close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY4180

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 4180
(13)
C1
7
(51) E 21C 41/00
(12)
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ
КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
(54)
СПОСОБ РАЗРАБОТКИ ПЛАСТОВ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
(21) Номер заявки: 970690
(22) 1997.12.10
(46) 2001.12.30
(71) Заявитель: Белорусская
академия
наук
безопасности жизнедеятельности (BY)
(72) Авторы: Смычник А.Д. (BY), Зубов В.П.,
Кононова А.Е. (RU)
(73) Патентообладатель: Белорусская академия наук
безопасности жизнедеятельности (BY)
BY 4180 C1
(57)
1. Способ разработки пластов полезных ископаемых, включающий проведение участковых подготовительных выработок и отработку пластов полезных ископаемых длинными очистными забоями с обрушением
пород кровли в выработанном пространстве, отличающийся тем, что от участковых подготовительных выработок в пределах зон опорного давления, расположенных под краевыми частями пласта полезного ископаемого, проходят вспомогательные выработки до вскрытия ими газосодержащих слоев, расположенных в
надработанном массиве, после чего продолжают проходку вспомогательных выработок до пересечения их
забоями трещин расслоения, возникающих между газосодержащими слоями в зоне разгрузки надработанного массива от повышенных напряжений.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что проходку вспомогательных выработок прекращают при удалении ее забоя от плоскости, проходящей через краевую часть массива полезного ископаемого и перпендикулярной напластованию пород, на расстояние l, определяемое из условия:
BY 4180 C1
l ≥ h tg ρ,
где h - расстояние от отрабатываемого пласта полезного ископаемого до газосодержащих слоев надрабатываемого массива;
ρ - граничный угол между плоскостью, проходящей через краевую часть массива полезного ископаемого
и нормальной к напластованию пород, и плоскостью, разделяющей области с повышенными и пониженными
напряжениями в надработанном массиве.
3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что вспомогательные выработки проходят на расстоянии от
разрезной печи лавы, не превышающем величины шага первого обрушения пород основной кровли.
4. Способ по одному из пп. 1-3, отличающийся тем, что вспомогательные выработки проходят в период
подготовки выемочных столбов.
5. Способ по одному из пп. 1-4, отличающийся тем, что вспомогательные выработки проходят от участковых подготовительных выработок, предназначенных для отвода исходящей струи воздуха из выемочного
участка.
(56)
Рудь А.М. и др. Методы прогноза и способы предотвращения внезапных выбросов угля, породы и газа:
Обзор/ЦНИЭИуголь. -М., 1990. - С. 52-55, 321-353.
Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при подземной разработке пластов
полезных ископаемых для предотвращения внезапных выбросов пород почвы и газа из надработанного массива в выработанном пространстве лав.
Известны способы разработки пластов полезных ископаемых, включающие определение месторасположения в надработанном массиве областей с повышенным содержанием газов, находящихся под высоким
давлением, бурение в этих областях скважин с последующим рыхлением пород, находящихся в этих областях, буровзрывными работами или гидроразрывом (Симонов А.А., Блинченко И.И. Опыт применения камуфлетно-сотрясательного взрывания на шахтах Донбасса. В кн. Внезапные выбросы в угольных шахтах. М.: Недра, 1970. - С. 320; Малышев Ю.Н., Айруни А.Т., Худин Ю.Л., Большинский М.И. Методы прогноза и
способы предотвращения выбросов газа, угля и пород. - М.: Недра, 1995. - С. 350.)
