Спосіб охорони підготовчих виробок, пройдених по пласту

Реферат: Спосіб охорони підготовчих виробок, пройдених по пласту, включає зведення охоронної споруди слідом за лавою, буріння свердловин, їхнє заряджання невибуховим руйнуючим засобом (НРЗ). Буріння свердловин виконують із підготовчої виробки, при цьому свердловину орієнтують таким чином, щоб вісь свердловини проходила через точку, утворену перетинанням нейтральної осі зависаючого шару основної покрівлі й нормалі до нашарування, проведеної із центра мас охоронної споруди. Довжину свердловини і довжину донної частини свердловини, яку заповнюють НРЗ, визначають в залежності від потужності порід безпосередньої покрівлі, які пересічені свердловиною, потужності порід основної покрівлі та кута нахилу свердловини до площини шару. Досягається обвалення порід основної покрівлі над охоронною спорудою, що дозволяє підвищити стійкість гірничих виробок, що охороняються. UA 100270 C2 (12) UA 100270 C2 UA 100270 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до гірничої справи, а саме до способів охорони пластових підготовчих гірничих виробок, заснованих на розвантаженні приконтурного масиву від підвищених напруг, і може бути використаний при забезпеченні стійкості виробок. Відомий спосіб охорони підготовчих виробок шляхом розвантаження порід покрівлі від напруг за допомогою заряджання й висадження свердловин, пробурених віялом, у вертикальній площині, яка розташована уздовж осі виробки (а.с. СРСР № 983273, Е21С41/04, 23.12.1982 р.). Відомий також спосіб охорони пройденої по пласту підготовчої виробки (а.с. СРСР № 1493789, E21D 1/00, 15.07.1989 p.), що полягає в бурінні нагору розвантажувальних свердловин, до перетинання із важкообвалюваними шарами порід, розміщенні свердловинних зарядів на ділянках перетинання із шарами важкообвалюваних порід і їхнє висадження. Відомий також спосіб охорони пройденої по пласту підготовчої виробки (пат. України № 55706, E21D 11/00, 15.04.2003 p.), що включає буріння нагору розвантажувальних свердловин по лінії, яка отримана від перетинання площини розташованої під кутом до шару, рівним куту обвалення порід покрівлі із площиною основної природної тріщинуватості, до перетинання із важкообвалюваними шарами порід, розміщення свердловинних зарядів на ділянках перегинання із шарами важкообвалюваних порід і їхнє висадження. Висадження розвантажувальних свердловинних зарядів у відомих способах відбувається до підходу очисного вибою, чим забезпечується попереднє розукріплення порід основної покрівлі й зниження їхньої міцності, однак реалізація цих способів вимагає застосування зарядів вибухової речовини великих обсягів (до 300 кг), висадження яких відбувається в породах, що перебувають в умовах, близьких до тривісного стиску, що зумовлює невелику зону впливу вибуху, тобто енергія вибуху використовується неефективно. Крім того застосування зазначених способів в умовах високої метаноносності порід і викидонебезпечності шарів вугілля й пісковиків неможливо. Відомий спосіб примусового обвалення основної покрівлі (Инструкция по выбору способа и параметров разупрочнения кровли на выемочных участках. - Л.: ВНИМИ, 1982), що полягає в бурінні свердловин у породи основної покрівлі, розміщенні в них свердловинних зарядів і їхньому висадженні за очисним вибоєм, що викликає обвалення завислих за лавою консолей основної покрівлі. Значним недоліком відомого способу (згідно з п. 2.13 Инструкция по выбору способа и параметров разупрочнения кровли на выемочных участках. - Л.: ВНИМИ, 1982), є неможливість його застосування на шахтах, небезпечних по газу й пилу, а також шахтах, що розробляють викидонебезпечні шари, що зумовлено значним вибуховим впливом. Найбільш близьким по технічній суті є спосіб охорони підготовчої виробки (пат. RU 2304219, E21D11/00, 10.08.2007 p.), що включає зведення охоронної споруди, буріння шпурів у безпосередній покрівлі, заряджання шпурів невибуховим руйнуючим засобом НРЗ-1, причому відстань між зарядами визначається по отриманій аналітичним шляхом