Способ управления горным давлением при разработке пластов полезных ископаемых на больших глубинах

 

Способ управления горным давлением при разработке пластов ископаемых на больших глубинах. Способ включает определение интенсивности отжима угля на кромке очистного забоя на различных участках по длине лавы, и закладку выработанного пространства производят до обрушения пород кровли. Жесткость закладки при формировании закладочного массива по длине лавы принимают различной, изменяя ее по закону, аналогичному закону изменения по длине лавы интенсивности отжима угля на кромке очистного забоя. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземной разработке пластов полезных ископаемых, преимущественно угольных, с помощью струговых установок.

Известен способ управления горным давлением, включающий отработку пласта длинными очистными забоями, использование для отбойки полезного ископаемого стругов и управление кровлей полным обрушением (1, с.188, рис.VIII.II). Однако применение этого способа на больших глубинах разработки затруднено вследствие повышенного вывалообразования кровли в призабойном пространстве лавы, кроме того неравномерный отжим по длине лавы приводит к искривлению линии очистного забоя, что приводит к авариям оборудования.

Наиболее близким к заявляемому способу по достигаемому результату и физической сущности является способ, описанный в (2, с.212 216). Сущность этого способа заключается в следующем. Отработку пласта полезного ископаемого производят длинными очистными забоями, для отбойки полезного ископаемого используются струги, по мере выемки пласта проводят закладку породой выработанного пространства. Возведение закладки снижает нагрузки на кровлю в призабойном пространстве и уменьшает вывалообразование, однако неравномерный отжим по длине очистного забоя сохраняется и искривление линии забой в процессе выемки приводит к аварийным ситуациям.

Задачей заявляемого способа является устранение недостатков известного способа, а именно повышение эффективности очистных работ за счет уменьшения аварийных ситуаций в очистном забое, связанных с искривлением линии забоя в процессе выемки.

Поставленная задача достигается тем, что определяют интенсивность отжима пласта полезного ископаемого на кромке очистного забоя на различных участках по длине лавы, закладку выработанного пространства производят до обрушения пород кровли, при этом жесткость закладочного массива по длине лавы принимают различной. Закон, по которому производят изменения жесткости закладочного массива по длине лавы, принимают аналогичным закону изменения по длине лавы интенсивности отжима пласта полезного ископаемого на кромке очистного забоя.

При отработке пластов полезного ископаемого без оставления целиков между выемочными столбами, жесткость закладочного массива изменяют от максимальной на участке лавы, прилегающем к выработанному пространству, до минимальной на участке, прилегающем к нетронутому массиву.

При отработке пластов полезного ископаемого с оставлением целиков полезного ископаемого между выемочными столбами жесткость закладочного массива изменяют от минимальной на концевых участках лавы до максимальной в средней части лавы.

Сущность заявляемого способа поясняется схемами, на фиг.1 дана система отработки пласта без оставления целиков; на фиг.2 система отработки с оставлением целиков; 1 массив полезного ископаемого; 2 закладочный массив; 3 выработанное пространство; 4 выемочный столб полезного ископаемого; l - длина лавы; λ жесткость закладочного массива; 5 и 6 кривые, характеризующие законы изменения по длине лавы жесткости закладочного массива; 8 и 9 кривые, характеризующие законы изменения по длине лавы коэффициента отжима; 7 целики полезного ископаемого, оставленные между выемочными столбами.

Способ осуществляется следующим образом.

Выемочный столб 4 подготавливается для отработки длинным очистным забоем и оборудуется струговой установкой. По мере выемки полезного ископаемого в выработанном пространстве формируется закладочный массив 2, жесткость которого закладки по длине лавы обеспечивается, например, путем применения закладочных материалов с различными компрессионными характеристиками. Закон изменения жесткости по длине лавы принимается аналогичными закону изменения К_от. В случае, когда отработка пласта ведется без оставления целиков полезного ископаемого между столбами (фиг.1), закон изменения жесткости l закладочного массива по длине лавы характеризуется кривой 5 (фиг.1), закон изменения К_от кривой 6 (фиг.1).

При отработке пласта с оставлением целиков 7 (фиг.2) между столбами закон изменения жесткости l закладочного массива и К_от характеризуются соответственно кривыми 8 и 9.

