Спосіб охорони підготовчої виробки

Реферат: Спосіб охорони підготовчої виробки включає зведення слідом за посуванням секцій механізованого кріплення на границі з виробленим простором і виробкою, що охороняється охоронного спорудження, створення в покрівлі на границі з виробленим простором щілини перед зведенням охоронного спорудження й подачу в неї ріжучого елемента. Для зниження тиску на охоронне спорудження й підвищення стійкості гірничої виробки, що охороняється, при зменшенні енергоємності охоронного спорудження, щілину в покрівлі створюють V-подібної в поперечному перерізі форми, з орієнтацією вершини вглиб масиву по осі нормальної до нашарування порід, при цьому кут утворений бічними гранями щілини становить 25-30º, а глибина її становить 0,04-0,06 висоти зависаючої породної консолі, після чого охоронне спорудження створюють комбінованим з опорного й ріжучого елементів, при цьому ріжучий елемент розташовують під щілиною й при установці розпирають у її бічні грані, а опорний елемент щодо ріжучого розташовують із боку виробки, що охороняється. UA 104065 C2 (12) UA 104065 C2 UA 104065 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, і може бути використаний для забезпечення стійкості виробок. Відомий спосіб охорони підготовчих виробок при розробці пластових корисних копалин (UA №59991 А, МПК7 Е2IF 15/00, опубл. 15.09.2003 p.), що включає зведення двошарової бутобетонної смуги розрахункової ширини, із заповненням верхнього шару смуги бетоном на основі портландцементу, здатного розширюватися. Реалізація способу-аналога передбачає застосування як нижнього шару бутобетонної смуги рядової породи, що має велику піддатливість, таким чином, при реалізації способу смуга включиться в роботу й створить високий опір зсуву порід зависаючої породної консолі тільки після вичерпання піддатливості 10-40 % від потужності шару в залежності від ширини смуги, що допускає великі зсуви зависаючої породної консолі з боку виробленого простору, приводить до значної асиметрії зсувів у поперечному перерізі виробки, що охороняється, і не забезпечує її стійкість. Використання як верхнього шару бетону на основі портландцементу, здатного розширюватися, не дозволяє створити високі розпірні тиски, через незначне збільшення обсягу при розширенні портландцементу. Таким чином, технічними засобами відомого способу складно забезпечити обвалення зависаючої породної консолі на межі з виробленим простором і забезпечити стійкість підготовчої виробки, що охороняється. Крім того, технологія зведення верхнього шару з портландцементу, що саморозширюється, не припускає наявності будь якої ізолюючої перемички між шарами, що веде, під час і після його саморозширення, до некерованого тиску на нижній шар - бутову смугу, її роздавлювання, і не забезпечує створення концентрацій напруг у породах покрівлі, що не дозволяє створити примусове обвалення зависаючої породної консолі й забезпечити стійкість підготовчої виробки, що охороняється. Найбільш близьким по технічній суті є спосіб охорони підготовчої виробки (АС СРСР №1301977, E21D11/00, 07.04.1987р.), що включає зведення слідом за посуванням секцій механізованого кріплення, на межі з виробленим простором і виробкою, що охороняється, охоронної споруди з матеріалу, що твердіє, при цьому перед зведенням охоронної споруди на межі з виробленим простором у ґрунті й покрівлі створюють щілини і вдавлюють у них гідростійками ріжучі елементи, а потім створюють 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 заміняють гідростійки на розпірні стійки, замонолічуючи їх в охоронній споруді. Створення щілин у ґрунті й вдавлення в них ріжучих елементів істотно не впливає на геомеханічні процеси навколо виробки, що охороняється, і не забезпечує її стійкість. При реалізації способу найближчого аналога вдавлення ріжучих елементів у щілині виконують за допомогою гідростійок, які мають обмежену силову характеристику, що не створює високі розтягуючі напруги, на контурі щілини, і не забезпечує руйнування порід зависаючої з боку виробленого простору покрівлі по необхідній лінії, це не дозволяє забезпечити стійкість підготовчої виробки, що охороняється. При реалізації способу не визначені параметри створюваних щілин, що не дозволяє врахувати гірничо-геологічні умови розробки, і механізм