Спосіб руйнування породного масиву високої міцності у вугільному пласті

1. Спосіб руйнування породного масиву високої міцності у вугільному пласті, що включає комбайнову виїмку вугілля та породи, буріння в заміщуючому породному масиві ряду випереджаючих послаблюючих свердловин, виконаних на відстані одна від одної, який відрізняється тим, що випереджаючі послаблюючі свердловини виконують на локальних ділянках за усією довжиною породного масиву заданими послідовними циклами шляхом одночасного групового буріння, з утворенням максимально сконцентрованого руйнуючого впливу на питому одиницю площі вибою породного масиву, при цьому глибину послаблюючих свердловин виконують не меншою, ніж величина захвату комбайна, який руйнує ділянку породного масиву. U 2 (19) 1 3 42763 4 ня, а також застосуванням на деяких типах компласту діаметром 250-300 мм з кроком 300-500 байнів спеціальних змінних виконавчих органів. мм, глибиною 8-10 м на ділянці пропорційній кроку У такий спосіб в лаві працюють два комбайни: посування лави за добу для запобігання здиманню один - по вугіллю, а інший (з посиленим виконавґрунту, пропорційно посуванню лави та розвантачим органом) - по вийманню заміщуючих породних женню масиву від високого гірничого тиску [Проділянок, що може працювати як на вугільній, так і гресивні паспорта кріплення, охорони та підтримки на змішаній вугільно-породній ділянках, з "присіпідготовчих виробок при безцелеліковій технології канням" бокових порід, у випадку, коли його потувідпрацювання вугільних пластів, ВНДМІ, JL, жність забезпечує працездатність, а питома ви1984]. трата різців (зубків) відповідає допустимим для Недоліками відомого способу є неможливість собівартості виїмки межам. сконцентрованого одночасного групового буріння Як показала практика, використання комбайбуровими пристроями, у т.ч. потужною буровою нових технологій у тому числі сучасних потужних установкою "Старт" в лавах, які мають породне очисних комбайнів від кращих європейських вирозаміщення вугільного пласта. бників (JOY, Eickhoft, Famur, T. Machinery , ДВТ та Найбільш близьким за технічною суттю до ін.) не забезпечує виїмку більш-менш потужних способу, що заявляється, є спосіб відбою гірничих порід, що включає утворення додаткової вільної породних масивів з міцністю f ³6 . поверхні шляхом проведення випереджаючої заЗараз у світовій практиці при проходженні заходки, буріння в блоці ряду свердловин, розрив міщуючих породних масивів, насамперед - піскогірничої породи в цих свердловинах блока з настувиків, у тому числі з міцністю f ³ 6, використовують пним його пошаровим відривом на додаткову вільбуровибухові роботи, які разом із комбайновою ну поверхню, при цьому свердловини бурять на виїмкою вугільних ділянок, забезпечують відпраглибину, яка дорівнює або перевищує одну четвецювання лав практично з будь-якими за довжиною рту частину глибини випереджаючої заходки, зата потужністю ділянок заміщуючих породних масиповнюють їх пластичною речовиною та шляхом вів. витиснення її з свердловини формують тріщини Недоліками цього способу є термін часу роборозриву у заданому напрямку в площині, що перчого циклу БВР на потужних ділянках породних пендикулярна до площин покрівлі та ґрунту виробмасивів великої довжини, що перевищує термін ки, свердловини бурять на відстані, яка не переробочого циклу виїмки вугільних ділянок комбайвищує одну десяту частину глибини нами, а отже приводить до простою комбайнів та випереджаючої заходки, а відстань свердловин від підвищенню собівартості видобутого вугілля. покрівлі та ґрунту приймають однаковою [Патент Відомі також способи послаблення міцності на винахід