Способ предупреждения горных ударов в целиках горных пород, преимущественно при столбовой системе разработки пластов полезного ископаемого

 

О П И С А Н И.Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ () 875097

Союз Советеиик

Социаяистнчееиик

Реснублми (6! ) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заввлено 17.12.79 {21) 2855006/22-03 с присоединением заявки J4 (5I)M. Кл.

Е 21 F 5/00 тввуАа!штвшшык квинтет

CCCP

Ю Мааай взввретевк11 в анрытий (23) !триоритет

Опубликовано 23.)0.81. Бюллетень 1тт 39 (53) УДК, 622.22:

;622 ° 817 (088.8) Дата опубликования описания 23. 10. 81

{72) Авторы изобретения

Я. А. Бич, Ю. Д. Пискунов, В. П. и В. М; Барковский „., Ф !

Ъ

/.

° Всесоюзный ордена Трудового К асного Знаменн, научно1 исследовательский институт горнойгеомеханики и маркшейдерского дела (7!) Заявитель (54) СПОСОБ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ГОРНЫХ УДАРОВ В ЦЕЛИКАХ . ГОРНЫХ ПОРОД, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО НРИ СТОЛБОВОЙ СИСТЕМЕ

РАЗРАБОТКИ ПЛАСТОВ ПОЛЕЗНОГО

ИСКОПАЕМОГО

Изобретение относится к . горной промышленности и может быть использовано при разработке;удароопасных . пластов полезного ископаемого.

Известен способ борьбы с горны-. ми ударами путем бурения разгрузочных скважин.

Скважины бурят, когда напряжения в краевой части массива соответствуют Ш-!У категории удароопасности но в дальнейшем в связи с ведением очистных работ в этом же месте:.ожидают повьввение степени удароопаснос.— ти до 1 категории(1).

Недостатком этого способа является то, что процесс бурения в этих

15 условиях не сопровождается повышенным выходом буровой мелочи, поэтому на практике уменьщают расстояние мещцу скважинами до 0,5-0,7 м, что

2Е приводит к резкому повышению трудоемкостй, удорожанию профилактических работ и значительным деформат иям крепи выработки.

Известен также способ предупреждения горных ударов в целнках горных пород, преимущественно при столбовой системе разработки пластов полезного ископаеиого, основанный, r на перераспределении нагрузок в целике горной породы, включаннций бурение скважин в целик горной поро" ды и заполнение полостей скважин закладочным материалом!2)

Недостатком известного способа является повькпенная опасность выполнения горных работ в связи с тем, что с подвиганием их фронта к краевой части пласта, горные породы(уголь) в краеиой части пласта уплотняются и степень опасности по горным ударам возрастает и возникает необхо« димость повторного проведения профилактических мероприятий.

Цель изобретения — повышение эф- . фективности профилактических мероприятий по предупреждению гор-. ных ударов, увеличения срока нх sa3 щитного действия и повышение безопасности труда за счет укрепления краевой части целика, непосредственно прилегающего к охраняемой горной выработке, при приближении к краевой части целика опорного давления, возникающего вследствие перераспределения напряженного состояния горных пород при подвиганни очистного забоя.

Йоставленная цель достигается тем, что скважины в целик горной породы бурят до приближения к краевой часб, ти целика опорного давления в условиях сохранения в целике степени его удароопасности Ш-1У категории, а в качестве закладочного материала используют твердеющий материал.

Причем скважины в .краевую часть целика горной породы бурят перпендикулярно лоскости обнажения пласта.

Кроме того, скважины в краевую часть целнка горной породы бурят под углом 50-70 к плоскости обнажения пласта.

А также тем, что скважины, которые располагают в краевой части целика

О .горной породы под углом 50-70 к плос кости обнажения пласта, бурят попарно пересекающимися между собой.

