Способ отработки угольных пластов

(51) 21 41/18 (2009.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Техническим результатом изобретения является повышение устойчивости подготовительных выработок в сложных горно-геологических условиях. Для достижения технического результата в способе отработки угольных пластов, включающем формирование выемочных столбов проведением подготовительных и нарезных выработок, выемку угля в выемочных столбах одинарными и спаренными лавами, причем сначала отрабатывают одинарную лаву и определяют границы зоны опорного давления,согласно изобретению,выемочные столбы, отрабатываемые одинарными лавами, размещают с чередованием со столбами,отрабатываемыми спаренными лавами, при этом ширину последних столбов принимают равными не менее удвоенного значения ширины зоны опорного давления от столбов одинарных лав, которую определяют по формуле оп.д.0,3 (1 Н)0,5, м,где 1 - ширина столба, отрабатываемого одинарной лавой, м Н - глубина ведения очистных работ, м- плотность горных пород, т/м 3 посредине каждого выемочного столба со спаренными лавами проводят выработку,параллельную выемочным выработкам, а очистные забои спаренных лав выдерживают на одной линии.(72) Болгожин Шабдан Абдул-Гаппарович Клиновицкий Федор Иосифович Сыздыков Максат Мусаевич(73) Дочернее государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Институт горного дела им. Д.А. Кунаева Республиканского государственного предприятия Национальный центр по комплексной переработке минерального сырья Республики Казахстан(54) СПОСОБ ОТРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ(57) Изобретение относится к подземной разработке угольных месторождений и может быть использовано при подготовке и отработке пологопадающих пластов средней мощности в условиях неустойчивых вмещающих породах на глубоких горизонтах. 17575 Изобретение относится к подземной разработке угольных пластов и может быть использовано при подготовке и отработке пластов пологого залегания средней мощности в сложных горно-геологических условиях, например, для поддержания выемочных выработок в неустойчивых вмещающих породах на большой глубине, когда главенствующим фактором,определяющим их устойчивость, является горное давление. Известен способ выемки пологих угольных пластов одинарными лавами, когда выемочный участок оконтурен подготовительными выработками и разрезной печью. По этой технологической схеме подготовки столбы отрабатывают в шахматном порядке через один столб,вследствие чего на шахтном поле периодически оказывается один неотработанный столб (Бурчаков А.С., Жежелевский Ю.А., Ярунин С.А. Технология и механизация подземной разработки пластовых месторождений. М. Недра, 1989, с. 192-193, рис. 18.4). Основным недостатком этого способа является интенсивное воздействие горного давления на конвейерный и вентиляционный штреки неотработанных столбов, что приводит к резкому снижению их устойчивости в процессе очистной выемки угля. Известен также способ разработки угольных пластов длинными столбами по падению(восстанию) спаренными лавами, включающий проведение двух участковых подготовительных выработок на границах выемочного участка и одной промежуточной выработки в ее средней части. Обе лавы отрабатывают подготовленный к разработке столб последовательно в режиме постоянного сохранения расстояния между ними в пределах 3-4 м (Бурчаков А.С., Жежелевский Ю.А.,Ярунин С.А. Технология и механизация подземной разработки пластовых месторождений. М. Недра,1989, с. 194-195, рис. 18.6). К недостатку данного способа относится значительное отрицательное взаимное влияние спаренных лав из-за необоснованной их длины,которое вызывает увеличение значения горного давления на крепь промежуточной выработки. В результате происходит уменьшение ее несущей способности, а также сокращение размеров по периметру поперечного сечения штрека, что приводит к преждевременному выходу выработки из эксплуатации. Наиболее близким по технической сущности является способ выемки пологих угольных пластов,когда в выемочном столбе проходят подготовительные и нарезные выработки. Отработку подготовленного к выемке столба начинают одинарной короткой лавой с одновременным определением параметров зоны опорного давления. Затем отработку пласта осуществляют спаренными отстающей и опережающей лавами разной длины с расстоянием между ними, равными расстоянию от забоя до максимума заднего фронта зоны опорного давления. Причем длина отстающей лавы значительно больше длины отрабатываемых 2 одинарной и опережающих лав (А. с.1789694, кл. Е 21 41/18, 1993). Недостатками прототипа являются под действием высокой концентрации горного давления происходит интенсивное смещение пород,приводящее к резкому уменьшению площади поперечного сечения пластовых выработок, их размеров и форм необходимость проведения,особенно в зоне опорного давления, большого объема ремонтно-восстановительных работ по выпуску пород кровли,замене сильно деформированных рам крепи, что приводит к нарушению синхронных работ очистных забоев. Кроме того, при отработке выемочных столбов спаренными лавами отставание их забоев составляет 8-14 м. На таком расстоянии процесс оседания подработанных первой спаренной лавой слоев пород кровли уже получил развитие, что затрудняет поддержание в эксплуатационном состоянии выработки сопряжения. Зона опорного давления впереди забоя при отставании 8-14 м остается единой для двух лав. Разделение зоны опорного давления