Спосіб керування покрівлею, яка важко обвалюється

Способ управления труднообрушаемой кровлей, включающий бурение скважин в кровлю пласта, обработку через них породной толщи закачанными в скважины химически активными растворами, отличающийся тем, что разрезную печь шириной 0,2-0,25 от общей ее ширины проходят с подрывом кровли и креплением, бурение скважин на глубину труднообрушаемой кровли со стороны подрывки кровли разрезной печи осуществляют под углом 45-50° к плоскости пласта с наклоном в сторону движения лавы, а со стороны откаточного и вентиляционного штреков скважины бурят под углом 45-50° к горизонтальной плоскости с накло 28234 вееры скважин в вертикальной плоскости, параллельных очистному забою вне зоны опорного давления. Пробуренные из противоположных выработок по труднообрушаемой кровле в вертикальной плоскости веерные скважины, параллельные линии очистного забоя, заполняют невзрывчатой разрушающей композицией (напрягающий цемент, состоящий из 70% портландцемента, 15% глиноземного шлака, 15% гипса и 30-32% воды или же применение расширяющейся смеси HPС-1). Заполнение веерных скважин в вертикальной плоскости производят через одну скважину с тем, чтобы при расширении между заполненной и пустой скважиной происходило по линии наименьшего сопротивления трещинообразование, приводящее к разупрочнению и обламыванию консоли в вертикальной плоскости под действием горного давления. Однако, указанный способ весьма трудоемкий и требует одновременного за короткий срок заполнения длинных скважин, через гидрозатворы жидкой разрушающей композицией. Через гидрозатворы закачать тестообразный состав разрушающей композиции практически невозможно, а без гидрозатвора вообще исключено. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ управления труднообрушаемой кровлей (см. Авт.свид. СССР № 1602996, кл. Е21С41/18, 1990), включающий бурение скважин в труднообрушаемую кровлю пласта со стороны вентиляционного штрека впереди очистного забоя с последующим нагнетанием в них (одновременно группами) через гидрозатворы химически активных растворов, способствующих в результате химической реакции разупрочнению и обламыванию труднообрушаемой кровли под действием горного давления. Существенным недостатком указанного способа является большая трудоемкость бурения длинных скважин по труднообрушаемой кровле (на всю длину лавы) со стороны только вентиляционного штрека. Кроме этого представляет большую трудность в определении трещинной проницаемости к густоты трещин для установления угла разворота скважин к плоскости пласта перед их бурением. Технической задачей изобретения является повышение эффективности и безопасности горных работ за счет снижения трудоемкости, увеличения надежности обрушения труднообрушаемой кровли в результате создания дополнительной плоскости обнажения и ее химической обработки по строчке пробуренных скважин. Поставленная задача достигается тем, что в способе управления труднообрушаемой кровлей, включающем бурение скважин в кровлю пласта, обработку через них породной толщи закачиваемыми в скважины химически активными растворами, согласно изобретению разрезную печь шириной 0,2-0,25 от общей ее ширины проходят с подрывкой кровли и креплением, бурение скважин на глубину труднообрушаемой кровли со стороны подрывки кровли разрезной печи осуществляют под углом 45-50° к плоскости пласта с наклоном в сторону движения лавы, а со стороны откаточного и вентиляционного штреков скважины бурят под углом 45-50° к горизонтальной плоскости с наклоном в сторону лавы под прямым углом к оси штреков на участке "l", равным шагу первичной искусственной посадки кровли: mH × f l = 18,6 × exp ; mH × h 4 + L где 18,6 - коэффициент имперической формулы; L - длина участка штреков от разрезной печи с пробуренными скважинами, м; mH - мощность труднообрушаемой кровли, м; f - крепость труднообрушаемой кровли по шкале проф. М.