Спосіб управління первинною посадкою важкообвалювальної покрівлі в лаві

Реферат: Спосіб управління первинною посадкою важкообвалюваної покрівлі в лаві, згідно з яким штучну посадку покрівлі здійснюють шляхом ініціації руйнування шару основної покрівлі, що зависає, нижче його нейтральної осі по нормальній до нашарування площині, яка проходить через центр його маси й паралельна крайці вибою, вище його нейтральної осі - по нормальній до нашарування площині, яка проходить через лінію, апроксимуючу крайку шару з боку виробленого простору, а також по нормальній до нашарування площині, яка проходить через лінію, апроксимуючу посадковий ряд стійок у лаві. Зміщення границі обвалення покрівлі в напрямку завалу за межі робочого простору лави здійснюють шляхом підвищення опору по посадковому ряду стійок кріплення в лаві. Ініціацію руйнування порід основної покрівлі виконують шляхом квазистатичного тиску, що розвиває невибухова руйнівна суміш, розташована в свердловинних зарядах. UA 106072 C2 (12) UA 106072 C2 UA 106072 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до гірничої промисловості, зокрема до області управління гірським тиском, а саме до способів управління важкообвалюваними покрівлями в очисних вибоях, і може бути використаний при необхідності управління первинною посадкою важкообвалюваних порід покрівлі при роботі довгих очисних вибоїв, у тому числі в умовах відпрацьовування шарів високої газоносності, а також схильних до газодинамічних явищ. Відомий спосіб примусової первинної посадки основної покрівлі висадженням свердловинних зарядів (Инструкция по выбору способа и параметров разупрочнения кровли на выемочных участках. - Л.: ВНИМИ, 1982. - С. 58-61), що полягає в бурінні свердловин у породи важкообвалюваної основної покрівлі, розміщенні в них свердловинних зарядів і їхньому висадженні за очисним вибоєм, що викликає обвалення основної покрівлі, яка зависає за лавою. Значним недоліком відомого способу згідно з п. 2.13 (Инструкции по выбору способа и параметров разупрочнения кровли на выемочных участках. - Л.: ВНИМИ, 1982 г.), є неможливість його застосування на шахтах небезпечних по газу й пилу, а також шахтах, що розробляють шари, схильні до газодинамічних явищ, що зумовлено значним вибуховим впливом на вуглепородний масив. Найбільш близьким по технічній суті є спосіб керування важкообвалюваною покрівлею при розробці вугільних шарів механізованими комплексами (RU 2151293 С1, 20.06.2000), що включає посадку покрівлі шляхом повного обвалення, при цьому на заданій відстані відпрацьовування стовпа здійснюють штучну посадку важкообвалюваної покрівлі шляхом переорієнтації розміщення блоків породи, що утворюються, паралельно крайці вибою зі зміщенням границі обвалення покрівлі в напрямку завалу за межі робочого простору лави за рахунок створення максимального прольоту основної покрівлі за допомогою утворення щілин у ціликах біля конвеєрного штреку й утворення бортових ціликів із захисними опорними площадками, а утворення щілин здійснюють за допомогою ведення буровибухових робіт. Технічними засобами найближчого аналога досягти зміщення границі обвалення покрівлі в напрямку завалу за межі робочого простору лави по всій довжині очисного вибою не є можливим, оскільки опорна площадка для підтримки основної покрівлі розташована тільки з боку конвеєрного штреку, у той час як з боку вентиляційного штреку зависаюча консоль основної покрівлі опирається на вугільний шар вибою лави, таким чином у випадку обвалення основної покрівлі найбільш імовірне обвалення по умовній лінії, проведеній між вибоєм вентиляційного штреку і границею опорної площадки конвеєрного штреку. Це не дозволяє виключити завали і посадку секцій кріплення на жорстку базу у верхній частині очисного вибою. Таким чином реалізація способу не забезпечує виключення шкідливих проявів гірського тиску по всій довжині очисного вибою. При реалізації способу-аналога штучна посадка важкообвалюваної покрівлі шляхом переорієнтації розміщення блоків породи, що утворюються, паралельно крайці вибою за рахунок утворення щілин у ціликах біля конвеєрного штреку відбувається мимовільно й раптово. У момент посадки робітники очисного вибою можуть перебувати в лаві, що підвищує ризик одержання травм. Таким чином реалізація способу найближчого аналога не забезпечує безпеку робіт при посадці основної покрівлі. Утворення щілин у ціликах біля конвеєрного штреку у способі-аналозі здійснюють за допомогою буровибухових робіт, що створює динамічний вплив на вуглепородний масив і призводить до підвищення концентрації газу метану в підготовчих виробках і лаві, це не дозволяє застосовувати спосіб в умовах шарів, схильних до газодинамічних явищ, а також при відпрацьовуванні шарів з високою газоносністю. Утворені в ціликах біля конвеєрного штреку щілини до моменту обвалення основної покрівлі є штучними непровітрюваними порожнинами, у яких може накопичуватись газ метан з досягненням його процентного вмісту вище меж припустимих Правилами Безпеки, що може сприяти вибуху газоповітряної суміші й виникненню великої аварії, у такий спосіб застосування способу-аналога обмежене при відпрацьовуванні газоносних шарів. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення способу управління первинною посадкою покрівлі, у якому за рахунок регламентації місць і напрямків ініціювання примусового невибухового руйнування порід досягається обвалення важкообвалюваної основної покрівлі паралельно крайці вибою за межами робочого простору лави, що дозволяє знизити шкідливі прояви гірського тиску, які викликають завали лав, деформування кріплення й посадку секцій механізованого кріплення на жорстку базу, особливо в умовах відпрацьовування шарів високої газоносності, а також схильних до газодинамічних явищ. Поставлена задача вирішується тим, що в способі управління первинною посадкою важкообвалюваної покрівлі в лаві, що включає штучну посадку покрівлі шляхом повного обвалення, за рахунок переорієнтації розміщення блоків породи, що утворюються, паралельно 1 UA 106072 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 крайці вибою зі зміщенням границі обвалення покрівлі в напрямку завалу за межі робочого простору лави, відповідно з винаходом штучну посадку покрівлі з переорієнтацією розміщення блоків породи, які утворюються, паралельно крайці вибою здійснюють за допомогою ініціації руйнування шару основної покрівлі, що зависає, нижче його нейтральної осі - по нормальній до нашарування площини, що проходить через центр його маси й паралельна крайці вибою, вище його нейтральної осі - по нормальній до нашарування площини, що проходить через лінію апроксимуючу крайку шару з боку виробленого простору, а також по нормальній до нашарування площини, що проходить через лінію, апроксимуючу посадковий ряд стійок у лаві, зміщення границі обвалення покрівлі в напрямку завалу за межі робочого простору лави здійснюють шляхом підвищення опору по посадковому ряду стійок кріплення в лаві, при цьому ініціацію руйнування порід основної покрівлі роблять шляхом квазистатичного тиску, що розвиває невибухова руйнуюча суміш (НРС), розташована в свердловинних зарядах. Доцільно буріння свердловин для розміщення НРС робити віялоподібно, а підвищення опору по посадковому ряду стійок кріплення в лаві здійснювати за допомогою установки додаткових стійок жорсткого кріплення з розпором. Штучна посадка покрівлі за допомогою примусової ініціації руйнування шару основної покрівлі, що зависає, дозволяє вивести робітників з небезпечних ділянок виробок і виключити їхнє травмування, що дозволяє підвищити безпеку робіт. Посадка покрівлі за допомогою руйнування шару основної покрівлі, що зависає, нижче його нейтральної осі по нормальній до нашарування площини, що проходить через центр його маси й паралельна крайці вибою, вище його нейтральної осі - по нормальній до нашарування площини, що проходить через лінію, апроксимуючу крайку шару з боку виробленого простору, а також по нормальній до нашарування площині, що проходить через лінію апроксимуючу посадковий ряд стійок у лаві, враховує механізм руйнування плити основної покрівлі, що вигинається, дозволяє створити додаткові розтягувальні напруги у зоні природних розтягувальні напруг і створити спрямоване обвалення порід основної покрівлі, що забезпечує переорієнтацію розміщення блоків породи, що утворюються, паралельно крайці вибою по всій довжині лави і дозволяє знизити шкідливі прояви гірського тиску, які викликають завали лав, деформування кріплення й посадку секцій механізованого кріплення на жорстку базу. Зміщення границі обвалення покрівлі в напрямку завалу за межі робочого простору лави шляхом підвищення опору по посадковому ряду стійок кріплення в лаві забезпечує обвалення покрівлі по умовній лінії максимальної жорсткості, розташованій в нормальній до нашарування площині, яка проходить через лінію, апроксимуючу посадковий ряд стійок кріплення, що виключає шкідливі прояви гірського тиску на очисний вибій. Ініціація руйнування порід основної покрівлі шляхом квазистатичного тиску, що розвиває НРС, розташована в свердловинних зарядах, не створює динамічного впливу на гірські породи, відбувається без підвищення температури й виділення газів, що дозволяє використовувати