Способ опережающего крепления кровли краевой части пласта очистной выработки

 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке угольных пластов с неустойчивой кровлей. Способ опережающего крепления включает бурение параллельных скважин в кровле очистного забоя на контакте с пластом из подготовительной выработки, закрепленной рамной крепью, с опережением относительно очистного забоя, а также под углом к очистному забою и до глубины зоны пониженных напряжений вдоль очистного забоя, введение в скважины гибких элементов крепи и их натяжение. Натяжение осуществляют путем закрепления каждого конца из них в забое скважины посредством твердеющего состава, а их противоположные концы, расположенные в устьях скважин, закрепляют к кровле выработки посредством анкера с последующим подкреплением секциями механизированной крепи. Впоследствии при ведении очистных работ освобождающиеся концы зажимаются обрушенными блоками. Обеспечение натяжения позволяет повысить устойчивость кровли очистной выработки в краевой ее части, включая участок сопряжения. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке угольных пластов с неустойчивой кровлей, склонной к вывалообразованию.

Известен способ крепления сопряжения лавы и прилегающих участков выработки, включающий размещение вдоль выработки в зонах переднего и заднего опорного давления ряда секций крепи, перемещение их в направлении подвигания лавы, причем кровлю в упомянутых зонах крепят составной балкой, устанавливаемой на секциях крепи, при этом при отходе очистного забоя на расстояние, кратное длине элемента составной балки, концевой элемент ее демонтируют в зоне заднего опорного давления, переносят в зону переднего опорного давления и устанавливают над свободными от составной балки секциями крепи с последующим распором его в кровлю, а секции крепи перемещают последовательно соответственно до выхода передней группы секций из-под присоединенного концевого элемента и до захода освободившихся от концевого элемента секций крепи под следующий за ним элемент составной балки (1).

Однако, данный способ не предотвращает расслоение пород кровли очистной выработки в передней зоне опорного давления, а поэтому возможно вывалообразование при неустойчивых кровлях.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является способ опережающего крепления кровли очистной выработки, включающий бурение в очистном забое скважин в массиве угля у кровли пласта, опережающую выемку угля комбайном в направлении от нижнего штрека к верхнему, введение в скважины элементов опережающей крепи в отрабатываемой полосе угля, при этом скважины бурят параллельно линии очистного забоя в пределах каждой вынимаемой комбайном полосы, элементы опережающей крепи натягивают и закрепляют на верхнем и нижнем штреках и по мере выемки угля указанные элементы опережающей крепи следом за комбайном подкрепляют забойной крепью. В качестве элементов опережающей крепи используют канаты (2).

Основным недостатком известного способа является недостаточная надежность поддержания кровли в очистном забое в промежутке между параллельно расположенными элементами опережающей крепи, поскольку при выемке полосы угля после прохождения очередной скважины консоль, образующаяся в породах кровли пласта, где отсутствует подкрепление ее элементами опережающей крепи, подвержена расслоению и обрушению. По этой же причине не может быть поддержана кровля краевой части пласта и соответственно на участке сопряжения очистного забоя с подготовительной выработкой, а также обеспечена защита рабочего пространства выработки от обрушенных пород.

Другим недостатком является сложность выдержать направленность бурения скважин (параллельно линии очистного забоя), что снижает надежность поддержания кровли в бесстоечном пространстве очистного забоя.

Кроме того, реализация данного способа связана со значительными затратами на возведение опережающей крепи из канатов, поскольку необходимо использовать дополнительное оборудование (секции штрековой крепи, домкраты) для натяжения этих канатов. Причем наличие дополнительного оборудования на участке сопряжения очистного забоя с выработкой уменьшает его рабочее пространство, что снижает безопасность работ на этом участке.

Указанные недостатки не позволяют эффективно использовать данный способ, особенно при разработке пластов с неустойчивой кровлей.

