Спосіб охорони підготовчої виробки

Реферат: Спосіб охорони підготовчої виробки включає виконання порожнин в покрівлі у вигляді свердловин довжиною не менше потужності порід безпосередньої покрівлі і не менше 30 % від потужності вугільного шару. У кожну свердловину подають ріжучий елемент, потім контейнер з невибуховим руйнівним матеріалом довжиною 5-10 % від потужності порід основної покрівлі. Між ґрунтом і контейнером з невибуховим руйнівним матеріалом установлюють жорстку розпірну стійку. Слідом за посуванням секцій механізованого кріплення зводять охоронну смугу. Забезпечується обвалення породної консолі над охоронною смугою на границі з виробленим простором, що дозволяє знизити тиск на охоронну смугу й підвищити стійкість підготовчої виробки, що охороняється. UA 106094 C2 (12) UA 106094 C2 UA 106094 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до гірничої справи, а саме до способів охорони пластових підготовчих гірничих виробок, і може бути використаний при забезпечення стійкості виробок. Відомий спосіб охорони виїмкових виробок (SU 969899 А1, 30.10.1982), що включає установку опалубки й укладання в неї швидкотвердіючого матеріалу, при цьому перед установкою опалубки зводять перекриття клиноподібної форми, розташоване вершиною в напрямку покрівлі вийнятого шару. Технічними засобами відомого способу складно забезпечити обвалення порід на границі з виробленим простором, тому що клин охоронного спорудження не контактує з породами покрівлі при установці, немає розпору клина в покрівлю, крім того, в умовах порід безпосередньої покрівлі з низьким модулем пружності клин охоронного спорудження буде вдавлюватися в породи не передаючи напруги на основну покрівлю, що не дозволяє створити примусове обвалення нависаючої породної консолі й забезпечити стійкість підготовчої виробки, що охороняється. Найбільш близьким по технічній суті є спосіб охорони підготовчої виробки (SU 1301977 А1, 07.04.1987), що включає зведення слідом за посуванням секцій механізованого кріплення на межі з виробленим простором і виробкою, що охороняється, охоронної смуги з матеріалу, що твердіє, при цьому перед зведенням охоронної смуги на межі з виробленим простором у ґрунті й покрівлі виконують порожнини у вигляді щілин і вдавлюють у них гідростійками ріжучі елементи, а потім роблять додатковий розпір секцій механізованого кріплення, установлених на межі шару й виробки, що охороняється, після чого вдруге вдавлюють гідростійками в порожнини ріжучі елементи й знімають додатковий розпір секцій механізованого кріплення, а перед зведенням охоронної смуги послідовно замінюють гідростійки на розпірні стійки, замонолічуючи їх в охоронній смузі. При реалізації найближчого аналога при заміні гідростійок на розпірні стійки відбувається зниження тиску на покрівлю, що знижує контактні напруги між ріжучою балкою й покрівлею, це не дозволяє забезпечити спрямоване руйнування порід покрівлі й не забезпечує стійкість підготовчої виробки, що охороняється. Виконання порожнин у ґрунті й вдавлювання в них ріжучих елементів істотно не впливає на геомеханічні процеси навколо виробки, що охороняється, і не забезпечує її стійкість. При реалізації способу не визначені параметри порожнин, що не дозволяє врахувати гірничо-геологічні умови розробки і механізм обвалення нависаючої породної консолі, що не забезпечує стійкість підготовчої виробки, що охороняється. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення способу охорони підготовчої виробки, у якому шляхом штучного високосилового впливу на нависаючу з боку виробленого простору породну консоль основної покрівлі й створення в ній концентраторів стискаючих напруг досягається обвалення породної консолі над охоронною смугою на границі з виробленим простором, що дозволяє підвищити стійкість підготовчої виробки, що охороняється. Поставлена задача вирішується так. У способі охорони підготовчої виробки, що включає зведення слідом за посуванням секцій механізованого кріплення на границі з виробленим простором і виробкою, що охороняється, охоронної смуги, виконання в ґрунті й покрівлі на межі з виробленим простором порожнин перед зведенням охоронної смуги й вдавлювання в них ріжучих елементів, відповідно до винаходу порожнини в покрівлі виконують у вигляді свердловин довжиною не менше потужності порід безпосередньої покрівлі і не менш 30 % від потужності вугільного шару, що виймають, потім у кожну свердловину спочатку подають ріжучий елемент, потім контейнер з невибуховим руйнівним матеріалом довжиною 5-10 % від потужності