Спосіб підземної розробки вугільних пластів

Реферат: Спосіб підземної розробки вугільних пластів полягає в розподілі виїмкового поля на поверхи та підповерхи проведенням горизонтальних виробок та бурінні виїмкових свердловин для видобутку вугілля з залишенням породного цілика між ними. Для підвищення безпеки робіт і зниження трудомісткості підземної розробки викидонебезпечних крутих і крутопохилих вугільних пластів великої потужності, схильних до самозаймання, виробки, горизонтальні або похилі, проводять в породі ґрунту пласта по простяганню на всю довжину виїмкового поля з залишенням породного прошарку між пластом і бортом виробки, горизонтальні та/або похилі будь-якої форми і розмірів виїмкові свердловини бурять у напрямі пласта до його покрівлі. Після виймання вугілля устя відпрацьованих свердловин герметизують. UA 101862 C2 (12) UA 101862 C2 UA 101862 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до гірничої справи, зокрема, до розробки викидонебезпечних крутих і крутопохилих вугільних пластів великої потужності, схильних до самозаймання. Відомий спосіб розробки схильних до самозаймання потужних крутих вугільних пластів, що полягає в розділенні пласта на поверхи шляхом проведення поверхових вентиляційних і відкотних штреків відповідно на верхніх і нижніх межах поверхів, проведенні підповерхових квершлагів і підповерхових штреків, що поділяють поверхи на підповерхи, відпрацюванні пласта корисної копалини в низхідному порядку, перепуску порід покрівлі, що обрушилися, у вироблений простір відпрацьованих підповерхів, при цьому відпрацювання пласта проводять без залишення ціликів вугілля між сусідніми виробленими просторами поруч розташованих поверхів, причому першим у поверсі готують до відпрацювання нижній підповерх шляхом проведення по верхній межі цього підповерху у покрівлі пласта пластового закладного штреку і по нижній межі у лежачого боку пласта пластового підповерхового штреку, відпрацьовують нижній підповерх західками, причому виймання вугілля в західках підповерху, що закладається, здійснюють гідромонітором до закладного штреку, формуючи поверхню ґрунту західки під кутом  = 45° до площини нашарування порід. Повну закладку виробленого простору в межах західок роблять твердіючими закладними матеріалами, при цьому закладний масив має форму прямої призми, в основі якої лежить трикутник, після чого відпрацьовують поверх в спадному порядку, починаючи з верхнього підповерху (див. патент РФ № 2272136, Е21С 41/18, опубл. 20.03.2006). До недоліків відомого способу необхідно віднести таке: високу вартість гірничошахтного обладнання, необхідного для реалізації запропонованого способу; проведення значних обсягів підготовчих робіт; низьку продуктивність праці; значні матеріальні і трудові витрати під час герметизації підповерхів. Відомий буроштрековий спосіб підземної розробки похилих, крутопохилих вугільних пластів, що полягає в розподілі виїмкового поля на підповерхи проведенням горизонтальних виробок, виймання вугілля бурінням прямого ходу з транспортних виробок на вентиляційні штреки, розбурюванні свердловин зворотним ходом і наступному видобуванні міжсвердловинних ціликів, при цьому виймання вугілля в підповерху здійснюють шарами, розосереджуючи операції буріння та розбурювання свердловин і виймання міжсвердловинних ціликів за простяганням і за потужністю пласта, причому виймання міжсвердловинних ціликів здійснюють шляхом руйнування за рахунок гірського тиску або розташованих у свердловинах на канатах роздавлю вальних гідравлічних пристроїв, переміщаючи їх в шарі знизу вгору і від ґрунту до покрівлі в шарах (див. патент РФ № 2096618, Е21С 41/18, опубл. 