В основу изобретения поставлена задача обеспечить возможность эффективного крепления кровли очистной выработки в краевой части пласта, прилегающей к участку подготовительной выработки, находящемуся в пределах передней зоны опорного давления, включая участок сопряжения, за счет повышения ее устойчивости путем сохранения натяжения гибких элементов опережающей крепи, начиная от возведения ее до свисания их свободных концов в выработанное пространство, а также снизить затраты на возведение опережающей крепи.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе опережающего крепления кровли краевой части пласта очистной выработки, включающем бурение параллельных скважин в кровле очистного забоя на контакте с пластом из подготовительной выработки, закрепленной рамной крепью, опережающую выемку угля комбайном, введение в скважины гибких элементов опережающей крепи и их натяжение с последующим подкреплением секциями механизированной крепи, согласно изобретению, бурение скважин осуществляют с опережением, равным не менее длины зоны переднего опорного давления, и с шагом не менее шага установки рам крепи подготовительной выработки, а также под углом к очистному забою и до глубины зоны пониженных напряжений вдоль очистного забоя, причем натяжение гибких элементов опережающей крепи осуществляют путем крепления каждого конца из них в забое скважин посредствам твердеющего состава, а их противоположные концы, расположенные в устьях скважин, как минимум, по два соединяют между собой и закрепляют к кровле выработки посредством анкера, образуя таким образом участок опережающего крепления кровли краевой части пласта очистной выработки, при этом по мере выемки угля подкрепление гибких элементов опережающей крепи осуществляют так, что перекрытие той секции механизированной крепи, над которым попеременно находятся забойные концы этих элементов, последовательно прижимает к кровле каждый из них после перемещения упомянутой секции на шаг передвижки, а все последующие перекрытия секций крепи, ориентированные в сторону подготовительной выработки, прижимают к кровле гибкие элементы опережающей крепи на части их длины в пределах каждой вынимаемой полосы угля с последующим освобождением от воздействия на них этих перекрытий и свисанием с последних в выработанное пространство, в котором освободившиеся концы гибких элементов зажимаются блоками обрушенных пород кровли, сохраняя натяжение гибких элементов на период снятия распора с секций крепи во время их перемещения после выемки очередной полосы угля.

Причем длину участка опережающего крепления кровли краевой части пласта очистной выработки принимают не менее 2-6 шагов установки рам крепи подготовительной выработки.

В сравнении с известным уровнем техники заявляемый способ позволит надежно и эффективно поддерживать кровлю как сопряжения очистного забоя с выработкой, так и прилегающий к нему участок выработки впереди очистного забоя в пределах зоны переднего опорного давления за счет повышения ее устойчивости в краевой части пласта очистной выработки.

Данный технический результат достигается вышеперечисленными признаками, взаимосвязанными между собой с образованием устойчивой их совокупности.

Докажем существенность отличительных признаков.

Одним из существенных признаков заявляемого способа является опережающее относительно очистного забоя бурение скважин из подготовительной выработки, равное не менее длины зоны переднего опорного давления и которое обеспечивает эксплуатационное состояние скважин с сохранением их проектных параметров. Последнее обстоятельство позволит оперативно ввести в скважины гибкие элементы опережающей крепи и закрепить их в забойной части этих скважин, что в целом улучшает качество возведения опережающей крепи и сохраняет натяжение гибких элементов на все времена их использования.

Причем бурение скважин с интервалом друг от друга, равным не менее шага установки рам крепи подготовительной выработки, предотвращает разрушение пород кровли пласта на мелкие фракции и соответственно уменьшает возможность вывалообразования на сопряжении очистного забоя с выработкой.

Кроме того, бурением скважин под углом к очистному забою и до глубины зоны пониженных напряжений вдоль очистного забоя с последующим введением в них гибких элементов, выполняющих роль опережающей крепи, образуют участок опережающего крепления кровли краевой части пласта, имеющий повышенную устойчивость по сравнению с прототипом (2) за счет достижения блочности обрушаемых пород.

Натяжение гибких элементов в скважинах за счет закрепления одних концов в забое скважин с помощью твердеющих составов, а их противоположных концов - с помощью анкеров к кровле выработки позволит исключить применение дополнительного громоздкого оборудования, как это предусмотрено прототипом (2).

Подкрепление гибких элементов опережающей крепи перекрытиями секций механизированной крепи осуществляют по всей длине каждого из них, но отдельными участками в пределах каждой вынимаемой полосы угля и последовательно, начиная с забойного конца гибкого элемента с последующим взаимодействием на части своей длины с каждым перекрытием этих секций, по мере их перемещения, вплоть до освобождения от воздействия последних и свисания в выработанное пространство, где освобождающийся конец гибкого элемента зажимается блоками обрушенных пород, сохраняя таким образом натяжение этого элемента.

