Способ предупреждения горных ударов в целиках горных пород, преимущественно при столбовой системе разработки пластов полезного ископаемого Советский патент 1981 года по МПК E21F5/00 

(54) СПОСаВ ПРЕДЗТ1РЕВДЕНИЯ ГОРНЫХ УДАРОВ в ЦЕЛИКАХ

ГОРНЫХ ПОРОД, ПРЕШУИЩСТВЕННО ПРИ СТОЛБОВОЙ СИСТЕМЕ РАЗРАБОТКИ ПЛАСТОВ ПОЛЕЗНОГО ИСКОПАЕМОГО

I

Изобретение относится к . горной ttpo ыmпeннocти и может быть использовано при разработке :удароопасныхг пластов полезного ископаемого.

Известен способ борьбы с гортлми ударами путём бурения разгрузочных скважин.

Скважию бурят, когда напряжения в краевЫ части массива соответствуют Ш-J У категории удароопасности : но в дальнейшем в связи с ведением . . очистных работ в этом же месте . .ожидают повышение степени удароопасности до 1 категориирЗ.

Недостатком этого способа является то, что процесс бурения в этих условиях не сопровождается повышенным выходом буровой мелочи, поэтому на практике уменьщают paccTOHirae между скважинами до 0,5-0,7 м, что приводит к резкому повышению трудоемкости, удорожанию про4яшактнчее- ких работ и значительным дефарма {рям -Kpeira выработкн.

Известен также способ предупреждения ударов в целиках горных пород, преимущественно при столбовой системе разработки пластов полезного ископаемого, основанный .. на перераспределении нагрузок в целике горной породы, включающий бурение скважин в целик горной породы и заполнение полостей скважин закладочным MaTepHanoM iZj

to

Недостатком известного способа является Повьшенная опасность выполнения горшйх работ в связи с тем, что с подвиганием их фронта к краевой части пласта, горные породы(уголь)

15 в краевой части пласта уплотняются и степень опасности по горным ударам возрастает и возникает необходимость повторного проведения профилактических мероприятий.

Цель изобретения - повышение эф- фективности профилактических мероприятий по предупреждению горных ударов, увшшчения срока их защитного действия и повьпвение безопасности труда за счет укрепления краевой части целика, непосредственно прилегающего к охраняемой горной выработке, при приближении к краевой части целика опорного давления, возникающего вследствие перераспределения напряженного состояния горных пород при подвигании очистного забоя.

Доставленная цель достигается тем что скважины в целик горной породы бурят до приближения к краевой части целика опорного давления в условиях сохранения в целике степени его удароопасности Ш-1У категории, а в качестве закладочного материала используют тверденнций материал.

Причем скважины в краевую часть целика горной породы бурят перпендикулярно плоскости обнажения пласта.

Кроме того, скважины в краевую часть целика горной породы под углом 50-70 к плоскости обнажения пласта.

А также тем, что скважины, которые располагают в краевой части целика горной породы под углом 50-70 к плоскости обнажения пласта, бурят попарно пересекающимися между собой.

На фиг. 1 представлена схем осуществлеиия предлагаемого способа, когда скважины бурят в краевую часть целика горгвых пород перпендикулярно плоскости обнажения пласта; на фиг2то же, когда скважины бурят в краевую часть целика гормых пород под углом 50-7(fк плоскости обнажения пласта, на фиг. 3-то же, но скважины при этом бурят попарно Пересеканнцимися между собой , на фиг.4-разрез А-А на фиг. 3; на фиг. 5 - распределение напряжений в краевой части модели целика горных пород с выполненными в ней отверстиями, имитирующими скважины; на фиг.6распределение напряжений в краевой части модели целика горных пород с отверстиями, заполненными закладочным материалом. ,

Способ осуществляют следующим образом.

Станком Б-15 бурят скважины длиной например, 5 м и диаметром 200 мм в пласт полезного ископаемого (угля ) перпендикулярно (фиг.1) или под углом 50-70 (фиг.2) к плоскости обнажения пласта. Скважины располагают в одной плоскости, в средней части по мощности пласта и на расстоянии 1,5750974

2 м друг от друга по всей длине подготовительной выработки. В процессе бурения очередных скважин готовые полости заполняют твердеющим материалом, раствором бетона. Или же скважины бурят длиной, например 5м, , диаметром 200 мм в пласт угля под уг- , лом 50-70 у плоскости обнажения пласта таким образом, чтобы скважины поп

10 парно пересекались (фиг. З) между собой. При этом скважины располагают в одной плоскости, параллельной напластованию, в средней части по мощно- ;:ти пласта и на расстоянии 1,5-2 м

15 между скважинами в одной паре и 0,50,7 м между соседними парами скважин (фиг, 3), по всей длине выработки. После того, как все скважины пробурены, начинают их бетонирование. При заполнении бетон одной скважины схватывается с бетоном другой скважины в месте их пересечения. Путем такого взаимного сцепления скважин создают хорошее арматурное укрепление.

