способ разработки мощных угольных пластов крутого падения

Формула изобретения

1. Способ разработки мощных угольных пластов крутого падения, включающий проведение подготовительных горизонтальных и восстающих выработок, выемку угля блоками, бурение в блоках глубоких скважин и взрывание скважин за один прием с миллисекундным замедлением, отличающийся тем, что объем выработок в блоке в зависимости от мощности пласта принимают равным 5 - 10% от объема блока, из восстающих выработок проводят горизонтальные и/или наклонные выработки вкрест простирания пласта, из них бурят горизонтальные и слабонаклонные скважины по простиранию и после взрывания скважинных зарядов процесс выпуска угля из блока ведут при разрушении разупрочненного угольного массива в режиме самообрушения.

2. Способ разработки мощных угольных пластов крутого падения по п.1, отличающийся тем, что скважины, пробуренные из одной буровой выработки, взрывают одновременно, причем в первую очередь взрывают скважины верхней и нижней буровых выработок с одинаковым миллисекундным замедлением, а затем взрывают скважины, пробуренные из других буровых выработок с направлением замедления к центру блока.

3. Способ разработки мощных угольных пластов крутого падения по п.1 или 2, отличающийся тем, что разрушение угольного массива в нижней части блока производят шпуровыми зарядами, взрываемыми в один прием со скважинами, опережая их очередями с миллисекундным замедлением между очередями.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при подземной разработке мощных крутых пластов.

Известен способ разработки рудных месторождений большой мощности системой этажного самообрушения (1. Володин А.П., Вольфсон П.М. К вопросу применения системы этажного самообрушения. "Горный журнал", N2, стр.23-32,1955).

Сущность способа заключается в проведении выработок вентиляционного, приемного, подсечного (над приемным) горизонтов и восстающих выработок по границам блока. Из выработок подсечного горизонта формируются воронки на выработки приемного горизонта и одновременно производится подсечка блока, т. е. обнажение нижней части блока. По мере увеличения площади подсечки в блоке развивается процесс самообрушения руды путем образования сводов.

Недостаток способа - сложность управления процессом самообрушения: при малой площади подсечки блока руды процесс самообрушения быстро затухает и не достигает проектной высоты; при большой площади подсечки возможны вывалы больших не разрушенных объемов руды на выработки приемного горизонта.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является способ по патенту СССР N1813178 "Способ разработки угольных пластов крутонаклонного и крутого падения". Сущность способа заключается в том, что подготовка выемочного участка ведется как для отработки пластов с отбойкой угля длинными столбами, т. е. проведением подэтажного или спаренного штрека при наличии вентиляционного и промежуточного штреков с расстоянием между ними 25-40 м, проведением ходовой печи в последующем блоке, которая в данном блоке служит вместо разрезной. Затем в пределах выемочного блока (размер блока по простиранию 11-18 м) в 4 м от разрезной печи и далее по простиранию через 3.5-4 м бурят компенсационные скважины диаметром 500-1500 мм в один или два ряда, в зависимости от мощности пласта и диаметра скважин. Далее в блоке бурят вертикальные глубокие скважины с последующей отбойкой угля из них с миллисекундным замедлением на вертикальные компенсационные скважины и производится выпуск отбитого угля из блока.

Недостатки этого способа заключаются в следующем. Создание необходимого компенсационного пространства для разрушения угольного массива требует значительных трудозатрат. Так как объем компенсационного пространства при выемке угля массовым взрывом с последующим его свободным выпуском из блока принимается равным 30% разрушаемого объема, то после выбуривания компенсационных скважин размещение взрывных скважин между равномерно расположенными компенсационными скважинами оказывается невозможным по правилам безопасности из-за близкого (менее 1.0 м) расстояния между осями взрывных скважин и стенками компенсационных скважин даже без учета точности бурения этих скважин. С учетом последнего обстоятельства вероятны случаи пересечения этих скважин, что также недопустимо.

Заряжание глубоких вертикальных скважин в настоящее время является также достаточно трудоемким процессом.

Проходка компенсационных выработок (скважин) в неустойчивом угольном массиве или в зоне повышенного горного давления сопровождается вывалами угля и образованием куполов непредсказуемой формы и размеров. Следовательно, при бурении взрывных скважин возможно их пересечение с компенсационным пространством, что является недопустимым. Обыгрывание взрывных скважин со стороны компенсационных возможно и в процессе их заряжания, что создает опасность ведения горных работ.

Техническая задача, решаемая в предполагаемом изобретении - снижение затрат на подготовку и отработку угольного массива при повышении безопасности горных работ.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом способе разработки мощных угольных пластов крутого падения, включающем проведение подготовительных горизонтальных и восстающих выработок, выемку угля блоками, бурение в блоках глубоких скважин и взрывание скважин за один прием с миллисекундным замедлением, объем выработок в блоке в зависимости от мощности пласта принимают равным 5-10% от объема блока; из восстающих выработок проводят горизонтальные и (или) наклонные выработки вкрест простирания пласта, из них бурят горизонтальные и слабонаклонные скважины по простиранию, после взрывания скважинных зарядов процесс выпуска угля из блока ведут при разрушении разупрочненного угольного массива в режиме самообрушения.

