Спосіб проведення гірничих виробок

Реферат: Спосіб проведення гірничих виробок включає виймання корисної копалини, наступну відбійку вміщуючих порід і їх навантаження. Відбійку вміщуючих порід здійснюють шляхом буріння шпурів і розміщення в них невибухових руйнуючих речовин. Шпури бурять рядами, розташованими паралельно площині оголення, утвореній в результаті виймання корисної копалини. Відстань між рядами шпурів залежить від коефіцієнта розукріплення вміщуючих порід, тиску невибухової руйнуючої речовини на стінки шпуру, радіуса шпура, межі міцності вміщуючих порід на одноосьове розтягання та коефіцієнта структурного ослаблення вміщуючих порід. Відстань між шпурами в ряді й шпурами контуру виробки залежить від радіуса шпуру, тиску невибухової руйнуючої речовини на стінки шпура та межі міцності вміщуючих порід на одноосьове розтягання. UA 98726 C2 (12) UA 98726 C2 UA 98726 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Винахід належить до гірничої справи, а саме до способів проведення гірничих виробок по неоднорідних породах, і може бути реалізований при роздільному вийманні корисної копалини й порід, що її вміщують, а також при проведенні підготовчих виробок слідом за лавою при суцільних і комбінованих системах розробки. Відомий буровибуховий спосіб проведення гірничих виробок [Картозия Б.А., Федунец Б.И., Шуплик М.Н. и др. Шахтное и подземное строительство: Учеб. для вузов. - М.: Изд-во Академии горных наук, 2001. - Т.1. - С. 514], що включає буріння врубових, допоміжних, відбійних і оконтурювальних шпурів, заряджання їх вибуховими речовинами з набійкою й послідовне висадження, починаючи із врубових і закінчуючи оконтурювальними шпуровими зарядами, навантаження гірничої маси. При реалізації цього способу відбувається розукріплення приконтурних порід при висадженні оконтурювальних шпурів, що викликає зниження стійкості й несучої здатності порід, які вміщують виробку. Це викликає активізацію зсувів порід у порожнину виробки й призводить до зниження її стійкості. Також відомий комбайновий спосіб проведення гірничих виробок [Картозия Б.А., Федунец Б.И., Шуплик М.Н. и др. Шахтное и подземное строительство: Учеб. для вузов. М.: Изд-во Академии горных наук, 2001. -Т.1. - С. 506-513], що включає руйнування гірничої маси за допомогою виконавчого органа прохідницького комбайна і її навантаження. Для реалізації цього способу необхідно придбання й обслуговування дорогого устаткування, спосіб може ефективно застосовуватися тільки при міцності порід по шкалі проф. М.М. Протодьяконова до 6 одиниць. Найбільш близьким по технічній суті є спосіб проведення гірничих виробок [Черняк И.Л, Ярунин С.А., Бурчаков Ю.И. Технология и механизация подземной добычи угля, учебник для вузов. – М.: Недра, 1981. - С. 60-61], що включає виймання корисної копалини, наступну вибухову відбійку вміщуючих порід, і їхнє навантаження. Загальними ознаками описаного способу проведення гірничих виробок і того, що заявляється, є виймання корисної копалини, наступна відбійка вміщуючих порід, і їхнє навантаження. Динамічний вплив на породи при висадженні оконтурюючих шпурів, при реалізації способу найближчого аналога призводить до розвитку природної тріщинуватості і виникнення нових тріщин, розпушення, розукріплення вміщуючих порід, що спричиняє зниження їх стійкості й несучої здатності, посилення конвергенції й передчасну деформацію кріплення і активізацію здимання ґрунту виробки. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення способу проведення гірничих виробок, у якому за рахунок квазистатичного впливу на гірські породи досягається їх руйнування зі збереженням природної міцності й несучої здатності порід приконтурної зони, що дозволяє мінімізувати розшарування порід покрівлі й ґрунту і забезпечити стійкість гірничої виробки, яка споруджується, зі збереженням темпів її проведення. Поставлена задача вирішується тим, що в способі проведення гірничих виробок, що включає виймання корисної копалини, наступну відбійку вміщуючих порід, і їх навантаження, відповідно до винаходу, відбійку вміщуючих порід здійснюють шляхом буріння шпурів і розміщення в них невибухових руйнуючих речовин (НРР), при цьому шпури бурять рядами, розташованими паралельно площині оголення, утвореної в результаті виймання корисної копалини, з відстанню між рядами шпурів, яка визначається з формули: a  2k p P r2 C  p ,м де k p - коефіцієнт розукріплення вміщуючих порід, яке викликане розвантаженням масиву в 50 результаті попереднього виймання корисної копалини, який враховує час що минув між вийманням корисної копалини й заряджанням шпурів; P - тиск невибухової руйнуючої