способ поддержания подготовительных выработок

Формула изобретения

1. Способ поддержания подготовительных выработок с помощью податливых целиков, включающий формирование в них искусственно ослабленного слоя с заданными компрессионными свойствами и последующую деформацию целиков под влиянием горного давления, отличающийся тем, что искусственно ослабленный слой образуют бурением ряда горизонтальных скважин, расположенных в центральной части целика равномерно по всей его ширине, устанавливают в них рукава пневмо- или гидробаллонной крепи, снабженные выпускными клапанами, и обеспечивают первоначальное давление в них, равное пределу прочности пород целика на одноосное сжатие, а выпускные клапаны выполняют регулируемыми.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что диаметр скважин выбирают равным ожидаемым смещениям кровли за весь срок эксплуатации поддерживаемой выработки.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выпускные клапаны настраивают на давление в пределах 75-80% предела прочности целика на одноосное сжатие.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и, в частности, может быть использовано при выемке одиночных и свиты сближенных пологих и наклонных угольных пластов при камерностолбовых системах разработки в условиях любых классов боковых пород, в том числе при почвах, склонных к пучению.

Известны способы поддержания подготовительных выработок, предусматривающие создание податливых целиков (см., например, К.Ф.Сапицкий. Расчет податливых целиков при камерной и камерностолбовой системах разработки угольных пластов. Журнал "Уголь", 3, 1964, с. 13-16; Бенявски 3. Управление горным давлением: Пер. с англ. - М.: Мир, 1990, стр. 156 - 161; К.А.Ардашев и др. Способ отработки угольных пластов, патент РФ 2164293, Е 21 С 41/18, 2001 г. ).

Общей особенностью указанных способов является то, что при их использовании поддержание выработок осуществляют целиками, ширину которых подбирают расчетами или опытным путем таким образом, чтобы обеспечить их заведомо меньшую по сравнению с проектной несущую способность. При этом параметры целика обеспечивают эксплуатационное состояние охраняемых выработок до момента их погашения; в то же время, деформируясь и разрушаясь в процессе эксплуатации, они предотвращают угрозу возникновения горных ударов и зависания кровли в выработанном пространстве.

Основным недостатком таких технических решений является то, что величина критической деформации целиков заранее предопределена и в большинстве случаев недостаточна, а процесс их деформации является практически неуправляемым, так как при подборе их размеров невозможно в полной мере учесть все воздействующие факторы, например время отработки выемочного участка, степень нарушенности пласта в пространстве и т.д. Таким образом, вышеуказанные способы поддержания подготовительных выработок не обеспечивают безопасных условий разработки месторождений полезных ископаемых.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ поддержания подготовительных выработок податливыми целиками, в теле которых формируют специальный слой с заданными компрессионными свойствами (см., И.И. Айбингер и др. Использование принципа искусственной податливости в конструкциях систем разработок. Сб. Результаты исследований по разработке рудных месторождений. М. : АН СССР, 1986, стр. 15-23). По данному способу в целике вынимают слой полезного ископаемого определенной мощности, который замещают закладкой, деформационные характеристики которой заранее известны. При этом податливость целика обеспечивают, главным образом, за счет реализации податливости закладки.

Недостатком этого способа, кроме недостатков указанных выше аналогов, является его низкая эффективность, поскольку после исчерпания искусственно созданной податливости или даже в процессе эксплуатации эти целики будут снова представлять собой жесткие системы, создавая угрозу возникновения динамических явлений при отработке пластов, склонных к горным ударам, а также невозможность безопасной отработки сближенных пластов и провоцирование пучения почв на пластах, склонных к этому.

Изобретение решает задачу повышения эффективности и безопасности работ при выемке пластов полезных ископаемых любыми системами разработки, в которых используют целики для охраны горных выработок.