РФ №2266408, кл. Е21С37/02, опублівугільного, породного або породно-вугільного макований 20.12.2005]. сивів. До недоліків відомого способу відносяться неВідомі способи послаблення породних замівисока продуктивність, неможливість сконцентрощень у вугільних пластах очисними вугільними та ваного буріння послаблюючих шпурів за усією допрохідницькими комбайнами з ланцюговими ріжувжиною породного масиву, висока вартість чими барами, які спроможні прорізати глибоку добутого вугілля. протяжну щілину у вугільному масиві. В очисних В основу корисної моделі поставлене завданкомбайнах УКШ-1, К-55 та інших, із шнековим виня удосконалення способу руйнування породного конавчим органом, встановлений додатковий рімасиву високої міцності у вугільних пластах, в жучій бар, що виконує випереджаючий вруб ріжуякому виконання випереджаючих послаблюючих чим ланцюгом. свердловин на локальних ділянках за усією довВідомі способи руйнування породного масиву жиною породного масиву одночасним груповим високої міцності у вугільному пласті за допомогою сконцентрованим бурінням заданими послідовникомбайнів "Шахтар", "Кіровець", Донбас-1", "Донми циклами, шляхом одночасного групового бурінбас-2", КР-2, ЛГД-1 та інших, в яких встановлені ня, з утворенням максимального сконцентрованокільцеві бари. В комбайні ЛГД-2 виконавчий орган го руйнуючого впливу на питому одиницю вибою виконаний у вигляді поєднання кільцевого бара з породного масиву, виконання глибини свердловин вибійною штангою, ріжучими дисками та плоским - не меншою, ніж величина захвату комбайна, завідрізним баром, в комбайні КР-2 положення верхбезпечують випереджаюче послаблення міцності ньої штанги з дисками регулюється домкратами породного масиву, цим забезпечується підвищенвідносно нижнього кільцевого бара [Б.Л. Давидов, ня продуктивності видобування вугілля в складних Б.А. Скородумов "Розрахунок та конструювання гірничо-геологічних умовах, зменшення його собівугледобувних машин", Державне наукововартості. Поставлене завдання вирішується тим, технічне видавництво літератури у гірничій справі, що в способі руйнування породного масиву висоМосква, 1963р., стор.122]. кої міцності у вугільному пласті, що включає комДо недоліків відомих способів, що виконуютьбайнову виїмку вугілля та породи, буріння в порося відомими пристроями, відноситься те, що ріжучі дному масиві ряду випереджаючих послаблюючих бари можуть послаблювати тільки вугільні пласти свердловин, виконаних на відстані одна від одної, та невеликі породні включення в них. згідно з корисною моделлю передбачені наступні Відомий спосіб виконання системи розвантавідміни: жувальних свердловин бурильним верстатом - випереджаючі послаблюючі свердловини ви"Старт" виробництва ВАТ "Ново-Горлівский законують на локальних ділянках уздовж усього повод". Систему розвантажувальних свердловин родного масиву послідовними циклами шляхом бурять в стінках підготовчих виробок по вугільному 5 42763 6 одночасного групового буріння. заданими послідоФіг.4 - третій цикл буріння послаблюючих свевними циклами, з утворенням максимально сконрдловин та їх руйнуючого впливу на потужних центрованого руйнуючого впливу на питому одипластах; ницю площі вибою; Фіг.5 - четвертий цикл буріння послаблюючих - глибину свердловини виконують не меншою, свердловин та їх руйнуючого впливу на потужних ніж величина захвату руйнуючого породний масив пластах; комбайна. Фіг.6 - п'ятий цикл буріння послаблюючих свеКрім того, випереджаючі послаблюючі свердрдловин та їх руйнуючого впливу на потужних ловини виконують на поверхні локальної ділянки пластах; породного масиву рівнорозподілено або сконцентФіг.7 - перший