Недостатками указанных способов являются повышенная опасность работ и значительные затраты на бурение скважин при использовании их для предотвращения внезапных выбросов пород и газа из надрабатываемого массива в выработанном пространстве лав.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому известен способ, описанный Рудь А.М. и
др. Методы прогноза и способы предотвращения внезапных выбросов угля, породы и газа: Обзор/ЦНИЭИуголь. - М., 1990. - С. 52-55, 321-353, принятый в качестве прототипа. Данный способ включает
проведение подготовительных выработок, отработку пластов полезных ископаемых длинными очистными забоями с обрушением пород кровли в выработанном пространстве и разгрузку при этом надрабатываемого
массива от повышенного горного давления. При разгрузке и упругом восстановлении надрабатываемого
массива происходит его расслоение и разрушение, раскрытие пор и трещин, что приводит к повышению газопроницаемости подстилающей толщи пород и постепенному снижению газового давления в газосодержащих областях. Недостатком этого способа является его низкая эффективность при отработке пластов полезных ископаемых, в почве которых между пластом полезного ископаемого и выбросоопасной областью
залегают породы, склонные к значительным пластическим деформациям без разрыва их сплошности. К таким породам относятся, в частности, соляные породы (галит, сильвинит) и глинистые сланцы. Так, при отработке калийных пластов на рудниках Старобинского месторождения в результате относительно быстрой
смены режимов нагружения надрабатываемых пород, подвижек вдоль напластования и упругого восстановления массива в зоне разгрузки от повышенных напряжений происходит нарушение контактных связей между отдельными породными слоями подстилающей толщи (расслоение массива) и перемещение слоев в сторону выработанного пространства. В связи с неодинаковой степенью влияния надработки на породные
слои, находящиеся на различном расстоянии от лавы, различием их прочностных и деформационных характеристик поднятие слоев происходит с неодинаковой интенсивностью, что приводит к возникновению
между слоями полостей трещин расслоения.
При упругом восстановлении надрабатываемого массива в зоне разгрузки вышерасположенные слои, поднимающиеся с более высокими скоростями, чем нижележащие, выполняют функции поршня насоса. Под этими слоями создается разряжение, что приводит к подсосу газов из газонасыщенных областей массива и зон
повышенных напряжений в трещины расслоения.
По мере отработки выемочного столба в выработанном пространстве происходит пригрузка пород почвы
обрушающимися породами кровли. При этом породы почвы в пределах выработанного пространства при2
BY 4180 C1
гружаются неравномерно: участки с минимальными нагрузками на породы почвы расположены в непосредственной близости от границ выработанного пространства; при удалении от лавы, а также при увеличении
расстояния до неподвижных краевых частей массива давление на породы почвы возрастает. На достаточно
больших расстояниях от краевых частей массива нагрузки на породы почвы могут достигать значений, соответствующих нагрузкам в нетронутом массиве.
Неравномерные по ширине выработанного пространства и значительные по величине нагрузки на породы почвы (до 160-200 кг/см) приводят к закрытию трещин расслоения, увеличению газового давления и перетеканию газов по трещинам расслоения из средней части выработанного пространства к краевым частям
массива. В результате описанных процессов в породах почвы вблизи границ выработанного пространства
формируются области, характеризующиеся наличием в трещинах расслоения значительных масс газа, находящегося под большим давлением. Газ в этих областях подобен сжатой пружине, реализация потенциальной
энергии которой в виде внезапного выброса возможна только при разрушении толщи пород между газосодержащими трещинами расслоения и выработанным пространством.
Задачей заявляемого способа является устранение недостатков известного способа-прототипа, а именно
предотвращение внезапных выбросов пород почвы пласта и газа из надработанного массива в выработанном
пространстве лав и повышение безопасности.
Для достижения поставленной задачи от участковых подготовительных выработок в пределах зон опорного давления, 'расположенных под краевыми частями пласта полезного ископаемого, проходят вспомогательные выработки до вскрытия ими газосодержащих слоев, расположенных надработанном массиве, после
чего продолжают проходку вспомогательных выработок до пересечения их забоями трещин расслоения,
возникающих между газосодержащими слоями в зоне разгрузки надработанного массива от повышенных
напряжений.
Проходку вспомогательных выработок прекращают при удалении ее забоя от плоскости, проходящей через краевую часть массива полезного ископаемого и перпендикулярной напластованию пород, на расстояние, определяемое из условия:
l ≥ htgρ,
(1)
где h - расстояние от отрабатываемого пласта полезного ископаемого до газосодержащих слоев надрабатываемого массива,
ρ - граничный угол между плоскостью, проходящей через краевую часть массива полезного ископаемого
и нормальной к напластованию пород, и плоскостью, разделяющей области с повышенными и пониженными
напряжениями в надработанном массиве.
