Способ предупреждения горных ударов в целиках горных пород, преимущественно при столбовой системе разработки пластов полезного ископаемого

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(5)М, Кл. Е 211. 5/00 Эфуфарете 8 шыИ кемнтет ь" СьР аф делан взееретеей в атерытий(53) УДК, 62222: ;622817 (088.8) Дата опубликования описания 23, 1 О. 81/" о К асног Зн горной"гебмех Всесоюзный ордена Трудов исследовательский инстити маркшейдерского(7) Заявитель амени, научно аники 54) СПОСОБ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ГОРНЫХ УДАРОВ В ЦЕЛИКАХ. ГОРНЫХ ПОРОД, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ПРИ СТОЛБОВОЙ СИСТЕМЕРАЗРАБОТКИ ПЛАСТОВ ПОЛЕЗНОГОИСКОПАЕМОГО Изобретение относится к . горной промышленности и может быть использовано при разработке;удароопасньпс. пластов полезного ископаемого.Известен способ борьбы с горны-. ми ударами путем бурения разгрузочных скважин.Скважины бурят, когда напряжения в краевой части массива соответст.вуют Ш-У категории удароопасности но в дальнейшем в связи с ведением очистных работ в этом же месте:.ожидают повышение степени удароопасности до 1 категорииЦ,Недостатком этого способа является то, что процесс бурения в этихтз условиях ие сопровождается повышенным выходом буровой мелочи, поэтому на практике уменьщают расстояние мещцу скважинами до 0,5-0,7 м, что2 Е приводит к резкому повышению трудоемкостй, удорожанию профилактических работ и значительным деформатиям крепи выработки. Известен также способ предупреждения горнвтх ударов в целиках горных пород, преимущественно при столбовой системе разработки пластов полезного ископаеиого, основанный , на перераспределении нагрузок в целике горной породы, включанной бурение скважин в целик горной поро" ды и заполнение полостей скважин закладочным материалом 2Недостатком известного способа является повькпенная опасность выполнения горных работ в связи с тем, что с подвиганием их фронта к краевой части пласта, горные породы(уголь) в краевой части пласта уплотняются и степень опасности по горным ударам возрастает и возникает необходимость повторного проведения профилактических мероприятий.Цель изобретения - повышение эффективности профилактических мероприятий по предупреждению гор-.ных ударов, уваличения срока нх за3щитного действия и повышение безопасности труда за счет укрепления краевой части целика, непосредственно прилегающего к охраняемой горной выработке, при приближении к краевой части целика опорного давления, возникающего вследствие перераспределения напряженного состояния горных пород при подвиганни очистного забоя.Йоставленная цель достигается тем, что скважины в целик горной породы бурят до приближения к краевой час-, ти целика опорного давления в условиях сохранения в целике степени его удароопасности ШУ категории, а в качестве закладочного материала используют твердеющий материал.Причем скважины в:.краевую часть целика горной породы бурят перпендикулярно плоскости обнажения пласта.Кроме того, скважины в краевую часть целнка горной породы бурят под углом 50-70 О к плоскости обнажения пласта.А также тем, что скважины, которые располагают в краевой части целикаО ,горной породы под углом 50-70 к плос кости обнажения пласта, бурят попарно пересекающимися между собой.На фиг. 1 представлена схемЮ осуществления предлагаемого способа, когда скважины бурят в краевую часть целика горных пород перпендикулярно плоскостп обнажения пласта; на фиг 2- то же, когдаскважины бурят в краевую часть целика горных пород под углом 50"7 бк плоскости обнажения пласта, нафйг.3- то же, но скважины при этом бурят попарно пересекающимися между собой;на фиг,4-разрез А"А на фиг. 3; на Фиг, 5 - распределение напряжений в краевой части модели целика горных пород с выполненными в ней отверстиями, имитирующими скважины; на фиг.браспределение напряжений в краевой части модели целика горных пород с отверстиями, заполненными закладочным. материалом.