Из этого следует, что при последовательном перемещении секций крепи в момент снятия с них распора не происходит провисания отдельных участков гибких элементов над передвигаемыми секциями крепи.

В результате обеспечивается постоянное натяжение каждого гибкого элемента опережающей крепи на всей его длине по мере выемки полосы угля, предотвращая тем самым расслоение пород кровли как в краевой части пласта, так и по длине зоны пониженных напряжений вдоль очистного забоя.

Благодаря сохранению натяжения гибких элементов опережающей крепи, начиная от возведения ее с последующим выходом в выработанное пространство, достигается повышение устойчивости кровли на участке сопряжения очистного забоя с выработкой, а также защита рабочего пространства от обрушения пород выработки в пределах зоны переднего опорного давления.

Кроме того, затраты на возведение опережающей крепи незначительны по сравнению с прототипом (2) и связаны только с применением твердеющего состава и анкеров для закрепления гибких элементов в скважине и обеспечением их натяжения.

Отличием заявляемого способа является также и то, что длину участка опережающего крепления принимают не менее 2-6 шагов установки рам крепи подготовительной выработки, зависящих от суточного подвигания очистного забоя.

Таким образом, совокупность существенных признаков, характеризующая сущность изобретения, обеспечивает возможность наиболее эффективного крепления кровли очистной выработки в краевой части пласта, включая участок сопряжения, за счет повышения ее устойчивости путем сохранения натяжения гибких элементов опережающей крепи на весь период использования каждого из них, разрушения пород кровли на участке опережающего крепления на более крупные фракции и применения простых технических средств для реализации заявляемого способа, позволяющие снизить затраты на возведение опережающей крепи. Все эти описанные технические эффекты позволяют повысить эффективность применения заявляемого способа, особенно при разработке пластов с неустойчивой кровлей.

Из изложенного следует, что существенные признаки заявляемого изобретения находятся в причинно-следственной связи с достигаемым техническим результатом и из анализа уровня техники в данной области не очевидны явным образом для специалиста, что характеризует изобретательский уровень заявляемого технического решения.

На фиг. 1 показан очистной забой и прилегающий к нему участок подготовительной выработки на сопряжении впереди сопряжения; на фиг. 2 - разрез по А-А фиг. 1; на фиг. 3 - разрез по Б-Б фиг. 1; на фиг. 4 - узел I на фиг. 2.

Способ опережающего крепления кровли краевой части пласта очистной выработки осуществляют следующим способом.

Впереди сопряжения из подготовительной выработки 1 с опережением относительно очистной выработки, равным не менее длины l₁ зоны переднего опорного давления, бурят параллельные скважины 2 в кровле очистной выработки на контакте с пластом 3 и под углом α к линии очистного забоя 4. Скважины 2 бурят с шагом h, равным не менее шага установки рам крепи 5 выработки 1, и до глубины l₂ зоны пониженных напряжений вдоль очистного забоя 4. Длину L участка выработки 1, из которого бурят скважины 2, принимают равной 2-6 шагам установки рам крепи 5, зависящим от суточного подвигания очистного забоя 4.

Затем в пробуренные скважины 2 вводят гибкие элементы 6 опережающей крепи и осуществляют их натяжение до рабочего состояния. Для чего каждый конец 7 гибкого элемента 6 закрепляют в забое пробуренной скважины 2 с помощью твердеющего состава, а противоположные концы 8 гибких элементов 6, расположенные в устьях скважин 2, как минимум, по два соединяют между собой и закрепляют к кровле 9 выработки 1 посредством анкера 10.

В результате после натяжения гибких элементов 6 до подхода линии очистного забоя 4 образуется участок опережающего крепления кровли краевой части пласта, длина которого не менее 2-6 шагов установки рам крепи 5 и который обуславливает блочное обрушение пород кровли на данном участке во время выемки угля.

Причем по мере выемки очередной полосы угля комбайном производят передвижку секции механизированной крепи 11 на новую рабочую позицию. В результате чего перекрытиями секций крепи 11 подкрепляют гибкие элементы 6, когда они войдут в зону ведения очистных работ на длине очистного забоя 4, соответствующей длине l₂ зоны пониженных напряжений вдоль этого забоя.