ініціації й росту магістральної тріщини в зависаючій породній консолі, що не забезпечує стійкість підготовчої виробки, що охороняється. При реалізації способу найближчого аналога при заміні гідростійок на розпірні стійки, відбувається зниження тиску на контур щілини, що знижує контактні напруги між ріжучим елементом і породами, таким чином, якщо необхідне руйнування не було досягнуто в період силового вдавлення ріжучих елементів гідростійками, то через зниження тиску при заміні стійок воно не буде досягнуто в необхідний термін, це не дозволяє забезпечити стійкість підготовчої виробки, що охороняється. При реалізації способу найближчого аналога виконання порожнин у вигляді щілин у покрівлі й ґрунті в умовах міцних порід викликає технологічну складність, тому що їх спорудження механічним способом обмежується міцністю порід на одноосьовий стиск до 60 МПа, а виконання їх за допомогою буровибухових робіт викликає динамічний вплив на породи й приводить до розвитку тріщин і зниженню їхньої стійкості, у тому числі навколо виробки, що охороняється, що підвищує трудомісткість робіт, знижує безпеку, викликає утворення вивалів й не дозволяє забезпечити стійкість підготовчої виробки, що охороняється. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення способу охорони підготовчої виробки, у якому за рахунок раціональних параметрів щілини й постійно зростаючого тиску на бічні грані, досягається обвалення породної консолі над охоронним спорудженням на границі з виробленим простором, що дозволяє підвищити стійкість гірничої виробки, що охороняється при зменшенні енергоємності охоронного спорудження. 1 UA 104065 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Поставлена задача вирішується тим, що в способі охорони підготовчої виробки, що включає зведення слідом за посуванням секцій механізованого кріплення на границі з виробленим простором і виробкою, що охороняється охоронного спорудження, створення в покрівлі на границі з виробленим простором щілини перед зведенням охоронного спорудження й подачу в неї ріжучого елемента, відповідно до винаходу, щілину в покрівлі створюють V-подібної в поперечному перерізі форми, з орієнтацією вершини вглиб масиву по осі нормальній до нашарування порід, при цьому кут утворений бічними гранями щілини становить 25-30°, а глибина її становить 0,04-0,06 висоти зависаючої породної консолі, після чого охоронне спорудження створюють комбінованим з опорного й ріжучого елементів, при цьому ріжучий елемент розташовують під щілиною й при установці розпирають у її бічні грані, а опорний елемент щодо ріжучого розташовують із боку виробки, що охороняється. Доцільно щілину в покрівлі створювати за допомогою невибухових руйнуючих матеріалів (НРМ), поміщених у попередньо пробурені шпури, при цьому як опорний елемент охоронного спорудження застосовувати литу смугу або смугу із блоків БЗБТ, а як ріжучий елемент використовувати окремо установлені охоронні конструкції або конструкції у вигляді суцільної смуги, при цьому розпір ріжучого елемента в щілину здійснювати за рахунок збільшення в обсязі невибухового руйнівного матеріалу поміщеного в контейнер. Виконання щілини в покрівлі V-подібної в поперечному перерізі форми, з орієнтацією вершини вглиб масиву по осі нормальної до нашарування порід, і кутом, утвореним бічними гранями щілини 25-30°, при її глибині 0,04-0,06 висоти зависаючої породної консолі, дозволяє при вдавленні розпірного елемента, забезпечити ріст магістральної тріщини по необхідній лінії за рахунок концентрації розтягуючих напруг у вершині щілини, що дозволить обвалити зависаючу породну консоль, знизити навантаження на опорний елемент охоронного спорудження й забезпечити стійкість виробки. Створення кута між бічними гранями щілини менш 25°, достатньо складно здійснити технічно, у той же час його зменшення приводить до необхідності підвищення міцності матеріалу розпірного елемента, що викликає додаткові необгрунтовані витрати на реалізацію способу. Збільшення кута між бічними гранями щілини більше 30° приводить до підвищення енергоємності руйнування, що вимагає більш високих розпірних зусиль і приводить до збільшення часу руйнування породи у вершині щілини, що викликає зниження стійкості виробки. Якщо глибина щілини становить менш 0,04 висоти зависаючої породної