способ разработки пластов полезных ископаемых

Формула изобретения

Способ разработки пластов полезных ископаемых преимущественно на больших глубинах, включающий подготовку выемочных столбов путем проведения конвейерных и вентиляционных выработок с оставлением целика угля между конвейерной выработкой отрабатываемого столба и вентиляционной выработкой подлежащего отработке столба, проведение вентиляционных сбоек между конвейерной выработкой отрабатываемого столба и вентиляционной выработкой подлежащего отработке столба и выемку угля в выемочных столбах длинными очистными забоями, а также поддержание упомянутых вентиляционных выработок для повторного использования, отличающийся тем, что вслед за подвиганием очистного забоя в каждом выемочном столбе и после прохода им очередной вентиляционной сбойки заперемычивают вентиляционную сбойку, являющуюся предпоследней относительно очистного забоя со стороны конвейерной выработки, а затем в целике угля по его длине, соответствующей расстоянию между двумя вентиляционными сбойками, со стороны вентиляционной выработки подлежащего отработке столба выполняют камеры, в которые, а также в заперемыченную вентиляционную сбойку магазинируют породу, например, породу от подрывки почвы вентиляционной выработки, после этого в магазинированную породу нагнетают твердеющий раствор с образованием совместно с целиком угля комбинированной опоры с обеспечением возможности ограничения смещения пород кровли и почвы вентиляционной выработки при отработке нижнего смежного столба, при этом конвейерную выработку отрабатываемого столба погашают после заперемычивания вентиляционной сбойки, причем расстояние между камерами принимают не менее шага обрушения пород основной кровли.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу, в частности к системам разработки пластов полезных ископаемых, и может быть использовано для обеспечения безремонтного поддержания подготовительных выработок, подвергнутых влиянию горного давления при ведении очистных работ на больших глубинах угольных шахт.

Известен способ разработки пластов полезных ископаемых, включающий подготовку выемочного столба путем проведения конвейерных и вентиляционных выработок (сдвоенных штреков) на расстоянии 15-25 м друг от друга, проведение вентиляционных печей между этими выработками и ведение очистных работ в выемочных столбах длинными очистными забоями (1, с. 254, 259, рис. 4.1. в).

Недостатком известного способа является низкая эффективность разработки, обусловленная необходимостью ведения ремонтных работ по поддержанию выработок в рабочем состоянии. Обусловлено это тем, что в процессе выемки угля в результате проявления горного давления возможно разрушение целика угля из-за незначительной его ширины (15-25 м), что может привести к деформации крепи выработок, требующей их перекрепления.

Кроме того, этот способ имеет ограниченную область применения, распространяющуюся на пласты с непучащими почвами, залегающие на небольшой глубине, что также снижает эффективность его применения.

Известен способ разработки пологих и наклонных угольных пластов преимущественно на больших глубинах, включающий подготовку выемочных столбов путем проведения и крепления конвейерных и вентиляционных выработок с оставлением угольного целика между конвейерной выработкой отрабатываемого столба и вентиляционной выработкой подлежащего отработке столба, проведение вентиляционных сбоек между конвейерной выработкой отрабатываемого столба и вентиляционной выработкой подлежащего отработке столба и выемку угля в столбах длинными очистными забоями, а также поддержание упомянутой вентиляционной выработки для повторного ее использования при отработке нижнего смежного столба. Крепление выработок каждого столба осуществляют путем установки анкеров в кровлю и бок каждой выработки со стороны угольного целика. При этом одновременно с выемкой угля в конвейерной выработке отрабатываемого столба на участке, граничащем с выработанным пространством, на всем ее протяжении устанавливают охранную крепь, а поперечное сечение этой выработки сохраняют до таких размеров, чтобы обеспечить возможность образования вентиляционного канала для отвода метановоздушной смеси из выработанного пространства отрабатываемого столба. Причем поддержание вентиляционной выработки подлежащего отработке столба осуществляют при отработке верхнего столба за счет анкерования угольного целика (2). Этот способ разработки принят в качестве прототипа.

Недостатком данного способа являются плохие условия поддержания вентиляционной выработки подлежащего отработке столба вследствие того, что под воздействием горного давления при отработке верхнего смежного столба скрепленный анкерами целик угля может несколько терять свою несущую способность, поскольку она ниже по сравнению с несущей способностью заанкерованной породы кровли, а это может привести к разрушению этого целика, выдавливанию из него анкеров и соответственно к смещению пород кровли упомянутой вентиляционной выработки. В результате возникает необходимость ведения ремонтных работ с целью сохранения этой выработки в эксплуатационном состоянии.

Причем данный способ не предусматривает охрану вентиляционной выработки, повторно используемой при отработке нижнего столба, смежного с верхним столбом.

Кроме того, практически всегда происходит пучение пород почвы повторно используемой вентиляционной выработки, так как она испытывает влияние сил горного давления при отработке верхнего смежного столба. Поэтому породу от подрывки почвы в этой выработке необходимо либо размещать в шахте, либо выдавать на поверхность, а это требует значительных трудозатрат, одновременно ухудшая экологию окружающей среды в последнем случае. То есть известный способ не решает вопроса рационального использования пучащей породы вентиляционной выработки.

