Спосіб охорони гірничих виробок при розробці пластів корисних копалин на великих глибинах

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для охраны горных выработок при разработке пластов полезных ископаемых на больших глубинах. Известны способы охраны горных выработок в выработанном пространстве, включающие их проведение в плоскости разрабатываемого пласта после затухания усадки обрушенных пород кровли [1]. Общими недостатками этих способов являются размещение этих выработок на уровне пласта в зоне максимального разрушения пород непосредственно кровли и хаотическая упаковка их кусков-обломков. Поэтому степень уплотнения указанных пород под влиянием горного давления при очистных работах в их слое, высотой, равной высоте проводимой затем в них горной выработки, по сравнению с вышележащими слоями на удалении от этого пласта наибольшая. Неупорядоченное размещение кусков породы, малые их размеры и пониженная плотность упаковки не только затрудняют процесс проведения выработки в части выемки неоднородной по прочности среды и снижения шага установки рамок поддерживающей крепи, но и усложняют условия дальнейшего ее сохранения за счет предотвращения увеличивающегося смещения обнаженных по контур у разрушенных пород при их переуплотнении под влиянием горного давления во время проведения и последующего поддержания этой выработки. При этом, в зависимости от габаритов образованных при обрушении кусков породы, снижается возможность использования несущей способности последних для повышения сопротивляемости горному давлению в совокупности с поддерживающей крепью. Указанные недостатки в некоторой степени устранимы при полевой подготовке, когда горная выработка проводится на определенном удалении от выработанного пласта, однако при наличии в почве этого пласта мощного слоя весьма прочных пород резко снижаются темпы проведения выработки и повышается их стоимость. При размещении полевой выработки в менее прочных слоях породы почва на значительном удалении ее от выработанного пласта может привести к неблагоприятным условиям ее сохранения, которые аналогичны условиям нетронутого горного массива. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ охраны горной выработки, при разработке пластов полезных ископаемых на больших глубинах, включающий проведение горной выработки в выработанном пространстве лавы, в котором породную полосу формируют вслед за лавой шириной, большей ширины горной выработки, а горную выработку проводят по породной полосе в средней ее части после стабилизации процесса ее уплотнения горным давлением [2]. Недостатки этого способа охраны горной выработки заключаются в том, что необходимо возводить при выемке пласта широкую породную полосу, осуществлять выемку части уплотненной этой же породной полосы на ширину, равную ширине проводимой выработки, а оставшиеся части породной полосы при дополнительном их уплотнении под воздействием горного давления во время проведения и последующего поддержания выработки увеличивают сближение пород по нормали к их напластованию, а при достижении предельной усадки работают аналогично штампу, способствующему выдавливанию пород почвы в выработку. Указанные недостатки являются основной причиной снижения устойчивости горной выработки и повышения совокупных затрат по обеспечению ее поддержания в удовле творительном эксплуатационном состоянии. В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать способ охраны горной выработки при разработке пластов полезных ископаемых на больших глубинах путем ее размещения в ранее обнаруженных и уплотненных породах кровли на удалении от выработанного пласта по нормам к нему, что приводит к снижению затрат на поддержание и проведение горной выработки. Поставленная задача достигается тем, что согласно способу охраны горной выработки при разработке пластов полезных ископаемых на больших глубинах, включающем проведение горной выработки в выработанном пространстве лавы после полного затухания уплотнения обрушенных пород в нем под влиянием горного давления, выработку проводят в слое разрушенных пород кровли на удалении от почвы пласта, обеспечивающем коэффициент их разрыхления по значению, равному величине коэффициента разрыхления при запредельном состоянии этих пород. Способ охраны горной выработки при разработке пластов полезных ископаемых на больших глубинах реализуется следующим образом. Горную выработку при ее проведении размещают в слое обрушенных пород на удалении от выработанного пласта, обеспечивающем величину коэффициента разрыхления деформированных под влиянием горного давления пород, близкую по значению к коэффициенту разрыхления при запредельном их состоянии, зависящем от исходного напряженного состояния, литологического состава, крепости и трещиноватости этих пород. Коэффициент разрыхления К пород, находящихся в различном напряженно-деформируемом состоянии, зависит от величины приращения относительного объема этих пород и определяет остаточную их плотность. Чем выше степень деформации и разрушения пород, то есть коэффициент их разрыхления, тем меньше их плотность. В запредельном состоянии, когда породы деформируются с образованием сплошных трещин, со храняя при этом упорядоченную упаковку блоков и остаточную несущую способность. Тогда необходимое условие обеспечения снижения уплотнения обрушенных пород имеет следующую связь: где - относительная величина увеличения объема соответственно разрушенных под влиянием горного давления пород кровли в ее 1-ом слое при запредельной деформации, расчетная средняя по высоте выработки у ее подошвы и кровли (i = 1, 2, 3 ..., n, начиная от пласта). Средняя величина пределах любого однородного слоя пород, слагающих кровлю, рассчитывается по формуле где m - вынимаемая мощность пласта, м; hi - мощность однородного i-го слоя пород, кровли м; а - коэффициент пропорциональности; - потенциально возможная наибольшая относительная величина увеличения объема полностью разрушенных под влиянием горного давления пород i-го слоя без ограничения свободного пространства (при породы представляют собой обломочную среду). При породный слой плавно опускается с образованием блоков и подвижек между ними по открытым трещинам. На основании формулы (2) где hni - удаление подошвы выработки от границы 1-го слоя пород со слоем i-1, м; hb - высота выработки в проходке, м. При hi hb выработку располагают на границе с вышележащим слоем. Величины а, для соответствующих пород устанавливают опытным путем. Предложенный способ охраны горной выработки имеет следующие преимущества перед известным способом: отсутствуют затраты на возведение породной полосы в выработанном пространстве по трассе размещения выработки и извлечение ее части при проведении последней; предотвращается сближение пород по нормали к напластованию за счет дополнительной усадки породной полосы под влиянием горного давления при проведении и поддержании выработки; устраняются условия выдавливания пород почвы в выработку за счет дополнительной концентрации в них напряжении под образованной породной полосой после ее предельной усадки. Способ может быть использован для охраны горной выработки глубоких шахт при разработке тонких пологих пластов, кровли которых склонны к обрушению слагающих ее пород.