Способ управления геофильтрационным состоянием горного массива

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 78 9) Я 3)5 Е 21 0 23/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ им,ен ко я страород в нообру" М 2, с. е свидетельство СССРл. Е 21 О 23/00, 1982,(54) СПО ЦИОНН СИВА (57) Изо мышлен при по стов со ловиям водных НИЯ ГЕОФИЛЬТРАЕМ ГОРНОГО МАСОБ УПРАВЛ М СОСТОЯН бретение отн ности и може дземной разр сложными гор и. Цель изо ресурсов и по осится к горной т быть использо аботке угольных ногеологическим бретения - ох вышение эффект провано плавноИзвестный способ не охрану водных ресурсов, та реализации отсутствуют опер равленного воздействия на водоупорные слои, особенн размокаемых горных пород, тойчивость, и не способству ных ресурсов, так как под дренируются и загрязняютс зоной горных вод. обеспечивает к как при его ации целенапводоносные и о при наличии теряющих усет охране водземные воды я обрушенной АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Днепропетровский горный инстАртема(56) Чернов О.И. Гидродинамическатификация монолитных прочных икачестве способа управления трудшающейся кровлей. - ФТРПИ, 198218-23.АвторскоМ 1079851, к Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при отработке преимущественно угольных пластов со сложными гидрогеологическими условиями,Известен способ управления геофильтрационным состоянием массива горных пород, включающий очистную выемку с полным обрушением пород кровли, которая и редварительно расслоена гидроразрывами. сти отработки полезного ископаемого под водоносными породами за счет создания в породах междупластья водозащитного пластичного слоя, Сущность изобретения заключается в определении пластичного слоя в массиве горных пород междупластья, разделяющего полезное ископаемое и водоносный слой, и формировании в пределах междупластья водоизолирующего экрана, препятствующего образованию трещин в кровле пласта при ведении очистных работ с обрушением. При этом оптимальную толщину пластичного слоя определяют при максимальном его прогибе без разрыва сплошности с помощью метода конечных элементов (МКЭ), После определения толщины пластичного слоя производят гидро- разрыв пород кровли по двум плоскостям, (/) параллельным напластованию, - совпадающей с подошвой водоносного слоя и отстоящей от него на расстоянии, меньшем мощности пластичного слоя. Скважины для производства гидроразрыва располагают таким образом, чтобы радиусы влияния й скважин перекрывали друг друга. 1 ил, 4Наиболее близким к предлагаемому является способ управления геофильтрационным состоянием горного массива,включающий формирование гидроразрывапород в заданной плоскости, определение 5прогиба пластичного слоя междупластья,разделяющего полезное ископаемое и водоносные породы, очистную выемку с полным обрушением кровли.Образующиеся в междупластье вертикальные трещины в данном случае вскрывают водоносные породы, вода дренирует потрещинам, собирается в вогнутом перекрытии и через каналы, водоприемные устройства по трубопроводу поступает в 15водоотводящую сеть шахты.Недостатками известного способа являются отсутствие мероприятий по охраневодных ресурсов и низкая эффективностьотработки полезного ископаемого под водоносными породами, обусловленные тем, чтов случае реализации данного способа имеетместо целенаправленное разрушениесплошности пластичного слоя междупластья, формирование трещин, ведущее к перетоку воды из водоносных пород вдренажную сеть шахты, а также невозможность улавливать водоприток в завальнойчасти очистной выработки, где породы свободно обрушаются при передвижке крепи, 30Это истощает природные водные ресурсы,так как шахтная вода сбрасывается в поверхностные водотоки, При этом смешение водразличных природных концентраций с шахтной средой ведет к загрязнению водного 35бассейна,Эффективность горных работ снижается из-за целенаправленного разрушения иувлажнения пород между крепыш и водоносными породами, что снижает устойчивость пород в этих местах,Целью изобретения является обеспечение охраны водных ресурсов и повышениеэффективности отработки полезного ископаемого под водоносными породами путем 45создания в породах водозащитного плаСтичного Слоя,Поставленная цель достигается тем, чтопри реализации известного способа управления геофильтрационным состоянием горного массива, включающего формированиегидроразрыва пород в заданной плоскости,определение предельного прогиба пластичного слоя междупластья, разделяющего полезное ископаемое и водоносные породы, 55очистную выемку с полным обрушениемкровли, сначала определяют мощность пластичного слоя по величине предельногопрогиба пород ниже подошвы водоносныхпород, а затем формируют водозащитный пластичный слой путем гидроразрыва пород в двух плоскостях - совпадающей с подошвой водоносных пород и отстоящей от нее на расстоянии, меньшем мощности пластичного слоя.Предварительное определение мощности пластичного слоя по.