Указанные недостатки в целом снижают эффективность применения известного способа.

В основу изобретения поставлена задача создать способ разработки пластов полезных ископаемых, который бы позволил повысить эффективность разработки за счет улучшения условий поддержания вентиляционной выработки при повторном ее использовании во время отработки нижнего столба, смежного с верхним столбом.

Эта задача решается за счет технического результата, заключающегося в повышении устойчивости вентиляционной выработки, повторно используемой при отработке нижнего столба, за счет создания комбинированной опоры “целик - порода”, а также в обеспечении экологической чистоты этой разработки при максимальном оставлении пучащих пород почвы вентиляционных выработок, используемых повторно, в шахте.

Для достижения этого технического результата в способе разработки пластов полезных ископаемых преимущественно на больших глубинах, включающем подготовку выемочных столбов путем проведения конвейерных и вентиляционных выработок с оставлением целика угля между конвейерной выработкой отрабатываемого столба и вентиляционной выработкой подлежащего отработке столба, проведение вентиляционных сбоек между конвейерной выработкой отрабатываемого столба и вентиляционной выработкой подлежащего отработке столба и выемку угля в выемочных столбах длинными очистными забоями, а также поддержание упомянутых вентиляционных выработок для повторного их использования, согласно изобретению, вслед за подвиганием очистного забоя в каждом выемочном столбе и после прохода им очередной вентиляционной сбойки заперемычивают вентиляционную сбойку, являющуюся предпоследней относительно очистного забоя, со стороны конвейерной выработки, а затем в целике угля по его длине, соответствующей расстоянию между двумя вентиляционными сбойками, со стороны вентиляционной выработки подлежащего отработке столба выполняют камеры, в которые, а также в заперемыченную вентиляционную сбойку магазинируют породу, например породу от подрывки почвы вентиляционной выработки, после этого в магазинированную породу нагнетают твердеющий раствор с образованием совместно с целиком угля комбинированной опоры с обеспечением возможности ограничения смещения пород кровли и почвы вентиляционной выработки при отработке нижнего смежного столба, при этом конвейерную выработку отрабатываемого столба погашают после заперемычивания предпоследней относительно очистного забоя вентиляционной сбойки, причем расстояние между камерами принимают не менее шага обрушения пород основной кровли.

Между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом имеется причинно-следственная связь.

Признак “вслед за подвиганием очистного забоя в каждом выемочном, столбе и после прохода им очередной вентиляционной сбойки заперемычивают вентиляционную сбойку, являющуюся предпоследней относительно очистного забоя, со стороны конвейерной выработки” позволяет участвовать заперемыченной сбойке в дальнейшем процессе сооружения комбинированной опоры, и, кроме этого, снизить интенсивность проникновения газа метана из выработанного пространства отработанного столба.

Признак “а затем в целике угля по его длине, соответствующей расстоянию между двумя вентиляционными сбойками, со стороны вентиляционной выработки подлежащего отработке столба выполняют камеры, в которые, а также в заперемыченную вентиляционную сбойку, магазинируют породу” позволяет выполнить в целике угля камеры и заполнить их совместно с вентиляционной сбойкой породой, что дает возможность создать наиболее благоприятные условия для восприятия сил горного давления целиком угля и соответственно вентиляционной выработкой.

Причем породу, которой заполняют упомянутые камеры и сбойку, можно использовать от подрывки почвы вентиляционной выработки, необходимость выполнения которой обусловлена пучением почвы этой выработки, подвергнутой горному давлению от ведения очистных работ. Этим обеспечивается рациональное размещение породы в шахте без выдачи ее на поверхность шахты и соответственно экологическая чистота заявляемого способа разработки.

Признак “после этого в магазинированную породу нагнетают твердеющий раствор” позволяет повысить сопротивляемость целика угля силам горного давления и соответственно повысить его несущую способность.

Признак “с образованием совместно с целиком угля комбинированной опоры с обеспечением возможности ограничения смещения пород кровли и почвы вентиляционной выработки при отработке нижнего смежного столба” позволяет создать комбинированную опору “целик-порода”, которая повысит устойчивость вентиляционной выработки и соответственно улучшит условия ее поддержания при повторном использовании при отработке нижнего столба.

Признак “при этом конвейерную выработку отрабатываемого столба погашают после заперемычивания вентиляционной сбойки” позволяет надежно управлять процессом отвода исходящей струи очистного забоя, что влияет также на эффективность применения разработки в целом.

Признак “причем расстояние между камерами принимают не менее шага обрушения пород основной кровли” позволяет связать способ разработки с геомеханическим параметром массива пород (шагом обрушения), что дает возможность в процессе постепенной подработки консоли пород основной кровли на шаге обрушения снизить степень смещения пород кровли и почвы выработок за счет восприятия динамического воздействия от такого смещения комбинированной опорой “целик-порода”, а более конкретно - двумя соседними камерами с породой.

