Способ проведения выемочных штреков

 

Использование: в горном деле при проведении выемочных выработок для снижения трудозатрат на сопряжении штрека с лавой. Сущность изобретения: стойки рам со стороны лавы устанавливаются под верхняк на расстоянии от боковой стенки более ширины штрекового конвейера, разгрузку от горного давления боковой стенки со стороны лавы выполняют выемкой угля у кровли пласта отдельными нишами с размерами в плане и шагом по простиранию, определяемыми по расчетной формуле, причем высоту ниш принимают равной величине опускания кровли за весь период существования выработки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к горному делу, а именно к проведению и креплению горизонтальных подготовительных выработок.

Известен способ проведения выемочных штреков, включающий выемку угля и установку рамной крепи [1].

Недостатком известного способа являются большие трудозатраты на сопряжение штрека с лавой из-за необходимости перестановки стоек со стороны лавного конвейера при его движении за лавой и использования специальной крепи сопряжения, в обоих случаях приводящих к т.н. "топтанию кровли" на сопряжении, в результате чего снижается ее собственная несущая способность и повышается нагрузка на крепь. Использование крепи сопряжения, являющейся обычно мощной и громоздкой, перекрывающей значительную часть сечения выработки, существенно снижает безопасность работ в лаве тем, что непосредственно загромождается сам выход из нее. Кроме этого сам процесс перестановки стоек и передвижки крепи сопряжения усложняет и технологию непосредственной выемки угля в лаве, но позволяя концентрировать все усилия исключительно на ней. Установка же стоек рамы под конец верхняка является менее рациональной по сравнению с установкой стоек под верхняк с небольшими консольными участками по концам из-за более высокой несущей способности верхняка в последнем случае (если считать нагрузку на верхняк равномерно распределенной по его длине).

Наиболее близким к предлагаемому является способ, включающий выемку угля и установку рамной крепи с консолями на верхняке и гибким боковым межрамным ограждением [2]. Однако этот способ обладает теми же недостатками, что и упомянутый выше, за исключением недостатка, определяемого отсутствие у верхняка крепи консольных частей. Величина же консолей верхняка крепи в данном способе не является произвольной и зависит в основном от величины смещения контура боковых пород выработки. Крепь в способе работает как комплексное сооружение с взаимообусловленными параметрами отдельных элементов, поэтому их изменение, как и изменение каких-либо операций способа, естественно приведет к снижению эффективности способа. Т.е. этот способ обладает низкой приспосабливаемостью к изменяющимся горно-техническим условиям.

Целью изобретения является снижение трудозатрат на сопряжении штрека с лавой при ее движении по протиранию.

Цель достигается тем, что в способе, включающем выемку угля по проектной форме сечения выработки, установку податливых стоек под верхняк с образованием на нем по концам консольных участков, а также щелевую разгрузку от горного давления боковых стоек выработки, стойки рам со стороны лавы устанавливаются под верхняк на расстоянии от боковой стенки, обеспечивающем установку штрекового конвейера, а разгрузку от горного давления боковой стенки со стороны лавы выполняют выемкой угля у кровли пласта в виде ниш с размерами в плане и шагом по простиранию, определяемыми экспериментально в зависимости от устойчивости кровли и прочности угольного пласта, причем высота ниши принимается равной величине опускания кровли за весь период существования выработки.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается тем, что стойки устанавливаются под верхняк со строго определенной величиной консоли, а щелевую разгрузку выполняют выемкой угля у кровли в виде отдельных ниш.

Таким образом заявляемый способ соответствует критерию изобретения "Новизна". Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями не позволило выявить в них признаков, отличающих заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "Существенные отличия".

На фиг.1 представлена выработка, поперечное сечение; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

С помощью буро-взрывных работ или проходческого комбайна производится выемка угля по форме сечения выработки на один шаг выемки (на 2-3 рамы, что составляет 1,7-2,5 м). После чего сразу производится крепление выработки рамной крепью. При этом на некотором расстоянии от старой крепи устанавливают податливые стойки 1, 2 первой рамы крепи данного шага выемки. Это расстояние определяется величиной горного давления и несущей способностью рамы и обычно колеблется в пределах 0,6-1,2 м.

Стойка 2 со стороны лавы устанавливается от боковой стенки 3 выработки на расстоянии В, обеспечивающем установку непосредственно около стенки выработки штрекового конвейера 4. Расстояние это зависит от типа применяемого конвейера и может колебаться в пределах 0,8-1,2 м. При стандартной ширине ленты конвейера 0,8 м это расстояние может быть принято в 1,0 м. В дальнейшем на стойки кладут верхняк 5, на него верхнее межрамное ограждение 6, после чего стойки распирают между почвой и кровлей их удлинением с помощью узла 7 податливости либо специального устройства (домкрата). Устанавливают боковое межрамное огражденние 8. Аналогично устанавливают вторую и третью рамы крепи данного шага выемки.