формулі. Загальними ознаками описаного способу охорони підготовчої виробки і того, що заявляється, є зведення охоронної споруди слідом за лавою, буріння свердловин, їхнє заряджання невибуховим руйнуючим засобом. При реалізації способу, згідно з найближчим аналогом, буріння шпурів у покрівлю шару відбувається з робочого простору лави за охоронною спорудою, що досить важко реалізувати при розробці тонких шарів через обмежений робочий простір. При реалізації способу найближчого аналога не визначена орієнтація осі шпуру і його довжина, тобто при роботі способу не враховуються гірничо-геологічні умови й природні геомеханічні деформаційні процеси, що відбуваються в обвалюваній покрівлі, це призводить на практиці до необхідності скорочення відстані між шпурами й не забезпечує стійкість гірничих виробок. Заряджання шпурів НРЗ по всій довжині й відсутність їхньої герметизації призводить до перевитрати невибухового руйнуючого засобу й не дозволяє запобігти його мимовільному викиду зі шпурів у процесі гідратації. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення способу охорони підготовчих виробок, пройдених по пласту, у якому за рахунок раціональних параметрів розташування свердловин і їхнього заряджання в зоні природних розтягуючих напруг, досягається обвалення порід основної покрівлі над охоронною спорудою, що дозволяє підвищити стійкість гірничої виробки, яка охороняється. Поставлена задача вирішується тим, що в способі охорони підготовчих виробок, пройдених по пласту, що включає зведення охоронної споруди слідом за лавою, буріння свердловин, їхнє заряджання невибуховим руйнуючим засобом, відповідно до винаходу, буріння свердловин проводять з підготовчої виробки, при цьому свердловину орієнтують таким чином, щоб її вісь проходила через точку, утворену перетинанням нейтральної осі зависаючого шару основної 1 UA 100270 C2 покрівлі й нормалі до нашарування, проведеної з центра мас охоронної споруди, а довжину свердловини визначають з формули h  h  lскк   hнк  oк  sin   ок sin  2  2  , hнк - потужність порід безпосередньої покрівлі, які пересічені свердловиною, м; де 5 10 15 20 25 30 35 40 45 hок - потужність порід основної покрівлі, м;  - кут нахилу свердловини до площини шару, град.; при цьому донну частину свердловини заповнюють НРЗ на величину, що визначається з формули: h   lдск   hнк  ок  sin  2   , а гирлову її частину герметизують. Буріння свердловин з підготовчої виробки не викликає технологічних труднощів і обмежень по застосуванню бурового встаткування, що дозволить підвищити швидкість буріння. Орієнтація осі свердловини таким чином, щоб вона проходила через точку, утворену перетинанням нейтральної осі зависаючого шару основної покрівлі й нормалі до нашарування, проведеної із центра мас охоронної споруди, й заповнення НРЗ донної частини свердловини на величину, що визначається з формули: h   lдск   hнк  ок  sin  2   , дозволяє створити додаткові розтягуючі напруги, у зоні утворення природних розтягуючих напруг, вище нейтральної осі зависаючої консолі, це дає можливість мінімальними зусиллями, з врахуванням природних геомеханічних деформаційних процесів, створити спрямоване обвалення порід основної покрівлі, і таким чином створити розвантаження виробки, що охороняється, від підвищених напруг і покращити її стійкість. Довжина свердловини розрахована по формулі: h  h  lскк   hнк  oк  sin   ок sin  2  2  , враховує будову порід основної й безпосередньої покрівлі, що дозволяє максимально ефективно створити умови для примусового обвалення зависаючої консолі основної покрівлі в конкретних гірничо-геологічних умовах. Герметизація гирлової частини свердловини сприяє запобіганню мимовільного викиду НРЗ у процесі його гідратації, що підвищує надійність способу. Суть способу пояснюється кресленням, де на кресленні показана схема охорони підготовчих виробок. На кресл. - охоронна споруда, 2 - розвантажувальна свердловина, 3 - заряд невибухового руйнуючого засобу, 4 - підготовча виробка, 5 - основна покрівля, 6 - безпосередня покрівля. Спосіб, що