цикл буріння на глибині породровано уздовж її межі, при цьому діаметр свердного масиву 500-750 мм; ловини дорівнює 22-60 мм, а кількість свердловин Фіг.8-11 - другий - п'ятий цикли буріння послана 1м2 площі - 8-40; довжину локальної ділянки блюючих свердловин та їх руйнуючого впливу на беруть не меншу фіксованої величини робочого потужний пласт при бурінні породного масиву у ходу механізму подачі руйнуючого комбайна; у глибину 500 - 750 мм; разі безперервної подачі руйнуючого комбайна на Фіг.12 - 13 - перший та п'ятий цикли впливу булокальні ділянки породного масиву, довжину ділярінням послаблюючих свердловин на питому одинки беруть не меншою, ніж така, що дорівнює 0,5ницю площі породного масиву тонких пластів од1,5 діаметра виконавчого органа комбайна; випенорівневим рядом бурових лафетів; реджаючі послаблюючі свердловини на локальній Фіг.14 - 15 - перший та п'ятий цикли за Фіг.12ділянці породного масиву виконують спереду руй13, але на відстані у глибину породного масиву нуючого комбайна або спереду та позаду комбай500-750 мм; на. Фіг.16 - 17 - перший та п'ятий цикли впливу буСпосіб виконується, переважно, установкою рінням послаблюючих свердловин на тонкий пласт для утворення випереджаючих послаблюючих породного масиву однорівневим рядом бурових свердловин, що містить встановлені шарнірно на лафетів та дворівневою парою бурильних лафетів ходовому візку бурові лафети з головками обертав кінці ряду, що бурять уздовж торця ділянки; льно-ударної або ударно-обертальної дії, які поФіг.18 - 19 - перший та п'ятий цикли впливу за стачені гідравлічними або пневматичними механіФіг.16-17 при бурінні у глибину 500-750 мм. змами подачі бурового інструменту та Спосіб виконують наступним чином. механізмами переміщення (повороту) у вертикаБуріння свердловин 9, 10 виконують послідовльній площині бурильних лафетів. ними циклами, одночасно усіма бурильними лаСпосіб пояснюється схемою роботи бурової фетами 13. В залежності від умов, потрібне поустановки (фіг.1), на якій позначені вугільний пласт слаблення породного масиву може передбачати 1, породний масив 2, комбайн 3 руйнування масивід 3-х до 5-ти повних циклів (в окремих випадках ву 2, очисний комбайн 4, установка 5 групового й більше), що передбачає виконання від 22 до 60, буріння №1, що встановлена спереду комбайна 3, а інколи і більше послаблюючих свердловин діаустановка 6 групового буріння №2, що встановлеметром до 45 мм (в деяких особливих умовах до на позаду комбайна 3, секції кріплення 7, лавний 60-70 мм) на глибину не менше ніж 0,8 м за період конвейєр 8, випереджаючі послаблюючі свердло7-8,5 хвилин. вини 9, що пробурені установкою №1, послаблююБурильна установка №2 може бурити свердчі свердловини 10, що пробурені установкою №2. ловини 10 на глибину до 1600 мм, готуючи для Установки №1, №2 встановлені на ходовому візку комбайна послаблені локальні ділянки на 2 захва11, що закріплений на лавному конвейєрі 8. ти (2 виїмочних цикли). Перший та другий цикли Спосіб виконують установкою для буріння №1 буріння (Фіг.4, 5) виконуються з однієї позиції, без випереджаючих послаблюючих свердловин, також переміщення лафетів уздовж вибою. Перехід від можливе встановлення позаду комбайна 3 устанопозиції 1 (фіг.4), коли вибурюють 12 свердловин, вки №2. Бурові лафети можуть бути встановлені в до позиції 2-12 свердловин другого циклу, виконучергуючийся ряд, що утворюється з одиноких в ють переміщенням·лафетів у вертикальній площиодному рівні та здвоєних у двох рівнях лафетів, ні, крок переміщення залежить від заданого пасзсунутих один до одного з мінімальними монтажпорту буріння, який залежить від параметрів ними та