Способ охраны горной выработки

 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для повышения устойчивости горных выработок. Способ включает бурение разгрузочных скважин из выработки с оставлением межскважинных целиков. В разгрузочную скважину подают раствор поверхностно-активного вещества, при этом предварительно определяют местоположения максимума опорного давления, а скважину герметизируют на глубину не менее, чем расстояние до максимума опорного давления. Причем скважину дополнительно заполняют быстросхватывающимся пенобетоном с пределом прочности не более, чем предел прочности угольного пласта, и заполняют лишь на глубину ее герметизации. 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для повышения устойчивости горных выработок.

Известен способ охраны подготовительной выработки [1] в котором для снижения напряжений в массиве горных пород вокруг подготовительной выработки создают разгрузочные полости путем взрывания камуфлетных зарядов.

Недостатком этого способа является низкая устойчивость выработки в условиях интенсивного деформирования вмещающих пород, когда созданные полости быстро заполняются выдавливаемыми породами и эффект разгрузки исчезает.

Наиболее близким к предлагаемому является способ охраны горных выработок [2] включающий бурение параллельных между собой разгрузочных скважин в боках выработки по пласту полезного ископаемого по определенной системе с оставлением межскважинных целиков. Основным недостатком способа является низкая устойчивость выработки после того, когда полости скважин заполняются деформированным углем. В этот момент из разгруженного состояния угольный пласт и вмещающие породы переходят в нагруженное, при этом со значительной степенью перепада напряжений.

Физически быстрая потеря устойчивости выработки объясняется наличием двух циклов нагрузка-разгрузка. После проведения выработки вмещающие породы нагружаются дополнительно концентрирующимися напряжениями, после бурения скважин по полезному ископаемому пласт и породы разгружаются, затем, когда скважины заполняются деформированным углем, в породах и пласте напряжение вновь возрастают, а после дополнительного и значительного разгружения породы и пласт снова разгружаются, но при этом заполняют выработку и она теряет устойчивость.

Цель изобретения повышение устойчивости выработки за счет осуществления бесполостной релаксации напряжений в пласте и породах с одним циклом нагрузка-разгрузка.

Цель достигается тем, что в разгрузочную скважину подают раствор поверхностно-активного вещества (ПАВ), при этом предварительно определяют местоположение максимума опорного давления в стенках выработки, а скважину герметизируют на глубину не менее, чем расстояние до максимума опорного давления, при этом дополнительно после нагнетания в разгрузочную скважину ПАВ ее заполняют быстросхватывающимся пенобетоном с пределом прочности не более, чем предел прочности угольного пласта, и заполняют лишь на глубину ее герметизации.

Предлагаемый способ обладает существенными отличиями потому, что создается физический эффект действия бесполостной релаксации напряжений в той части зоны опорного давления, которая расположена от выработки за его максимумом. Под действием ПАВ происходит изменения физико-механических свойств пласта так, что скорость релаксации напряжений возрастает и максимум опорного давления перемещается в глубь массива за зону обработанного ПАВ пласта. Это приводит к тому, что между максимумом опорного давления и выработкой будет расположена зона разгруженного, но неразрушенного пласта и вмещающих пород, которые и создают дополнительный подпор массиву, а значит, и предотвращается интенсивное деформирование выработки.

Описанный физический эффект в способе достигается тем, что подают в разгрузочную скважину раствор ПАВ; предварительно определяют местоположение максимума опорного давления в стенках выработки; скважину герметизируют на глубину не менее, чем расстояние до максимума опорного давления; заполняют скважину быстросхватывающимся пенобетоном с пределом прочности не более, чем предел прочности угольного пласта; скважину заполняют пенобетоном лишь на глубину ее герметизации.

Физическая сущность способа заключается в том, что создается бесполостная релаксация напряжений в обработанной части угольного пласта и обеспечивается направленное изменение состояния углепородного массива с одним циклом нагрузка-разгрузка. Действие релаксации в предлагаемом способе не ограничено, например, объемом разгрузочных полостей (прототип), а сохраняется практически весь срок поддержания выработки, что повышает устойчивость выработки.

Другим физическим достоинством способа является то, что при заполнении быстросхватывающимся пенобетоном участка герметизации скважины предотвращается разрушение пласта в полости скважины в приконтурной части массива, вследствие чего снижается интенсивность деформирования выработки.

На фиг.1 показана схема выработки приконтурного массива при нагнетании в скважину ПАВ, поперечное сечение; на фиг.2 cхема распределения опорного давления при бесполостной релаксации, напряжений после нагнетания раствора ПАВ.

Способ осуществляют следующим образом.

С использованием предложенного способа была произведена охрана участка 100 мм откаточного штрека пласта ш. им. Дзержинского п.о. "Дзержинскуголь".

Разгрузочные скважины диаметром 42 мм бурили длиной 8 м с интервалом вдоль оси выработки 6 м. Предварительно при бурении скважин определили, что максимум зоны опорного давления расположен на глубине 2,5 м от контура выработки. В скважину 1 устанавливали герметизатор 2 и при помощи насоса НВЦ-30 3 подавали под давлением 20-22 МПа водный раствор ПАВ (сульфанол НП-3) в концентрации 0,5-1,0% Общее количество раствора, закачанного в одну скважину, составило 200 л, время нагнетания 30 мин. После нагнетания в скважину подавали пенобетон 6.

Контроль эффективности увлажнения угольного пласта выполняли методом ЯМР (ядерно-магнитного резонанса). Также после нагнетания выполнили замеры распределения опорного давления.

Выявлено, что после обработки угольного массива изменился характер распределения опорного давления 4, максимум 5 переместился в сторону массива и выявлен на глубине контрольной скважины 6 м.

На экспериментальном участке были заложены контурные репера по сечению штрека и по ним в соответствии с известной Методикой ВНИМИ проводили замеры смещений пород на контуре выработки. Выявлено, что в результате обработки угольного массива водными растворами ПАВ скорости сближения пород на контуре выработки уменьшились в 2-2,3 раза.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ОХРАНЫ ГОРНОЙ ВЫРАБОТКИ, включающий бурение разгрузочных скважин из выработки с оставлением межскважинных целиков, отличающийся тем, что в разгрузочную скважину подают раствор поверхностно-активного вещества, при этом предварительно определяют местоположение максимума опорного давления в стенках выработки и герметизируют скважину на глубину не менее чем расстояние до максимума опорного давления.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после нагнетания в разгрузочную скважину поверхностно-активного вещества ее заполняют быстросхватывающимся пенобетоном с пределом прочности не более, чем придел прочности угольного пласта.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что пенобетоном скважину заполняют лишь на глубину ее герметизации.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2