На фиг. 1 представлена схемЮ осуществления предлагаемого способа, когда скважины бурят в краевую часть целика горных пород перпендикулярно плоскостп обнажения пласта; на фиг2то же, когдаскважины бурят в краевую часть целика горных пород под углом

50"7бк плоскости обнажения пласта, :нафйг.3- то же, но скважины при этом бурят попарно пересекающимися между собой;на фиг.4-разрез А"A на фиг. 3; на фиг. 5 - распределение напряжений в краевой части модели целика горных пород с выполненными в ней отверстиями, имитирующими скважины, на фиг.6распределение напряжений в краевой части модели целика горных пород с отверстиями, заполненными закладочным.

ll материалом.

Способ осуществляют следующим образом.

Станком Б-15 бурят скважины длиной например, 5 м и диаметром 200 мм s пласт полезного ископаемого (угля ). перпендикулярно.(фиг.1} или под углом

50-70 (фиг.2) к плоскости обнажения пласта. Скважины располагают в одной плоскости, в средней части по мощности пласта и на расстоянии 1,5875097 4

2 м друг от друга по всей длине подготовительной выработки. В процессе бурения очередных скважин готовые полости заполняют твердеющим материалом, раствором бетона. Или же скважины бурят длиной, например 5 м,, диаметром 200 мм в пласт угля под уг- . лом 50-70 у плоскости обнажения пласта таким образом, чтобы скважины поп парно пересекались (фиг. 3) между собой. При этом скважины располагают в одной плоскости, параллельной напластованию, в средней части по мощно«ти пласта и на расстоянии 1,5-2 м между скважинами в одной паре и 0,50,7 м между соседними парами скважин (фиг. 3), по всей длине выработки. После того, как все скважины пробурены, начинают их бетонирова20 ние. При заполнении бетон одной скважины схватывается с бетоном другой скважины в месте их пересечения. Путем такого взаимного сцепления скважин создают хорошее арматурное укрепление

Способ применяют в целике горных пород (угля), непосредственно прилегающего к охраняемои выработке.

Такие целики образуются при столбовых системах разработки пластов полезного ископаемого, когда работы ведут на передовую выработку (фиг.1).

Известно, что в краевой части целика значительных размеров, напряжения

35 соответствуют Ш-1У категории удароопасности, но так как выемку угля

:ведут .в направлении передовой выработки, то размеры целика уменьшаются. Такое, уменьшение целика и прибли.4О жение эоны опоРных нагрузок от очистного забоя приводит к росту концент .. раций напряжений в краевой части цели-.

ica и повышению степени удароопасности о 1 категории. Категория удароопасрости определяется по комплексному

45 ,методу. Такие удароопасные горнотехнические ситуации определяют иэ плана горных работ, поэтому бурение скважин и заполнение полостей бетоном рекомендуют проводить до прибли5О жения опорного давления, возникающего от перераспределения нагрузок при подвнгании очистного забоя, в условиях Ш-1У категории удароопасности..

Ширина зоны опорных нагрузок (L) переменна.. и зависит от глубины ведения горных работ (Н), угла падения пласта.(Ы ) и мощности пласта (m). Для расчета принимает m 1 м, 5 8750 (,= О и Н = 600 м. Согласно известО ной номограмме для этих условий

L =. 45 м. Ширину целика {111), необходимого для поддержания выработки, принимает равной 20 и, так как

1ц70,4 L . При такой ширине целика рекомендуют ширину защитной зоны (и). со .стороны выработки принимать равной 5 м.

Следовательно, целик, прилегаю- о щий к выработке, обрабатывают скважинами о предлагаемому способу на глубину не менее 5 м до приближе" ния опорных нагрузок от очистных работ, т.е. тогда, когда очистной 15 забой находится от передовой выработки на расстоянии, равном L+ и =

= 45+5, т.е. не менее 50 м для рассмотренного случая.

Очаг возможного горного удара находится в центральной части целика и создает усилия, направленные нормально к обнажению пласта. Следовательно, укрепляющее действие скважин, заполненных бетоном и расположен ных перпендикулярно к обнажению пласта, низкое (фиг. 1). Более надежным является расположение скважин под уг.лом к плоскости обнажения пласта (фиг.2).