При этом перекрытие той секции механизированной крепи 11, которое находится на границе зоны пониженных напряжений вдоль очистного забоя 4 и над которым попеременно (по мере подвигания очистного забоя 4) находятся забойные концы 7 гибких элементов 6, последовательно прижимает к кровле каждый из них после перемещения этой секции крепи 11 на шаг передвижения. Все последующие перекрытия секций крепи 11, ориентированные в сторону подготовительной выработки 1, прижимают к кровле каждый гибкий элемент 6 на части его длины в пределах каждого шага передвижки этих секций. Как только каждый забойный конец 7 гибких элементов будет освобождаться от контакта с верхней поверхностью перекрытия секций крепи 11, он свисает с него в выработанное пространство 12 очистного забоя 3.

Поскольку опережающее крепление кровли краевой части пласта очистной выработки обуславливает блочное обрушение пород кровли впоследствии при ведении очистных работ, то после освобождения каждого забойного конца 7 гибкого элемента 6 от воздействия на него перекрытия секции крепи 11 и свисания с последнего в выработанное пространство, он зажимается блоками обрушенных пород, обеспечивая таким образом сохранение натяжения гибких элементов 6 на период снятия распада секций крепи 11 во время их перемещения на новую рабочую позицию.

Очередной участок опережающего крепления подготавливают одновременно с выемкой угля.

Обеспечение натяжения гибких элементов 6, начиная с момента их установки до выхода их в выработанное пространство, позволяет повысить устойчивость кровли очистной выработки в краевой ее части пласта, а также на сопряжении очистного забоя с подготовительной выработкой 1 за счет исключения разрушения пород кровли на мелкие фракции под влиянием сил горного давления.

Таким образом, использование заявляемого способа позволит надежно и эффективно поддерживать кровлю очистной выработки как на сопряжении, так и в прилегающем участке выработке в зоне переднего опорного давления.

Источники информации, принятые во внимание при составлении описания изобретения 1. Авторское свидетельство СССР N 1679036, кл. E 21 D 11/36, 1988 г.

2. Авторское свидетельство СССР N 1249163, E 21 D 9/00, 1985 (прототип).

Формула изобретения

1. Способ опережающего крепления кровли краевой части пласта очистной выработки, включающий бурение параллельных скважин в кровле очистного забоя на контакте с пластом из подготовительной выработки, закрепленной рамной крепью, опережающую выемку угля комбайном, введение в скважины гибких элементов опережающей крепи и их натяжение с последующим подкреплением секциями механизированной крепи, отличающийся тем, что бурение скважин осуществляют с опережением относительно очистного забоя, равным не менее длины зоны переднего опорного давления, и с шагом не менее шага установки рам крепи подготовительной выработки, а также под углом к очистному забою и до глубины зоны пониженных напряжений вдоль очистного забоя, причем натяжение гибких элементов опережающей крепи осуществляют путем закрепления каждого конца из них в забое скважины посредством твердеющего состава, а их противоположные концы, расположенные в устьях скважин, как минимум, по два соединения между собой и закрепляют к кровле выработки посредством анкера, образуя таким образом участок опережающего крепления кровли краевой части пласта очистной выработки, при этом по мере выемки угля подкрепление гибких элементов опережающей крепи осуществляют так, что перекрытие той секции механизированной крепи, над которыми попеременно находятся забойные концы этих элементов, последовательно прижимает к кровле каждый из них после перемещения упомянутой секции на шаг передвижки, а все последующие перекрытия секций крепи, ориентированные в сторону подготовительной выработки, прижимают к кровле гибкие элементы опережающей крепи на части их длины в пределах каждой вынимаемой полосы угля с последующим освобождением от воздействием на них этих перекрытий и свисанием с последних в выработанное пространство, в котором освободившиеся концы гибких элементов зажимаются блоками обрушенных пород кровли, сохраняя натяжение гибких элементов на период снятия распора с секций крепи во время их перемещения после выемки очередной полосы угля.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что длину участка опережающего крепления кровли краевой части пласта очистной выработки принимают не менее 2 - 6 шагов установки рам крепи подготовительной выработки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4