способ разработки мощных угольных пластов крутого падения

Формула изобретения

1. Способ разработки мощных угольных пластов крутого падения, включающий выемку угля блоками, проведение вентиляционного, конвейерного и подэтажного штреков, восстающей выработки на фланге блоков, бурение в блоках глубоких скважин, взрывание скважин сериями за один прием с миллисекундным замедлением и выпуск разрушенного угля через бункера на конвейерный штрек, отличающийся тем, что восстающие выработки проходят также в средней части блоков, из них проходят орты вкрест простирания пласта на всю высоту блоков, из которых бурят глубокие горизонтальные и слабонаклонные скважины, а также восстающие скважины между ортами, первыми сериями взрывания скважин создают зажимающую среду на всю мощность пласта: в нижней и верхней частях блока - взрыванием скважинных зарядов на уровне подэтажного и вентиляционного штреков, в средней части - взрыванием восстающих скважин между ортами и производят разрушение угольного блока вторичными сериями взрывания горизонтальных и слабонаклонных скважин в зажатой среде.

2. Способ разработки мощных угольных пластов крутого падения по п.1, отличающийся тем, что разрушение угольного блока производят вторичными сериями взрывания восстающих скважин в зажатой среде.

Описание изобретения к патенту

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

Известен способ разработки месторождений полезных ископаемых по ав. св. СССР N 630420. Сущность способа заключается в том, что отработку полезного ископаемого ведут камерами путем проходки в середине камеры отрезной щели и расширения ее сверху вниз до размеров камеры, созданием в верхней части на всю площадь камеры компенсационного пространства, проходки на флангах восстающих выработок, отбойки полезного ископаемого взрыванием горизонтальных вееров скважин, разбуренных из восстающих, на слой замагазинированного в открытом очистном пространстве полезного ископаемого и выпуск его по отрезной щели.

Недостатком данного способа является опасность взрыва метана и угольной пыли при последовательной отбойке вееров скважин на слой замагазинированного, в открытом очистном пространстве, полезного ископаемого, т.к. в верхней части камеры при отработке угольных пластов всегда будет наблюдаться скопление метана. Кроме того, на угольных пластах проходка и поддержание на период отработки камеры отрезной щели потребуют обязательного ее крепления, что повышает трудоемкость ведения горных работ.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является способ разработки угольных пластов крутонаклонного и крутого падения (Патент СССР N 1813178). Сущность способа заключается в том, что выемку угля осуществляют блоками путем проведения конвейерного, подэтажного и вентиляционного штреков, восстающей выработки на фланге блоков, восстающих компенсационных скважин большого диаметра по простиранию пласта, отбойки угля взрыванием скважин отдельными сериями с миллисекундным замедлением на каждую компенсационную скважину и отгрузки отбитого угля на конвейерный штрек.

Недостатком данного способа является то, что проходка компенсационных скважин большого диаметра в неустойчивом угольном массиве или в зонах повышенного горного давления сопровождается вывалами угля и образованием куполов различной формы и размеров. Это создает опасность пересечения взрывных скважин с компенсационным пространством, что недопустимо. Обыгрывание взрывных скважин со стороны компенсационных выработок возможно и в процессе заряжания, что создает опасность ведения горных работ. Проходка скважин большого диаметра для создания необходимого компенсационного пространства также связана с высокой трудоемкостью подготовки блока.

Техническая задача, решаемая в предлагаемом изобретении, - повышение безопасности горных работ при снижении трудоемкости на подготовку и отработку угольного массива.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом способе разработки мощных угольных пластов крутого падения, включающем выемку угля блоками, проведение вентиляционного, конвейерного и подэтажного штреков, восстающей выработки на фланге блоков, бурение в блоках глубоких скважин, взрывание скважин сериями за один прием с миллисекундным замедлением и выпуск разрушенного угля через бункера на конвейерный штрек, восстающие выработки проходят также в средней части блоков, из них проходят орты вкрест простирания пласта на всю высоту блоков, из которых бурят глубокие горизонтальные и слабонаклонные скважины, а также восстающие скважины между ортами, первыми сериями взрывания скважин создают зажимающую среду на всю мощность пласта: в нижней и верхней частях блока - взрыванием скважинных зарядов на уровне подэтажного и вентиляционного штреков, в средней части - взрыванием восстающих скважин между ортами и производят разрушение угольного блока вторичными сериями взрывания горизонтальных и слабонаклонных скважин в зажатой среде.

Для угля крепостью выше 1.0 по Протодьяконову целесообразно разрушение угольного блока производить вторичными сериями взрывания восстающих скважин в зажатой среде.