20.11.97.). Основними недоліками відомого способу визначеного як найближчий аналог, є значна трудомісткість при проведенні виробок; значна матеріаломісткість при здійсненні способу, оскільки передбачається наявність роздавлюючих гідравлічних пристроїв; відсутність можливості проведення робіт на пластах, схильних до самозаймання; неможливість виключити газовиділення з виїмкових свердловин в рудникову атмосферу. У основу винаходу поставлено задачу створення способу підземної розробки вугільних пластів, переважно викидонебезпечних крутих і крутопохилих великої потужності, схильних до самозаймання, в якому зниження обсягу підготовчих робіт, виключення попадання рудникової атмосфери у виїмкові свердловини, використання природного гірського тиску для руйнування вугільного масиву, плавне розвантаження вугільного пласта і бічних порід покрівлі і ґрунту дозволяє підвищити безпеку робіт і знизити трудомісткість здійснення способу. Поставлена задача розв'язується за рахунок того, що в способі підземної розробки вугільних пластів, що полягає в розподілі виїмкового поля на поверхи та підповерхи проведенням горизонтальних виробок, бурінні виїмкових свердловин для видобутку вугілля з залишенням породного цілика між ними, згідно з винаходом, виробки, горизонтальні та/або похилі, проводять в породі ґрунту пласта по простяганню на всю довжину виїмкового поля з залишенням породного прошарку між пластом і бортом виробки, горизонтальні або похилі будь-якої форми і розмірів виїмкові свердловини бурять у напрямі пласта до його покрівлі, а після виймання вугілля устя відпрацьованих свердловин герметизують. Крім того додатково пропонується здійснювати виймання вугілля, що залишилося у виїмкових свердловинах за допомогою підривання зарядів вибухової речовини або нагнітання рідини після руйнування герметизувальної перемички. Поділ виїмкового горизонту похилих, крутопохилих пластів на декілька відокремлених поверхів та підповерхів горизонтальними виробками (далі - штреками) з залишенням породного прошарку між пластом і бортом виробки від 2-х до 5-ти метрів залежно від кута падіння пласта, міцності порід ґрунту пласта, необхідно, щоб виключити контакт рудникової атмосфери штреку з 1 UA 101862 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 вугільним масивом, що дуже важливо для запобігання виникнення ендогенних пожеж, а також для підвищення стійкості штреку під час його експлуатації. Висота підповерху вибирається, виходячи з гірничо-геологічних умов конкретного родовища, і може складати декілька десятків метрів. Штреки розташовують по простяганню пласта в породі ґрунту пласта. На фіг. 1 наведено вертикальний розріз виїмкового поля вугільного масиву; на фіг. 2 - розріз штреку з встановленим у ньому бурошнековим комплексом; на фіг. 3 - герметизувальні перемички; на фіг. 4 - розріз вугільного пласта з пробуреними свердловинами. На кресленні наведені такі позначення: вугільний масив (пласт) 1, вентиляційний горизонт 2, відкотний горизонт 3, підповерховий польовий штрек 4, порода 5 в ґрунті пласта, виїмковий, наприклад бурошнековий комплекс 6, шнековий став 7, виймальна свердловина 8, виїмковий орган 9 бурошнекового ставу 7, покрівля 10, міжсвердловинний цілик 11, герметизувальна перемичка 12, вільний простір 13 виїмкової свердловини 8, заряди вибухової речовини (ВР) 14 і свердловини 15 для зарядів ВР. Спосіб здійснюють так. Виїмкове поле вугільного масиву 1 з кутом падіння наприклад 45-50°, потужністю 35-45 метрів, розділяють нижче чинного вентиляційного горизонту 2 і вище відкотного горизонту 3 підповерховими польовими штреками 4 з висотою h підповерхів, яка дорівнює 30-35 м. Підповерховий штрек 4 пройдено по породі 5 у ґрунті вугільного масиву 1 на необхідну довжину і провітрюється за рахунок загальношахтної депресії. Флангові виробки, вентиляційні і транспортні виробки на фігурах не наведено. У штреку 4 встановлено бурошнековий комплекс 6 з комплектом шнекового ставу 7. Руйнування породного 5 і вугільного 1 масивів здійснюється виїмковим органом 9 бурошнекового комплексу 6 у напрямку покрівлі 10 вугільного масиву 1. Виймання вугілля здійснюється шляхом буріння горизонтальних або похилих виїмкових свердловин 8 на довжину, яка дорівнює довжині до покрівлі пласта (або меншу). При цьому спочатку перебурюють породний прошарок між бортом штреку і вугільним пластом, із залишенням ціликів породи і вугілля між сусідніми виїмковими свердловинами у міру пересування буро шнекового комплексу. Транспортування відбитого вугілля від виїмкового органу 9 в напрямку штреку 4 здійснюється шнековим ставом 7. Виїмкові свердловини 8 можуть бути горизонтальними і/або похилими, під вибраним кутом . Бурошнековий комплекс 6 може бути встановлено в горизонтальній площині штреку 4 навхрест простяганню вугільного масиву або під деяким кутом відхилення. Між виїмковими свердловинами 8 залишають міжсвердловинний цілик 11, ширина якого становить 0,5-1,0 метр. Ширина цілика 11 не є регламентованою величиною і вибирається з урахуванням забезпечення стійкості штреку 4 до деформації. Кожна свердловина 8, після вилучення шнекового ставу 7 і виїмкового органу 9, закривається герметизувальною перемичкою 12. У кожній виїмковій свердловині 8 під дією сил гірського тиску F г.