М. Протодьяконова; h - высота подрывки кровли шириной, равной 0,2-0,25 ширины разрезной печи, м; L - длина разрезной печи, м, а разупрочняющее действие химически активных водных растворов, нагнетаемых через гидрозатворы скважин достигают за счет опорного давления и химического разупрочнения кровли по строчке предварительно обработанных скважин, пробуренных со стороны разрезной печи и штреков. Сопоставительный анализ предлагаемого способа с прототипом показывает, что предложенный способ отличается от известного совокупностью таких отличительных признаков, как: 1) выполнение подрывки кровли шириной, равной 0,-0,25 от общей ширины разрезной печи с ее креплением по всей длине разрезной печи для создания дополнительной плоскости обнажения с целью инициирования первичную посадку труднообрушаемой кровли; 2) замена бурения длинных скважин на короткие, не превышающие мощности труднообрушаемой кровли (с учетом угла наклона скважин); 3) совершенно иной угол бурения скважин и их направление со стороны разрезной печи и штреков; 4) уменьшенный объем бурения разупрочняющих скважин со стороны штреков, на участке "l", равным шагу обрушения для первичной посадки труднообрушаемой кровли; 5) определение величины "l" по приведенной имперической формуле, не имеющей аналогов; 6) использование химически активных водных растворов, предварительно нагнетаемых через гидрозатворы скважин, для химического разупрочнения труднообрушаемой кровли по строчке пробуренных скважин со стороны разрезной печи и штреков. Для крепких песчаников - это 6% водный раствор NaOH или Na2CO3, а для крепких известняков - это 2% водный раствор солей AlCl3 или FеCl3. За 24 часа указанные реагенты снижают крепость песчаников и известняков в два раза, т.е. с крепости f=10 до крепости f=5, что обеспечивает под действием опорного давления Р=1,5×g×Н (где g - объемный вес пород, а H - глубина разработки), обламывание консоли труднообрушаемой кровли по строчке химически обработанных скважин. Указанные отличительные признаки по отношению к прототипу и аналогам выгодно отличают предлагаемой способ, повышая эффективность и безопасность работ, снижая трудоемкость и увеличивая надежность искусственного обрушения 2 28234 труднообрушаемой кровли при первичной посадке в результате создания дополнительной плоскости обнажения, инициирующей искусственное обрушение кровли под действием опорного давления и химической обработки кровли по строчке пробуренных скважин со стороны разрезной печи и штреков. Прохождение разрезной печи с подрывкой кровли и креплением шириной, равной 0,2-0,25 от общей ширины разрезной печи обусловлено необходимостью инициирования искусственного обрушения кровли и достижения технически необходимой высоты для использования механических средств по бурению разупрочнящих скважин по всей длине разреза. Уменьшение, менее 0,2 от общей ширины разрезной печи, приведет к невозможности применения для бурения скважин по всей длине разрезной печи механических средств, а увеличение более 0,25 - приведет к дополнительному креплению излишне вынутой породы над монтируемыми секциями механической крепи. Дарение скважин под углом 45-50° к плоскости пласта обусловлено условиями наращивания сверх с помощью резьбовых соединений для бурения скважин. Уменьшение или увеличение угла приведет к невозможности наращивания сверх. На фиг. 1 показан вертикальный разрез (по АА фиг. 2) выемочного участка, а на фиг. 2 - вид в плане по разрезу В-В фиг. 1. На фиг. 1 и на фиг. 2 показаны: контур разрезной печи 1-2 с верхней подрывкой кровли на участке 2, равной 0,20,25 ширины разрезной печи; скважины 3 со стороны разрезной печи 1-2; скважины 4 со стороны вентиляционного штрека 5; скважины 6 со стороны откаточного штрека 7; общая длина L разрезной печи 1-2; шаг первичной посадки "l" труднообрушаемой кровли 8; зона опорного давления 9; механизированная крепь с угольным комбайном 10; очистной забой 11; мощность труднообрушаемой кровли (например, песчаник) - m H; консоль труднообрушаемой кровли 8, равная шагу обрушения "l" по линии облома 12. Способ управления труднообрушаемой кровлей осуществляется следующим образом. До начала очистных работ проходят разрезную печь 1-2 (фиг. 1 и 2). Участок разрезной печи 2 шириной, равной 0,2-0,25 от ее общей ширины 1-2, проходят с подрывкой кровли на высоту "h" над пластом 