Способ охраны выработки

 

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 выбрасываютср 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)

COOS COBETCHHX

РЕСПУБЛИК ае 01) (у)5 Е 21 С 41/18 Е 21 D ll/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

A-A (2l ) 4808441/03 (22) 02.04.90 (46) 07.02.92. Бюл. И 5 (71) Донецкий политехнический институт (72) И.М.Пономарев, Н.И.Трунова и Л.В.Бонис (53) 622.271(088.8) (56) Заславский И.Ю. О бесцеликовой охране, выемочных выработок. - Уголь

Украины, 1984, Н 2, с. 17-18.

Авторское свидетельство СССР

N 1348528, кл. E 21 D 13/02, 1986. (54) СПОСОБ ОХРАНЫ ВЫРАБОТКИ (57).Изобретение относится к горному делу и позволяет повысить эффективность и экономйчность охраны выра2 ботки. Ro пласту угля 1 с подрывкой слабых пород (П) почвы 3 проходят втреки (Ш) 4. Между Ш 4 размещается лава. Из Ш 4 П почвы бурят скважины (С) 9. Ориентируют С 9 параллельно пласту. До заряжания С 9 параллельно охраняемому Ш в выработанном пространстве устанавливают с распором между кровлей и почвой металлическиЕ . клинья 11. Затем заряжают С 9 и взрывают. Одновременно с выбросом П выбрасываются 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.

1,10746

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 выработка 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 напря- .25 жений и разрушение массива пород трещинами. Для усиления разрушающего эффекта перед вдавливанием балок в щели дают дополнительный распор несколь ким секциям механизированной крепи, расположенным вблизи охраняемой Bb!работки. После этого повторно вдавливают режущие балки в щели, а затем снимают дополнительный распор гидрофицированных секций крепи, Предпола35 гается, что при повторном распоре мехсекций кровля будет приподнята, а при снятии распора с мехсекций кров- . ля опустится на режущие балки.

В дальнеишем производят замену 4О гидростоек на стойки из дерева. После замены всех гидростоек на деревянные возводят охранную полосу из твердеющего материала, замоноличивая деревянные стойки в охранной полосе. 45

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, TRK KRK ия"55 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 достижеwe положительного эффекта при разработке пласта с труднообрушаемой кровлей.

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 лавы разрыхленных пород, предотвращающих обрушение кровли за призабойным пространством лавы и вблизи выработки.

Основным недостатком охраны выработки 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 влиянием опорного давления слабые породы, почвы выработки и боковые стенки выработки деформируются, что влечет за собой разрушение крепи выработки.

Процесс деформирования выработки протекает длительное время, так как зависшие над выработанным пространством лавы породные консоли не обрушаются самопроизвольно. Кроме указанного недостатка весьма сложным яв- . ляется бурение длинных, строго направленных, скважин по породам почвы из-за их искривления в процессе бурения.

Таким образом, охрана выработок породными полосами, образованными

1710746 взрывом зарядов в длинных скважинах, малоэффективна, а технология образования полос очень сложна из-за трудностей бурения длинных, строго направ-, ленных скважин.

Целью изобретения .является-повы- шение эффективности и экономичности . способа охраны выработки породной полосой, образованной разрыхлением

1 слабых пород почвы энергией взрыва зарядов в коротких скважинах.

Цель достигается тем, что способ охраны выработки породной полосой, . включающий проведение выработки, отработку лавы, бурение скважин в породу почвы, заряжание и взрывание зарядов в них, отличающийся тем, что перед взрыванием зарядов в скважинах вблизи выработки устанавливают opràé ную крепь и металлические клинья с распором между кровлей и почвой пласта вдоль выработки параллельно ее оси со стороны выработанного пространства, а затем взрывают заряды в 25 скважинах с образованием продольной трещины в кровле для ее обрушения., Установка жестких оснований на почву пласта, установка клиньев с распором между .кровлей и жестким основани- 0 ем.внедрение клиньев в кровлю энер" гией взрыва, образование продольной трещины в кровле, обрушение породной консоли кровли - это существенные отличительные признаки, обеспечивающие достижение поставленной цели.

На фиг.. 1 изображена охрана выработок породными полосами, образованными взрывом, общий вид; на фиг.2РазРез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - 40

- разрез Б-Б на фиг. 1.

Пример. Применение предлагаемого способа рассматривается приме-, нительно к разработке полого пласта

1 мощностью l,0-1,2 м, в кровле. кото- 45 рого залегает труднообрушаемая поро-. да 2 мощностью 2-3 м, а в почве --. 3 сланец глинистый малой прочности.

По пласту 1 угля с подрывкой сла-. бых.пород почвы 3 проводят штреки 4. Иежду штреками 4 размещается лава 5.

При подвигании лавы 5 над выработанным пространством позади забоя труд- нообрушаемая порода кровли 2 зависа" ет с образованием породных консолей

6. Длина консолей 6 равна .15-20 м (по известной литературе).