порід основної покрівлі, а між ґрунтом і контейнером з невибуховим руйнівним матеріалом установлюють жорстку розпірну стійку. Доцільно відстань між свердловинами приймати 0,8-2 м, а при потужності порід безпосередньої покрівлі більше потужності вугільного шару розпірну стійку виконувати складеною. Виконання порожнин у покрівлі у вигляді свердловин довжиною не менше потужності порід безпосередньої покрівлі, дозволяє, подавши ріжучі елементи в свердловину, впливати ними безпосередньо на нависаючу породну консоль основної покрівлі, ініціювати й підтримувати в ній ріст тріщини, що дозволить створити направлене руйнування покрівлі над охоронною смугою і забезпечити стійкість підготовчої виробки, що охороняється. У той же час виконання порожнин у покрівлі у вигляді свердловин довжиною менше 30 % від потужності вугільного шару, що виймається, не дозволяє створити розпірними стійками досить високий наростаючий силовий вплив на породи покрівлі, не забезпечується стійкість стійки при її розпорі, що може привести до її зсуву в горизонтальній площині, втраті ефекту розпору й зниженню стійкості виробки. 1 UA 106094 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Розміщення в свердловині між ріжучим елементом і розпірною стійкою контейнера з невибуховим руйнівним матеріалом довжиною 5-10 % від потужності порід основної покрівлі дозволяє створити високосиловий вплив на ріжучий елемент за рахунок тиску на його донну частину, що виникає при збільшенні об'єму невибухового руйнівного матеріалу в процесі його гідратації. Величина тиску, що розвивається в процесі гідратації невибухового руйнуючого матеріалу, може досягати 50-80 МПа, що дозволяє ініціювати ріст тріщини, створити спрямоване руйнування порід над охоронною смугою і забезпечити стійкість підготовчої виробки, що охороняється. При довжині контейнера з невибуховим руйнівним матеріалом менше 5 % від потужності порід основної покрівлі тиск, що розвивається при саморозширенні невибухового руйнуючого матеріалу, не достатній для створення граничних напруг у покрівлі й спрямованого руйнування порід над охоронною смугою, що не дозволяє забезпечити стійкість підготовчої виробки, що охороняється. При довжині контейнера з невибуховим руйнівним матеріалом більше 10 % від потужності порід основної покрівлі ріст об'єму матеріалу в процесі гідратації приводить до виникнення надмірного тиску на ріжучий елемент і розпірну стійку, що приводить до необґрунтованих перевитрат невибухового руйнівного матеріалу, може викликати деформування розпірної стійки, і знижує її стійкість, що призводить до підвищення витрат на реалізацію способу й знижує стійкість підготовчої виробки, що охороняється. При дотриманні відстані між свердловинами 0,8-2 м, можна забезпечити підтримання напряму росту тріщини в нависаючій породній консолі основної покрівлі, що дозволяє створити її руйнування над охоронною смугою і забезпечити стійкість виробки, що охороняється. Буріння свердловин на відстані менше 0,8 м приводить до виникнення надмірних концентрацій напруг в основній покрівлі, що викликає необґрунтовану перевитрату невибухового руйнівного матеріалу. Буріння свердловин на відстані більше 2 м не дозволяє забезпечити підтримання росту тріщини в основній покрівлі в необхідному напрямі, не гарантує обвалення нависаючої породної консолі над охоронною смугою, що не дозволяє забезпечити стійкість підготовчої виробки, що охороняється. При потужності порід безпосередньої покрівлі більше потужності вугільного шару розпірну стійку доцільно виконувати складеною, що забезпечить зручність подачі в свердловину ріжучого елемента й контейнера із НРС, дотримання необхідної орієнтації осі розпірної стійки між покрівлею й ґрунтом, що дозволить забезпечити стійкість підготовчої виробки, що охороняється. Суть способу пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 показаний план ділянки сполучення лави з підготовчою виробкою, на фіг. 2 - поперечний переріз по охоронній смузі. На фігурах механізоване кріплення - 1, покрівля - 2, свердловина - 3, ріжучий елемент - 4, контейнер з невибуховим руйнуючим матеріалом - 5, жорстка розпірна стійка - 6, охоронна смуга - 7, підготовча виробка, що охороняється, - 8. Спосіб, що заявляється, здійснюють так. Після виймання вугілля, пересунення секції механізованого кріплення 1 у покрівлю 2 за заднім рядом стійок механізованого кріплення 1 бурять свердловини 3 довжиною не менше потужності порід безпосередньої покрівлі з відстанню між ними 1-2 м. У свердловини 3 подають ріжучі елементи 4. Після