Эффективность способа повышается, если:
вспомогательные выработки проходят на расстоянии от разрезной печи лавы, не превышающем величины шага первого обрушения пород основной кровли;
вспомогательные выработки проходят в период подготовки выемочных столбов;
вспомогательные выработки проходят от участковых подготовительных выработок, предназначенных для
отвода исходящей струи воздуха из выемочных участков.
Сущность заявляемого способа поясняется схемой, представленной на фигуре.
На фигуре 1, 2, 3, 4 - участковые подготовительные выработки;
5 - разрезная печь;
6, 7 - вспомогательные выработки (вспомогательные выработки могут быть пройдены (7) как из участковых подготовительных выработок 1 и 2, прилегающих к выработанному пространству, так и (6) из участковых подготовительных выработок 3 и 4, отделенных от выработанного пространства целиками угля шириной
z;
9 - забой вспомогательной выработки 6;
8 - газосодержащие слои;
h - расстояние от отрабатываемого пласта до газонасыщенных слоев 8 надрабатываемого массива;
р - граничный угол между плоскостью N, проходящей через краевую часть массива полезного ископаемого и нормальной к напластованию пород, и плоскостью М, разделяющей области с повышенными и пониженными напряжениями в надработанном массиве;
l - длина вспомогательной выработки на участке проведения ее параллельно напластованию пород;
b - длина вспомогательной выработки на участке между подготовительной выработкой 3 и газосодержащими слоями в надработанном массиве;
s - расстояние от разрезной печи лавы до ближайшей к ней вспомогательной выработки.
На фигуре заштрихована площадь, занимаемая областью надрабатываемого массива с повышенным содержанием газов, находящихся под большим давлением.
От участковых подготовительных выработок к трещинам расслоения, возникающим между газосодержащими слоями 8 в зоне разгрузки от повышенных напряжений, проходят вспомогательные выработки 6.
3
BY 4180 C1
Это позволяет отводить газ, содержащийся в трещинах расслоения, через вспомогательную и участковую
выработки в вентиляционную струю участка. При этом снижается газовое давление в области надработанного массива с повышенным содержанием газов, а следовательно, и вероятность внезапного выброса пород и
газа из пород почвы в выработанном пространстве лавы.
Вспомогательные выработки 6 проходят вначале, до вскрытия (пересечения) ими газосодержащих слоев
в пределах зон опорного давления, расположенных под краевыми частями пласта полезного ископаемого
(участок в, фиг.). Это исключает возможность перетекания газов из трещин расслоения, расположенных между газосодержащими слоями, в вышерасположенные трещины расслоения, возникающие между породными слоями, не содержащими газов, а следовательно, снижает вероятность выброса пород и газа из надработанного массива. Уменьшение вероятности выброса связано с тем, что между трещинами расслоения,
содержащими газ под большим давлением, и выработанным пространством сохраняется максимально возможная по мощности толща пород, равная расстоянию от пласта до газосодержащих слоев.
После вскрытия вспомогательной выработкой 6 газосодержащих слоев вспомогательные выработки проходят до пересечения их забоями трещин расслоения, возникающих между газосодержащими слоями 8 в зоне разгрузки надработанного массива от повышенных напряжений. При выполнении этого условия газ из
трещин расслоения перетекает по вспомогательной выработке в участковую выработку, что приводит к снижению газового давления в опасных областях. Проходку вспомогательной выработки прекращают при удалении ее забоя от плоскости, проходящей через краевую часть массива полезного ископаемого и перпендикулярной напластованию пород, на расстояние, определяемое из выражения (1).
При выполнении условия (1) обеспечивается надежное перетекание газов из полостей трещин расслоения
через вспомогательную выработку в участковую подготовительную выработку. Следует подчеркнуть, что
граничная плоскость М отделяет зону разгрузки, в которой образовались трещины расслоения, от зоны
опорного давления, где трещины расслоения не возникают.