Наиболее хорошее арматурное укрепление достигается расположением Скважин при их взаимном пересечении (фиг. 3).

l. Способ предупреждения горных ударов в целиках горных пород, преимущественно при столбовой системе разработки пластов полезного ископаемого, основанный на перераспределении нагрузок в целике горной породы, включающий бурение скважин в целик горной породы и заполнение полостей. скважин закладочным материалом, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности профилактических мероприятий по предупреждению горных ударов, увеличения срока их защитного действия и повыше" ния безопасности труда за счет укрепления краевой части целика, непос/

На основании опытов, проведечных э5 на оптически:активных материалах, механизм взаимодействия полостей, заполненных бетоном, с краевой частью ппаста угля можно представить следующим. образом. По мере набора необходи- 4в мой прочности полость скважины, заполненная бетоном, будет воспринимать все большую нагрузку. В результате этого происходит перераспределение напряжений. Так, например, напряжения 45 в модели, имитирующей полости скважин в массиве по осям 1-1 и П-П будут в два раза выше 1 53 кгс/см и .1; 12

2 кгс/см (фиг.5), чем по соответствую. щим осям в модели, имитирующей полости скважин в массиве заполненные бетоном 0,72 кгс/см и 0,52 кгс/см

2 (фиг. 6 ). Это обусловлено тем, что значительную часть усилий, более

50 Ж, полость заполненная бетоном, берет на себя. Следовательно, напря". женное состояние как: перемычек угля между полостями скважин заполнен» ных бетоном, так и краевой части илае97 . 6 та в целом будет в два раза ниже.

Естественно, что степень удароопасности, определяемая напряженным состоянием, также будет ниже.

Таким образом, диапазон эффективного действия способа обосновывается следующим.

Выполнение работ по бурению скважин н краевую часть целика угля производят до приближения опорного давления, в условиях Ш-lу категории удароопасности, когда проявление горного удара в момент бурения невозможно. Следовательно, повьппенная опасность, сопровождающая бурение скважин, полностью исключается.

Эффект перераспределения напряжений между полостями скважин также постоянно оказывает противодействие очагу горного удара в массиве. Следовательно, срок защитного действия способа практически неограничен.

С применением предлагаемого способа дополнительная стоимость работ по бетонированию одной скважины составляет примерно 5 руб. При сохранении параметров бурения разгрузочных скважин теми же, что и применялись на шахте (длина 12 м, расстояние между скважинами выработки), стоимость дополнительных работ на 1 м составит около 7 руб. Общее удорожение одного реза обра-, / ботки на .всю длину уклонов, равную

800 м, составит примерно 5 тыс. руб.

Однако за счет исключения повторной обработки применение предлагаемого способа обеспечивает экономию государственных средств только по этим выработкам более 20 тыс. руб.

Формула изобретения

87509 редственно прилегающего .к охраняемой горной выработке, при приближе.нии к краевой части целика опорного давления, возникающего вследствие перераспределения напряженного сос» тояния горных пород при подвигании очистного забоя, скважины в целик, горной породы бурят до приближе,ния,к краевой части целнка опорного давления в условиях сохранения в це- ð лике степени его удароопасности

Ш-1У категории, а в качестве закладочного материала используют твердеющий материал.

2. Способ по п. 1 о т л и ч а юшийся тем, что скважины в крае-вую часть целика горной породы бурят перпендикулярно плоскости обнажения пласта.

3. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что скважины в краевую

7 8 часть целика горной породы бурят под

Углом 50-70 к плоскости обнажения

Ф пласта.

4. Способ по пп. l 3, о т л ич а ю шийся тем, что скважины, которые располагают в краевой части целика горной породи нод углом 50е

70 к плоскости обнажения пласта, бурят попарно пересекающимися между собой.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Кузнецов В. П. Об области целесообразного применения локапьных мер борьбы с горными ударами. — Уголь", 1972, В 4, с. 58-59.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Ф 2846637/22-03, кл. Е 21 F 5/00, 04.12.79 (прототип).

Е 875097 Составитель А. Дудченко

Редактор В. Лазаренко Техред;А.Вабннец, Корректор А. Дзятко

Заказ 9289/60 Тираж 466 - Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауаская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Ф и

> 50

« Çä

@ fd

М О.б Î4 t.0

В р токальные нсиряя н о, ф,кя см2

Рм- 6