С целью предотвращения аварийных ситуаций в штреке из-за разрушения незакрепленной боковой стенки 3 выработки (отжима угля) от возрастающего горного давления после установки крепления на весь шаг выемки угля производится ее разгрузка от горного давления путем выемки угля у кровли пласта в виде отдельных ниш 9. Параметры ниш определяются следующим образом.

Глубина ниши С, длина ниши D, шаг выемки ниш Е или величина целика 10 между нишами F зависят от устойчивости кровли (наибольшей возможной величины обнажения кровли) и прочности угольного массива и определяются экспериментально.

П р и м е р. Опытом эксплуатации соседних лав по данному пласту установлено, что наибольшая возможная величина обнажения кровли округлой формы составляет 8 м², прочность угля на одноосное сжатиие 2,0 МПа, выемка угля в штреке ведется с помощью буро-взрывных работ и ручным бурением шпуров с шагом выемки 1,6 м (длина бура 1,8 м). Поэтому длина ниши D получается равной 3,2 м (как диаметр круга площадью 8 м²). Глубину ниши С рационально принять 1,6 м (равной шагу выемки). Это объясняется возможностью использования того же бурового оборудования, какое применяется при проведении штрека (ручное сверло и бур длиной 1,8 м). Однако окончательно этот размер принимается с учетом величины опускания кровли и механических свойств угля: к увеличению этого размера ведет увеличение опускания кровли, хрупкости и прочности угля; к уменьшению - уменьшение величины опускания кровли, прочности и хрупкости угля, повышение его пластичности. Величина целика между нишами F может быть определена исходя из необходимости удержания пород кровли над нишей в объеме свода. Высота свода может быть принята равной длине ниши D, поэтому длину целика определяют по формуле F = , где γ - объемный вес пород кровли; γ = 2х10⁴/м³; σ_в - предел прочности угля на одноосное сжатие, тогда F = = 0,1 м Таким образом длина целика равна 10 см. И это при самом слабом угле. Естественно, что более прочные угли дадут размер еще меньший. Т.е. практически длина целика может приниматься минимально возможной по технологии (целик малых размеров разрушается сам по себе уже при его оформлении). При этом она будет зависеть и от его высоты, т.е. от высоты ниши Н, которая принимается равной величине опускания кровли за весь период существования выработки. Обычно это опускание колеблется в пределах 0,2-0,5 мм. Конкретное его значение принимается из опыта эксплуатации сопряженных лав по данному пласту. При опускании всего массива пород кровли в период эксплуатации выработки целики 10 между нишами разрушаются, не причиняя вреда всей боковой стенке 3 выработки, но при этом они постоянно служат опорами свода равновесия пород над нишами. При выемке угля и движении лавного конвейера вслед за лавой последний не пересекает ряд стоек конвейерного выемочного штрека, поэтому отпадает необходимость в их перестановке и применении специальной крепи сопряжения.

Использование способа наиболее эффективно для мощных пологопадающих пластов, когда выемочные штреки проводятся без присечки породы.

Применение предлагаемого способа по сравнению с существующими обеспечит следующие преимущества: 1. Снижение трудозатрат на сопряжении лавы со штреком из-за отсутствия необходимости перестановки стоек рам со стороны лавы и передвижения специальной крепи сопряжения.

2. Снижение несущей способности крепи штрека (ее облегчение) из-за повышения несущей способности самой кровли от устранения перестановки стоек и передвижки крепи сопряжения (топтания кровли).

3. Повышение безопасности и улучшение условий труда на сопряжении из-за отсутствия громоздкой крепи сопряжения.

4. Упрощение технологии добычи угля за счет концентрации усилий и внимания бригады рабочих непосредственно на выемке угля из забоя лавы.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ ВЫЕМОЧНЫХ ШТРЕКОВ, включающий выемку угля по проектной форме сечения выработки, установку податливых стоек под верхняк с образованием по концам консольных участков, а также щелевую разгрузку от горного давления боковых стенок выработки, отличающийся тем, что, с целью снижения трудозатрат при оформлении сопряжения штрека с лавой, установку стоек рам под верхняк со стороны лавы производят на расстоянии от боковой стенки более ширины штрекового конвейера, а разгрузку от горного давления боковой стенки со стороны лавы выполняют выемкой угля у кровли пласта отдельными нишами.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что параметры ниш рассчитывают по формуле D = C =, где D - длина шин ниши;
C - глубина ниши;
S - наибольшая возможная величина обнажения кровли округлой формы,
длину F целика между нишами вдоль выработки определяют из выражения
F = ,,
где D - длина ниши;
γ - объемная масса пород угля;
σ_в - предел прочности угля на одноосное сжатие,
а высоту ниши принимают равной величине опускания кровли за весь период существования выработки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2