д. і сил гравітації Fгp. відбувається процес знеміцнення масиву 1, який проявляється спочатку в утворенні тріщин різного розміру, а далі - вивалами шматків з вугільного масиву у вільний простір 13 свердловин 8. Під дією сил гірського тиску відбувається також знеміцнення місвердловинних ціликів 11, що виявляється в осипання шматків вугільного масиву зі стінок у вільний простір 13 свердловин 8. Зі збільшенням кількості виїмкових свердловин 8, збільшується площа підрізування вугільного масиву 1 свердловинами 8. Проте залишені цілики 11, які самі мають тенденцію до руйнування, не в змозі надалі забезпечити підтримання всього вугільного масиву 1. Процес знеміцнення масиву 1 і його руйнування з висипанням шматків у вільний простір 13 свердловин 8 починає активізуватися і поширюватися на всю висоту підповерху. Вугілля, яке висипалося у свердловину 8, виймається за допомогою бурошнекового комплексу 6. Для цього необхідно навпроти будь-якої герметизувальної перемички 12 встановити комплекс 6, розібрати перемичку 12 і почати подавати в раніше пробурену свердловину 8 виїмковий орган 9 із шнековим ставом 7. Виймаючи вугілля з вже зруйнованого масиву, ми позбавляємо вище розміщений масив, так званої, підпірної подушки. Виймання вугілля з свердловин 8 може здійснюватися кількома бурошнековими комплексами 6 у різних місцях штреку 4. Регулюючи довжину шнекових ставів 7 бурошнекових комплексів 6, під час виймання зруйнованого вугілля можна регулювати процес об'ємного знеміцнення, подальшого руйнування й обвалення вугільного масиву 1 в окремих його місцях (або ділянках) підповерху. 2 UA 101862 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Регулювання процесу знеміцнення і подальшого обвалення вугільного масиву 1 може здійснюватися також за допомогою додаткових штучних способів. Наприклад, в результаті підривання зарядів 14 вибухової речовини у вугільному масиві 1 або за рахунок подачі в нього води під тиском можна активізувати процес його обвалення в потрібних місцях, наприклад, ближче до покрівлі або ґрунту вугільного масиву 1. Підривання зарядів 14 вибухової речовини або подача води здійснюється через свердловини 15 необхідної довжини, пробурені з існуючих виробок. Параметри свердловин 15, зарядів 14, кількості води, яка подається у вугільний масив 1, і її тиск, визначається у кожному конкретному випадку інженерно-технічним персоналом підприємств. У разі якщо вугільний масив 1, породи 5 ґрунту та покрівлі є газоносними, то свердловини 15 можна використовувати в якості дегазаційних. При цьому по дебіту газу, його процентному вмісту в тому чи іншому місці вугільного масиву 1, можна судити про ступінь його тріщинуватості і про ступінь його знеміцнення або обвалення. Ширина ціликів 11, що залишаються, вибирається виходячи з фізико-механічних властивостей вугільного масиву і бічних порід, але вона повинна бути достатньою, щоб при заданій ширині свердловини, а вона може бути 2,5-3,0 м, і висоті свердловин, яка визначається конструкцією виїмкового органу і може бути від 0,5 м до 2,5 м, забезпечити деяку стійкість свердловини на період буріння і можливих зупинок. Буріння виїмкових свердловин можна виконувати під різними кутами нахилу до горизонтальної площини. Кут нахилу виїмкових свердловин буде залежати від конструктивних параметрів виїмкового комплексу. З одного місця розташування бурошнекового комплексу можна бурити кілька виїмкових свердловин, наприклад, одну горизонтальну, а іншу під деяким кутом . Також і в горизонтальній площині, бурошнековий комплекс можна орієнтувати під необхідним кутом до похилої площини ґрунту вугільного масиву. У міру збільшення кількості виїмкових свердловин відбувається свого роду підрізка вугільного масиву по всій довжині штреку на всю його потужність h. В устях усіх виїмкових свердловин після вилучення бурового інструменту встановлюють герметичні