величине предельного прогиба пород ниже подошвы водоносных пород позволяет определить место расположения второй плоскости гидроразрыва таким образом, чтобы она располагалась в пластичном слое, а не за ним и обеспечивала экранизацию водоносного слоя путем гарантированного придания водозащитных свойств выделяемому слою,Формирование водозащитного пластичного слоя путем гидроразрыва пород в двух плоскостях обеспечивает надежное экранирование водоносного слоя и устранение перетока воды в шахту, а также повышает устойчивость пород в зоне отработки полезного ископаемого, так как устраняется увлажнение и дополнительное разрушение пород между крепыш и водоносными породами,Выбор места размещения плоскостей гидроразрыва, одна из которых совпадает с подошвой водоносных пород, а другая отстоит от нее на расстоянии, меньшем мощности пластичного слоя, позволяет сформировать экранирующие свойства непосредственно в пластичном слое, устраняя сцепление с окружающими породами и одновременно снижая за счет взаимного проскальзывания действие растягивающих усилий в породах, склонных к трещинообразованию,Указанное размещение плоскостей гидроразрыва наиболее эффективно: водозащитный слой максимально удален от зоны обрушения пород над пластом полезного ископаемого, т,е, деформируется всегда меньше остальных слоев, расположенных в междупластье водоносная порода - полезное ископаемое. Увеличение числа плоскостей гидроразрывов в пластичном слое может привести к сообщению природных вертикальных трещин друг с другом и нарушать его экранирующее свойство, К тому же увеличение числа плоскостей увеличивает трудоемкость способа,На чертеже приведена схема осуществления предлагаемого способа,Для конкретных горно-геологических условий, например, представленных угольным пластом 1, аргиллитом 2, водоносным песчаником 3, определяют расчетным путем мощность й водозащитного пластичного слоя 4, соответствующую величине его предельного прогиба по устойчивости горной1717840 40 45 50 породы, Наиболее надежно такой расчет осуществляется методом конечных элементов, заключающимся в том, что в процессе расчета положение нижней расчетной границы 5 слоя 4 перемещают вверх - вниз, что позволяет найти его оптимальное положение, при котором достигается предельный прогиб слоя 4 без разрыва его сплошности, т.е. появления в нем водопроводящих трещин, При этом в расчете задается отсутствие сил сцепления по границам 5 и б, так как последующие технологические операции направлены именно на это и создают условия автономного деформирования слоя, соответствующего расчетному,Зона обрушенных пород 7 формируется заданием в расчетной модели свободного пространства в виде вынутого пласта 1.После определения мощности и водозащитного слоя заблаговременно до начала отработки угольного пласта 1 через скважины 8 производят гидроразрыв по двум границам (плоскостям); совпадающей с подошвой водоносных пород 9, отстоящей от нее на расстоянии гл, меньшем и. Например, гп может быть равно 0,8 п, если известно, что точность использованного в расчете предела прочности горных пород составляет20 О. Гидроразрыв пород устраняет сцепление слоя 4 с окружающим массивом, т,епридает ему деформационные свойства, соответствующие расчетным без разрыва его сплошности,В дальнейшем производится выемка угольного пласта 1, при которой слой 4 мощностью гп сохраняет свои водозащитные свойства, исключая поступление воды из водоносного песчаника 3 в очистной забой 10и в обрушенные породы 7.Таким образом, предлагаемый способуправления геофильтрационным состояни 5 ем горного массива обеспечиваетэффективную экранизацию водоносного горизонта,что позволяет сохранить ресурсы подземных вод, не загрязняя их, и повысить эффективность отработки полезного ископаемого,10 прежде всего за счет повышения устойчивости пород в этих местах,Формула изобретения Способ управления геофильтрацион ным состоянием горного массива, включающий определение при ведении очистных работ с полным обрушением кровли пластичного слоя пород междупластья, разделяющего полезное ископаемое и 20 водоносные породы в кровле пласта, припредельном прогибе указанного пластического слоя и формирование плоскостей ослабления гидроразрывом пород, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью охраны водных 25 ресурсов и повышения эффективности отработки полезного ископаемого под водоносными породами за счет создания в породах междупластья водозащитного пластичного слоя, предварительно определяют мощ ность пластического слоя по величине предельного прогиба пород ниже подошвы водоносного слоя, а затем формируют водо- защитный пластичный слой, гидроразрывом пород в плоскости, совпадающей с подо швой водоносного слоя пород, и в плоскости, отстоящей от нее на расстоянии, меньшем мощности пластичного слоя.1717840 Составитель В,ТычинаТехред М,Моргентал дактор Н.Рогулич Корректор И.Муска Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 863 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5