном массиве 3 по простиранию пласта бурят шпуры k, глубиной, превышающей зону 2 активного выдвижения на величину извлекаемой полосы 5 угля за выемочный цикл. В шпуры от забоя к устью устанавливают ампулы в порядке возрастания коэффициента расширения смеси, обратно пропорционального коэффициенту концентрации напряжений в краевой части пласта. Расстояние между шпурами определяют из соотношения

где К - средний коэффициент расширения скрепляющего состава по длине шпура; d - диаметр шпуров, м. Опробывание способа было проведено на шахте Булавинская ПО Орджо- никидзеуголь при разработке пласта Мз Толстый-запад, гор. 90 м. Пласт сложного строения, состоит из двух угольных пачек, разделенных породным слоем Уголь верхней пачки изменяется от средней крепости до мягкого,.

51

II-IV типа тектонической нарушенное™ Нижняя пачка угля раздроблена, IV-V типа наруыенности, хорошо развит кливаж. Мощность пласта 0,85-1,25 м. Выемка угля велась лавой с потолко- уступной формой забоя. Неустойчивый уголь пласта и отсутствие специальной крепи постоянно приводили к высыпаниям угля интенсивностью от 2 до 38 т, создавая аварийные ситуации. Нарезка технологических пазов оказалась невозможной из-за слабой устойчивости угля. В качестве специальных мер была принята технология укреп- ления нависающего массива угля в

кутках уступов опережающей крепью с применением пенополиуретанового скрепляющего состава согласно предлагаемому способу. В результате бурени контрольных шпуров для определения коэффициента концентрации напряжений по выходу буровой мелочи и теизометрических измерений было установлено, что коэффициент концентрации на- пряжении с удалением от забоя на глубине 1 м составляет 1,5, на глубине 2 м - 2; на глубине 3 м - 3 а

, размер зоны активного выдвижения угля составляет 1,8 м. При ширине полосы

угля, извлекаемой за выемочный цикл 0,9 м, минимальная глубина шпуров составляла 2,7м. Для возведения опережающей крепи бурили шпуры глубиной 3 м, в которые помещали ампулы со

скрепляющим составом, причем на третьем, от забоя, метре шпура устанавливали три ампулы с коэффициентом расширения 8, на втором метре - три ампулы с коэффициентом расширения 6, на первом метре - три ампулы с коэффициентом расширения k. Т.е. ампулы устанавливали от забоя к устью шпура в порядке увеличения коэффициента расширения смеси, обратно пропорцио- нального коэффициенту концентрации . напряжений в краевой части пласта. Испытание предлагаемого способа обеспечило доработку пласта до тех - н ических границ шахтного поля без обрушений и выдавливаний угля.

Использование предлагаемого способа исключает значительное обнажение угольного массива при выбуривании паза, что, в свою очередь, исклю- чает обрушения (высыпания) угля. Возводимая, согласно предлагаемому способу, опережающая крепь препятствует выдвижению краевой части пласта, что 0

83

,- 0 5

0

5

0 5 0

5

12б

позволяет локализовать и предотвратить развязывание выброса или выдавливания угля. Согласно предлагаемому способу, опережающую крепь можно возводить в любой выработке, где есть возможность пробурить в забое шпуры, т.е. в отличие от прототипа, способ применим не только в подготовительных, но и в нарезных или очистных выработках, что расширяет область применения способа. Кроме того, бу- реиие нескольких шпуров для возвепе- ния опережающей крепи, по сравнению со сплошным выбуриванием паза по всей мощности пласта, позволяет значительно снизить трудоемкость выполнения работ в забое, что позволяет получить экономический эффект 0,15- 0,25 руб/т. В среднем, по предварительным расчетам, возможный годовой экономический эффект по одному забою составляет 6-8 тыс. руб. на одну лаву.

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с аналогами и прототипом позволяет с использованием новых признаков, учитывающих физические процессы, протекающие в нависающем массиве угля, повысить опасность горных работ путем исклюг чения обрушений у выдавливаний угля и расширить область применения способа в очистных и нарезных (монтажные ниши щитовых лав) выработках,

Формула изобретения

Способ возведения опережающей крепи при разработке выбросоопасных крутых угольных пластов, включающий определение коэффициента концентрации напряжений с удалением от забоя, бурение шпуров в нависающем угольном массиве по простиранию пласта, размещение в них ампул со скрепляющей смесью, коэффициент расширения которой изменяется по длине шпура, и разрушение ампул стержнем, отличающийся тем, что, с целью повышения безопасности ведения горных работ путем исключения обрушений и выдавливаний угля, дополнительно определяют размер зоны активного выдвижения угля в краевой части пласта, а бурение шпуров производят глубиной, превышающей размер этой зоны на величину извлекаемой полосы угля, при этом ампулы размещают от забоя к устью шпура в порядке возрастания коэффициента расширения смеси, обрат517783126

но пропорционального коэффициенту ношенияr Kd, где К - средний коэф- концентрации напряжений в краевой фициентрасширения скрепляющего сое- части угольного пласта, а расстояние тава подлине шпура; d - диаметр шпу г меж,чу шпурами определяют из COOT- pa.

Использование: изобретение относится к угольной промышленности и может быть использовано при разработке пластов, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа. Целью изобретения является повышение безопасности ведения горных работ за счет исключения обрушений и выдавливания угля. Для этого перед разработкой пласта одним из известных методов определяют коэффициент концентрации напряжений с удалением от забоя и размер зоны активного выдвижения угля в краевой части пласта. Затем в нависающем угольном массиве по простиранию пласта бурят шпуры на определенном расстоянии друг от друга и глубиной, превышающей размер зоны активного выдвижения пласта на величину извлекаемой полосы угля. В шпурах размещают ампулы со скрепляющей смесью, причем ампулы размещают в порядке возрастания коэффициента расширения смеси, обратно пропорционального коэффициенту концентрации напряжений. Ампулы разрушают стержнем. 2 ил. (Л С

Ч

2

-

L,

А

Фиг

Фиг.2