Способ управления кровлей при разработке угольных пластов

 

Сущность изобретения: способ управления кровлей при разработке угольных пластов включает выемку пласта гидроспособом подэтажами по простиранию в нисходящем порядке. Подготовку подэтажей осуществляют проведением нижних и верхних парных штреков у одного блока вмещающих пород и средних штреков у другого бока и соединение их между собой наклонными сбойками, крепление штреков, транспортирование отбитого угля на нижний выемочный штрек и закладку выработанного пространства. Штреки соединяют наклонными сбойками при подготовке подэтажей и создают удерживающий пространственный каркас посредством закладки нижних и верхних парных и средних штреков и наклонных сбоек. После чего проходят выемочные штреки над заложенными штреками, а выемку подэтажей ведут очистными забоями по простиранию. 4 фиг.

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано при разработке пластов полезных ископаемых различной мощности и с разными углами падения.

Известен способ разработки месторождения полезных ископаемых, включающий проходку восстающих, заполнение их твердеющим материалом для образования искусственных опор и последующую выемку полезного ископаемого между образованными опорами, при этом восстающие проходят попарно сопряженными под углом одна к другой с расхождением как к кровле, так и к почве залежи, сбивают их выработкой и в ней возводят поперечные усиливающие элементы, и сопряженные восстающие проходят с ориентировкой линии сопряжения параллельно направлению действия основной нагрузки, а элементы опор образуют в плоскости залежи длинной стороной поперек трещин основных систем [1] Недостатком данного способа является трудность обеспечения безопасности ведения горных работ путем повышения устойчивости и эффективности управления вмещающими породами, так как уравновешенное состояние конструкции, образуемой сопряженным расположением под углом друг к другу элементов опоры, не будет достигаться из-за того, что указанные конструкции не связаны между собой по простиранию пласта посредством опорных элементов (отсутствуют штреки, заполняемые твердеющим материалом), то-есть вертикальные и боковые (стягивающие по падению пласта) нагрузки будут нарушать и отклонять сопряженные восстающие опоры от нормального их расположения к вмещающим боковым породам пласта в выработанном пространстве.

Известен также способ разработки мощного крутого пласта полезного ископаемого с закладкой выработанного пространства, включающий отработку пласта подэтажами по простиранию, подготовку первого подэтажа проведением нижнего и верхнего парных выемочных штреков у одного бока вмещающих пород и среднего выемочного штрека у другого бока между указанными штреками, крепление выемочных штреков, подготовку каждого смежного подэтажа проведением дополнительного выемочного штрека со стороны непарного выемочного штрека на расстояние от него, равном высоте подэтажа, выемку каждого подэтажа трехгранными камерами вкрест простирания пласта из выемочного штрека, транспортирование отбитого полезного ископаемого на нижний выемочный штрек по почве камеры и закладку отработанных камер, отработку пласта ведут в нисходящем порядке, а выемку камер в подэтаже осуществляют через одну с последующим извлечением целиков, при этом выемочные штреки в каждой камере соединяют наклонными сбойками, а разрушение полезного ископаемого производят гидроотбойкой из среднего выемочного штрека с погашением наклонных сбоек, причем после выемки камеры до подачи в нее закладки восстанавливают наклонную сбойку у почвы камеры, затем на крепь указанной сбойки и нижнего выемочного штрека и на почву камеры настилают гибкое перекрытие, после подачи закладки нагнетают скрепляющий раствор в месте ее контакта с целиками по перфорированным трубам, которые укрепляют веерообразно на стенках камеры, при этом целики пропитывают скрепляющими смолами [2] Основным недостатком этого способа является то, что не обеспечивается безопасность ведения горных работ путем повышения устойчивости и эффективности управления вмещающими породами посредством создания удерживающего пространственного каркаса. Кроме того безопасность ведения горных работ нарушается так, как необходимо после выемки угля в камере, на ее наклонную почву укладывать вентиляционные трубы, при необходимости восстанавливать наклонную сбойку, над трубами раскатывать эластичное гибкое перекрытие, а перед началом подачи закладки выработки надо восстанавливать и герметизировать. Указанные операции трудоемки и небезопасны, так как их производство возможно лишь при нахождении людей в выработанном незакрепленном пространстве камер, что запрещено правилами безопасности, хотя автор этого способа указывает в то же время на то, что людям не требуется заходить в выработанное пространство.

Следующий недостаток этого способа состоит в невозможности производить из штрека выемку угля гидромонитором вкрест простирания пласта, так как длина полета струи гидромонитора 10 15 м, а ширина подготовительного штрека до 4 5 м, поэтому выемку угля струей гидромонитора обычно производят под острым углом к стенке забоя, проводимого в заданном направлении по диагонали.