Проведение вспомогательных выработок на расстоянии S от разрезной печи 5, не превышающем величины шага первого обрушения пород основной кровли, позволяет предотвратить внезапные выбросы пород и
газа из надрабатываемого массива в выработанном пространстве лав при первой посадке основной кровли,
характеризующейся динамичностью и одновременным обрушением пород кровли на значительной площади.
При проведении вспомогательных выработок в период подготовки выемочных столбов повышается эффективность разгрузки надрабатываемого массива от газового давления и безопасность работ, связанных с
проходкой данных выработок.
При проходке вспомогательных выработок от участковых подготовительных выработок, предназначенных для отвода отработанной струи воздуха из выемочного участка, газ из вспомогательных выработок поступает на исходящую струю выемочного участка, не проходя через лаву.
Использование заявляемого способа при отработке пластов полезных ископаемых, в почве которых имеются газонасыщенные области массива, позволяет предотвратить внезапные выбросы породы и газа из надработанного массива в выработанном пространстве лав, а следовательно, повысить безопасность ведения
горных работ и исключить дополнительные затраты труда и средств на ликвидацию последствий внезапных
выбросов.
Область рационального использования данного способа связана с отработкой пластовых месторождений,
главным образом соляных и угольных.
Параметры, необходимые для реализации заявляемого способа, а именно расстояние до газонасыщенных
слоев, величина граничного угла, параметры зон повышенных и пониженных напряжений, величина шага
первого обрушения пород основной кровли и др., для тех или иных конкретных горнотехнических условий
могут быть определены путем шахтных, лабораторных или аналитических исследований.
Пример конкретного использования заявляемого способа при отработке Третьего калийного горизонта на
Первом рудоуправлении ПО "Беларуськалий".
Третий калийный пласт отрабатывается на глубинах 600-800 м от поверхности. Система отработки пласта
- столбовая. Между выемочными участками оставляют целики полезного ископаемого с размерами, при которых исключается раздавливание целиков горным давлением.
Породы почвы Третьего калийного пласта представлены слоями каменной соли с сезонными прослоями
известково-доломито-глинистых пород с примесью ангидрита. Суммарная мощность этих слоев составляет 8
м. Слои каменной соли, расположенные в непосредственной почве Третьего калийного пласта, выполняют
роль защитной пачки, отделяющей зону ведения горных работ от нижерасположенного газосодержащего
глинисто-мергелистого горизонта "8а".
Шаг первого обрушения пород основной кровли при отходе лавы от разрезной печи составляет 180200 м.
При реализации предложенного способа в процессе отработки пласта от участковой подготовительной
выработки 3 под краевой частью массива полезного ископаемого в пределах зоны опорного давления, воз4
BY 4180 C1
никающей под краевой частью, проходят вспомогательные выработки 6 до вскрытия ими газосодержащих
слоев горизонта "8а" (8, фиг.). После этого продолжают проходку вспомогательных выработок параллельно
напластованию пород до пересечения их забоями трещин расслоения, возникающих между породными
слоями горизонта "8а".
Проходку вспомогательной выработки прекращают при удалении ее забоя от плоскости N (фиг.), проходящей через краевую часть массива и перпендикулярной напластованию пород на расстояние, определяемое
из выражения (1).
Вспомогательные выработки проходят в период подготовки выемочного столба. Одну из вспомогательных выработок 6 проходят на расстоянии S от разрезной печи 5, равном 150 м. Расстояние между вспомогательными выработками 6 принимают равным 500-600 м.
Источники информации:
1. Симонов А.А. Внезапные выбросы в угольных шахтах. - М.: Недра, 1970. - С. 320.
2. Малышев Ю.Н. и др. Методы прогноза и способы предотвращения выбросов газа, угля и пород. - М.:
Недра, 1995. - С. 350.
3. Рудь А.М. и др. Методы прогноза и способы предотвращения внезапных выбросов угля, породы и газа.
Обзор/ЦНИЭИуголь. - М., 1990. - С. 52-55, 321-353 (прототип).
Государственный патентный комитет Республики Беларусь.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
161 Кб
Теги
by4180, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа