Способ возведения опережающей крепи при разработке выбросоопасных крутых угольных пластов

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СО ЦИАЛ ИСТИЧ ЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ы

13 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (21) 4877245/03 (22) 24. 10. 90 (46) 30.1,1.92 ° Бюл. 4" 44 (71) Государственный макеевский научно-исследовательский институт по безопасности работ в горной промышленности и Донецкий угольный институт (72) .А.Т. Горгонов, !1,А.Ильяшов, A.Г.Авербух, А,.И.Бобров, Jl.À.Вайнштейн, В.Я.Костыря и Г.И.Фридман .(56) Авторское свидетельство СССР !

1" .1446321, кл. Е 21 F 5/00, 1986.

Авторское свидетельство СССР

М 1420175, . Е 21 Г 5/ОО, 1985. (54) СПОСОБ 0030ЕДЕНИЯ ОПЕРЕЖА!ЩЕЙ

КРЕПИ ПРИ РАЗРАБОТКЕ 0ЫБРОСООПАСНЫХ

КРУТЫХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТО0 (57) Использование: изобретение относится к угольной промышленности и может быть использовано при разработке пластов, опасных nî внезапным

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 быстротвердекщей смесью на длину, которая пере,, SU,, 1778312А1

s Е 21 D 11/14, Е 21 F 5/00 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. 0 шпурах размещают ампулы со скрепляю: щей смесью, причем ампулы размещают в порядке возрастания коэффициента ,. расширения смеси, обратно пропорционального коэффициенту концентрации напряжений. Ампулы разрушают стержнем. 2 ил. крывает кровлю проводимой параллельно выработки, при этом временное.сопротивление изгибу смеси после затвердевания больше предельно допустич мого временного сопротивления сжатию угля.!!едостатками такого способа является низкая технологичность вследствие необходимости наличия специального оборудования для нагнетания смеси и использование только в подготовительных выработках при наличии соФ

1778312 седней, параллельной, заранее пройденной выработк и.

Известен способ возведения напряженной анкероподобной крепи при проведении подготовительных выработок, включакщий бурение шпуров по периметру проведенной выработки, установку в них ампул со смесью, увеличивакщейся 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.ко10 эффициента расширения смеси, обратно пропорционального изменению коэффициента концентрации напряжений вокруг выработки, вызванных ее проведением.

Недостатки способа., определенного в качестве прототипа, следукщие: спо- щ0 соб 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

30 развязывания выброса из глубины массива; 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 45 опережакщей крепи при разработке . выбросоопасных крутых угольных пластов, включакщем определение коэффици-, ента концентрации напряжений с уда-, лением от забоя, бурение шпуров. в нависающем угольном массиве по прости-. ранию пласта, размещение в них ампул со скрепляюцей 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, превышающей 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 r между шпурами определяют из соотношения

r=Kd где .К - средний коэффициент расширения скрепляющего состава по длине шйура;

d — диаметр шпура.

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

Способ осуществляют следукщим.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 мас" сиве 3 по простиранию пласта бурят шпуры 4,. глубиной, превышакщей зону

2 активного выдвижения на величину извлекаемой полосы 5 угля за выемочный цикл. 0 шпуры от забоя к устью устанавливают ампулы.в порядке возрастания коэффициента расширения смеси, обратно пропорционального ко-. эффициенту концентрации напряжений в краевой асти .пласта. Расстояние между шпурами определяют w3 соотношения

r=Kd где К - средний коэффициент расширения скрепляющего состава по длине шпура;

d - диаметр шпуров, м, Опробывание способа было проведено на шахте "Булавинская" ПО "Орджоникидзеуголь" при разработке пласта

Из Толстый-запад, гор. 490 м. Пласт сложного строения, состоит из двух угольных пачек, разделенных породным слоем. Уголь верхней пачки изменяется от средней крепости до мягкого, 5 17783

Н-IV типа тектонической нарушенности.

Нижняя пачка угля раздроблена, IV-V типа нарушенности, хорошо развит кливаж. 11ощность пласта О, 85-1,25 м.

Выемка уГля велась лавой с потолкоуступной Формой забоя. Неустойчивый уголь пласта и отсутствие специальной крепи постоянно Приводили к высыпаниям угля интенсивносТью от 2 до fQ

38 т, создавая аварийные ситуации.

Нарезка технологических пазов оказалась невозможной. из-за слабой устойчивости угля. В качестве специальных мер была принята технология укреп- "5. ления нависакщего массива угля в кутках уступов опережакщей крепbe с применением пенополиуретанового скреплякщего состава согласно предлагаемому способу. В результате бурения контрольных шпуров для определения коэффициента концентрации напряжений по выходу буровой мелочи и тензометрических измерений было установлено, что коэффициент концентрации напряжений 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 ЗО угля, извлекаемой за выемочный цикл

0,9 м, минимальная глубина шпуров составляла 2,7 м. Для возведения опережакщей крепи бурили шпуры глубиной

3 м, в которые помещали ампулы со 35 .скрепляющим составом, причем на тре- . тьем, от забоя, метре шпура устанавливали три ампулы с коэффициентом расширения 8, на втором метре — три ампулы с коэффициентом расширения б, ц) на первом метре - три ампулы с коэффициентом расширения 4. T. е, ампулы устанавливали от забоя к устью шпура в порядке увеличения коэффициента расширения смеси, обратно пропорцио- 45 нального коэффициенту концентрации, напряжений в краевой части пласта.

Испытание предлагаемого способа обеспечило доработку пласта до тех- нических границ шахтного поля без 5О обрушений и выдавливаний угля.

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

12 позволяет локализовать и предотвратить развязырание выброса или выдавливания угля. Согласно предлагаемому

1 способу, опережакщую 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, бурение нескольких шпуров для возвепения опережающей крепи, по сравнению со сплошнь1м выбуриванием паза по всей мощности пласта, позволяет значи; тельно снизить трудоемкость выполнения работ в забое, что позволяет получить экономический эфФект 0,150,25 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, протекакщие в нависающем массиве угля, повысить безопасность горных работ путем исклю; чения обрушений и выдавливаний угля и расширить область применения способа в очистных и нарезных (монтажные ниши щитовых лав) выработках.

Формула изобретения

Способ возведения опережакщей кре- пи при разработке выбросоопасных крутых угольных пластов, включакщий 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 котсрой изменяется по длине шпура, и разрушение ампул стержнем, о т л и ч аю шийся 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, обратСоставитель М ° Ильяшов

Техред М.Моргентал

Корректор Н.Ревская

Редактор З.Ходакова

Заказ 11172 . Тираж Подписное

ВНИИПИ Государстоенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035) Москва, Ж"3S, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óærîðîä, ул, Гагарина,101

5 но пропорционального коэффициенту концентрации напряжений в краевой части угольного пласта, а расстояни т между шпурами определяют из соот1778312 ношения фициент е тава по ра..

6 г=К4, где К - средний коэфрасширения скрепляющего сосдлине шпура; d — диаметр шпу»