способ управления труднообрушаемой кровлей при разработке угольных пластов механизированными комплексами

Формула изобретения

1. Способ управления труднообрушаемой кровлей при разработке угольных пластов механизированными комплексами, включающий посадку кровли путем полного обрушения, отличающийся тем, что на заданном расстоянии отработки столба производят искусственную посадку жесткой кровли путем переориентации размещения образующихся блоков породы параллельно кромке забоя со смещением границы обрушения кровли в направлении завала за пределы рабочего пространства лавы за счет создания максимального пролета основной кровли посредством образования щелей в целиках около конвейерного штрека и образования бортовых целиков с защитными опорными площадками.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что образование щелей осуществляют посредством производства буровзрывных работ.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к угольной промышленности, в частности к области управления горным давлением, а именно к способам управления труднообрушаемыми кровлями в очистных забоях при отработке угольных пластов механизированными комплексами.

Известен способ управления кровлей полным ее обрушением, сущность которого заключается в том, что обрушают непосредственную кровлю путем ее естественного разрушения за счет обнаружения ее в результате выемки угольного пласта, которая подбучивает основную кровлю, при этом посадку кровли осуществляют либо на специальные крепи, либо на призабойные с частичным их усилением дополнительными стойками, а также без всякого усиления (см. А.К. Коврижин, В.Ф. Крылов, С.И. Запреев, Управление кровлей в очистных забоях на шахтах Кузбасса, М., "Недра", 1969, С. 47-51, 52-54).

Недостатком известного способа является невозможность его использования в условиях отработки пластов с труднообрушаемыми кровлями, когда смещение кровли происходит практически мгновенно, что приводит к аварийному состоянию механизированной крепи и лавы.

Известен способ управления труднообрушаемыми кровлями методом передового торпедирования, принятым нами в качестве прототипа, сущность которого заключается в том, что впереди фронта очистных работ в длинных скважинах, пробуренных в кровле над угольным пластом, большое количество взрывчатых веществ (ВВ), в результате чего производят разрушение основной кровли на блоки, примерно равные естественному шагу обрушения (см. Катков Г.А., Остапенко В. Н., Журило А.А. (ИГД им. А.А. Скочинского) Управление труднообрушаемыми кровлями методом передового торпедирования: обзор / ЦНИИЭИуголь. - М., 1982, с. 6).

Недостатками указанного способа являются необходимость бурения большого объема шпуров (скважин) по породе, т.е. характеризуется высокой трудоемкостью работ по бурению скважин, их заряжению и отсутствие контроля по эффективному воздействию на кровлю, ограниченной областью применения (см. вышеприведенный источник информации, с. 25), а также ориентацией образования и обрушения блоков основной кровли с опорой на механизированную крепь, что приводит к наклону блоков и перераспределению нагрузок на нее, вызывающих посадку "насухо", что приводит крепи в аварийное состояние.

Задачами предлагаемого изобретения являются устранение вышеназванных недостатков, обеспечивающих безаварийную работу механизированного комплекса при отработке пластов с труднообрушаемыми кровлями.

Это достигается тем, что на заданном расстоянии отработки столба производят искусственную посадку жесткой кровли путем переориентации размещения образующихся блоков породы параллельно кромке забоя со смещением границы обрушения кровли в направлении завала за пределы рабочего пространства лавы за счет создания максимального пролета основной кровли посредством образования щелей в целиках около конвейерного штрека и образования бортового целика с защитными опорными площадками (плечами), при этом образование щелей осуществляют с помощью буровзрывных работ.

Действительно, смещение границы обрушения кровли от забоя в направлении завала обеспечивает работу механизированного комплекса под защитой консоли основной кровли.

Реализуют данное техническое решение путем искусственного увеличения величины пролета основной кровли в направлении, перпендикулярном движению лавы, обеспечивающем инициирование первичной посадки, при этом увеличение пролета основной кровли осуществляют путем образования щели в борту конвейерного штрека на определенном расстоянии с оставлением опорного угольного массива, на который опирается основная кровля, защищая механизированную крепь при первичной посадке.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлены характер и форма первичных посадок жестких труднообрушаемых кровель при традиционном способе управления кровлей полным обрушением; на фиг. 2 - разрез А-А фиг. 1; на фиг. 3 - схема образования щели в борту конвейерного штрека с оставлением опорного угольного массива; на фиг. 4 - разрез В-В фиг. 3; на фиг. 5 представлены характер и форма первичных посадок жестких труднообрушаемых кровель при использовании предлагаемого способа управления кровлей; на фиг. 6 - разрез С-С фиг. 5.

С целью лучшего восприятия предлагаемого изобретения вначале излагаем обычный традиционный способ управления кровлей.

На фиг. 1 и 2 представлена лава 1, ограниченная вентиляционным 2 и конвейерным 3 штреками, оснащенная механизированным комплексом 4. Управление труднообрушаемой кровлей осуществляют традиционным методом (полным обрушением), который сопровождается возникновением значительных нагрузок на механизированные крепи, приводящие их к аварийному состоянию, особенно при первичных посадках.

Опытом эксплуатации установлено, что первичное обрушение основной кровли 5 имеет эллиптическую форму, основные трещины 6 которого располагаются внутри по типу "закрытого конверта", при этом основание консоли обрушения обламывается в глубине массива лавы на расстоянии 5-8 м от груди (кромки) забоя, конец которой зависает над механизированной крепью (фиг. 2), приводя ее в аварийное состояние. Разломы основной кровли происходит также в глубине целиком опорного периметра вдоль конвейерного и вентиляционного штреков на расстоянии 5-8 м от борта и обуславливают чрезмерно тяжелые условия их поддержания. Непосредственная кровля 7 разрушается аналогично. Точка "Р" - точка приложения равнодействующей силы обрушения.

Сущность предлагаемого изобретения (фиг. 3, 4, 5, 6) состоит в том, что определенными мероприятиями создают условия в лаве, при которых механизированные крепи работают под защитой консоли основной кровли.

Для реализации этого на заданном расстоянии отработки столба искусственно увеличивают поперечный размер (пролет) плиты обрушения основной кровли в направлении, перпендикулярном движению лавы, и инициируют первичную посадку. Увеличение пролета основной кровли осуществляют за счет образования щели в борту конвейерного штрека 3 (зона "А", фиг. 3) и опорного участка угольного массива (зона "B", фиг. 3) для удержания основной кровли. Бортовую щель создают ниже конвейерного штрека путем бурения в массиве угля шпуров 8 длиной до 40 м с расстоянием между ними порядка 0,8-1,0 м, в которых осуществляют взрывание зарядов ВВ.

При увеличении пролета основной кровли происходит перераспределение действующих сил, при этом равнодействующая веса налегающих пород, находящаяся в точке "P" пересечения диагоналей опорного периметра, перемещается от середины выработанного пространства к борту массива, над котором образована щель, при этом образование и обрушение основной кровли происходит параллельно груди забоя за пределами рабочего пространства лавы с сохранением консоли основной кровли над крепью (фиг. 5, 6). Механизированная крепь, находясь под защитой консоли основной кровли (фиг. 6), опирающейся на опорный участок "B" угольного массива по бортам и впереди очистного забоя, не испытывает разрушительных нагрузок и работает в эксплуатационном режиме.

Дополнительно, использование предлагаемого изобретения позволяет значительно снизить трудоемкость бурения шпуров, т.к. последние проводятся по углю, а не по породе, а также уменьшить расход взрывчатых веществ при производстве буровзрывных работ для создания щелей в бортах конвейерного штрека.