робочими зазорами. вибою породного масиву, міцності масиву, потужСутність корисної моделі пояснюється кресності вугільного пласта, обраної паспортної схеми, леннями, де на: наприклад рівнорозподіленої (Фіг.2-6), повної пеФіг.1 - зображена схема роботи бурильних риферійно-контурної (Фіг.12-13) або неповної пеустановок в лаві з двома комбайнами; риферійно-контурної (Фіг.16-17). Свердловини 9, Фіг.2 - схема першого циклу чергуючогося 10 виконують по всій площині поверхні породного двохрівневого та однорівневого буріння послабмасиву під різними кутами. люючих свердловин при багаторазовому сконценТретій та четвертий цикли (Фіг.6, 7) буріння трованому руйнуючому впливі бурової установки свердловин 9, 10 виконують після переміщення на питому одиницю площі вибою породного масибурових лафетів уздовж вибою на один крок, довву вугільних пластів середньої потужності та потужина якого також залежить від обраної паспортної жних; схеми при конкретних параметрах масиву та вугФіг.3 - схема другого циклу буріння послаблюледобувної лави. Крок обирається з можливістю ючих свердловин та їх руйнуючого впливу на помаксимальної послаблюючої дії на міцність маситужних пластах; ву, а тому координати свердловин 9, 10 обирають 7 42763 8 таким чином, щоб збільшити їх концентрацію на міщуючих породних масивів переважно в 1,5-3 питому одиницю породного масиву, що руйнують, рази. зменшуючи відстань між вже пробуреними свердПриклад 1 ловинами в горизонтальній та/або вертикальній Експериментальне буріння свердловин 9, 10 площині. Свердловини 9, 10 третього та четвертодля виявлення послаблюючого впливу на породго циклів з кожної бурової установки (№1, 2) буний масив проводилось у лаві на пласті середньої рять також усіма буровими лафетами одночасно. потужності - 1,9 м. Основу породного масиву склаДля виконання п'ятого циклу (Фіг.6) координадав пісковик з включенням алевроліту, міцність ти буріння також обираються з точки зору максипласта f=9-10. мального послаблення породного масиву та макБуріння послаблюючих випереджаючих сверсимальної концентрації свердловин 9, 10 на дловин 9, 10 проводилося послідовними циклами, питому одиницю поверхні породного масиву. чотирма і шістьма бурильними головками легких Для усіх схем буріння (Фіг.3-11) кути свердлобурильних лафетів. Узятий діаметр бурового інвин 9, 10 в різних циклах та рівнях будуть різними, струмента 32 мм, довжина локальних ділянок поале вплив цієї обставини на руйнування масиву родного масиву лави, на яких бурять свердловини незначний, якщо додержуватися максимальної, 9, 10, складала 2,2-2,5 м, 5 м та 10 м, глибина бувідносно рівномірної концентрації послаблюючих ріння - 800-900 мм. Буріння свердловин 9, 10 просвердловин 9, 10 на питому одиницю вибою пороводилося із зсувом на півкроку за довжиною та дного масиву. висотою вибою, кількість вибурених свердловин Уздовж зони сполуки поверхні породного мавід 36 до 60, швидкість буріння однієї свердловини сиву з ґрунтом при бурінні свердловин 9, 10, під - 7-8,5 хвилин, буріння свердловин виконували під кутами до породного масиву, може утворюватися різними кутами нахилу осі інструмента бурових вузька "мертва" (без свердловин) зона. На глибині лафетів до поверхні породного масиву вибою від буріння масиву 500-750 мм від поверхні вибою 45° до 90°. (Фіг.7-11, 14-15, 18-19) свердловини 9, 10 досягаПісля завершення 5-ти послідовних циклів бують зони сполуки вибою з ґрунтом та перетинають ріння на локальних ділянках довжиною 4,5-5 м її при подальшому бурінні. Відхилення координат запускався вугледобувний комбайн з енергоозбросвердловин 9,10 нижнього рівня від перпендикуєністю виконавчого органа 