спосіб в умовах відпрацьовування шарів високої газоносності, а також схильних до газодинамічних явищ. Суть способу пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 показаний план положення лави на момент первинної посадки покрівлі, на фіг. 2 - поперечний переріз по середній частині лави, на фіг. 3 - поздовжній переріз лави по посадковому ряду кріплення, на фіг. 4 - поздовжній переріз лави по лінії, що проходить через центр мас покрівлі, що зависає, на фіг. 5 - вид зверху кріплення лави із установленими додатковими жорсткими стійками, на фіг. 6 - характерний механізм обвалення основної покрівлі при первинній посадці відповідно до пропонованого винаходу. На фігурах: 1 - очисний вибій, 2 - розрізна піч, 3 - основна покрівля, 4 - конвеєрний штрек, 5 вентиляційний штрек, 6 - свердловина, 7 - крайка вибою, 8 - нейтральна вісь породної плити, що зависає в виробленому просторі, 9 - крайка шару з боку виробленого простору, 10 - посадковий ряд стійок у лаві, 11 - кріплення лави, 12 - додаткові стійки жорсткого кріплення, 13 невибуховий руйнуючий склад. Спосіб, що заявляється, здійснюють так. При відході очисного вибою 1 від розрізної печі 2 на крок обвалення основної покрівлі 3 очисної вибій 1 зупиняють. З конвеєрного 4 і вентиляційного 5 штреків у породі основної покрівлі 3 віялоподібно бурять свердловини 6. При цьому свердловини 6 розташовують по нормальній до нашарування площині, яка проходить через центр маси зависаючої породної плити основної покрівлі 3 і паралельній крайці вибою 7, так, щоб донна частина свердловин 6 перебувала нижче нейтральної осі 8, зависаючої породної плити основної покрівлі 3, по нормальній до нашарування площині, яка проходить через лінію, апроксимуючу крайку шару 9 з боку виробленого простору, а також по нормальній до нашарування площині, яка проходить через 2 UA 106072 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 лінію, апроксимуючу посадковий ряд 10 стійок кріплення 11 у лаві 1, так, щоб донна частина свердловин 6 перетинала верхню площину зависаючої породної плити основної покрівлі 3. Після цього підвищують опір по посадковому ряду 10 стійок кріплення 11 у лаві 1, наприклад шляхом установки додаткових стійок 12 жорсткого кріплення з розпором. У донну частину пробурених свердловин 6 поміщають невибухову руйнівну суміш 13, так, щоб у свердловинах 6, пробурених по нормальній до нашарування площині, яка проходить через центр маси зависаючої породної плити основної покрівлі 3 НРС розташовувалася нижче нейтральної осі, а в свердловинах, розташованих по нормальній до нашарування площині, яка проходить через лінію, апроксимуючу крайку шару 9 з боку виробленого простору, а також по нормальній до нашарування площині, яка проходить через лінію, апроксимуючу посадковий ряд 10 стійок 11 у лаві 1, так, щоб НРС перебувала вище нейтральної осі 8. Після цього донну частину свердловин 6 герметизують швидкотвердіючим розчином. У результаті протікання реакції гідратації НРС 13 збільшується в об’ємі й створює квазистатичний тиск на стінки свердловин 6, що приводить до підвищення розтягувальних напруг у місцях вигину зависаючої плити основної покрівлі 3. При досягненні тисків саморозширення величини межі міцності порід 3 відбувається тріщиноутворення, ріст тріщин приведе до прогину й руйнування основної покрівлі 3 по площинах, які вміщують свердловини 6. Таким чином виключаються завали лав, деформування кріплення й посадка секцій механізованого кріплення на жорстку базу, тобто знижуються шкідливі прояви гірського тиску, підвищується безпека робіт, тому що на момент посадки покрівлі працівники не перебувають у лаві й небезпечних ділянках підготовчих виробок. Приклад реалізації способу. Спосіб був реалізований при відпрацьовуванні вугільного шару, 3 загрозливого по раптових викидах, потужністю 1,4 м з метаноносністю 18,6 м /т.с.б.м, на глибині 820 м механізованим комплексом 2МКД-90. Породи основної покрівлі були представлені піщаником дрібнозернистим з межею міцності на одноосьовий стиск 80МПа. Відповідно до класифікації Донецького науково-дослідницького вугільного Інституту породи покрівлі важкообвалювані, крок первинної посадки 25-50 м. Досвід відпрацьовування сусідніх лав показав, що крок їхньої первинної посадки перебував у діапазоні 30-35 м. При відході очисного вибою від розрізної печі на 7, 14, 21, 27 м у виробленому просторі викладалися по два ряди дерев'яні костри для створення демпферного шару. При відході очисного вибою від розрізної печі на 30 м його зупинили і вивели робітників з очисного вибою й підготовчих виробок. З конвеєрного й вентиляційного штреків у