Способ осуществляют следующим образом.Станком Б"15 бурят скважины длиной например, 5 м и диаметром 200 мм в пласт полезного ископаемого (угля ) перпендикулярно.(фиг.1) или под углом 50-70 (фиг.2) к плоскости обнажения пласта. Скважины располагают в одной плоскости, в средней части по мощности пласта и на расстоянии 1,5875097 42 м друг от друга по всей длине подготовительной выработки. В процессебурения очередных скважин готовыеполости заполняют твердеющим материалом, раствором бетона. Или же скважины бурят длиной, например 5 м,, диаметром 200 мм в пласт угля под уг- .лом 50-70 у плоскости обнажения пласта таким образом, чтобы скважины поп 10 парно пересекались (фиг. 3) между собой. При этом скважины располагаютв одной плоскости, параллельной напластованию, в средней части по мощно-.ти пласта и на расстоянии 1,5-2 ммежду скважинами в одной паре и 0,50,7 м между соседними парами скважин(фиг, 3), по всей длине выработки, После того, как все скважиныпробурены, начинают их бетонирование. При заполнении бетон однойскважины схватывается с бетоном другой скважины в месте их пересечения. Путем такого взаимного сцепления скважин создают хорошее арма турное укреплениеСпособ применяют в целнке горных пород (угля), непосредственноприлегающего к охраняемон выработке.Такие целики образуются при столбовых системах разработки пластов полезного ископаемого, когда работыведут на передовую выработку (фиг.1).Известно, что в краевой части целиказначительных размеров, напряжения 35соответствуют ШУ категории удароопасности, но так как выемку угля:ведут .в направлении передовой выработки, то размеры целика уменьшаются, Такое, уменьшение целика и приближение эоны опорных нагрузок от очистного забоя приводит к росту концентраций напряжений в краевой части целика и повышению степени удароопасностио 1 категории. Категория удароопасяости определяется по комплексному 45,методу. Такие удароопасные горнотехнические ситуации определяют иэ плана горных работ, поэтому бурениескважин и заполнение полостей бетоном рекомендуют проводить до прибли" 5 О жения опорного давления,возникающего от перераспределения нагрузок приподвнгании очистного забоя, в условиях ШУ категории удароопасности.Ширина зоны опорных нагрузок (1.)переменна. и зависит от глубины ведения горных работ (Н), угла падения пласта Ы ) и мощности пласта(а). Для расчета принимает а 1 м,58750 ф,= 0 и Н = 600 м. Согласно извест 0ной номограмме для этих условий 1. =."45 м. Ширину целика (111), необходимого для поддержания выработки, принимает равной 20 и, так как5 1 ц 70,4 1., При такой ширине целика рекомендуют ширину защитной зоны (и). со .стороны выработки принимать равной 5 м.Следовательно, целик, прилегаю- о щий к выработке, обрабатывают скважинами ко предлагаемому способу на глубину не менее 5 м до приближе" ния опорных нагрузок от очистных работ, т.е. тогда, когда очистной 1 забой находится от передовой выработки на расстоянии равном + и = = 45+5, т.е. не менее 50 м для рассмотренного случая.Очаг возможного горного удара находится в центральной части целика и создает усилия, направленные нормально к обнажению пласта, Следовательно, укрепляющее действие скважин, заполненных бетоном и расположен ных перпендикулярно к обнажению пласта, низкое (фиг. 1). Более надежным является расположение скважин под уг.лом к плоскости обнажения пласта (фиг,2).Наиболее хорошее арматурное укрепление достигается расположением Скважин при их взаимном пересечении (фиг. 3). 