Способ разработки мощных пологих угольных пластов с труднообрушаемыми породами кровли

 

Изобретение относится к горному делу, а конкретно к технологии разработки угольных пластов подземным способом. Задачей изобретения является снижение трудоемкости и повышение безопасности ведения работ. Способ разработки мощных пологих угольных пластов включает отработку пласта выемочными столбами с делением пласта на верхний слой, подсечной (нижний) слой и межслоевую пачку угля. Верхний слой отрабатывается камерно-столбовой системой разработки с управлением кровли на угольные целики, оставляемые в выработанном пространстве с обеспечением безопасного поддержания призабойной рабочей зоны и разрушающиеся в неконтролируемой части выработанного пространства. Подсечной слой отрабатывают с отставанием от забоя верхнего слоя по выемке междукамерных целиков на величину не менее ширины охраняемой призабойной рабочей зоны. Выемочные штреки могут проводить по нижнему слою, с которыми соединяют выработки верхнего слоя, при этом выемочное поле делят на блоки. Грузовые угольные потоки могут формировать по нижнему слою, а вентиляционные - по верхнему, проводя гезенки и вентиляционные сбойки на границах выемочных блоков. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к горному делу, а конкретно к технологии разработки угольных пластов подземным способом с труднообрушаемыми породами кровли.

Известен способ управления труднообрушаемой кровлей пласта, заключающийся в частичной закладке выработанного пространства боковыми и центральной бутовыми полосами, когда центральную бутовую полосу закладывают участками параллельно линии очистного забоя по мере подвигания лавы с длиной участков бутовой полосы до Л:5 и шириной не менее Н:5 через расстояние Н, равное установившемуся шагу обрушения пород основной кровли, где Л - длина очистного забоя, м, Н - установившийся шаг обрушения пород основной кровли, м/ (1).

Недостатком этого способа разработки с данной технологией управления кровлей пласта является высокая трудоемкость по возведению бутовых полос, а следовательно, и низкая производительность очистного забоя.

Известен способ разработки мощных пологих угольных пластов с применением механизированных крепей типа КТУ с возведением гибкого перекрытия ( или без применения гибкого перекрытия ) и выпуском межслоевой пачки угля в нижний подсечной слой с управлением кровлей пласта полным обрушением с подрезкой пород кровли пласта из предварительно пройденных у кровли пласта штреков (2).

К недостаткам данного способа разработки следует отнести то, что операции по управлению кровлей пласта не связаны технологически с выемкой угля и носят чисто затратный характер, при этом проведение подрезных штреков является трудоемким и дорогостоящим процессом.

На шахтах г. Междуреченска в опытном порядке успешно отрабатывались пласты средней мощности с труднообрушаемыми породами кровли с управлением кровли на угольные целики, оставляемые в выработанном пространстве при камерно-столбовой системе разработки.

Известно также для управления кровлей с труднообрушаемыми породами применение метода передового торпедирования со скважинными зарядами ВВ, размещенными в скважинах, пробуренных в породах кровли пласта.

Известен метод гидродинамической стратификации горных пород, заключающийся в бурении скважин нормально к напластованию пород и нагнетании в них под высоким давлением воды (флюида) до разрыва пласта.

Большинство из указанных способов управления кровлей пласта требуют выполнения специальных трудозатратных операций, не имеющих непосредственного отношения к технологии выемки угля.

Целью изобретения является создание такой технологии разработки угольных пластов с труднообрушаемыми породами кровли, чтобы производственные операции по выемке угля приводили бы к управлению кровлей пласта без проведения специальных работ и затрат времени.