на две независимые происходит только тогда, когда отставание забоев будет более половины ширины выемочного столба. Но в этом случае это уже две отдельные независимые лавы. Проходка второго выемочного столба шириной,равной первому выемочному столбу, приводит к условию, когда стационарное опорное давление от первого выемочного столба оказывает негативное воздействие на выработку между вторым и третьим выемочными столбами, что снижает ее устойчивость. Задача настоящего изобретения - повышение эффективности и безопасности очистных работ. Техническим результатом является увеличение устойчивости подготовительных выработок в сложных горно-геологических условиях путем управления шириной и порядком отработки выемочного столба. Для достижения технического результата в способе отработки угольных пластов, включающем формирование выемочных столбов проведением подготовительных и нарезных выработок, выемку угля в выемочных столбах одинарными и спаренными лавами, причем сначала отрабатывают одинарную лаву и определяют границы зоны опорного давления,согласно изобретению,выемочные столбы, отрабатываемые одинарными лавами, размещают с чередованием со столбами,отрабатываемыми спаренными лавами, при этом ширину последних столбов принимают равными не менее удвоенного значения ширины зоны опорного давления от столбов одинарных лав, которую определяют по формуле оп.д.0,3(1)0,5, м,где 1 - ширина столба, отрабатываемого одинарной лавой, м Н - глубина ведения очистных работ, м- плотность горных пород, т/м 3 посредине каждого выемочного столба со спаренными лавами проводят выработку, 17575 параллельную выемочным выработкам, а очистные забои спаренных лав выдерживают на одной линии. При планировании раскройки шахтного поля чрезвычайно важно принять рациональную ширину и последовательность разработки выемочного столба. Анализ научно-технической информации к настоящему времени выявил отсутствие обоснованных рекомендаций относительно оптимальной ширины и очередности отработки столба по требованию устойчивости подготовительных выработок, которое в условиях неустойчивости вмещающих пород является определяющим фактором, положительно влияющим на эффективность и безопасность очистных работ. Многочисленные существующие рекомендации не учитывают параметры опорного давления, от которых зависит необходимая ширина и порядок отработки столба. Вместе с тем устойчивость горных выработок определяется параметрами опорного давления,которое зависит не только от горно-геологических,но также от технологических и горнотехнических параметров,задаваемых человеком. Такие параметры, как ширина и последовательность выемки столбов должны соответствовать горногеологическим условиям, в которых ведется отработка угольного пласта, чтобы максимально снизить негативное воздействие горного давления на эксплуатационное состояние подготовительных выработок. В предлагаемом решении при отработке угольных пластов через один столб выработки,поддерживаемые на границе с выработанным пространством будут испытывать со временем все меньшее влияние от напряженного состояния подработанной толщи. Полностью обрушенные породы после их интенсивного уплотнения получают опору на почву позади очистного забоя,что позволит ослабить горное давление до минимального значения. Ширина выемочного столба значительно влияет на формирование опорного давления, которое создается массой пород, потерявших опору на почву пласта. Его возрастание зависит от увеличения объема пород и ширины столба и будет продолжаться до тех пор, пока размер отработки не достигнет двойного значения протяженности зоны опорного давления (2 оп.д.). В этом случае в середине отработанной площади создается зона уплотнившихся пород, способных воспринять на себя большую часть нагрузки от подработанных горных пород, а затем передать вес всей налегающей толщи на почву выработанного пространства,что позволит уменьшить концентрацию напряжений на выемочные выработки. При отработке пласта спаренными лавами устойчивость общей выработки зависит от двух факторов места ее проведения и расстояния между очистными забоями. Расположение этой выработки на равном удалении от границ выработанных пространств с двух сторон, основывается на общей оптимальной ширине выемочного столба. Ширина каждого из очистных забоев принимается больше зоны проявления опорного давления (оп.д) от выемки столбов одинарных лав. Благодаря своему расположению по середине общей ширины столба в нетронутом массиве и вне зоны действия горного давления указанная выработка при ведении очистных работ не будет подвергаться напряжениям. Расположение спаренных лав по одной линии исключает взаимное влияние подработанных пород обеих лав на формирование горного давления, что благоприятно отражается на эффективности и безопасности очистных работ. На протяжении многих лет Институт горного дела им. Д.