1. Способ предупреждения горных ударов в целиках горных пород, преимущественно при столбовой системе разработки пластов полезного ископаемого, основанный на перераспределении нагрузок в целике горной породы, включающий бурение скважин в целик горной породы и заполнение полостей. скважин закладочным материалом, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности профилактических мероприятий по предупреждению горных ударов, увеличения срока их защитного действия и повыше" ния безопасности труда за счет укрепления краевой части целика, непос/На основании опытов, проведечных ЗБ на оптически:активных материалах, механизм взаимодействия полостей, заполненных бетоном, с краевой частью ппаста угля можно представить следующим. . образом. По мере набора необходи мой прочности полость скважины, заполненная бетоном, будет воспринимать все большую нагрузку. В результате этого происходит перераспределение напряжений. Так, например, напряжения 4 в модели, имитирующей полости скважин в массиве по осям 1-1 и П-П будут в два рамаза выше 1,53 кгс/см и .1; 122кгс/см (фиг.5), чем по соответствую щим осям в модели, имитирующей полости скважин в массиве заполненные бетоном 0,72 кгс/см и 0,52 кгс/см2 (фиг. 6 ), Это обусловлено тем, что значительную часть усилий, более 50 Х, полость заполненная бетоном, берет на себя. Следовательно, напря". женное состояние как: перемычек угля между полостями скважин заполнен,. ных бетоном, так и краевой части илае 97. 6та в целом будет в два раза ниже. Естественно, что степень удароопасности, определяемая напряженным состоянием, также будет ниже.Таким образом, диапазон эффективного действия способа обосновывается следующим.Выполнение работ по бурению скважин н краевую часть целика угля производят до приближения опорного давления, в условиях ШУ категории удароопасности, когда проявление горного удара в момент бурения невозможно. Следовательно, повьппенная опасность, сопровождающая бурение скважин, полностью исключается,Эффект перераспределения напряжений между полостями скважин также постоянно оказывает противодействие очагу горного удара в массиве. Следовательно, срок защитного действия способа практически неограничен.С применением предлагаемого способа дополнительная стоимость работ по бетонированию одной скважины составляет примерно 5 руб. При сохранении параметров бурения разгрузочных скважин теми же, что и применялись на шахте (длина 12 м, расстояние между скважинами выработки), стоимость дополнительных работ на 1 м составит около 7 руб. Общее удорожение одного реза обра-, ботки на .всю длину уклонов, равную 800 м, составит примерно 5 тыс. руб. Однако за счет исключения повторной обработки применение предлагаемого способа обеспечивает экономию государственных средств только по этим выработкам более 20 тыс. руб. формула изобретения87509редственно прилегающего к охраняемой горной выработке, при приближении к краевой части целика опорного давления, возникающего вследствие перераспределения напряженного состояния горных пород при подвигании очистного забоя, скважины в целик, горной породы бурят до приближе,ния,к краевой части целнка опорного давления в условиях сохранения в це лике степени его удароопасности ШУ категории, а в качестве закладочного материала используют твердеющий материал.2 Способ по п 1) о т л и ч а - 15 щ и й с я тем, что скважины в крае-. вую часть целика горной породы бурят перпендикулярно плоскости обнажения пласта.3. Способ по п, 1, о т л.и ч а ющ и й с я тем, что скважины в краевую 7 8часть целика горной породы бурят под углом 50-70 к плоскости обнаженияФпласта.4. Способ по пп. 1,3, о т л ич а ю щ и й с я тем, что скважины, которые располагают в краевой части целика горной породи под углом 50 еО к плоскости обнажения пласта, бурят попарно пересекающимися между собой. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1, Кузнецов В. П. Об области целесообразного применения локапьных мерборьбы с горными ударами, - "Уголь",1972, В 4, с. 58-59,2. Авторское свидетельство СССРпо заявке Ф 2846637/22-03,кл. Е 21 Р 5/00, 04.12.79 прототип).Е875097 Составитель А, ДудченкТехред;А.Вабинец едактор аза 466комитета СССРоткрытийуаская наб., д. 4/ Зака писно атент", г ород, ул. Проектная, 4 филиал ППП 289/60 ТиражВНИИПИ Государственногопо делам изобретений113035, Москвв, Ж, Р ррекгорА. Дзятк