Поставленная цель достигается тем, что при разработке мощных пологих угольных пластов с труднообрушаемыми породами кровли, включающей отработку пласта выемочными столбами с делением пласта на слои: верхний, нижний - подсечной слой и межслоевую пачку угля, выпускаемую при выемке подсечного слоя, верхний слой отрабатывают камерно-столбовой системой разработки с управлением кровли на угольные целики, оставляемые в выработанном пространстве с обеспечением безопасного поддержания призабойной рабочей зоны и разрушающиеся в неконтролируемой части выработанного пространства, причем подсечной слой отрабатывают с отставанием от забоя верхнего слоя по выемке междукамерных целиков на величину не менее ширины охраняемой призабойной рабочей зоны; эффективность технологии повышается, если выемочные штреки проводят по нижнему слою, с которыми соединяют выработки верхнего слоя, а выемочное поле делят на блоки для снижения пожароопасности отрабатываемого участка пласта; эффективность технологии отработки мощных пологих пластов также повышается, грузовые угольные потоки формируют по нижнему слою, а вентиляционные потоки - по верхнему слою, проводя гезенки и вентиляционные сбойки на границах выемочных блоков. При подготовке верхнего слоя вентиляционный и конвейерный штреки проводят в направлении отработки выемочного блока и нарезают между ними камеры, располагая их под углом 70-80° к конвейерному штреку и оставляя между ними целики, которые вынимают комбайновыми заходками, располагаемыми под углом 45-60° к оси камер; для улучшения проветривания и более свободного передвижения транспортных средств ниже конвейерного штрека в верхнем слое проводят дополнительный штрек, который при отработке смежного выемочного столба используют в качестве вентиляционной выработки.

Патентные исследования показали, что ни в патентной, ни в научно-технической литературе не имеется сведений о технологии разработки мощных пологих угольных пластов с труднообрушаемыми породами кровли, которая характеризовалась бы той же совокупностью существенных признаков, что и предлагаемая технология, т.е. она соответствует критерию патентоспособности по новизне.

Сопоставительный анализ показывает, что предлагаемая технология имеет существенные отличия от известных технологий разработки угольных пластов пологого залегания, которые придают ей важные преимущества. Так, предлагаемая технология разработки мощных пологих пластов для управления труднообрушаемыми породами кровли пласта не предусматривает никаких специальных мер, как, например, при методе передового торпедирования, когда требуются значительные затраты труда и материальных средств на бурение скважин и заряжание их зарядами ВВ, причем ведение буровзрывных работ небезопасно и требует соблюдения жестких мер во избежание аварийной ситуации. Применение в верхнем слое камерно-столбовой системы разработки с управлением кровли пласта на угольные целики позволяет снять эту очень важную проблему и достигнуть высокой безопасности труда при высоких технико-экономических показателях. Так, на шахте им. Ленина в г. Междуреченске при опытной отработке мощного пологого пласта камерно-столбовой системой разработки с применением импортного коротко забойного оборудования по сравнению с длинными лавами, оснащенными очистными механизированными комплексами, основные технико-экономические показатели были улучшены в 1,5-2 раза. Применение камерно-столбовой системы разработки в верхнем слое предлагаемой технологии разработки мощного пологого пласта с трудноуправляемой кровлей позволит не только решить вопрос по управлению труднообрушаемой кровлей, но и в этих сложных горно-геологических условиях достигнуть высоких показателей работы. Добыча в 1,5 тысячи т/сут угля из верхнего слоя служит веской добавкой к основному забою подсечного слоя, оборудованного механизированным комплексом с двумя мощными забойными конвейерами. Разрушенные угольные целики не теряются безвозмездно в выработанном пространстве, а вынимаются (выпускаются) вместе с углем межслоевой пачки. Разрушенный уголь межслоевой пачки почти не смешивается с обрушенными породами, так как породы кровли оседают крупными глыбами на обрушенный массив угля, процесс обрушения которого несколько опережает обрушение пород основной кровли. Надо научиться управлять этими процессами своевременно.

Выемка угольных пластов с применением выемочных столбов с разделением на блоки позволяет сконцентрировать горные работы и своевременно выполнять профилактические мероприятия по противоположной обработке выемочного участка пласта.

На основании изложенного можно утверждать, что предлагаемая технология отвечает критерию патентоспособности - “изобретательский уровень”.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена схема отработки мощного пологого пласта выемочными столбами предлагаемой технологией, на фиг.2 приведен разрез по АА на фиг.1, на фиг.3 - разрез ББ на фиг.1, на фиг.4 приведена схема отработки верхнего слоя камерно-столбовой системой разработки с длинными камерами, на фиг.5 - то же, с укороченными в 2 раза камерами.