перемички 12, які забезпечують герметизацію виїмкових свердловин від попадання в них рудникової атмосфери. Провітрювання підповерхового штреку здійснюється за рахунок загально-шахтної депресії. Провітрювання свердловин не передбачається. Під дією гірського тиску, розташований над виїмковими свердловинами вугільний масив починає руйнуватися і обвалюється в порожнині пробурених виїмкових свердловин. Також під дією гірського тиску діється руйнування ціликів, залишених між виїмковими свердловинами, що веде до зменшення їх несучої здатності, а отже до активізації обвалення вугільного масиву. У вугільному масиві йде постійне утворення нових тріщин різної довжини і ширини, що приводить до додаткових обвалення. Але, оскільки тріщиноутворення і подальше обвалення не відбувається так само швидко, як наприклад обвалення в лавах після пересування кріплення, то ці процеси розтягнуті в часі, і розвантаження вугільного і породного масивів відбувається поступово, без різких, динамічних зрушень, що дуже важливо для запобігання гірських ударів. Подальше виймання вугілля, яке обрушилося в виїмкові свердловини, знову здійснюється бурошнековим комплексом по раніше пробуреним свердловинам. Для цього достатньо демонтувати перемичку, що закриває устя свердловини, і встановити в виїмкові свердловини бурошнековий комплекс. Вугілля, що заповнило виїмкові свердловини буде транспортуватися бурошнековим інструментом на штрек і далі - транспортним конвеєром. Але тепер витрати електричної енергії будуть набагато менше, тому що вона не буде витрачатися на руйнування породного та вугільного вибоїв. Це дозволить також збільшити швидкість подачі інструменту в виїмкових свердловинах, що скоротить час на виймання зруйнованого вугілля. Для попередження утворення стійкого склепіння вугілля, що не обрушилося, а також для збільшення повноти виймання і регулювання процесом обвалення, процес знеміцнення вугільного масиву можна активізувати за допомогою штучних методів. Наприклад, підриванням зарядів ВР або нагнітанням води у вугільний масив через свердловини 15 достатнього діаметру, пробурені в потрібному напрямку з існуючих гірничих виробок в зони вугільного масиву, розташовані між підповерховими виробками, над виїмковими свердловинами. Довжина і спрямованість свердловин для активізації знеміцнення вугільного масиву вибирається в кожному конкретному випадку й залежить від різних гірничо-геологічних і гірничотехнічних умов. У разі відпрацювання газоносних вугільних родовищ додатково пробурені свердловини 15 для активізації знеміцнення вугільного масиву можуть бути використані як дегазаційні. Виймання вугілля, що обрушилося, з раніше пробурених свердловин може здійснюватися кількома бурошнековими комплексами, розташованими в різних точках горизонтальної 3 UA 101862 C2 5 підповерхової виробки (штреку) з навантаженням вугілля на єдину транспортну систему. При цьому можлива одночасна робота будь-якої кількості бурошнекових комплексів. Реалізація запропонованого способу дозволить: збільшити видобуток вугілля в 9-11 разів при рівних трудовитратах на застосовуваній техніці; підвищити коефіцієнт виїмки вугілля з пластів до 0,9; значно поліпшити умови праці та знизити травматизм. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 20 1. Спосіб підземної розробки вугільних пластів, що полягає в розподілі виїмкового поля на поверхи та підповерхи проведенням горизонтальних виробок, бурінні виїмкових свердловин для видобутку вугілля з залишенням породного цілика між ними, який відрізняється тим, що виробки, горизонтальні або похилі, проводять в породі ґрунту пласта по простяганню на всю довжину виїмкового поля з залишенням породного прошарку між пластом і бортом виробки, горизонтальні та/або похилі будь-якої форми і розмірів виїмкові свердловини бурять у напрямі пласта до його покрівлі, а після виймання вугілля устя відпрацьованих свердловин герметизують. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що виймання вугілля, яке залишилося у виїмкових свердловинах, здійснюється за допомогою підривання зарядів вибухової речовини або нагнітання рідини після руйнування герметизувальної перемички. 4 UA 101862 C2 Комп’ютерна верстка І. Скворцова 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 5