породі основної покрівлі за допомогою бурового верстата БГА2М віялоподібно бурили свердловини діаметром 76 мм, по 6 свердловин з кожного штреку в одному перерізі. При цьому свердловини розташовували по нормальній до нашарування площині, яка проходить через центр маси зависаючої породної плити основної покрівлі й паралельна крайці вибою, так, щоб донна частина свердловин перебувала нижче нейтральної осі зависаючої породної плити основної покрівлі, по нормальній до нашарування площині, яка проходить через лінію, апроксимуючу крайку шару з боку виробленого простору, а також по нормальній до нашарування площині, яка проходить через лінію, апроксимуючу посадковий ряд стійок кріплення 2МКД-90, так, щоб донна частина свердловин перетинала верхню площину зависаючої породної плити основної покрівлі. Після цього по посадковому ряду стійок механізованого кріплення 2МКД-90 між секціями встановлювали додатково жорсткі клинові стійки. У пробурені свердловини поміщали патрони із НРС так, щоб у свердловинах, пробурених по нормальній до нашарування площині, яка проходить через центр маси зависаючої породної плити основної покрівлі, НРС розташовувалася нижче нейтральної осі, а в свердловинах, розташованих по нормальній до нашарування площині, яка проходить через лінію, апроксимуючу крайку шару з боку виробленого простору, а також по нормальній до нашарування площині, яка проходить через лінію, апроксимуючу посадковий ряд стійок у лаві, таким чином, щоб НРС перебувала вище нейтральної осі. Після цього донну частину свердловин герметизували швидкотвердіючим в'яжучим розчином на основі фосфогіпсу. У результаті протікання реакції гідратації НРС за рахунок прекристалізації й росту розмірів нових структуроутворень збільшувалася в обсязі й створювала квазистатичний тиск на стінки свердловин, що привело до підвищення розтягуючих напруг у місцях вигину плити основної покрівлі, що зависає, утворення тріщин і руйнування основної покрівлі по площинах, які вміщують свердловини із НРС. Після обвалення основної покрівлі виймання вугілля в лаві було подовжено, установлені додаткові стійки жорсткого кріплення залишалися у виробленому просторі. Стан кріплення в очисному вибої й на сполученнях лави зі штреками був задовільним, деформування кріплення й посадка секцій механізованого кріплення на жорстку базу по всій довжині очисного вибою були відсутні. Реалізація пропонованого способу забезпечує примусове обвалення важкообвалюваної основної покрівлі паралельно крайці вибою за межами робочого простору лави, що дозволяє 3 UA 106072 C2 знизити шкідливі прояви гірського тиску, що викликають завали лав, деформування кріплення й посадку секцій механізованого кріплення на жорстку базу, особливо в умовах відпрацьовування шарів високої газоносності, а також схильних до газодинамічних явищ. 5 10 15 20 25 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Спосіб управління первинною посадкою важкообвалюваної покрівлі в лаві, що включає штучну посадку покрівлі шляхом повного обвалення за рахунок переорієнтації розміщення блоків породи, що утворюються, паралельно крайці вибою зі зміщенням границі обвалення покрівлі в напрямку завалу за межі робочого простору лави, який відрізняється тим, що штучну посадку покрівлі з переорієнтацією розміщення блоків породи, що утворюються, паралельно крайці вибою, здійснюють шляхом ініціації руйнування шару основної покрівлі, що зависає, нижче його нейтральної осі по нормальній до нашарування площині, яка проходить через центр його маси й паралельна крайці вибою, вище його нейтральної осі - по нормальній до нашарування площині, яка проходить через лінію, апроксимуючу крайку шару з боку виробленого простору, а також по нормальній до нашарування площині, яка проходить через лінію, апроксимуючу посадковий ряд стійок у лаві, при цьому зміщення границі обвалення покрівлі в напрямку завалу за межі робочого простору лави здійснюють шляхом підвищення опору по посадковому ряду стійок кріплення в лаві, крім того, ініціацію руйнування порід основної покрівлі виконують шляхом квазистатичного тиску, що розвиває невибухова руйнівна суміш, розташована в свердловинних зарядах. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що буріння свердловин для розміщення невибухової руйнівної суміші виконують віялоподібно. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що підвищення опору по посадковому ряду стійок кріплення в лаві здійснюють за допомогою установки додаткових стійок жорсткого кріплення з розпором. 4 UA 106072 C2 5 UA 106072 C2 6 UA 106072 C2 7 UA 106072 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8