СПОСОБ РАЗРАБОТКИ УЧАСТКА ПОЛОГОГО И НАКЛОННОГО УДАРООПАСНОГО ПЛАСТА
METHOD FOR DEVELOPING AREA OF FLAT AND SLOPE SEAM LIABLE TO ROCK-BUMPS

Изобретение относится к горному делу, а именно к технологии разработки склонных к геодинамическим явлениям пологих и наклонных удароопасных пластов на участках ограниченной кондиционной мощности вплоть до выклинивания.
Известен способ разработки Старобинского месторождения солей с оставлением междукамерных и блоковых целиков (см. Пермяков Р.С., Проскуряков Н.М. Внезапные выбросы соли и газа. Л., Недра, 1972 г., с.49-52). По этому способу шахтные поля калийных рудников вентиляционными и транспортными штреками делят на панели и полупанели, а полупанели - транспортными и вентиляционными блоковыми штреками на блоки. Выемку соли в блоках ведут камерами с отнесением в потери междукамерных целиков, изменением ширины которых поддерживают их плавное деформирование и разрушение с предотвращением критического давления на кровлю. Этот способ обеспечивает управление кровлей за счет снижения в ней напряжений и податливости целиков с постепенным падением скорости деформаций. Однако основным недостатком способа является отсутствие контроля за предельным пролетом кровли при интенсивном разрушении междукамерных целиков, что на удароопасном пласте сопряжено с интенсивной пригрузкой на междублоковые целики и последующим их разрушением в геодинамической форме.
Известен способ разработки пластов камерно-столбовой системой с проведением камер и оставлением междукамерных целиков (см. Шевяков Л.Д. Разработка месторождений полезных ископаемых, М-Л., Углетехиздат, 1953 г., с.400-402). По этому способу от штреков проводят камеры, разделенные друг от друга междукамерными целиками, которые затем отрабатывают обратным ходом заходками, а ширину подбирают из принципа исключения пригрузок от давления кровли исходя из расчета веса пород над сводом естественного равновесия. Способ позволяет вынимать пласт с реверсивным подвиганием забоев и вести управление кровлей. Однако недостаток способа заключается в отсутствии оценки состояния кровли по мере нарастания выработанного пространства при выемке целиков заходками. На удароопасном пласте отсутствие контроля влияния протяженности выработанного пространства сказывается на возникающей концентрации напряжений на опорные и краевые части пласта, а извлечение целиков заходками без ограничения геометрических параметров влечет формирование очагов геодинамических явлений и непосредственное их проявление, поэтому использование способа для разработки удароопасных пластов неэффективно.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному способу является способ разработки угольных пластов короткими забоями камерной системой с барьерными целиками (см. Методическое руководство по выбору геомеханических параметров технологии разработки угольных пластов короткими забоями, СПб., ВНИМИ, 2003 г., с.6-15), принятый за прототип, включающий проходку оконтуривающих разрезных и выемочных выработок, поддержание устойчивости участка целиками, определение ширины зоны опорного давления и контроль категории удароопасности. Согласно этому способу до границ шахтного поля проходят штреки главного направления и от них последовательными полосами отрабатывают панели, для чего проходят группу параллельных камер, которыми частично извлекают пласт. Между отработанными камерами оставляют междукамерные целики и поддерживают выработанное пространство либо их групповым оставлением на участке панели, либо с дополнительным оставлением барьерных целиков, которые периодически чередуют с группой междукамерных целиков. Способ позволяет извлекать значительные запасы угля в условиях, где высокопроизводительные лавы малоэффективны по условиям залегания пластов, связанных с ограниченной длиной участков, их сложной конфигурацией и изменчивостью по мощности, наличием геологической нарушенности.
Недостаток способа в варианте только междукамерных целиков состоит в трудностях определения их оптимального количества на участке и установления геометрических параметров в сечении, приводящих к групповому разрушению на больших площадях с неконтролируемым обрушением кровли, влекущим за собой на удароопасном пласте геодинамические проявления горного давления. В варианте оставления группы междукамерных и барьерных целиков при невыдержанных, например, по мощности или по площади условиях залегания пласта отсутствует обоснование оптимального расстояния между барьерными целиками, а расчеты геометрических размеров целиков, построенные на принципе уравновешивания действующей нагрузки и их несущей способности, в таких условиях из-за колебаний уровня пригрузки имеют значительные погрешности за счет несоответствия действительному геомеханическому состоянию тех и других целиков.