консолі виникаючі у вершині щілини розтягуючі напруги, не забезпечують ріст магістральної тріщини який приведе до обвалення породної консолі. При виконанні щілиниглибиною більше 0,06 висоти зависаючої породної консолі потрібні додаткові необґрунтовані витрати на її спорудження, що підвищує матеріальні й трудові витрати на реалізацію пропонованого способу. Створення охоронного спорудження комбінованим з опорного й ріжучого елементів, коли ріжучий елемент розташовують під щілиною й при установці розпирають у її бічні грані, а опорний елемент щодо ріжучого розташовують з боку виробки, що охороняється, дозволяє розділити функції охоронного спорудження - обрізання породної консолі й підтримки біляштрекових порід, що дає можливість забезпечити обвалення зависаючої породної консолі активним впливом ріжучого елемента, після чого за допомогою опорного елемента зменшеної несучої здатності, підтримати породи на границі з виробленим простором, що дозволяє забезпечити стійкість виробки, що охороняється при зменшенні енергоємності охоронного спорудження. Створення щілини за допомогою невибухових руйнуючих матеріалів дозволяє виконати щілину необхідних геометричних параметрів у породах будь-якої міцності без динамічного впливу на них зі збереженням природної несучої здатності біляштрекового масиву, що дозволяє забезпечити стійкість виробки, що охороняється. Використання як ріжучого елементу окремо встановлених охоронних конструкцій або конструкцій у вигляді суцільної смуги, розпір яких у щілину здійснюється за рахунок збільшення в обсязі невибухового руйнуючого матеріалу поміщеного в контейнер, дозволяє створити постійно наростаючий тиск до 50 МПа на контур щілини, це приводить до концентрації розтягуючих напруг у її вершині, що дозволяє ініціювати ріст тріщини, створити спрямоване руйнування порід над охоронним спорудженням і забезпечити стійкість виробки, що охороняється. Суть способу пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 показаний план ділянки сполучення лави з підготовчою виробкою, на фіг. 2 - поперечний розріз А-А, на фіг. 3 - поперечний розріз ББ по охоронному спорудженню. На фігурах зависаюча породна консоль - 1, механізоване кріплення - 2, щілина - 3, опорний елемент охоронного спорудження - 4, ріжучий елемент охоронного спорудження - 5, виробка, 2 UA 104065 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 що охороняється - 6, шпури - 7, патрон з невибуховим руйнівним матеріалом - 8, контейнер з невибуховим руйнівним матеріалом - 9. Спосіб, що заявляється, здійснюють таким чином. У зависаючій породній консолі 1 за заднім рядом стійок механізованого кріплення 2 споруджують щілини 3 V-подібної в поперечному перерізі форми, з орієнтацією вершини вглиб масиву по осі, нормальній до нашарування порід, і кутом утвореним бічними гранями щілини 2530°, при її глибині 0,04-0,06 висоти зависаючої породної консолі 1. Після чого зводять охоронне спорудження, яке складається з опорного 4 і ріжучого 5 елементів, при цьому ріжучий елемент 5 розташовують під щілиною 3 і при установці розпирають у її бічні грані, а опорний елемент 4 щодо ріжучого 5 розташовують із боку виробки, що охороняється 6. При цьому щілини 3 споруджують шляхом буріння шпурів 7 у покрівлю, заповнення шпурів патронами з невибуховим руйнуючим матеріалом 8. У процесі збільшення в обсязі НРМ у патроні 8, він створює тиск на стінки шпурів 7 і робить відкол породи зависаючої консолі 1 убік вільної поверхні, утворена при цьому порожнина є щілиною 3, з необхідними параметрами. При цьому як ріжучий елемент 5 використовують окремо установлені охоронні конструкції або конструкції у вигляді суцільної смуги, а розпір верхньої частини ріжучого елемента 5 у щілину 3 здійснюють за рахунок збільшення в обсязі, у процесі гідратації, невибухового руйнуючого матеріалу поміщеного в контейнер 9. Тиск на контур щілини 3 зростає при саморозширенні НРМ у контейнері 9, що викликає концентрацію розтягуючих напруг у вершині щілини 3, ініціацію росту магістральної тріщини, розвиток якої приводить до обвалення породної консолі 1 з боку виробленого простору, це знижує навантаження на опорний елемент 4, що забезпечує підтримку порід на границі з виробленим простором, і дозволяє забезпечити стійкість виробки, що охороняється 6. Приклад