Таким образом, совокупность существенных признаков, характеризующая сущность заявляемого изобретения, обеспечивает повышение эффективности разработки за счет улучшения условий поддержания вентиляционной выработки, используемой повторно при отработке нижнего смежного столба, путем создания в целике угля комбинированной опоры “целик-порода”, рационального использования пучащих пород почвы упомянутой выработки и технологической простоты в реализации заявляемого способа. Все эти описанные технические эффекты позволяют повысить эффективность применения заявляемого способа, особенно при использовании его на больших глубинах угольных шахт.

Из изложенного следует, что существенные признаки заявляемого изобретения находятся в причинно-следственной связи с достигаемым техническим результатом и из анализа уровня техники в данной области не очевидны явным образом для специалиста, что характеризует изобретательский уровень заявляемого технического решения.

Промышленная применимость настоящего изобретения обосновывается нижеприведенным описанием и чертежами.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана технологическая схема разработки угольного пласта по описываемому способу на момент отработки верхнего столба; на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1 (в увеличенном виде), на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - разрез по В-В фиг.1.

Способ разработки пластов полезных ископаемых осуществляется следующим образом.

Согласно изобретению, разработка пластов полезных ископаемых включает подготовку верхнего выемочного столба 1 и смежного с ним нижнего выемочного столба 2. Подготовку столбов 1 и 2 осуществляют путем проведения конвейерных 3 и вентиляционных 4 выработок. Между конвейерной выработкой 3 отрабатываемого длинным очистным забоем 5 верхнего столба 1 и вентиляционной выработкой 4 подлежащего отработке нижнего столба 2 оставляют целик угля 6. Указанные выработки 3 и 4 соединяют между собой вентиляционными сбойками 7.

Проветривание вентиляционной выработки 4 осуществляется за счет общешахтной депрессии.

Вслед за подвиганием очистного забоя 5 верхнего столба 1 и после прохода им очередной вентиляционной сбойки 7 заперемычивают предпоследнюю относительно этого забоя 5 вентиляционную сбойку 7 со стороны конвейерной выработки 3. После этого погашают упомянутую выработку 3, а затем в целике угля по его длине L, соответствующей расстоянию между двумя вентиляционными сбойками 7, со стороны вентиляционной выработки 4 выполняют на этой длине L камеры 8, расстояние между которыми принимают не менее шага обрушения пород основной кровли. Выемку камер 8 осуществляют известными средствами механизации для подрывки почвы горных выработок, например погрузочно-поддирочной машиной “Унизенк”.

Далее в камеры 8 и заперемыченную вентиляционную сбойку 7 магазинируют породу. Целесообразно использовать для этих целей породу от подрывки почвы вентиляционной выработки 4, которую осуществляют одновременно с ведением очистных работ в направлении подвигания очистного забоя на участке этой выработки 4 между заперемыченной вентиляционной сбойкой 7 и вентиляционной сбойкой 7, первой от очистного забоя 5 и служащей для выхода исходящей струи из этого забоя, как это показано на фиг.1.

Затем в магазинированную породу нагнетают твердеющий раствор, после затвердевания которого совместно с целиком угля 6 образуется комбинированная опора “целик-порода”. В дальнейшем, при отработке нижнего столба 2 эта опора выполняет функцию ограничения смещения пород кровли и почвы вентиляционной выработки 4, одновременно обеспечивая ее поддержание.

По мере подвигания очистного забоя 5 процесс образования комбинированной опоры в целике угля 6 на упомянутой длине L повторяют.

Крепление конвейерной 3 и вентиляционной 4 выработок каждого столба, а также вентиляционных сбоек 7 может быть осуществлено, например, анкерами (фиг.2, 3, 4).

На фиг.3 показана вентиляционная выработка 4 с пучащейся породой почвы перед заполнением ею камеры 8, при этом конвейерная выработка 3 уже погашена (на чертеже не показана). В случае, если объем пучащейся породы почвы вентиляционной выработки 4 превышает объем породы, необходимой для заполнения камер 8 и заперемыченной вентиляционной сбойки 7, то остаток этой породы удаляют из этой выработки 4. В результате последняя приводится в эксплуатационное состояние, как это показано на фиг.4.

Принятая технология поддержания вентиляционной выработки 4 позволит сохранить ее в работоспособном состоянии на весь срок ее службы.

Физический смысл условия принятия расстояния между камерами 8, равного не менее шага обрушения основной кровли, основан на опускании каждой нависающей консоли основной кровли на этом шаге на две соседние камеры 8, заполненные твердеющим раствором.

Сочетание геомеханического параметра - шага обрушения основной кровли и приемов в данном техническом решении позволит получить новый технический результат - повысить устойчивость вентиляционной выработки 4 подлежащего отработке столба 2.

Таким образом, использование заявляемого способа позволит за счет улучшения условий поддержания вентиляционных выработок при отработке нижних выемочных столбов значительно эффективнее отрабатывать пласты полезных ископаемых на больших глубинах.

Источники информации

1. Технология подземной разработки пластовых месторождений полезных ископаемых: Учебник для вузов /Под общей ред. А.С.Бурчакова. 3-е изд., перераб. и дополн. - М.: Недра, 1983, с. 254, 259.

2. Патент Российской Федерации №2178526, кл. Е 21 С 41/18, 2000 (прототип).