А. Кунаева Республики Казахстан проводил длительные инструментальные наблюдения за физическими процессами,происходящие в массиве, а также за кинематикой оседания и уплотнения подработанной толщи пород от уровня горных работ до земной поверхности. Дополнительно в пластовых выработках, прилегающих к очистным забоям, закладывались подземные наблюдательные станции, состоящие из глубинных и контурных реперов для изучения процессов перераспределения напряжений, смещений и деформирования вмещающих пород. Эти комплексные исследования охватывали экспериментальные участки в широком диапазоне изменения горно-геологических,технологических и горнотехнических условий на шахтах Карагандинского угольного бассейна. Полученные закономерности процессов сдвижения, длительного уплотнения и напряженно-деформированного состояния горных пород послужили основой для расчета параметров опорного давления. Результаты обработки натурных данных свидетельствуют, что на параметры зоны опорного давления за контуром отработанной площади решающее влияние оказывают ширина выемочного столба (1),глубина разработки очистных работ (Н) и плотность окружающих выработок горных пород . Эмпирическая зависимость зоны проявления опорного давления от указанных факторов имеет вид оп.д.0,30(1)0,5, м. где 1 - ширина столба, отрабатываемого одинарной лавой, м Н - глубина ведения очистных работ, м- плотность горных пород, т/м 3. В основу формирования горных работ необходимо закладывать управление технологическими параметрами при соблюдении условий, приведенных выше, способствующих повышению устойчивости пластовых выработок при длительной их эксплуатации. При этом необходимо- проводить очистные работы в спаренных лавах через один столб только после окончания производственных процессов в смежных одинарных лавах- ширину выемочного столба, отрабатываемого спаренными лавами, принимать больше двойной 3 17575 величины протяженности зоны опорного давления от выемки угля в одинарных лавах (2/2 оп.д.)- общую выработку между двумя лавами в выемочном столбе располагать на равном удалении от границ выработанных пространств двух одинарных лав на расстоянии, превышающем значение ширины зоны проявления опорного давления на флангах каждого из очистных забоев- добычные работы проводить в спаренных лавах в створе. На фигуре изображена схема реализации способа отработки угольного пласта в сложных горногеологических условиях на большой глубине, на которой обозначены 1,7 - одинарные лавы 4 спаренные лавы 2, 3, 5, 6, 8 - пластовые подготовительные выработки. Предлагаемая технология выемки пологопадающего угольного пласта в неустойчивых вмещающих породах на глубоких горизонтах осуществляется в следующей последовательности. Вначале нарезают столб отрабатываемой одинарной лавой 1 путем проведения подготовительных выработок 2 и 3. Выработку 2 погашают позади забоя одинарной лавы 1 по мере ее подвигания, а выработку 3 сохраняют для повторного использования при выемке угля в смежном столбе. По окончании добычных работ в столбе одинарной лавой 1 приступают к формированию горных работ на шахтном поле. С этой целью оставляют место в неотработанном пространстве массива для столба, который будет отрабатываться спаренными лавами 4. Расстояние между двумя одинарными лавами 1 и 7 должно соответствовать ширине спаренных лав 4, которая принимается не менее двойного значения протяженности опорного давления от выемки угля одинарной лавой 1,вытекающей из условия 22 оп.д. Исходя из этого,расчетным путем определяют параметры проявления опорного давления по формуле оп.д.0,30(1)0,5, м. где 1 - ширина столба, отрабатываемого одинарной лавой, м Н - глубина ведения очистных работ, м- плотность горных пород, т/м 3. Только после окончательного выбора ширины спаренных лав 4 приступают к нарезке пластовых выработок 5 и 6 в толще массива, которые после завершения производственных процессов в лаве 7 поддерживаются вслед за очистным забоем. Промежуточная выработка 8 проводится по середине столба, отрабатываемой спаренными лавами 4, одновременно с отработкой одинарной лавы 1 или одинарной лавы 7. К началу ведения очистных работ спаренными лавами 4, столб подготовлен тремя выработками 3, 5 и 8, две из которых 3 и 5 оставлены в эксплуатационном состоянии по завершению очистных работ одинарными лавами 1 и 7. Выемку угля в спаренных лавах 4 производят двумя лавами одинаковой длины, причем их очистные забои находятся на одной линии. Пример. Расчета параметров опорного давления в условиях неустойчивых вмещающих породах при формировании горных работ с отработкой через один столб. Исходные данные. 1100 м - ширина столба,отрабатываемой одинарной лавой Н - 1000 м глубина ведения очистных работ- 2,5 т/м 3 плотность горных пород для условий Карагандинского угольного бассейна. Решение. 1. Определяем протяженность опорного давления на фланге отработки одинарной лавы по предлагаемой формуле оп.д.0,30(1)0,5 0,30(1002,51000)0,5150 м 2. Ширина столба, отрабатываемой спаренными лавами 2300 м с учетом соблюдения условия 22 оп.д. длина каждой лавы составит 1150 м и 2150 м. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ отработки угольных пластов,включающий формирование выемочных столбов проведением подготовительных и нарезных выработок, выемку угля в выемочных столбах одинарными и спаренными лавами, причем сначала отрабатывают одинарную лаву и определяют границы зоны опорного давления, отличающийся тем, что выемочные столбы, отрабатываемые одинарными лавами, размещают с чередованием со столбами, отрабатываемыми спаренными лавами,при этом ширину последних столбов принимают равными не менее удвоенного значения ширины зоны опорного давления от столбов одинарных лав,которую определяют по формуле оп.д.0,3 (1 Н)0,5, м,где 1 - ширина столба, отрабатываемого одинарной лавой, м Н - глубина ведения очистных работ, мплотность горных пород, т/м 3 причем посередине каждого выемочного столба со спаренными лавами проводят выработку, параллельную выемочным выработкам, а очистные забои спаренных лав выдерживают на одной линии.