Решение этой задачи достигается тем, что подготовительные выработки поддерживают с помощью податливых целиков, в которых формируют искусственно ослабленный слой с заданными компрессионными свойствами с последующей деформацией целиков под влиянием горного давления. Этот искусственно ослабленный слой образуют бурением ряда горизонтальных скважин, расположенных в центральной части целика равномерно по всей его ширине, устанавливают в скважинах рукава пневмо- или гидробаллонной крепи, снабженные выпускными клапанами, и обеспечивают первоначальное давление в них, равное пределу прочности пород целика на одноосное сжатие, а выпускные клапаны выполняют регулируемыми, причем диаметр пробуриваемых скважин выбирают равным ожидаемым смещениям кровли за весь срок эксплуатации поддерживаемой выработки, а выпускные клапаны настраивают на давление в пределах 75-80% предела прочности пород целика на одноосное сжатие, что обеспечивает его неразрушаемость на весь срок службы целика.

Изобретение поясняется чертежом, на котором показана схема расположения скважин.

При этом в целике 1 создают податливый слой 2, образованный бурением разгрузочных скважин 3 и установкой в них рукавов 4 пневмо- или гидробаллонной крепи. В этих рукавах создают давление через пневмогидросистему 5, оборудованную выпускным клапаном 6. Возможен также вариант оборудования каждого рукава индивидуальным предохранительным клапаном.

Способ осуществляют следующим образом. При столбовой системе разработки проводят спаренные выработки, одну из которых (конвейерную) после отработки столба погашают, а вторую (вентиляционную) повторно используют для отработки следующего столба. Между ними оставляют целики 1 с размерами, обеспечивающими заведомо меньшую несущую способность по сравнению с проектной, рассчитанной по известным формулам (см., например, патент РФ 2164293, Е 21 С 41/18, 2001 г. ). В каждом из целиков 1 в центральной его части бурят ряд горизонтальных разгрузочных скважин 3, расположенных равномерно по ширине целика 1. Тем самым в целике 1 создают искусственно ослабленный (податливый) слой 2, модуль упругости которого меньше модуля упругости собственно тела нетронутого целика. Практически расстояние между скважинами и их количество определяют в зависимости от компрессионных свойств целика таким образом, чтобы общая площадь межскважинных перемычек была в пределах 75-80% от площади целика. Диаметр скважин 3 выбирают равным ожидаемому смещению кровли за весь срок эксплуатации выработки, рассчитанному по известным методикам в зависимости от глубины горных работ, структуры и физико-механических свойств пород кровли, размеров выработки и т.д. Затем в скважинах 3 устанавливают рукава 4 пневмо- или гидробаллонной крепи, задают начальное давление, равное пределу прочности угля на одноосное сжатие. При этом выпускной клапан 6 пневмо- или гидросистемы 5 или выпускные клапаны рукавов 4 выполняют регулируемыми и настраивают на давление в пределах 75-80% от первоначального, что обеспечивает работу целика как не нарушенного скважинами. Как показывает опыт, при настройке выпускных клапанов 6 на давление менее 75% целик будет обладать меньшей несущей способностью, что создаст необходимость увеличения его размеров, а при давлении в рукавах 4 более 80% от первоначального целик разрушится раньше срока необходимой службы выработки.

В процессе работы, в зависимости от горнотехнической ситуации, например при начале пучения почвы, снижают давление в гидробаллонах, обеспечивая тем самым уход от чрезмерных нагрузок, то есть искусственную податливость в необходимых пределах, реализуемую деформациями межскважинных угольных перемычек.

При работе лавы следующего столба повторно используемую выработку по мере движения лавы погашают за ней постепенным полным сбрасыванием давления в гидробаллонах, причем их разгрузку осуществляют поочередно в направлении от выработанного пространства к лаве. Таким образом, обеспечивают постепенное разрушение целика и обрушение кровли без динамических проявлений и передачи повышенных напряжений на соседние сближенные пласты.

Преимущество заявляемого способа по сравнению с известными заключается в возможности оперативного контроля за процессом деформации охранных целиков, что повышает эффективность и безопасность работ при добыче угля из лавы, поскольку появляется реальная возможность борьбы с пучениями почвы, управления разрушением целиков в нужной временно-пространственной ситуации, а также обеспечивается равномерность распределения напряжений по площади целика. Таким образом, изобретение позволяет расширить область применения систем разработок, повысить безопасность отработки пластов, опасных по динамическим формам проявлений горного давления, и исключить возникновение зон концентрации напряжений при отработке свиты сближенных пластов.