Спосіб охорони підготовчої виробки

Спосіб охорони підготовчої виробки, що включає зведення за лавою на бермі виробки постійної опорної бутової смуги із породи, що закладається в міру посування очисного вибою, який відрізняється тим, що з боку виробленого простору формують комбіновану бутову см уту піддатливою біля виробки і виробленого простору та між ними - жорсткою при цьому одночасно на бермі виробки з боку вугільного масиву - піддатливу й жорстку опори в ньому з наступним утворенням склепіння природної рівноваги над виробкою у то вщі порід, що залягають вище. (19) (21) 2000020523 (22) 01.02.2000 (24) 16.04.2001 (33) UA (46) 16.04.2001, Бюл. № 3, 2001 р. (72) Колоколов Олег Васильович, Табаченко Микола Михайлович, Медяник Володимир Юрійович, Пронькін Юрій Вікторович, Медяник Юрій Олексійович, Новіков Юрій Іванович (73) ДЕРЖАВНЕ ВІДКРИТЕ АКЦІОНЕРНЕ ТОВАРИСТВО ШАХТА "ПРОГРЕС" 36714 цьому одночасно на бермі виробки зі сторони вугільного масиву - піддатливу і жорстку опори в ньому з наступним утворенням над виробкою у товщі порід, що залягають вище, склепіння природної рівноваги. Вище наведене технічне рішення забезпечує досягнення технічного результату за рахунок створення над виробкою зони низьких концентрацій напружень усередині склепіння природної рівноваги, що дозволяє протягом усього терміну служби виробки розташуватись їй у розвантаженому масиві від підвищеного опорного тиску і знаходитись в стійкому стані. Незначний гірський тиск, що виникає від ваги порід, які залегають вище і розташованих усередині контур у склепіння природної рівноваги, буде стійко сприйматися існуючими конструкціями кріплення виробки білляштрековими піддатливими смугами. У цьому випадку відпадає необхідність у ремонтних роботах чи у зведенні кріплення з високою вантажоспроможністю. На фіг. приведена схема охорони підготовчої виробки в зоні склепіння природної рівноваги, де: 1 - просідаюча поверхня землі над виробленим простором лави; 2 - поверхня землі, що розміщується над зоною склепіння природної рівноваги; 3 - непорушений верхній прошарок породи в недоторканому масиві; 4 - епюра опорного тиску над міцним масивом вугілля; 5 - непорушений нижній прошарок породи в недоторканому масиві; 6 - непорушений міцний масив вугільного пласта; 7 - відшарований піддатливий стрічковий цілик вугілля; 8 - підтримувана виробка для повторного використання; 9 - розвантажений масив гірських порід під склепінням природної рівноваги; 10 - контур склепіння природної рівноваги; 11 - плавний прогин прошарку породи без розриву суцільності у зоні склепіння природної рівноваги; 12 - сумарний опорний тиск над виробкою; 13 - подовжена ніжка аркового кріплення; 14 - білляштрекова піддатлива бутова смуга; 15 - жорстка ін'єкційна смуга в забутовці; 16 - епюра опорного тиску над жорсткою ін'єкційною смугою; 17 - бутова піддатлива смуга з боку виробленого простору; 18 - обвалені породи у виробленому просторі; 19 - прогин товщі порід із розкривом суцільності порід над виробленим простором; a - ширина піддатливої бутової смуги на межі з виробленим простором; б - ширина жорсткої ін'єкційної смуги; в - ширина білляштрекової піддатливої бутової смуги; г - ширина піддатливого стрічкового вугільного цілика; i - зона шкідливого впливу опорних тисків на підошву виробки; І - зона повних зрушень і поступового ущільнення осілих порід; ІІ - зона стиснення порід - впливу тимчасового опорного тиску; ІІІ - зона спільного впливу вигину порід і тимчасового опорного тиску; IV- зона знижених напружень; V - зона гірського тиску в недоторканному масиві; b 0, g 0 - кути зрушення порід навхрест простягання, відповідно, зі сторони падіння і зі сторони підняття від межі жорстких опір; y 1,y 2 - куги, що обмежують повні зрушення порід. Спосіб реалізується наступним чином: У процесі проведення очисних робіт на власному пласті за лавою утворюється вироблений простір із обвалених порід. Очисні роботи негативно впливають на підготовчу виробку, яка передбачена використовуватись повторно. У процесі посування лави переду ії утворюється опорний тиск у масиві вугілля, що починає впливати на виробку попереду ії лави на відстані приблизно 30-50 м. При наближенні лави (наприклад, до замерної станції, що встановлена на штреку) зсуви порід покрівля (а іноді і підошви) у штреку зростають найбільш інтенсивно. З віддаленням очисних робіт від замерной станції на відстань близько 20-40 м. швидкість зсуву порід вирівнюється; припиняється зростання зміщень порід у виробці приблизно на відстані 6080 м. Такий вплив очисних робіт називають тимчасовим опорним тиском. Для забезпечення сприятливих умов підтримання виробки, що підлягає зберіганню для повторного використання, доцільно розробляти паспорт охорони виробок, який передбачає раціональний спосіб охорони виробок за вибоєм лави з урахуванням гірничо-геологічних чинників. Правильне вирішення цієї задачі найчастіше визначає й успіх охорони виробки на кордоні з виробленим простором. Вище в аналогу й прототипі було показано, що існуючі традиційні засоби охорони таких виробок малоефективні. Виходячи з цих позицій нами запропоновано принципово новий спосіб охорони повторно використовуваних підготовчи х виробок у зоні склепіння природної рівноваги з двохсторонніми жорсткими і піддатливими опорами. Сутність цього способу наступна: В міру посування очисного вибою (на фіг. 1 не показано) і утворення за ним виробленого простору 18, слідом за пересуванням механізованого кріплення подається порода із сусіднього прохідницького вибою (або від подривки підошви цього ж штреку) для формування бутової комбінованої трисмугової бутової опори 14,15,17. Потім по перфорованій трубі (на рис. показана), яка знаходиться в завалі приблизно в середній частині бутової смуги нагнітається ін'єкційний розчин із суміші, що швидко твердіє, і на відстані в від штреку 8 будують жорстку ін'єкційну смугу 15 шириною б. Між брівкою штреку 8 і жорсткою смугою залишають бутову піддатливу стрічкову смугу з породи 14 шириною в. Таку ж піддатливу стрічкову смугу 77 влаштовують і з боку виробленого простору шириною а. На протилежній стороні виробки 8 у вугільному масиві також створюють піддатливу стрічкову смугу 7. Для цього з борту штреку 8 у масив вугілля бурять шпури і підривають камуфлетні заряди ви 2 36714 бухови х речовин. Тріщина, що утворилася, на відстані г від штреку 8 відділяє вугільний цілик 7 від вугільного масиву б. Від цієї трі щини в глибині вугільного масиву утворюється жорстка вугільна опора 6. Використання жорстких опір високої тривкості 15 і 6, що розташовуються на деякому віддаленні від виробки 8 сприяють утворенню максимуму опорних тисків 16, 4 над ними від впливу ваги товщі порід, що залягає вище, і знаходяться в зонах І, ІІ ІІІ. Цьому також сприяє й створення двох піддатливих опір 7, 14, що розташовані ближче до виробки 8, що охороняється. Над піддатливими опорами 7, 14 опорний тиск 4, 16 різко зменшується (пунктирні лінії) за рахунок зависання товщі порід над штреком. У процесі реалізації способу охорони підготовчої виробітки створюються сприятливі умови, які забезпечують зниження концентрацій напружень навколо виробки. Піддатливі смуги 7, 14 відсувають опорний тиск 4, 16 від виробки 8, а жорсткі опори 6, 15 беруть навантаження на себе. Ці опори утримують зависаючий породний масив 11, 19 (консоль породну), що утворився під впливом очисних робіт і виробленого простору 18. Жорсткі 6, 15 і податливі 7, 14 опори формують в зависаючі над виробкою 8 товщі порід 11 понижені концентрації напружень, які показані у вигляді епюри сумарного опорного тиску 12, і сприяють утворенню склепіння природної рівноваги 10. Під склепінням 10 знаходиться частина зависаючої на жорстких опорах 6, 15 і. природно розвантаженої від гірського тиску породи 9, тиск якої на кріплення виробки 8, що о хороняються, поширюється незначно. Всі прошарки породи (наприклад, прошарок 11) під склепінням прогинаються без розриву суцільності. Виникаючий при цьому незначний гірничий тиск нейтралізується піддатливістю аркового кріплення виробки 8 і піддатливими смугами 7, 14. Таким чином, підчас роботи нової (суміжної) лави у вугільному пласті 6 виробка 8 буде знаходитись у стійкому і безремонтному стані в процесі відпрацьовування нового виймального стовпа. Прошарки породи, що залягають вище, (наприклад, прошарок 3), що які над жорстким вугільним масивом 6 практично не перетерплюють ніяких змін на всьому протязі роботи суміжної лави. У той же час товща порід, що знаходиться над склепінням природної рівноваги деформується незначно: осідання поверхні 2 мінімальні і не порівнюються з осіданнями поверхні І і прошарків породи (наприклад, 19) над виробленим простором 18. Для охорони виробок, що знаходяться на межі з виробленим простором які охороняються у зоні склепіння природної рівноваги, від підняття (обдимання) хитливих порід підошви, яке може виникнути на ширині i (у зоні шкідливого впливу опорних тисків 16, 4), доцільно встановлювати відоме аркове кріплення у виробці 8 із подовженою ніжкою 13. Ці ніжки сприяють запобіганню горизонтальних переміщень порід грунту, що виникають від підвищеного гірського тиску жорстких опор 15, 6 та. охороняють увипадку підняття підошви у виробці 8. Вся область порід, що порушена впливом очисного виймання й утворенням виробленого прос тору 18 при охороні виробки 8 під склепінням природної рівноваги 10 і комбінованими опорами 6,7,14,15 ділиться на характерні зони І, ІІ, ІІІ,ІV,V, кожній із який властиві визначені види деформування порід, що із деякими допущеннями можна розглядати як єдину робочу схему. Зона І обвалення або інтенсивного подрібнення порід покрівлі пласта знаходиться безпосередньо над очисною виробкою. Незв'язане зрушення в ній окремих блоків і кусків породи періодично повторюється в міру посування очисного вибою, приводить до значних осідань поверхні 1. Зони ІІ опорних тисків у покрівлі пласта є зонами стиску порід від плавних (спільних) прогинів прошарків у сусідніх зонах І і ІІІ без помітного розриву суцільності і без посувань між ними. Зони ІІІ (трикутної форми) мають незначний прогин порід покрівлі, створюють підвищене навантаження на жорсткі опори 6, 15, збільшуючи, при цьому, опорний тиск 4, 16. Зона IV розташовується під склепінням природної рівноваги. В міру подвигання очисного вибою і на протязі часу прошарки порід (наприклад, ІІ) у цій зоні незначно осідають не гублячи зв'язок із сусіднім масивом, який розташований на жорстких опорах 6, 15. У результаті склепінчатого осідання порід гірський тиск на креплення виробки 8 незначне. У зоні V гірський тиск не змінюється від впливу очисних робіт і прошарки порід (наприклад 3,5} не зміщуються. В конкретних гірсько-геологічних умовах розробки висоту ущільнючого ядра склепіння природної рівноваги 10 можна визначити, знаючи куги, що обмежують повні зрушення товщі порід по падінню y 1 підняттю y , а також крок посадження основ2 ної покрівлі. При пологому заляганні пластів куги зрушень не залежать від кута падіння пластів, мають приблизно постійне значення 65-70°. Кути зрушення гірських пород b o g o дозволяють визначити межі деформації гірських порід також у залежності від конкретних гірничогеологічних умов. Спосіб охорони повторно використовуваних підготовчих виробок має слідуючи переваги: при відпрацьовуванні пластів із застосуванням даного засобу охорони виробіток створюються сприятливі й однакові в межах усього шахтного поля геомеханічні умови ведення гірських робіт, що характеризуються відсутністю небезпечних концентрацій напружень у породах в окрузі підготовчих виробок. Це дозволяє застосовувати найбільш прості технологічні схеми розробки пластів, забезпечити зниження небезпеки раптових викидів вугілля, породи й газу, ударонебезпечного при істотному скороченні питомих обсягів проведення і підтримки виробок, а також експлуатаційних втрат вугілля. З геомеханической точки зору цей спосіб створює найбільш сприятливі умови для підтримання виробок у розвантаженому від гірського тиску масиву гірських порід. По економічним і технічним чинникам дана схема охорони повторно використовуваних підготовчи х виробок дозволяє не тільки істотно (у 1,52,0 рази ) скоротити питомий об’єм і вартість про 3 36714 ведення виробок, але й поліпшити провітрювання виймальних ділянок завдяки можливості здійснення його прямоточності і підсвіження вихідного струменя повітря, що особливо важливо при розробці газоносних пластів. Спрощується планування гірських виробок при підготовці шахтни х й виймальних полів, тому що є можливість безпосереднього примикання підгото вчих виробок до очисного вибою і поліпшення, завдяки цьому, схем підземного транспорту і вентиляції. Окрім цього, у зоні склепіння природної рівноваги знижується травматизм шахтарів. Відпадає необхідність видавати на поверхню породу від проведення виробок, знижується обсяг і вартість ремонтних робіт із порівнянням з іншими способами охорони. Фіг. __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4