При увеличении мощности трудно-.; обрушаемой породы 2 кровли длина зависающих консолей 6 увеличивается, Зависание над выработанным пространством позади лавы 5 породные консоли

6 сохраняются длительное время, так как самопроизвольно не обрушаются.

Иэ-за наличия породных консолей 6 напряженное состояние краевых частей массива угольного пласта I 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 от конкретных условий разработки (фиг. 3).

Выработки 4 на участке позади лавы 5 охраняют породными полосами 8.

Для образования породных полос 8 из выработок 4 пробуривают скважины 9 по слабой породе 3. Скважины 9 ориентируют параллельно пласту 1 или горизонтально (фиг. 1 и 3).

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, рав" ном взрываемой длине скважины 9.

При изменении мощности пласта 1 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 8-m=8 1,2=

=9,6 м, где m=1,2 м -,мощность пласта.

Диаметр скважины принимается равным 75 мм. Расход взрывчатки на одну скважину равен 4,3 кг, расстояние между скважинами равно 1,2 м (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.

1710746

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 выработанном пространстве до заряжания скважин 9 параллельно охраняемой выработке 4 устанавливают с распором между кровлей 2 и почвой 3 пласта 1 металлические клинья 11 (фиг. 1). При обводненной 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 11.

Металлический клин 11 изготавли.вают из отрезка старой рельсы, кото- 20 рый 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 охра- 25 няемой выработки 4 на расстоянии 23 м ot крепи. Расстояние между клиньями в ряду равно 0,3-0,4 м. Установку клиньев 11 с распором между кровлей 2 и почвой 2 производят под защитой деревянной органной крепи 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 скважинах 9 (фиг. 2).

При взрыве зарядов в скважинах 9 порода почвы 3 разрыхляется и выбрасывается энергией взрыва вверх в сто- ц рону кровли 2. При этом образуется породная полоса 8. Одновременно с выбросом породы выбрасываются метал лические клинья 11 под влиянием усилия со стороны жесткого основания 12, 45

Клинья 11 внедряются в породу кровли

2 на глубину, равную 1/2-1/3 ее мощности со скоростью развития выброса, равной 50-60 м/с.

Для внедрения металлических клиньев в прочную породу кровли 2 величина заряда в скважине 9 увеличена на.1,8 кг (расчет необходимой массы заряда для внедрения металлических клиньев в труднообрушаемую породу кровли прилагается). Масса заряда одной скважины равна 6,1 кг.

При внедрении металлических клиньев 11 в труднообрушаемую породу 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 выбрасывается в выработанное пространство. При таком взаимодействии металлических клиньев с кровлей в последней образуется трещина 14 (фиг. 3).

Для образования в породе крорли 2 непрерывной трещины 14, ориентйрованной 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 ла-. вы 5 зависает короткая породная консоль 15. Длина этой консоли равна 34 м, т.е. длина консоли уменьшается в 3-4 раза (фиг, 2). После образования короткой консоли 15 происходит уменьшение протяженности зоны опорного давления и величины концентрации напряжений в ней до минимального уровня 16. Происходит в связи с этим разгрузка породного массива 7 от вы- . соким напряжений. Коэффициент разгрузки массива равен 1,5-2 (расчет величины коэффициента разгрузки массива при-. лагается).

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

15"203. Уменьшение деформаций выработок 4 позволяет уменьшить площадь их поперечного сечения на 10-153 при их проведении. За счет этого повышается экономичность способа охраны на 20253. Кроме этого, за счет уменьшения, смешения 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

1717046

Способ

Известный Предлагаемый Известный

Проведение выработки

Отработка выемочно" го стол

Бурение почву д лавы

Проведение выработки

Отработка лавы

Взрывание скважин после прохода лавы

Предотвращение обрушения кровли

Продвигание секций механизированной крепи

Нарезка щелей в кровле и почве

Вдавливание в щели режущих балок

Дополнительный распор секций мехкрепи

Повторное вдавливасчет внедрения в породу на глубину, равную 1/2-1/3 ее мощности, металлических клиньев энергией взрыва, уменьшает затраты на охрану выработ. ки за счет сокращения, затрат на образование породной полосы, а также за счет снижения затрат на проведение выработки.

Формула изобретения

Способ охраны выработки, включающий отработку лавы, бурение скважин

Бурение скважин в породу почвы по"сле прохода лавы

Установка жестких оснований на почву пласта

Установление клиньев с распором между кровлей и жестким основани-. ем

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 из выработки в породу, почвы, заряжание и взрывание в.них зарядов ВВ, отличающийся 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 взры вают. заряды ВВ в скважинах. ба лавои скважин в Бурение скважин в о подхода труднообрушаемую кровлю

12

1710746

Способ

Г м»»а»

Известный

Предлагаемый ние режущих балок в щели

Снятие дополнительного распора мехсек" ционной крепи

Замена гидростоек

Возведение охранной полосы

Продолжение табллицы

4. l»

1710746

Составитель В.Тычина

Техред М.Иоргейтал

Корректор И. Самборс кая

Редактор Г. Гербер

Заказ 320 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Ио< ква, iK-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101