Другим недостатком этого способа является то, что невозможно одновременно обеспечить проветривание и транспортировку угля по скважине так как она будет забучиваться на входе углем при его выемки в камере с помощью струи гидромонитора, направленной сверху на грудь забоя.

Цель изобретения повышение безопасности ведения горных работ путем достижения устойчивости и эффективности управления вмещающими породами.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе управления кровлей при разработке угольных пластов, включающим выемку пласта гидроспособом поэтажами по простиранию в нисходящем порядке, подготовку подэтажей проведением нижних и верхних парных штреков у одного бока вмещающих пород и средних штреков у другого бока и соединение их между собой наклонными сбойками, крепление штреков, транспортирование отбитого угля на нижний выемочный штрек и закладку выработанного пространства, штреки соединяют наклонными сбойками при подготовке подэтажей и создают удерживающий пространственный каркас посредством закладки нижних и верхних парных и средних штреков и наклонных сбоек, после чего проходят выемочные штреки в боках вмещающих пород, а выемку подэтажей ведут очистными забоями по простиранию, при этом закладку выработанного пространства производят одновременно с выемкой подэтажей, а также после полной выемки подэтажа, причем выемку нижележащего подэтажа производят одновременно с выемкой вышележащего с отставанием от вышележащего подэтажа в зоне затвердевшей закладки и выемку подэтажей одновременно производят на разных крыльях этажа и в противоположных направлениях.

Совокупность указанных отличительных признаков в ряду существенных аналогичных решений неизвестна. Эти признаки обуславливают новые положительные свойства предложенного способа, заключающиеся в том, что при его использовании достигается возможность повышения безопасности ведения горных работ путем достижения устойчивости и эффективности управления вмещающими породами посредством создания в пласте удерживающего (поддерживающего) пространственного каркаса, расположенного как по простиранию, так и по падению пласта, обеспечивающего уравновешенное состояние самой конструкции и вмещающих пород под действием их нормальной, вертикальной и боковой (стягивающей) нагрузок при прохождении выемочных штреков в боках вмещающих пород, а также при выемке подэтажей очистными забоями по простиранию.

Предполагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана технологическая схема подготовки и выемки крутого пласта; на фиг. 2 разрез А-А фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 разрез В-В фиг. 1.

Предполагаемый способ управления кровлей при разработке крутых угольных пластов осуществляют следующим образом. Вскрытие и подготовка двухкрылого выемочного поля длиной 200 300 м мощного крутого угольного пласта осуществляется квершлагами 1, 2 и 3 с полевых штреков на вентиляционном и откаточном горизонтах. С квершлагов по почве пласта проходятся центральный 4 и фланговые скаты 5 и 6.

До начала очистных работ этаж делится на подэтажи высотой 10 15 м, исходя из длины полета струи гидромонитора, в восходящем или нисходящем порядке путем проведения нижних 7 и верхних 8 парных штреков у одного бока вмещающих пород и средних 9 штреков у другого бока и соединение их между собой наклонными сбойками 10. Такое соединение производится по простиранию пласта на каждом подэтаже через расстояние не более шага обрушения вмещающих пород и исходя из сохранения их устойчивости. При соединении вышеуказанных штреков между собой наклонными сбойками 10 при подготовке подэтажей создают удерживающий (поддерживающий) пространственный каркас 11 (скелет) посредством закладки нижних 7 и верхних 8 парных и средних 9 штреков и наклонных сбоек 10, при этом заполнение литой твердеющей закладочной смесью самого нижнего 7 штрека в этаже, который перед этим изолируется перемычками на границах подэтажа, осуществляется через наклонные сбойки 10 всегда с верхней точки, например, среднего штрека 9, а при последующем заполнении среднего штрека 9 - через наклонные сбойки 10 уже с верхней точки верхнего парного штрека 8 и так последовательно в восходящем порядке.

Проведение вышеуказанных штреков производят гидроспособом. Направление проведения штреков ведется от центрального ската 4 к фланговым 5 и 6 с подъемом 3 4^o. Отбитый уголь транспортируется самотеком по почве штрека. Заполнение вышеуказанных штреков и наклонных сбоек 10 твердеющим материалом (литой твердеющей закладкой) без армирования или с армированием образуют искусственные опоры. На почву или по контуру указанных штреков (7, 8, 9) и наклонных сбоек 10 после их проведения например, укладывают металлическую сетку или гибкое перекрытие для защиты этих искусственных опор от разрушения струей гидромонитора при последующей выемки угля в подэтажах. Для повышения прочности контактов опоры указанных штреков с кровлей или почвой в последних устанавливают анкеры.