Для того чтобы вентиляционный и подэтажный штреки в максимальной степени использовать в качестве компенсационного пространства, скважины, пробуренные из одной буровой выработки, взрывают одновременно, причем в первую очередь взрывают скважины верхней и нижней буровых выработок с одинаковым миллисекундным замедлением, а затем взрывают скважины, пробуренные из других буровых выработок с направлением замедления к центру блока.

Для повышения эффективности процесса самообрушения разрушение угольного массива в нижней части блока производят шпуровыми зарядами, взрываемыми в один прием со скважинами, опережая их очередями с миллисекундным замедлением между очередями.

Таким образом авторы претендуют на следующие отличительные признаки: объем выработок в блоке в зависимости от мощности пласта принимают равным 5-10% от объема блока. Такое соотношение не позволяет разрушить угольный массив, но позволяет его разупрочнить. Благодаря этому существенно снижается трудоемкость и стоимость подготовки выемочных блоков. Кроме того, существенное (в два - три раза) снижение объема подготовительных выработок, сокращение поверхности обнажения угольного массива позволяет повысить его устойчивость, исключить образование вывалов и обрушений в процессе подготовки и повысить безопасность горных работ. Колебание соотношения объясняется различием в мощности угольных пластов. Например, при мощности пластов 5 м и 9 м объем выработок будет одинаковым, а запасы блоков существенно отличаются. Соответственно изменяется и отношение, но оно не будет превышать 10%; из восстающих выработок проводят горизонтальные и (или) наклонные (буровые) выработки вкрест простирания пласта и из них бурят глубокие горизонтальные или слабонаклонные скважины по простиранию. Проходка горизонтальных или наклонных выработок вкрест простирания пласта по всей высоте блока и бурение из них горизонтальных или слабонаклонных взрывных скважин обеспечивает минимальный объем выработок, равномерное распределение в блоке взрывных скважин и высокую точность их бурения. Это обеспечивает в результате взрывания скважинных зарядов равномерное и качественное разупрочнение всего угольного блока и соответственно интенсивный процесс самообрушения угля при его выпуске; после взрывания скважинных зарядов процесс выпуска угля из блока ведут при разрушении разупрочненного угольного массива в режиме самообрушения. Выпуск полезного ископаемого в режиме самообрушения осуществляют при определенной площади обнажения под действием сил гравитации и горного давления. Предварительное разупрочнение массива взрыванием скважинных зарядов обеспечивает эффективность выпуска угля, повышение производительности труда и соответственно снижение затрат по добыче угля; скважины, пробуренные из одной буровой выработки, взрывают одновременно, причем в первую очередь взрывают скважины верхней и нижней буровых выработок с одинаковым миллисекундным замедлением, а затем взрывают скважины, пробуренные из других буровых выработок, с направлением замедления к центру блока. Такой способ взрывания позволяет в максимальной степени использовать подэтажный и вентиляционный штреки, а также восстающие выработки в качестве компенсационных при разупрочнении массива, создать защитный, демпфирующий слой на уровне бункеров, предохраняя их от разрушения. Взрывание групп скважин, пробуренных из остальных горизонтальных или наклонных выработок с замедлением к центру блока, повышает эффективность разупрочнения угля за счет взрывания очередных участков угольного массива на разупрочненный уголь и за счет взрывных импульсов встречного направления; разрушение угольного массива в нижней части блока производится шпуровыми зарядами, взрываемыми в один прием со скважинными, опережая их очередями с миллисекундным замедлением между очередями. Разрушение массива шпуровыми зарядами позволяет перед массовым взрывом блока создать над бункерами и целиками над конвейерным штреком угольную подушку из равномерно - и мелкодробленого угля, а также заполнить им бункера для предохранения конвейерного штрека и бункеров от разрушения. Наличие над бункерами слоя из мелкодробленного угля позволяет, кроме того, создать необходимое обнажение разупрочненного массива для выпуска его в режиме самообрушения. Все это создает условия для интенсивного выпуска угля, повышения производительности труда и снижения затрат по добыче угля.

Совокупность отличительных признаков, характеризующих способ, позволяет добиться снижения затрат на подготовку и отработку выемочных блоков за счет сокращения объема подготовительных выработок, снижения затрат на бурение и заряжание скважин, равномерного и качественного разупрочнения всего массива, создания благоприятных условий для интенсивного выпуска угля из блока. Кроме того, совокупность отличительных признаков позволяет повысить безопасность горных работ.

На фиг. 1 изображен разрез по простиранию выемочного блока, подготовленного к началу очистных работ; на фиг.2- разрез А-А на фиг. 1; на фиг.3 - технология выпуска угля из блока в режиме самообрушения угольного массива.