Указанные недостатки способа создают провоцирование неуправляемого разрушения целиков с геодинамическими проявлениями и последующего неконтролируемого обрушения кровли в уже отработанных камерах и непосредственно в камерах, где идет извлечение угля. Разработка участков удароопасного пласта с ограничениями по кондиционной мощности с переходом к выклиниванию из-за их неравномерности и невыдержанности в более сильной степени чувствительна к конвергенции кровли и почвы, требованиям обоснования функциональных признаков подготовки блоков и упорядоченного оставления целиков обоснованных геометрических размеров, поэтому непосредственное применение вариантов этого способа на указанных удароопасных участках неэффективно.
Заявленный способ решает задачу безопасной выемки участков удароопасного пласта, имеющих ограничения по кондиционной мощности с переходом к выклиниванию, где длинные высокопроизводительные очистные забои неприемлемы.
Технический результат, получаемый от использования заявленного способа, заключается в повышении безопасности отработки участков пологих и наклонных удароопасных пластов и уменьшении потерь полезного ископаемого за счет вовлечения в очистную выемку участков его выклинивания.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе разработки участка пологого и наклонного удароопасного пласта, включающем проходку оконтуривающих разрезных и выемочных выработок, поддержание устойчивости участка целиками, определение ширины зоны опорного давления и контроль категории удароопасности, согласно изобретению, по извлеченному керну геологоразведочных скважин определяют контур выклинивания пласта на участке, регистрируют внутри контура границы его кондиционной мощности и по их усредненному положению по простиранию пласта проходят оконтуривающие выработки, от которых перпендикулярно к ним по восстанию или падению и до контура выклинивания пласта проходят разрезные выработки и делят ими участок на парные блоки, затем, начиная с конца каждого парного блока и с подвиганием фронта выемки обратным ходом, от разрезных выработок в обе стороны со смещением осей и параллельно оконтуривающим выработкам проходят смежные, разделенные целиками выемочные выработки, которыми селективно извлекают пласт и которые проходят с подрывкой почвы или кровли пласта, оставляют между парными блоками целики шириной не более 10% зоны опорного давления, а в каждом парном блоке формируют группы из подзавальных и одного опорного целика. При этом подзавальные целики оставляют шириной не более 10% зоны опорного давления, а опорные целики формируют с шириной, определяемой из условия сохранения устойчивого прогиба части основной кровли протяженностью не более 80% ее предельного пролета. Парные блоки отрабатывают до охранных целиков, которые формируют шириной не менее 50% зоны опорного давления и оставляют вдоль оконтуривающих выработок. Одновременно с извлечением пласта из выемочных выработок в борта опорных целиков бурят прогнозные шпуры и измеряют объем выхода буровой мелочи, по которой контролируют степень удароопасности, и при обнаружении ее опасной категории опорные целики разгружают до неопасной категории, например, разбуриванием разгрузочными скважинами.
Способ поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема отработки участка пологого и/или наклонного удароопасного пласта, имеющего ограничения по кондиционной мощности с переходом к выклиниванию; на фиг.2 показан разрез вкрест простирания пласта с профилем очередности проходки выработок по падению и оставления подзавальных и опорных целиков; на фиг.3 в разрезе опорного целика показано встречное разбуривание его прогнозными шпурами и разгрузочными скважинами.
Способ осуществляют в следующей последовательности.
При разведочном бурении запасов угля в пласте 1 по извлекаемому керну скважин определяют контур 2 выклинивания пласта 1, регистрируют внутри контура 2 границы 3 его кондиционной мощности и по их усредненным значениям по простиранию пласта 1 от близлежащей транспортной выработки 4 проходят оконтуривающие выработки 5, от которых перпендикулярно к ним по восстанию (при контуре с противоположной стороны - по падению) и до контура 2 выклинивания пласта 1 проходят разрезные выработки 6 и делят ими участок на парные блоки 7.