Способ применяют в целике горных пород (угля), непосредственно прилегающего к охраняемой выработке. Такие целики образуются при столбо3Q вых системах разработки пластов полезного ископаемого, когда работы . ведут на передовую выработку (фиг.1). Известно, что в краевой части целика значительных размеров напряжения соответствуют Ш-1У категории удароопасности, но так как выемку угля введут в направлении передовой выработки , то размеры целика уменьшаются. Такое .уменьшение целика и приближение зоны опорных нагрузок от очистного забоя приводит к росту концент. раций напряжений в Краевой части целика и повышению степени удароопасности цо 1 категории. Категория удароопас/1ОСТИ определяется по комплексному .методу. Гакие удароопасные горнотехнические ситуации определяют из плана горных работ, поэтому бурение скважин и заполнение полостей бетоном рекомендуют проводить до приближения опорного давления, возникающего о1г перераспределения нагрузок при подвигании очистного забоя, в условиях Ш-1 У категории удароопасности. Ширина зоны опорных нагрузок (i)

55 переменнаг и зависит от глубины ведения горных работ (Н), угла падения пласта (об ) и мощности пласта (т). Для расчета принимает m 1 м. о(, о и Н 600 м. Согласно извест ной номограмме для этих условий L : 45 м. Ширину целика (1ц), необх димого для поддержания выработки, принимает равной 20 м, так как 1д70,4 L . При такой ширине целика рекомендуют ошрину защитной зоны (п) со стороны выработки принимать равной 5 м. Следовательно, целик, прилегающий к выработке, обрабатывают скважинами по предлагаемому способу на глубину не менее 5 м до приближения опорных нагрузок от очистных работ, т.е. тогда, когда ОЧИСТНОЙ забой находится от передовой вырабо ки на расстоянии, равном L+ п 45+5, т.е. Не менее 50 м для рассмотренного случая. Очаг возможного горного удара находится в центральной части целика и создает усилия, направленные нормально к обнажению пласта. Следовательно, укрепляющее действие скважин, заполненных бетоном и расположе ных перпендикулярно к обнажению плас та, низкое (фиг. l). Более надежным является расположение скважин под уг ,лом к плоскости обнажения пласта (фиг.2). Наиболее хорошее арматурное укреп ление достигается расположением сква жин при их взаимном пересечении (фиг. З).. На основании опытов, проведенных на оптически; Активных материала,х, ме взаимодействия полостей, запо ненных бетоном, с краевой частью пла та угля можно представить следуюпщм образом. По мере набора необходимой прочности полость скважнгал, запо ненная бетоном, будет воспринимать все большую нагрузку. В результате этого происходит перераспределение напряжений. Так, например, напряжени в модели, имитирующей полости скважи в массиве по осям 1-1 и П-П будут в два раза-выше 1,53 кгс/см и 1,12 кгс/см (4ИГ.5), чем по соответствую щим осям в модели, имитирунщей полости скважин в массиве заполненные бетоном 0,72 кгс/см н 0,52 кгс/см (фиг. 6 ). Это обусловлено тем, что значительную часть усилий, более 50 %, полость заполненная бетоном, берет на себя. Следовательно, напрят женное состояние как-: перемычек угля маяаду полостями скважин заполнена ных бетоном, так и краевой части нла 7 та в целом будет в два раза ниже. Естественно, что степень удароопасности определяемая напряженным состоянием, также будет ниже. Таким образом, диапазон эффективного действия способа обосновывается следующим. . . Выполнение работ по бурению скважин н краевую часть целика угля производят до приближения опорного давления, в условиях Ш-1У категории удароопасиости, когда проявление горного удара в момент бурения невозможно. Следовательно, повышенная опасность, сопровождающая бурение скважин, полностью исключается. Эффект перераспределения напряжений между полостями скважин также постоянно оказывает противодействие очагу горного удара в массиве. Следовательно, срок защитного действия способа практи 1ески неограничен. С применением предлагаемого способа дополнительная стоимость работ по бетонированию одной скважины составляет примерно 5 руб. При сохранении параметров бурения разгрузочных скважин теми же, что и применялись на шахте (длина 12 м, расстояние между скважинами выработки) , стоимость дополнительных работ на 1 м составит около 7 руб. Общее удорожение одного реза обработки на всю длину уклонов, равную 800 м, составит примерно 5 тыс. руб. Однако за счет исключения повторной обработки применение предлагаемого способа обеспечивает экономию государственш 1Х средств только по этим выработкам более 20 тыс. руб. Формула изобретения 1. Способ предупреждения горных ударов В целиках горных пород, преимущественно при столбовой системе разработки пластов полезного ископаемого, основанный на перераспредеении нагрузок в целике горной породы, включающий бурение скважин в цеик горной породы и заполнение полостей скважин закладочным материалом, о т л и ч а ю.щ и и с я тем, что, с целью повышения эффективности профиактических мероприятий по предупреждению горных ударов, увеличения срока их защитного действия и повьшения безопасности труда за счет укрепления краевой части целика, непосредственно прилегающего к охраняемой горной, выработке, при приближе НИИ к краевой части целика опорного давления, возниканхцёгЬ вследствие перераспределения напряженноро состояния горных пород при подвигании очистного забоя, скважины в целик, горной породы бурят до приближе, ния ,к краевой части целика опорного давления в условиях сох-ранения в целике степени его удароопасности Ш-1У Категории, а в качестве закладочного материала используют твердекнций материал. 2.Способ по п. 1. отличающий с я тем, что скважины в краевую часть целика горной породы бурят перпендикулярно плоскости обнажения пласта. 3.Способ по п. 1, отличающий с я тем, что скважины в краеву 78 часть целика горной породы бурят под углом 50-70 к плоскости обнажения пласта. 4. Способ по пп. Ij3, о т л и чающийся тем, что скважины, которые располагают в краевой части целика горной породы под углом 5070 к плоскости обнажения пласта, бурят попарно пересекаюоршися между собой. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Кузнецов В. П. Об области целесообразного применения локальных мер борьбы с горными ударами.- Уголь, 1972, №4, с. 58-59. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке 2846637/22-03, кл. Е 21 F 5/00, 04.12.79 (прототип).

1х X X X XX X у

(Puz.1 / / / / / / / / / / / / / / / /

// / / Л /

(П

////// /

Фиг

875097

фц. 0.70.9и Вертикальные напрш Фиг. 5 и1,5 ,у,