речовини на стінки шпуру, МПа; r - радіус шпуру, м; p - межа міцності вміщуючих порід, на одноосьове розтягання, МПа; C - коефіцієнт структурного ослаблення вміщуючих порід, а відстань між шпурами в ряду й шпурами контуру виробки визначають з формули:  11 P , b  (r  0,08r )    0,5   p  55 1  1,19  ,м    Доцільно довжину шпурів приймати в діапазоні 0,5-3 м. 1 UA 98726 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Відбійка вміщуючих порід, ведеться шляхом буріння шпурів і розміщення в них НРР, які саморозширюються, за рахунок чого досягають руйнування порід у вибої виробки. Буріння шпурів рядами, які розташовані паралельно площині оголення, утвореної в результаті виймання корисної копалини, забезпечує рівномірне руйнування порід у перерізі виробки, при цьому визначення відстаней між рядами шпурів і відстаней між шпурами в ряді й шпурами контуру виробки з урахуванням коефіцієнта розукріплення порід, викликаного розвантаженням масиву в результаті попереднього виймання корисної копалини й враховуючого час, що минув між вийманням корисної копалини й заряджанням шпурів, тиску НРР на стінки шпуру, радіуса шпуру, межі міцності породи на одноосьове розтягання, коефіцієнта структурного ослаблення, дозволяє врахувати утворення зони розвантаження навколо порожнини, утвореної в результаті виймання вугілля, закономірність передачі тиску від стінок шпуру із НРР углиб масиву, забезпечує поетапне руйнування порід міжряддя за рахунок розтягуючих напруг, і зсув їх у бік розвантаженої порожнини, при цьому законтурні породи залишаються непорушеними, що сприяє забезпеченню стійкості гірничої виробки, що споруджується. Довжина шпуру для розміщення НРР повинна становити 0,5-3,0 м. Скорочення довжини шпуру менше 0,5 м призводить до того, що поле напруг навколо шпуру із НРР відрізняється від циліндричного, і необхідний тиск для руйнування порід не створюється, крім того, знижуються темпи проведення гірничої виробки. Збільшення довжини шпуру більше 3 м пов'язане з необхідністю виймання корисної копалини в незакріпленій зоні довжиною більше 3 м, що сприяє розшаруванню порід безпосередньої покрівлі й може призвести до обвалення порід у порожнину, утворену вийманням корисної копалини, це підвищує травматизм і аварії при веденні робіт. Суть способу пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 показана схема обробки вибою в поперечному перерізі, на фіг. 2 - поздовжній розріз привибійної частини виробки, що проводиться. На кресленнях: 1 - корисна копалина, 2 - виробка, що проводиться, 3 - шпури, 4 - вміщуючі породи, 5 - площина оголення, утворена в результаті виймання корисної копалини, 6 невибухова руйнуюча речовина. Спосіб, що заявляється, може здійснюватися при вийманні корисної копалини як механічним, так і буровибуховим способом. У випадку виймання корисної копалини за допомогою буровибухових робіт, спочатку бурять й висаджують врубові і оконтурювальні шпури, по корисній копалині, це призводить до високого ступеня дроблення корисної копалини, засміченню її породою, що викликає зниження відпускної ціни. Виймання корисної копалини механічним способом дозволяє одержати її високу сортність, забезпечує виймання без присічки бічних порід, що знижує експлуатаційну зольність корисної копалини. При проведенні гірничої виробки по неоднорідних породах, наприклад, механічним способом ведуть виймання корисної копалини 1 у поперечному перерізі виробки 2, що проводиться, на величину 0,5-3 м, і його навантаження на засіб транспорту. Після чого здійснюють буріння шпурів 3, довжиною 0,5-3 м у вміщуючі породи 4, що підлягають руйнуванню. При цьому шпури 3 бурять рядами, розташованими паралельно площині оголення 5, утвореної в результаті виймання корисної копалини 1, з відстанню між рядами шпурів, яка визначається з формули: a  2k p P r2 C  p ,м де k p - коефіцієнт розукріплення вміщуючих порід 2, яке викликане розвантаженням масиву 50 в результаті попереднього виймання корисної копалини 1, який враховує час, що минув між вийманням корисної копалини 1 й заряджанням шпурів 3; P - тиск невибухової руйнуючої речовини на стінки шпуру 3, МПа; r - радіус шпуру, 3 м; p - межа міцності вміщуючих порід 4 на одноосьове розтягання, МПа; C - коефіцієнт структурного ослаблення вміщуючих порід 4, а відстань між шпурами в ряду й шпурами контуру виробки визначають з формули: 55  11 P , b  (r  0,08r )    0,5   p  1  1,19  ,м .    