Мощный угольный пласт пологого залегания согласно изобретению отрабатывается выемочными столбами, которые подготавливают выемочными штреками 1 и 2, пройденными из наклонных панельных или боковых выработок 3 и 4. На границе поля или блока штреки 1 и 2, пройденные у почвы пласта, сбиваются между собой монтажной камерой 5, в которой монтируется очистной механизированный комплекс 6 поддерживающе-оградительного типа длиной 100-150 м. Комплекс 6 оборудуется двумя конвейерными: забойным 7 и так называемым завальным 8, расположенным в задней части секций крепи, имеющих выпускные окна, расположенные у самой почвы пласта. К секциям механизированной крепи подсечного слоя предъявляются определенные требования: по несущей способности и параметрам поддерживающей и оградительной частей секции и их параметрические соотношения. Этим требованиям отвечает механизированная крепь поддерживающе-оградительного типа со следующими силовыми и геометрическими характеристиками: рабочее сопротивление секции крепи не менее 6000 кН, нагрузка на поддерживающую часть до 1000 кН/м², на ограждающую часть секции - дол 900 кН/м², ширина секции крепи должна быть не менее 1,8 м, длина секции не менее 7 м, при этом длина поддерживающей части должна быть не менее 4,5-5,0 м. Ограждающая часть должна быть управляемой с использованием мощных гидродомкратов с усилием до 1800 кН. Под секциями крепи должны размещаться два конвейера: забойный и завальный для выпуска межслоевой пачки.

Верхний слой отрабатывается камерной или камерно-столбовой системой разработки с управлением кровли на угольные так называемые подзавальные целики угля. Выемочное поле подготавливают вентиляционным 9 и конвейерным 10 штреками, между которыми нарезаются камеры 11, располагаемые под углом 70-80° к конвейерному штреку. Высота камер 11 принимается равной мощности верхнего слоя в пределах 2,6-3,0 м. Камеры 11 проводятся с креплением потолочины анкерной крепью с применением полимерных смол.

Ширина межкамерных целиков 12 принята равной 6-7 м, исходя из надежного обеспечения геомеханической безопасности проведения и эксплуатации камер, из условий удобства формирования подзавальных целиков 13 и проведения заходом 14 без крепления, которые проходятся под углом 45-60° к оси камер 11. Ширина заходок принимается 6 м, которые проводятся без крепления с полной прорезкой межкамерного целика 12 или с оставлением небольшого (1-1,5 м) целика, в зависимости от состояния межкамерных 12 и подзавальных 13 целиков. Подзавальные целики 13 формируются при проведении заходок 14, их ширина принимается 1,0-1,5 м, а длина равной величине ширины межкамерного целика 12. При таких параметрах подзавальных целиков при обрушении активной кровли в выработанном пространстве они будут разрушаться и не будут формировать зоны повышенного горного давления.

Камеры 11 проводятся от конвейерного штрека 10 к вентиляционному 9 под углом 70-80°. Отработку межкамерных целиков 12 ведут в обратном направлении - от вентиляционного штрека 9 к конвейерному штреку 10 диагональными заходками 14. При этом при расчете параметров целиков используют условие, чтобы коэффициент кратности площади вынутого угля к площади подзавальных целиков находился в пределах 5,5-8,5. Уголь из заходок с самоходным вагоном доставляется на конвейер, установленный на штреке 10, которым доставляется до уклонного конвейера 15, а там по гезенку 16 на транспортные средства выемочного штрека 1 и к шахтному подъему и погрузочному комплексу шахты на ее поверхности.

При длине камер 11 больше 50-60 м ухудшается общая геометрическая ситуация по поддержанию безопасных условий и снижается производительность доставки угля самоходными вагонами. В этих условиях прибегают к снижению длины камер 11. Нередко прибегают к делению выемочного поля между вентиляционным 9 и конвейерными 10 штреками на две части, проводя в средней части поля дополнительные штреки - конвейерный 16 и параллельный 17, которые соединяют с разрезными камерами 18 и 19 верхней и нижней частей выемочного поля верхнего слоя ( фиг.5).