Таким образом, сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем:

- восстающие выработки проходят также в средней части блока и из них проходят орты вкрест простирания пласта на всю высоту блока. Проходку восстающих выработок и ортов на всю высоту блока производят для равномерного обуривания угольного блока взрывными скважинами и создания зажимающей среды в средней части блока. При этом выработки одновременно служат в качестве компенсационного пространства для зажимающей среды. Поскольку проходку восстающих выработок и ортов производят с установкой крепи, для бурения взрывных скважин создаются безопасные условия труда;

- с ортов бурят глубокие горизонтальные и слабонаклонные скважины. Бурение с ортов глубоких горизонтальных и слабонаклонных скважин позволяет равномерно и качественно обурить весь угольный блок в безопасных и комфортных условиях;

- между ортами бурят восстающие скважины. Восстающие скважины между ортами бурят для создания зажимающей среды в средней части блока на всю его высоту и на всю мощность пласта в условиях безопасного ведения работ;

- первыми сериями взрывания скважин создают зажимающую среду на всю мощность пласта: в нижней и верхней частях блока - взрыванием скважинных зарядов на уровне подэтажного и вентиляционного штреков, в средней части - взрыванием вертикальных скважин между ортами. Зажимающая среда создается за счет использования подготовительных выработок в качестве компенсационного пространства с высоким коэффициентом разрыхления. Создание зажимающей среды в верхней, нижней и средней частях блока на всю мощность угольного пласта позволяет сформировать пространство с деформируемой средой, не требующее установки крепи, но необходимое для последующего разрушения остальной части угольного блока. Кроме того, создание деформируемой зажимающей среды сокращает объем проведения подготовительных выработок и, таким образом, снижает трудоемкость подготовки блоков;

- разрушение угольного блока производят вторичными сериями взрывания горизонтальных и слабонаклонных скважин в зажатой среде. Зажатая среда в процессе взрывания горизонтальных и слабонаклонных скважин сжимается, создавая условия для деформаций и разрушения оставшейся части угольного блока. Такой способ взрывания исключает возгорание и взрыв метана и угольной пыли в очистном пространстве, улучшает качество дробления полезного ископаемого, что повышает безопасность горных работ и снижает трудоемкость выпуска полезного ископаемого;

- для крепкого угля разрушение угольного блока целесообразно осуществлять вторичными сериями взрывания восстающих скважин в зажатой среде. Расположение взрывных скважин по восстанию, т.е. параллельно слою зажимающей среды в середине блока, повышает эффективность разрушения угольного блока. Как и в первом случае зажатая среда в процессе взрывания восстающих скважин сжимается, создавая условия для деформаций и разрушения остальной части угольного блока. Такой способ также исключает возгорание и взрыв метана и угольной пыли в очистном пространстве и позволяет улучшить качество дробления полезного ископаемого, что способствует повышению безопасности горных работ и снижению трудоемкости выемки полезного ископаемого.

Совокупность отличительных признаков, характеризующих способ, позволяет повысить безопасность горных работ за счет взрывания скважинных зарядов за один прием в зажатой среде при отсутствии свободного пространства для скопления и взрыва метана и угольной пыли и снизить трудоемкость подготовки угольных блоков.

На фиг. 1 изображена схема подготовки выемочного блока в плоскости пласта; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - состояние угольного блока после создания зажимающей среды перед взрыванием горизонтальных скважин; на фиг. 4 - состояние угольного блока после его разрушения; на фиг. 5 - схема подготовки выемочного блока с разрушением массива восстающими скважинами; на фиг. 6 - состояние угольного блока после создания зажимающей среды перед взрыванием восстающих скважин.

Отработка угольных пластов по предлагаемому способу осуществляется с разделением этажа на подэтажи наклонной высотой 20-40 м и в каждом подэтаже - на отдельные блоки шириной по простиранию 12-30 м.

В качестве примера рассмотрим отработку одного блока (фиг. 1-6). Подготовка блока осуществляется проведением вентиляционного 1, конвейерного 2 и подэтажного 3 штреков. Для проветривания выработок в выемочном блоке конвейерный штрек соединяют с откаточным или промежуточным штреком печью 4 и с вентиляционным штреком фланговой восстающей 5. Для выгрузки разрушенного угля из блока конвейерный и подэтажный штреки соединяют бункерами 6. В средней части выемочного блока из подэтажного и вентиляционного штреков проходят орты 7 до кровли пласта. Подэтажный и вентиляционный штреки в створе ортов соединяют спаренными печами 8 и 9, одну из которых используют в качестве ходовой. Спаренные печи через 6 м по восстанию соединяют ортами 10, предназначенными для бурения взрывных скважин и создания компенсационного пространства. Разрушение блока угольного массива производят взрыванием скважинных зарядов в зажатой среде. Для этого из ортов на уровне вентиляционного и подэтажного штреков бурят горизонтальные скважины 11, 12 по простиранию до границ блока и по всей мощности пласта, а между ортами бурят восстающие скважины 13 также по всей мощности пласта. Эти скважины служат для создания зажимающей среды и их взрывают первыми сериями.