Повышенное горное давление на больших глубинах вызывает интенсивные смещения кровли, которые приводят к отжиму угля в краевой части пласта. Интенсивность отжима угля при струговой выемке принято характеризовать коэффициентом отжима К_от, который определяется по известной методике ИГД им. А. А. Скочинского и равен отношению сопротивляемости угля резанию в краевой части пласта (0 20 см) к сопротивляемости резанию в нетронутом массиве. Чем меньше величина К_от, тем сильнее разрушен уголь в краевой части пласта и тем больше глубина стружки при проходе струга. Неравномерность смещений кровли по длине очистного забоя, которая обусловлена различием в геомеханическом состоянии массива на концевых участках и в середине лавы, приводит к неравномерности К_от что, в свою очередь, при выемке угля стругом обуславливает различную глубину стружки по длине забоя и вызывает таким образом искривление линии забоя.

Возведение закладочного массива уменьшает воздействие горного давления и смещения кровли, которые зависят от свойств закладочного материала и определяются его компрессионными характеристиками. При небольших смещениях кровли (начальная стадия сжатия закладки) ее свойства можно характеризовать через жесткость l = ΔR/Δv, где ΔR реакция закладки, соответствующая смещениям кровли Δv. В общем случае жесткость закладки определяется как λ = dR/dv. Жесткость закладки в зависимости от применяемого материала может изменяться в широких пределах. Закладочный материал с высокой жесткостью развивает реакцию, необходимую для противодействия силам горного давления, при смещениях меньших, чем материал с более низкой жесткостью. Изменяя жесткость закладки по длине лавы можно обеспечить одинаковую глубину стружки при выемке угля стругом и сохранить прямолинейность линии забоя. Закон изменения жесткости закладки по длине лавы должен быть аналогичным закону изменения сопротивляемости угля резанию на кромке забоя или, что то же самое, закону изменения К_от по длине лавы.

Необходимые для реализации способа параметры отжима пласта по длине лавы определяют шахтными, лабораторными или аналитическими исследованиями.

Пример конкретного выполнения заявляемого способа в условиях разработки пласта 3 на шахте "Юбилейная" АО "Ростов-уголь".

Разрабатывается пласт мощностью 1,4 м, угол падения 8^o. Система разработки длинными столбами по простиранию, длина лавы 200 м. Лавы отрабатываются без оставления целика угля между выемочными участками.

Шахтными исследованиями установлена интенсивность отжима на различных участках по длине лавы. По этим данным построена кривая изменения интенсивности отжима по длине лавы.

Для создания в выработанном пространстве закладочного массива с жесткостью, изменяющейся по длине лавы по закону, аналогичному закону изменения интенсивности отжима, производится нагнетание в закладочный материал растворов на цементной основе. Различная жесткость закладочного материала обеспечивается путем изменения процентного содержания цемента в растворе.

Использование заявляемого способа в рассматриваемых условиях обеспечивает примерно одинаковую интенсивность отжима угля по всей длине лавы, что исключает в конечном итоге равномерность выемки на различных участках по длине лавы и способствует сохранению прямолинейности очистного забоя. Это обеспечивает следующие преимущества: повышение нагрузки на очистной забой на 15 25% увеличение срока службы конвейера (замковых соединений рештаков) на 20 30%

Формула изобретения

1. Способ управления горным давлением при разработке пластов полезных ископаемых на больших глубинах, включающий отработку пласта длинными забоями с помощью стругов, закладку выработанного пространства до обрушения пород кровли, отличающийся тем, что определяют интенсивность отжима угля на кромке очистного забоя на различных участках по длине и при формировании закладочного массива жесткость закладки изменяют по длине лавы в зависимости от изменения интенсивности отжима угля на кромке очистного забоя.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при отработке пласта полезного ископаемого без целиков между выемочными столбами, при формировании закладочного массива, жесткость закладки изменяют от максимальной на участке лавы, прилегающем к выработанному пространству, до минимальной на участке, прилегающем к нетронутому массиву пласта.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при отработке пласта полезного ископаемого между целиками при формировании закладочного массива жесткость закладки изменяют от минимальной на концевых участках лавы до максимальной в средней части лавы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2