Параллельный штрек 20, который нередко проводится ниже конвейерного штрека 10 для улучшения проветривания и передвижения транспортных средств и людей, проведенный в границах смежного столба, используется в качестве вентиляционной выработки при его подготовке к очистным работам.

При отработке мощных пологих угольных пластов по данной технологии важное значение имеет правильный выбор параметров межслоевой пачки угля и параметров подсечного слоя. Исследованиями установлено, что мощность межслоевой пачки угля должна быть не более 4 м. При таких размерах межслоевой пачки она служит надежным угольным массивом для защиты подсечного слоя, хорошо разрушается при зависаниях за линией очистного забоя не более 2,0-2,5 м. Для хорошего разрушения межслоевой пачки указанных параметров крепь подсечного слоя должна иметь рабочее сопротивление не менее 800 кН/м², т.е. выбранные выше параметры для крепи нижнего слоя соответствуют им.

Мощность подсечного слоя, также имеющая важное значение при выборе параметров данной технологии добычи угля, принята в пределах 3,0-3,5 м, как обеспечивающая безопасные геомеханические условия поддержания горных выработок и рабочих процессов и неимеющая негативных последствий в сопрягаемых зонах работ.

Применение данной технологи разработки пологих мощных угольных пластов с труднообрушаемыми породами кровли с соблюдением строгой технологической дисциплины приводит к высокоэффективным результатам.

Источники информации

1. Патент РФ № 2177546 по кл. 7 E 21 C 41/18, 2001 г., БИПМ, № 36, с.189, "Способ управления труднообрушаемой кровлей".

2. А.с. СССР № 278601 по кл. E 21 C 41/04, 1970 г. "Способ управления кровлей при отработке мощных пологих угольных пластов".

Формула изобретения

1. Способ разработки мощных пологих угольных пластов с труднообрушаемыми породами кровли, включающий отработку пласта выемочными столбами с делением пласта на слои: верхний, нижний - подсечной слой и межслоевую пачку угля, выпускаемую при выемке подсечного слоя, отличающийся тем, что верхний слой отрабатывают камерно-столбовой системой разработки с управлением кровлей на угольные целики, оставляемые в выработанном пространстве с обеспечением безопасного поддержания призабойной рабочей зоны и разрушающиеся в неконтролируемой части выработанного пространства, при этом подсечной слой отрабатывают с отставанием от забоя верхнего слоя по выемке междукамерных целиков на величину не менее ширины охраняемой призабойной рабочей зоны.

2. Способ разработки по п.1, отличающийся тем, что выемочные штреки очистного забоя проводят по нижнему слою, с которым соединяют выработки верхнего слоя, при этом выемочное поле делят на блоки для снижения пожароопасности отрабатываемого участка пласта.

3. Способ разработки по п.1 или 2, отличающийся тем, что грузовые угольные потоки формируют по нижнему слою, а вентиляционные потоки - по верхнему слою, проводя гезенки и вентиляционные сбойки на границах выемочных блоков.

4. Способ разработки по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что вентиляционный и конвейерный штреки верхнего слоя проводят в направлении отработки выемочного блока и нарезают между ними камеры, располагая их под углом 70-80° к конвейерному штреку и оставляя между ними широкие целики, которые вынимают комбайновыми заходками, располагаемыми под углом 45-60° к оси камер.

5. Способ разработки по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что ниже конвейерного штрека проводят параллельный штрек для улучшения проветривания и передвижения транспортных средств, который при отработке смежного выемочного столба используют в качестве вентиляционной выработки.

6. Способ разработки по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что, с целью уменьшения длины камер в верхнем слое, в средней части, между вентиляционными и конвейерным штреками проводят дополнительные конвейерный и параллельный штреки, делящие выемочное поле столба на две равные части, причем конвейерный штрек соединяют с разрезной камерой верхней части поля, а параллельный штрек - с разрезной камерой нижней части поля.

7. Способ разработки по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что коэффициент кратности площади вынутого угля к площади подзавальных целиков угля принимают в пределах 5,5-8,5.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5