Способ управления геофильтрационным состоянием горного массива

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)я Е 21 D 23/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4784827/03 (22) 22.01.90 (46) 07.03.92. Бюл. N. 9 (71) Днепропетровский горный институтим.

Артема (72) И.А.Садовенко, А,А,Матвиенко и

В.И,Тимощук (53) 622.245.542(088.8) (56) Чернов О.И. Гидродинамическая стратификация монолитных прочных пород в качестве способа управления труднообрушающейся кровлей. — ФТРПИ, 1982, N. 2, с.

18-23.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1079851, кл. Е 21 D 23/00, 1982, (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ГЕОФИЛЬТРАЦИОННЫМ СОСТОЯНИЕМ ГОРНОГО МАССИВА (57) 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 эффективноИзобретение 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 и редварительно расслоена гидроразрывами.

„„!Ж„„1717840 А1 сти 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, 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.

1717840

Наиболее близким к предлагаемому является способ управления геофильтрационным 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 трубоп роводу 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 крепыш и водоносными породами, что снижает устойчивость пород в этих местах.

Целью изобретения является обеспечение охраны водных ресурсов и повышение эффективности отработки полезного иско. паемого 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 пластич5 ного слоя.

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

10 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 во15 дозащитных свойств выделяемому слою, Формирование водозащитного пластичного слоя путем гидроразрыва пород в двух плоскостях обеспечивает надежное экранирование водоносного слоя и устране20 ние перетока воды в шахту, а также повышает устойчивость пород в зоне отработки полезного ископаемого, так как устраняется увлажнение и дополнительное разрушение пород между крепыш и водо25 носными породами, Выбор места размещения плоскостей гидроразрыва, одна из которых совпадает с подошвой водоносных пород, а другая отстоит от нее на расстоянии, меньшем мощ30 ности пластичного слоя, позволяет сформировать экранирующие свойства непосредственно в пластичном слое, устраняя сцепление с окружающими породами и одновременно снижая за счет взаимного про35 скальзывания действие растягивающих усилий в породах, склонных к трещинообразованию, Указанное размещение плоскостей гидроразрыва наиболее эффективно: водоза40 щитный слой максимально удален от зоны обрушения пород над пластом полезного ископаемого, т.е, деформируется всегда меньше остальных слоев, расположенных в междупластье водоносная порода — полез45 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

50 увеличение числа плоскостей увеличивает трудоемкость способа, На чертеже приведена схема осуществления предлагаемого способа, Для конкретных горно-геологических

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

1717840

45

50 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 водопроводящих трещин. При этом в расчете задается отсутствие сил сцепления по границам 5 и б, так как последующие технологические операции 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 m, меньшем h. HanpuMep, 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 разрыва его сплошности.

B дальнейшем производится выемка угольного пласта 1, при которой слой 4 мощностью 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 состояни5 ем горного массива обеспечиваетэффективную экранизацию водоносного горизонта, что позволяет сохранить ресурсы подземных вод, не загрязняя их, и повысить эффективность отработки полезного ископаемого, 10 прежде всего за счет повышения устойчивости пород в этих местах.

Формула изобретения

Способ управления геофильтрацион15 ным состоянием горного массива, включающий определение при ведении очистных работ с полным обрушением кровли пластичного слоя пород междупластья, разделяющего полезное ископаемое и

20 водоносные породы в кровле пласта, при предельном прогибе указанного пластического слоя и формирование плоскостей ослабления гидроразрывом пород, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью охраны водных

25 ресурсов и повышения эффективности отработки полезного ископаемого под водоносными породами за счет создания в породах междупластья водозащитного пластичного слоя, предварительно определяют мощ30 ность пластического слоя по величине предельного прогиба пород ниже подошвы водоносного слоя, а затем формируют водозащитный пластичный слой, гидроразрывом пород в плоскости, совпадающей с подо35 швой водоносного слоя пород, и в плоскости, отстоящей от нее на расстоянии, меньшем мощности пластичного слоя.

1717840

Составитель В.Тычина

Техред М.Моргентал Корректор И.Муска

Редактор Н.Рогулич

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 863 Тираж Подписное

BНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5