2 UA 98726 C2 5 10 15 Після чого в пробурені шпури 3 розміщують невибухову руйнуючу речовину 6, на довжину не менше 0,9 довжини шпуру. У процесі протікання реакції гідратації НРР 6 створює квазистатичний тиск на стінки шпуру 3. При розвитку напруг від саморозширення НРР вище межі міцності вміщуючих порід відбувається їхнє руйнування й зсув у порожнину, утворену вийманням корисної копалини. Після чого прибирають породу і навантажують її на засоби транспорту. Виробку закріплюють, після чого операції повторюються. Приклад. Спосіб був реалізований при проведенні конвеєрного штреку на глибині 1050 м змішаним породовугільним вибоєм. Породи в перерізі виробки були представлені вугіллям потужністю 1,2 м з межею міцності 1,5 по шкалі проф. М.М. Протодьяконова, розташованим у середній частині перерізу виробки, у безпосередній покрівлі розташовувався піщаний сланець потужністю 4,9 м і міцністю 6 по шкалі проф. М.М. Протодьяконова, у ґрунті - монолітний пісковик потужністю 5,5 м і міцністю 9 по шкалі проф. MM. Протодьяконова. Виймання вугілля вели механічним способом за допомогою відбійних молотків, величина західки становила 1 м. Після навантаження вугілля породонавантажувальною машиною 2ПНБ-2 у вагонетки за допомогою навісного бурильного встаткування у вміщуючі породи, бурили шпури довжиною 1 м рядами, розташованими паралельно площині оголення, утвореної в результаті виймання вугілля. При цьому відстань до першого ряду шпурів у покрівлі шару становила a  2k p r 2 ,м , P C  p 20 де k p - коефіцієнт розукріплення вміщуючих порід, яке викликане розвантаженням масиву в 25 результаті попереднього виймання корисної копалини, який враховує час, що минув між вийманням корисної копалини й заряджанням шпурів, 1,5; P - тиск невибухової руйнуючої речовини на стінки шпуру, 80МПа; r - радіус шпуру, 0,043 м; p - межа міцності вміщуючих порід на одноосьове розтягання, 6МПа; C - коефіцієнт структурного ослаблення вміщуючих порід, 0,35; a  2  1,5 80 0.0432  0,4 м , 0,35  6 відстань до першого ряду шпурів у підошві шару a  2  1,45 80 30 0.0432  0,3 м, 0,4  9 відстань між іншими рядами шпурів в покрівлі шару a  2  1 80 0.0432  0,26 м , 0,35  6 відстань між іншими рядами шпурів у підошві шару a  2  1 80 0.0432  0,2 м, 0,4  9 а відстань між шпурами в ряду і шпурами контуру виробки в покрівлі шару складала: 1 35  1,1 80  1,19  b  (0.043  0,08  0.043)    0,68 м ,  0,5 6    відстань між шпурами в ряду і шпурами контуру виробки у підошві шару: 1  1,1 80  1,19  b  (0.043  0,08  0.043)    0,48 м .  0,5 9    40 45 Після чого в пробурені шпури на довжину 0,9 м розміщували невибухову руйнуючу речовину НРР-80, поміщену в поліетиленові ампули. У процесі протікання реакції гідратації невибухова руйнуюча речовина створювала квазистатичний тиск на стінки шпуру. При розвитку напруг від саморозширення НРР вище межі міцності вміщуючих порід, відбувалося їхнє почергове руйнування в напрямку від розвантажувальної порожнини до контуру виробки, і зсув у порожнину утворену вийманням вугілля. Після чого зруйновані породи прибирали з вибою й вантажили за допомогою породонавантажувальної машини 2ПНБ-2 у вагонетки. Виробку закріплювали металевим арковим кріпленням. 3 UA 98726 C2 Реалізація пропонованого способу проведення гірничих виробок за рахунок квазистатичного впливу на гірські породи дозволяє досягти їх гарантованого руйнування, при цьому зберегти природну міцність і несучу здатність порід приконтурної зони, що дозволяє забезпечити стійкість гірничої виробки, що споруджується, при збереженні темпів її проведення. 5 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 1. Спосіб проведення гірничих виробок, що включає виймання корисної копалини, наступну відбійку вміщуючих порід і їх навантаження, який відрізняться тим, що відбійку вміщуючих порід здійснюють шляхом буріння шпурів і розміщення в них невибухових руйнуючих речовин, при цьому шпури бурять рядами, розташованими паралельно площині оголення, утвореній в результаті виймання корисної копалини, з відстанню між рядами шпурів, яка визначається з формули: a  2k p ,м , r P 2 C  p 15 де k p - коефіцієнт розукріплення вміщуючих порід, яке викликане розвантаженням масиву в 20 результаті попереднього виймання корисної копалини, який враховує час, що минув між вийманням корисної копалини й заряджанням шпурів; P - тиск невибухової руйнуючої речовини на стінки шпуру, МПа; r - радіус шпуру, м; p - межа міцності вміщуючих порід на одноосьове розтягання, МПа; C - коефіцієнт структурного ослаблення вміщуючих порід, а відстань між шпурами в ряді й шпурами контуру виробки визначають з формули:  11 P , b  (r  0,08r )     0,5 p  1  1,19  ,м ,    2. Спосіб за п. 1, який відрізняться тим, що довжина шпуру знаходиться в діапазоні 0,5–3 м. 4 UA 98726 C2 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 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