реалізації способу. Спосіб був реалізований при відпрацюванні вугільного шару потужністю 1,15 м лавою по простяганню, на глибині 820 м механізованим комплексом 2МКД-90. Породи покрівлі були представлені піщаником дрібнозернистим з межею міцності на одноосьовий стиск 70 МПа, потужністю 7 м. Після виймання вугілля, пересунення секції механізованого кріплення на ділянці сполучення з конвеєрним штреком у покрівлю в площині, нормальної до нашаруванняназустріч один одному, бурили шпури діаметром 43 мм довжиною 0,35 м, із кроком 0,25 м, при цьому кут між осями шпурів становив 30°. У кожний шпур поміщали патрон із НРМ довжиною 0,3 м, і фіксували його в шпурі. У процесі гідратації НРМ він збільшувався в обсязі й створював тиск через оболонку патрона на стінки шпура, що приводило до відколу породи й утворенню в покрівлі щілини V-подібної в поперечному перерізі форми, з орієнтацією вершини вглиб масиву по осі нормальній до нашарування порід, і кутом утвореним бічними гранями щілини 30°, при її глибині 0,05 висоти зависаючої породної консолі. Після чого зводили охоронне спорудження. Спочатку під щілиною споруджували ріжучий елемент у вигляді блоків БЗБТ установлюваних із кроком 0,8 м. При установці під верхній блок БЗБТ поміщали контейнер із НРМ, при цьому верхній блок БЗБТ установлювали впритул до бічних граней щілини. У процесі гідратації НРМ, поміщеного в контейнер, він збільшувався в обсязі й вдавлював верхній блок БЗБТ у покрівлю, що приводило до концентрації розтягуючих напруг у вершині щілини. Після цього зводили опорний елемент охоронного спорудження у вигляді суцільної смуги із блоків БЗБТ. Після пересунення секцій механізованого кріплення, при веденні робіт з виймання вугілля, відбувався вигин породної консолі, що приводило до росту магістральної тріщини по лінії, співпадаючій з вершиною щілини, і обваленню породної консолі. Опорний елемент охоронного спорудження при цьому підтримував породи покрівлі на границі з виробленим простором, що дозволило забезпечити стійкість виробки, що охороняється, і привело до зменшення зсувів в її порожнину на ділянці за очисним вибоєм на 35 %. Реалізація пропонованого способу забезпечує обвалення породної консолі над охоронним спорудженням на границі з виробленим простором, що дозволяє знизити тиск на охоронне спорудження й підвищити стійкість гірничої виробки, що охороняється при зменшенні енергоємності охоронного спорудження. 55 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 60 1. Спосіб охорони підготовчої виробки, що включає зведення слідом за посуванням секцій механізованого кріплення на границі з виробленим простором і виробкою, що охороняється, охоронного спорудження, створення в покрівлі на границі з виробленим простором щілини 3 UA 104065 C2 5 10 15 перед зведенням охоронного спорудження й подачу в неї ріжучого елемента, який відрізняється тим, що щілину в покрівлі створюють V-подібної в поперечному перерізі форми, з орієнтацією вершини вглиб масиву по осі нормальної до нашарування порід, при цьому кут, утворений бічними гранями щілини, становить 25-30º, а глибина її становить 0,04-0,06 висоти зависаючої породної консолі, після чого охоронне спорудження створюють комбінованим з опорного й ріжучого елементів, при цьому ріжучий елемент розташовують під щілиною й при установці розпирають у її бічні грані, а опорний елемент щодо ріжучого розташовують із боку виробки, що охороняється. 2. Спосіб охорони підготовчої виробки за п. 1, який відрізняється тим, що щілину в покрівлі створюють за допомогою невибухових руйнівних матеріалів, поміщених у попередньо пробурені шпури. 3. Спосіб охорони підготовчої виробки за п. 1, який відрізняється тим, що як опорний елемент охоронного спорудження використовують литу смугу або смугу із блоків БЗБТ. 4. Спосіб охорони підготовчої виробки за п. 1, який відрізняється тим, що як ріжучий елемент використовують окремо установлені охоронні конструкції або конструкції у вигляді суцільної смуги. 5. Спосіб охорони підготовчої виробки за п. 1, який відрізняється тим, що розпір ріжучого елемента в щілину здійснюють за рахунок збільшення в обсязі невибухового руйнівного матеріалу, поміщеного в контейнер. 4 UA 104065 C2 5 UA 104065 C2 Комп’ютерна верстка М. Мацело 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 6