Начиная с конца каждого парного блока 7, ведут частичную выемку пласта 1 с подвиганием фронта обратным ходом (на фигурах 1 и 2 показано стрелками), для чего от разрезных выработок 6 параллельно оконтуривающим выработкам 5 проходят смежные выемочные выработки 8. Их проходят в обе стороны от разрезных выработок 6 и со смещением осей. Выемочными выработками 8 пласт извлекают селективно, если высота их превышает мощность выклинивающегося пласта 1, и в кровле или почве вскрывают породный массив, который извлекают индивидуально с подрывкой. Выемочные выработки 8 проходят длиной на половину ширины парных блоков 7, которую принимают из условия эффективной дальности скреперования угля до разрезных выработок 6. Между смежными парными блоками 7 по концам выемочных выработок 8 оставляют перемычку пласта в виде протяженного целика 9 шириной не более 10% зоны опорного давления, которую определяют по номограммам инструктивных документов по глубине разработки и мощности пласта 1.
Выемочные выработки 8 проходят с формированием групп из подзавальных 10 и одного опорного 11 целиков. Подзавальные целики 10, аналогично междублоковым, оставляют шириной не более 10% зоны опорного давления, чтобы не осуществлять для них дополнительных разгрузочных мероприятий, а опорные целики формируют с увеличенной шириной, определяемой из условия сохранения устойчивого прогиба части основной кровли протяженностью не более 80% ее предельного пролета, который устанавливают по опыту разработки пласта на участках кондиционной мощности или рассчитывают по прочности, мощности и структурному ослаблению кровли. Парные блоки 7 разрабатывают до охранных целиков 12, которые оставляют вдоль оконтуривающих выработок 5 в соответствии с инструктивными рекомендациями устойчивого поддержания стационарных подготовительных и капитальных выработок. При этом охранные целики 12 формируют шириной не менее 50% зоны опорного давления.
По условиям удароопасности разрабатываемого пласта 1 одновременно с его частичным извлечением из выемочных выработок 8 в борта опорных целиков 11 бурят прогнозные шпуры 13 и измеряют объем выхода буровой мелочи при бурении, по которому устанавливают степень удароопасности. При обнаружении опасной ее категории опорные целики, например, разбуривают встречными разгрузочными скважинами 14 с перекрытием их концов и интервалом обеспечения неопасной категории.
Разработка участка пологого и наклонного удароопасного пласта заявленным способом позволяет вести его безопасную выемку в местах, имеющих ограничения по кондиционной мощности с переходом к выклиниванию, и вовлечь в очистные работы части шахтного поля, относимые при работе высокопроизводительными лавами по геологическим условиям залегания к потерям. Подготовка участка шахтного поля, включающая проходку оконтуривающих, разрезных и выемочных выработок с формированием парных блоков, обеспечивает в пределах шахтного поля повсеместное извлечение пласта с ограничениями кондиционной мощности.
Ширина целиков между парными блоками и между смежными выемочными выработками, ограничиваемая 10% зоны опорного давления, является условием приобретения такими целиками податливости вплоть до спокойного плавного разрушения после выемки пласта при колебаниях горного давления. В то же время, ширина опорных целиков, рассчитываемая из условия устойчивости части основной кровли протяженностью не более 80% предельного пролета кровли, сохраняет безопасное поддержание выемочных выработок во время извлечения из них пласта, а прогнозное и разгрузочное разбуривание опорных целиков исключает формирование в них очагов геодинамических явлений. Ведение работ парными блоками перпендикулярно оконтуривающим выработкам и смещение осей смежных по полублокам и блокам выемочных выработок с проведением их параллельно оконтуривающим создает равномерное распределение нагрузок по площади участка разработки с учетом предельных пролетов кровли и пригрузок на опорные и подзавальные целики. Охранные целики шириной не менее 50% зоны опорного давления вдоль оконтуривающих выработок позволяют обеспечить поддержание бесперебойной транспортировки угля с участка разработки и защиту его от влияния горных работ на смежных участках шахтного поля.
Такое выполнение способа расширяет границы извлечения удароопасных пластов с геологическими кондиционными ограничениями при обеспечении безопасного ведения очистных работ по предотвращению геодинамических явлений и поддержания устойчивости выработок. По сравнению с прототипом, выдерживание интервалов между группами из подзавальных и опорного целиков, увязанных с предельным пролетом кровли, прогнозный и разгрузочный контроль в них категории удароопасности и планомерная геометрическая подготовка участков шахтного поля при геомеханически обоснованных размерах и достаточной несущей способности опорных целиков с податливостью подзавальных обеспечивают исключение формирования очагов удароопасности с ее реализацией в форме геодинимических явлений и вызванных неуправляемых обрушений кровли на участке разработки.