Выемка угля по предлагаемому способу осуществляется с разделением выемочного участка на подэтажи наклонной высотой 20...70 м, а в каждом подэтаже - отдельными блоками шириной по простиранию 12...30 м при мощности пласта более 5 м и углах падения более 56 градусов.

В качестве примера рассмотрим отработку одного выемочного блока фиг. 1, 2, 3. Подготовка блока осуществляется проведением вентиляционного 1 и конвейерного 2 штреков. В 3-5 м выше конвейерного проходят подэтажный штрек 3. Для проветривания выработок в выемочном блоке конвейерный штрек сбивают с откаточным или промежуточным штреком печью 4. В средней части выемочного блока из подэтажного штрека вкрест простирания пласта проходят орт 5. Подэтажный и конвейерный штреки соединяют бункерами 6. По флангам блока с подэтажного штрека проходят вентиляционные скважины 7 и 8 диаметром 850 мм. Из орта 5 по почве и по кровле пласта проходят спаренные печи 9 и 10, одну из которых оборудуют и используют в качестве ходовой. Печи через 6 м по восстанию сбивают ортами (буровыми выработками) 11, предназначенными для бурения взрывных скважин. Для разупрочнения угольного массива из ортов в противоположных направлениях по простиранию пласта бурят горизонтальные и слабонаклонные глубокие скважины 12 диаметром 100-130 мм. Бурение горизонтальных и слабонаклонных скважин из ортов обеспечивает высокую точность их проходки и простоту их заряжания. Отсутствие незакрепленых компенсационных выработок в зоне бурения скважин исключает возможность их обыгрывания и образования куполов, пересечение скважин с выработками. Между отработанным блоком оставляют целик 13 шириной 2-3 м. Вентиляционный и конвейерный штреки изолируют от выработанного пространства перемычками 14.

Угольный массив вокруг подэтажного штрека 3 обуривают шпурами 15 для равномерного и качественного дробления угля над бункерами.

Очистные работы в блоке осуществляют взрыванием массового заряда. Взрывание зарядов в скважинах 12 производят за один прием с применением короткозамедленного взрывания на компенсационное пространство подготовительных выработок, объем которых при мощности пласта 8 м составит 7% от объема блока.

Шпуровые заряды 15 взрывают одновременно со скважинными, опережая их очередями с миллисекундным замедлением между очередями.

Скважины, пробуренные из одного орта, взрывают одновременно, причем в первую очередь взрывают скважины верхнего и нижнего ортов с одинаковым миллисекундным замедлением, а затем взрывают скважины, пробуренные из других ортов с направлением замедления к центру блока.

Такой порядок взрывания позволяет в лучшей степени использовать подэтажный и вентиляционный штреки в качестве компенсационного пространства. Кроме того. взрывание в первую очередь скважин верхнего и нижнего ортов разрушает вентиляционные скважины и спаренные печи на этих уровнях и препятствует распространению ударной воздушной волны при взрыве остальных скважин в блоке в вентиляционный и конвейерный штреки, а также в бункера, предохраняя их от разрушения. Взрывание групп скважин, пробуренных из остальных ортов, с замедлением к центру блока повышает эффективность разупрочнения угольного массива за счет взрывания очередных участков на разупрочненный уголь, а также за счет взрывных импульсов встречного направления.

Опережающее взрывание шпуровых зарядов позволяет заполнить бункера и подэтажный штрек равномерно раздробленным углем и защитить бункера от разрушения при взрыве скважинных зарядов.

Разрушенный уголь из блока выпускают через бункеры 6 на конвейерный штрек 2. На первой стадии выпускают равномерно разрушенный уголь в окрестности подэтажного штрека, создавая свободное пространство для обрушения разупрочненного угля. Под действием сил гравитации и горного давления разупрочненый уголь обрушается и граница разрушенного 16 и разупрочненного 17 угля перемещается вверх по восстанию пласта. Т. е. на следующей стадии выпуск угля ведут в режиме самообрушения. Разрушенный уголь, создавая боковой распор, препятствует обрушению и перепуску непосредственной кровли. После того как весь массив угля в блоке разрушится, довыпуск угля происходит в режиме свободного выпуска. По мере выпуска угля межблоковый целик 11 и целик над вентиляционным штреком разрушаются под действием горного давления и выработанное пространство заполняется обрушенными породами. После выпуска угля очистные работы в блоке заканчивают.

Таким образом, предлагаемый способ разработки мощных угольных пластов крутого падения позволяет снизить трудоемкость и затраты на подготовку и отработку блока не менее чем в 1.5 раза за счет снижения объема подготовительных выработок, повышения качества обуривания массива, снижения затрат на бурение и заряжание скважин, повышения качества разупрочнения и разрушения массива, повышения интенсивности выпуска и соответственно производительности труда. Кроме того, совокупность признаков повышает безопасность горных работ.