Крепление штреков при их проведении производят деревянными рамами. Работы по закладке в одном из указанных штреков совмещены во времени с выемкой угля в другом проводимом штреке и разделены в пространстве.

После создания удерживающего пространственного каркаса 11 в пласте и набора закладочным материалом опоры нормативной прочности проходят также гидроспособом выемочные 12 штреки в боках вмещающих пород над нижними 7, верхними 8 и средними 8 штреками (которые являются уже опорными элементами каркаса 11) в направлении от центрального 4 ската к фланговым 5 и 6 в нисходящем порядке. Выемочные штреки 12 имеют подъем 3 4^o.

Крепление выемочных 12 штреков осуществляют также деревянными рамами. Проведение нижних 7 и верхних 8 парных и выемочных 12 штреков у висячего бока пласта осуществляется после проходки вскрывающих ортов из центрального или флангового скатов.

Проветривание как нижних 7 и верхних 8 парных и средних 9 штреков, так и выемочных 12 при их проходке осуществляют вентиляторами местного проветривания.

После проведения выемочных штреков 12 выемку угля двухкрылого выемочного поля в подэтажах производят очистными забоями по простиранию в нисходящем порядке обратным ходом от фланговых скатов 5 и 6 к центральному 4 под защитой удерживающего вмещающие породы пространственного каркаса, то есть очистную выемку подэтажей ведут одновременно в противоположных направлениях. Выемку подэтажей осуществляют с помощью гидромониторной установки с гидротранспортом пульпы по конвейерным решеткам или желобам типа ЖН-5.

В случае неустойчивых боковых пород для предупреждения их обрушения выемку подэтажей производят заходками 13 длиной 10 20 м, а при устойчивых боковых породах выемка подэтажа осуществляется полностью от флангового ската до центрального, после чего производят изоляцию выработанного пространства подэтажа и подают в него со стороны фланговых скатов литую твердеющую закладочную смесь. Закладку выработанного пространства производят одновременно с выемкой подэтажей. Выемку нижележащего подэтажа 14 у лежачего бока пласта можно производить одновременно с выемкой вышележащего у висячего бока пласта с отставанием от вышележащего подэтажа в зоне затвердевшей закладки 15.

Работы при выемке заходок в подэтаже и подготовке к закладке выработанного пространства в крыльях совмещены во времени и разделены в пространстве. Выработанное пространство заходки надежно изолируется и герметизируется от очистного забоя органным рядом 16, который пробивается от почвы выемочного штрека 12 до уровня почвы вентиляционного штрека 17. Заполнение литой твердеющей закладочной смесью заходки производят до уровня почвы вентиляционного штрека 17, оставляемого под ранее пройденными и заложенными твердеющей смесью штреками, служащими опорными элементами удерживающего пространственного каркаса. После затвердевания закладки в заходке подэтажа пространство, продленного вентиляционного штрека 17, над этой заходкой крепят контрольными стойками и на длину заходки в этом штреке наращивают закладочный трубопровод. К выемке смежной заходки 18 приступают после набора массивом закладочной смеси необходимой прочности (через 2 4 суток) или окончания выемки заходки в соседнем крыле. После выемки подэтажа заходками производят изоляцию перемычками вентиляционного штрека 17 со стороны центрального и флангового скатов и его заполнение литой твердеющей закладочной смесью с верхней точки флангового ската.

Проветривание очистных забоев при выемке подэтажей осуществляется за счет общешахтной депрессии.

После окончательного затвердевания литой закладочной смеси в выработанном пространстве отработанных подэтажей до нормативной прочности производят выемку следующего нижележащего или смежного подэтажа аналогичным образом.

Предлагаемый способ управления кровлей при разработке угольных пластов позволяет снизить трудоемкость и повысить безопасность ведения горных работ путем достижения устойчивости и эффективности управления вмещающими породами пласта.

Формула изобретения

Способ управления кровлей при разработке угольных пластов, включающий отработку пласта гидроспособом подэтажами по простиранию в нисходящем порядке, подготовку подэтажей проведением нижних и верхних парных штреков у одного бока вмещающих пород и средних штреков у другого бока и соединение их между собой наклонными сбойками, крепление штреков, выемку и транспортирование отбитого угля на нижний выемочный штрек и закладку выработанного пространства, отличающийся тем, что формируют поддерживающий пространственный каркас путем закладки штреков и наклонных сбоек, а выемку подэтажей ведут очистными забоями по простиранию из штреков, пройденных над заложенными штреками.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4