250 кВт та двох механіляра по відношенню до поверхні вибою породного змів подачі 2x32 кВт. Під час роботи комбайна по масиву зміщує на віддалені глибинні кордони запослабленому породному масиву замірювалася хвату виконавчого органа найбільш послаблену швидкість його переміщення, загальний термін нижню локальну глибинну зону. часу буріння послаблюючих свердловин, при цьоВ заявленому способі, по-перше, виконують му швидкість переміщення комбайна порівнюваодночасний груповий послаблюючий вплив руйнулася із швидкістю комбайна при буро-вибухових вання, максимально сконцентрований на мінімароботах по послабленню породного масиву. Встальній площі локальної породної ділянки (сукупність новлено, що із застосуванням Інтерполяції параяких утворює породний масив) послідовними цикметрів під час проходження ділянок породного лами, що чергуються, по-друге -послаблюючий масиву довжиною 5 та 10 м випереджаючими повплив системно пробуреної сукупності вже пробуслаблюючими свердловинами, при довжині порорених послаблюючих свердловин. Перший фактор дного масиву 100 м, термін його проходження інтенсифікує та розширює зони тріщинуватості й комбайном склав 350-400 хвилин, а при проведені руйнування масиву на кожній локальній ділянці, БВР - 984 хвилини (враховувався тільки термін послаблюючи породний масив в цілому, другий часу циклу БВР). фактор - послаблює масив сполученням множинПриклад 2 ної сукупності орієнтованих - уздовж та у глибину Аналогічно прикладу 1, випереджаючі послабзабою центрів послаблення, в тому числі, конценлюючі свердловини виконували на тонких пластах тровано уздовж кордонів локальних ділянок, що 1,1-1,45 м. Послаблюючі свердловини 9,10 викоруйнують, які є одночасно центрами концентрації нували по повній та неповній периферійнонапруження і центрами послаблення зон тріщинуконтурним схемам. Експеримент показав, що поватості, після чого проходить вугледобувний комслаблення породного масиву на 2-3 одиниці за байн, під потужним впливом зусилля подачі і руйшкалою Протод'яконова досягається при бурінні нуючих ударів різців виконавчого органу якого на скважин за повною периферійно-контурною схепослаблену локальну ділянку породного масиву, в мою, яка на 15-20% ефективніша неповної периньому утворюються власні центри напруження та ферійно-контурної, яка, в свою чергу, може бути концентрації, які взаємодіють та посилюють наефективною при меншій міцності породного масипруження в центрах концентрації від послаблююву. чих свердловин, нові та існуючі зони тріщинуватоТаким чином, швидкість проходки породних сті множаться, посилюються та розпадаються, масивів із застосуванням способу, що заявляєтьпотрібні зусилля виконавчого органу для руйнуся, виконання випереджаючих послаблюючих свевання породного масиву забою зменшуються. Вердловин більша у 2 рази у порівнянні із швидкістю личина послаблення породного масиву складає проходки без випереджаючого послаблення поровід 2 до 5, а інколи і більше, одиниць за шкалою дного масиву із застосуванням БВР, а швидкість Протод'яконова, що дає можливість збільшення подачі комбайна зростає у 3,5-4 рази, отже, реаробочої швидкості вугледобувного комбайна (прильне випереджаюче послаблення породного мастосованого до руйнування заміщуючих породних сиву f=3-4 одиниці. масивів), в залежності від початкової міцності за 9 42763 10 Разом з цим, зменшується знос та верхній позапасу міцності найбільш навантажених конструкріг руйнівних навантажень на трансмісії вугледотивних елементів. бувного комбайна, а отже - й потрібна величина 11 Комп’ютерна верстка В. Мацело 42763 Підписне 12 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601