заявляється, здійснювався так. За допомогою механізованого комплексу відпрацьовувався вугільний шар потужністю 1,5 м. Породи безпосередньої покрівлі 6 представлені глинистим сланцем потужністю hнк=0,9 м і міцністю 4 за шкалою проф. Протодьяконова. Породи основної покрівлі 5 представлені монолітним пісковиком потужністю hок=5,5 м і міцністю 7 за шкалою проф. Протодьяконова. Слідом за лавою на відстані 1 м від бровки підготовчої виробки 4 зводили охоронну споруду 1 із блоків БЗБТ шириною 1 м. Далі визначали кут нахилу свердловини, для чого з центра мас охоронної споруди проводили нормаль до нашарування до точки перетину нейтральної осі зависаючого шару основної покрівлі, а далі поєднували цю точку з устям свердловини на контурі підготовчої виробки. У заданих умовах кут нахилу свердловини 2 до площини шару склав 67 градусів, при відстані від підошви підготовчої виробки 4 до устя свердловини 2 м. З підготовчої виробки 4 за допомогою бурової установки НКР 100 у покрівлю пласта у визначеному напрямку бурили свердловину 2 діаметром 105 мм і довжиною, що розраховувалась з залежності, що заявляється: h  h  lскк   hнк  oк  sin   ок sin    2  2  , 5,5  5,5  lскк   0,9  sin 67  3,36  2,53  5,89 м  sin 67  2  2  . 2 UA 100270 C2 Після цього донну частину свердловини 2 заряджали невибуховим руйнуючим засобом 3, як невибуховий руйнуючий засіб використовували НРВ-80, поміщений у поліетиленові ампули. Довжину донної частини свердловини, яку заповнюють НРЗ, визначали з залежності, що заявляється: 5 h   lдск   hнк  ок  sin    2   , 5,5   lдск   0,9   sin 67  3,36 м 2   . 10 15 20 Гирлову частину свердловини 2, після заряджання донної частини свердловини, герметизували твердіючим складом на основі гіпсу. У процесі протікання реакції гідратації невибуховий руйнуючий засіб 3 натискав на стінки свердловини 2. При цьому в зоні природних розтягуючих напруг, вище нейтральної осі зависаючого шару основної покрівлі 5 додавалися розтягуючі напруги, від саморозширення НРЗ 3, що приводило до росту магістральної тріщини від осі свердловини 2 над охоронною спорудою 1 углиб порід, розвиток тріщини призводив до обвалення зависаючої основної покрівлі, у такий спосіб виконували розвантаження виробки 4, що охороняється, від підвищених напруг. Деформування контуру виробки на ділянках з впровадженням способу, що заявляється, та без нього вимірювали за допомогою контурних реперних станцій. Аналіз конвергенції на вказаних ділянках дозволив констатувати зменшення зсувів порід на ділянці підготовчої виробки, на якій було впроваджено спосіб, на 34 %, тобто дозволило підвищити стійкість підготовчої виробки 4. Реалізація пропонованого способу охорони підготовчих виробок, пройдених по пласту, дозволяє створити примусове обвалення порід основної покрівлі над охоронною спорудою, що викликає зняття підвищених напруг з контуру виробки, що охороняється, і сприяє підвищенню її стійкості. 25 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 Спосіб охорони підготовчих виробок, пройдених по пласту, що включає зведення охоронної споруди слідом за лавою, буріння свердловин, їхнє заряджання невибуховим руйнуючим засобом (НРЗ), який відрізняється тим, що буріння свердловин виконують із підготовчої виробки, при цьому свердловину орієнтують таким чином, щоб вісь свердловини проходила через точку, утворену перетинанням нейтральної осі зависаючого шару основної покрівлі й нормалі до нашарування, проведеної із центра мас охоронної споруди, а довжину свердловини визначають із формули: 35 h  h  lскк   hнк  ок  sin   ок sin  ,  2  2   де hнк - потужність порід безпосередньої покрівлі, які пересічені свердловиною, м; hок - потужність порід основної покрівлі, м;  - кут нахилу свердловини до площини шару, град.; при цьому донну частину свердловини заповнюють НРЗ на величину, що визначається з формули: 40 h   lскк   hнк  ок  sin  ,   2   а гирлову її частину герметизують. 3 UA 100270 C2 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 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 4