Для разрушения угольного массива из ортов 10 в противоположных направлениях по простиранию пласта бурят горизонтальные и слабонаклонные глубокие скважины 14 диаметром 100-130 мм. Отсутствие незакрепленных компенсационных пространств в зоне бурения скважин исключает возможность их обыгрывания и образования куполов, а также пересечение скважин с выработками. Между отработанным блоком оставляют угольный целик 15 шириной 3-5 м. На вентиляционном и конвейерном штреках блоки изолируют перемычками 16.

Очистные работы в блоке осуществляют взрыванием всех скважин за один прием с применением короткозамедленного взрывания между отдельными сериями. Первыми сериями взрывают скважины 11, 12 на уровне вентиляционного и подэтажного штреков, а также восстающие скважины 13 в средней части блока между ортами. В результате этого создается зажимающая среда 17 на всю мощность пласта в середине блока, а также на уровне вентиляционного 18 и подэтажного 19 штреков (фиг. 3). Зажимающая среда создается за счет использования подготовительных выработок в качестве компенсационного пространства и имеет высокий коэффициент разрыхления. Заполняя все свободное пространство, зажимающая среда поддерживает неразрушенный угольный массив и вмещающие породы. Создание зажимающей среды с высоким коэффициентом разрыхления (до 1.3) на всю мощность пласта и в 3-х плоскостях позволяет создать условия для деформаций и разрушения остальной части угольного блока. Вторичными сериями взрывают горизонтальные и слабонаклонные скважины 14 с замедлением от верхней и нижней границ блока к середине (фиг. 3). При этом зажимающая среда сжимается, создавая условия для деформаций и разрушения остальной части угольного массива в блоке. Отсутствие свободного пространства обеспечивает безопасность ведения горных работ и благоприятные условия для разрушения и дробления всего угольного массива. На фиг.4 представлено состояние блока угольного массива после окончания взрывных работ. Разрушенный уголь выпускают через бункера 6 на конвейерный штрек 2. По мере выпуска угля межблоковый целик 15 и целик над вентиляционным штреком 20 разрушаются под действием горного давления и выработанное пространство заполняется обрушенными и перепускающимися породами. После выгрузки угля очистные работы в блоке заканчивают и блок изолируют перемычками на вентиляционном и подэтажном штреках.

Для крепкого угля разрушение блока угольного массива целесообразно осуществлять восстающими скважинами. Расположение взрывных скважин параллельно слою зажимающей среды, расположенному в средней части блока, повышает эффективность разрушения массива и интенсивность выпуска угля. Схема подготовки блока при разрушении его восстающими скважинами представлена на фиг. 5. При подготовке блока к отработке с подэтажного и вентиляционного штреков в створе проходят дополнительно орты 21, 22. Затем с нижних ортов бурят сквозные взрывные скважины 23 диаметром 100-130 мм. Взрывание всех скважин также производят одновременно с миллисекундным замедлением. Как и в предыдущем случае, первыми сериями взрывания скважин создают зажимающую среду 17, 18, 19 на уровне вентиляционного и подэтажного штреков, а также в средней части блока (фиг. 6). Вторичными сериями взрывают с миллисекундным замедлением восстающие скважины 23 от середины к границам блока. Расположение взрывных скважин по восстанию параллельно слою зажимающей среды в середине блока повышает эффективность разрушения угольного блока. Зажимающая среда, обладая высокими деформационными свойствами, создает условия для деформаций и разрушения остальной части угольного массива в блоке при взрывании восстающих скважин. Разрушенный в блоке уголь выпускают через бункера 6 на конвейерный штрек 2. После выпуска угля очистные работы в блоке заканчивают и его изолируют.

Таким образом, предлагаемый способ разработки мощных угольных пластов крутого падения позволяет повысить безопасность горных работ за счет отсутствия незакрепленного пространства при бурении и заряжании скважин, а также взрывания скважинных зарядов за один прием в зажатой среде при отсутствии свободного пространства для скопления и взрыва метана и угольной пыли. Кроме того, совокупность признаков позволяет снизить трудоемкость подготовки и отработки выемочных блоков.