13 с креплением для создания дополнительной плоскости обнажения с целью инициирования разупрочнение труднообрушаемой кровли 8 под действием опорного давления "P" и химического разупрочнения кровли по строчке предварительно пробуренных скважин 3, 4 и 6. Скважины 3 бурят со стороны участка 2 разрезной печи на вcем ее протяжении. Выполненная подрывка кровли на высоту "h" разрезной печи одновременно обеспечивает возможность применения бурильных установок, например, перфораторов или колонковых сверл. В зоне 1 разрезной печи монтируется механизированная крепь с угольным комбайном 10. Бурение скважин 3 со стороны зоны 2 разрезной печи 1-2 производят на всю мощность m H труднообрушаемой кровли 8 с наклоном 45-50° в сторону очистного забоя 11 (см. фиг. 1). Бурение cкважны 4 и 6 производят со стороны вентиляционного 5 и откаточного штрека7 (см. фиг. 2) с наклоном под углом 45-50° в сторону лавы и под прямым углом к оси штреков. Участок "l", на котором бурят скважины 4 и 6 со стороны штреков 5 и 7 равен шагу первичного обрушения труднообрушаемой кровли 8. Величина "l" определяется на основании исходных параметров по эмпирической формуле: mH × f l = 18,6 × exp mH × h 4 + L где 18,6 - коэффициент эмпирической формулы; mH - мощность труднообрушаемой кровли I, м; f - крепость труднообрушаемой кровли по шкале проф. М.М. Протодьяконова; h - высота подрывки кровли на участке 2, равной 0,2-0,25 общей ширины разрезной печи 1-2, м; l - общая длина разрезной печи, м. Нагнетание нетоксичных водных растворов химических реагентов (6% раствор NaOH или Na2CO3, для песчаников и 2% раствор AlCl3 и FеCl3 - для известняков) в скважины 3, 4 и 6 (фиг. 2) через гидрозатворы производят одновременно группами скважин с помощью насосов (условно не показан). Каждая группа скважин 3, 4 и 6 при закачке водных растворов химических реагентов должна находиться под избыточным давлением 0,9 МПа, создаваемым насосом, не менее 24 часов с тем, чтобы химические реагенты прореагировали, проникнув в трещины между соседними скважинами, обеспечив двухкратное химическое разупрочнение породного массива по строчке пробуренных скважин. Обработку скважин 3, 4 и 5 (фиг. 2) химическими реагентами производят до начала очистных работ от разрезной печи 1-2 с тем, чтобы под влиянием опорного (фиг. 1) давления Р=1,5g×Н преждевременно не деформировать скважины, находящиеся в течение суток под избыточным давлением водного раствора химического реагента. После обработки скважин 3, 4 и 6 химическими реагентами и окончания монтажа механизированной крепи с комбайном 10 (фиг. 1 и 2) приступают к очистным работам. С продвижением очистного забоя 11 на расстояние "l" в результате создания инициирующей для обрушения площади 2 на высоту h разрезной печи 1-2 под действием опорного давления "Р" в зоне 9 (фиг. 1 и 2) с предварительной химической обработкой труднообрушаемой кровли пласта по строчке химически обработанных скважин происходит обламывание кровли 8, равной шагу "l" первичной посадки труднообрушаемой кровли. При этом исключается зависание труднообрушаемых кровель, которые приводили к внезапным ее обрушениям, выводу из строя гидромеханической крепи и завалам лав с тяжелыми последствиями. Исключается использование торпедирования труднообрушаемой кровли скважинными зарядами ВВ в газовых шахтах, что приводило к взрывам метана в результате выталкивания 3 28234 пламени взрыва из торпедных скважин по естественным трещинам в загазированное метаном выработанное пространство лав с тяжелыми последствиями. В предлагаемом способе достигается повышение эффективности и безопасности горных работ в лавах с труднообрушаемой кровлей за счет увеличения надежности обрушения кровли при первичных посадках в результате создания дополнительной плоскости обнажения, инициирующей искусственное обрушение с химической обработкой труднообрушаемой кровли по строчке пробуренных скважин со стороны разрезной печи, откаточного и вентиляционного штреков на участке "l" от разрезной печи. Фиг. 1 Фиг. 2 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 34 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4