чого поміщають у свердловини 3 контейнери 5 з невибуховим руйнівним матеріалом довжиною 5-10 % від потужності порід основної покрівлі. Потім між ґрунтом і контейнером з невибуховим руйнуючим матеріалом установлюють жорстку розпірну стійку 6. При потужності порід безпосередньої покрівлі більше потужності вугільного шару розпірну стійку 6 виконують складеною. Слідом за посуванням секцій механізованого кріплення зводять охоронну смугу 7 для охорони підготовчої виробки 8, наприклад литу смугу. У результаті протікання реакції гідратації невибуховий руйнівний матеріал у контейнері 5 збільшується в об'ємі й створює зростаючий квазистатичний тиск на ріжучий елемент 4, що приводить до підвищення стискаючих напруг у покрівлі 2 у місці її контакту з ріжучим елементом 4, ініціює ріст тріщини в покрівлі по лінії, співпадаючій з рядом розпірних стійок 6, і створює спрямоване руйнування порід покрівлі 2 над охоронною смугою 7 на границі з виробленим простором. Таким чином, знижується тиск на охоронну смугу 7 і підготовчу виробку 8, що охороняється, це дозволяє забезпечити її стійкість. Приклад реалізації способу. Спосіб був реалізований при відпрацьовуванні вугільного шару потужністю 1,15 м лавою по простяганню, на глибині 820 м механізованим комплексом 2МКД-90. Породи основної покрівлі були представлені піщаником дрібнозернистим з межею міцності на одноосьовий стиск 70 МПа, потужністю 5 м. Породи безпосередньої покрівлі - аргілітом з міцністю на одноосьовий стиск 35 МПа, потужністю 1,2 м. 2 UA 106094 C2 5 10 15 20 Після виймання вугілля протягом доби, пересунення секції механізованого кріплення на ділянці сполучення з конвеєрним штреком у покрівлю, за заднім рядом стійок механізованого кріплення бурили свердловини діаметром 100 мм довжиною 1,2 м із кроком 1,6 м. У кожну свердловину подавали ріжучий елемент, виконаний із чавуну, при цьому його поміщали зверху на контейнер з невибуховим руйнуючим матеріалом довжиною 0,4 м, що представляв собою сталевий циліндр із глухим нижнім торцем, який встановлювали на першу секцію складеної жорсткої розпірної стійки, яку подавали в свердловину. Після чого нормально до нашарування порід у лунку встановлювали нижню секцію складеної жорсткої стійки і жорстко з'єднували її з верхньою секцією болтами. Слідом за посуванням секцій механізованого кріплення зводили охоронну смугу із блоків для охорони підготовчої виробки. Через 5-8 годин після поміщення в свердловину контейнера з невибуховим руйнівним матеріалом він збільшувався в об'ємі й створював зростаючий до 80 МПа квазистатичний тиск на ріжучий елемент, що привело до підвищення стискаючих напруг в основній покрівлі в місці її контакту з ріжучим елементом, ініціювало ріст тріщини в покрівлі по лінії, співпадаючій з рядом розпірних стійок. Це викликало обвалення породної консолі над охоронною смугою на границі з виробленим простором, що привело до зниження тиску на охоронну смугу, яка не деформувалася на ділянці сталого гірського тиску після проходу лави, і привело до зменшення зсувів в підготовчій виробці, що охороняється, за очисним вибоєм на 40%. Реалізація пропонованого способу забезпечує обвалення породної консолі над охоронною смугою на границі з виробленим простором, що дозволяє знизити тиск на охоронну смугу й підвищити стійкість підготовчої виробки, що охороняється. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 35 1. Спосіб охорони підготовчої виробки, що включає зведення слідом за посуванням секцій механізованого кріплення на границі з виробленим простором і виробкою, що охороняється, охоронної смуги, виконання в ґрунті й покрівлі на межі з виробленим простором порожнин перед зведенням охоронної смуги й вдавлювання в них ріжучих елементів, який відрізняється тим, що порожнини в покрівлі виконують у вигляді свердловин довжиною не менше потужності порід безпосередньої покрівлі і не менше 30 % від потужності вугільного шару, що виймають, потім у кожну свердловину спочатку подають ріжучий елемент, потім контейнер з невибуховим руйнівним матеріалом довжиною 5-10 % від потужності порід основної покрівлі, а між ґрунтом і контейнером з невибуховим руйнівним матеріалом установлюють жорстку розпірну стійку. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що відстань між свердловинами дорівнює 0,8-2 м. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що при потужності порід безпосередньої покрівлі більше потужності вугільного шару розпірну стійку виконують складеною. 3 UA 106094 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 4