PL103835B1 - Sposob wyznaczania parametrow bezpiecznej i ciaglej eksploatacji pokladu tapiacego - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wyznaczania parametrów bezpiecznej i ciaglej eksploatacji po¬ kladu tapiacego odprezanego otworami wierconymi z wyrobiska scianowego.

Znane sposoby odprezania calizny pokladów ta¬ piacych przy pomocy wiercenia polegaja na zasto¬ sowaniu otworów wielkosrednicowych, na przyklad o srednicy od 300 do 400 mm, wykonywanych przy pomocy ciezkich urzadzen wiertniczych, badz tez otworów o mniejszej srednicy, na przyklad okolo 100 mm. Parametry rozwiercania pokladu wspom- .nianymi sposobami, a mianowicie odstep otworów, kat prowadzenia otworu w stosunku do kierunku postepu sciany, zasieg wiercen i odstep stanowisk wiertniczych — dobierane sa orientacyjnie.

Zastosowanie wiercen wielkosrednicowych, ze wzgledu na koniecznosc uzycia ciezkich wiertnic oraz wielkosrednicowych zerdzi slimakowych, og¬ raniczone jest praktycznie do ochrony chodników weglowych, a i w tym przypadku nie znalazlo szer¬ szego zastosowania ze wzgledu na trudnosci mane¬ wrowania ciezkimi wiertnicami w ograniczonej przestrzeni wyrobisk oraz powstawanie silnych od¬ prezen, a nawet tapniec w trakcie wiercenia wiel¬ kosrednicowych otworów w naprezonej caliznie weglowej. Natomiast zastosowanie wiercen o sred¬ nicy okolo 100 mm, skuteczne tylko pfzy scislym wspóldzialaniu otworów odprezajacych z cisnie¬ niem eksploatacyjnym w pokladzie, wedlug dotych¬ czasowych rozwiazan polega na orientacyjnym wy- 2 znaczaniu odstepu otworów bedacego podstawo¬ wym czynnikiem skutecznosci odprezania. Pociaga to za soba mozliwosc niepelnego odprezania pokla¬ du weglowego, a nawet jego. dodatkowego napreze¬ nia, . co moze stac sie przyczyna wystepowania ta¬ pan w procesie eksploatacji pomimo pozorów za¬ bezpieczenia przodka.

Celem wynalazku jest usuniecie mozliwosci ta¬ kiego zagrozenia oraz wyznaczenie parametrów bezpiecznej i ciaglej eksploatacji pokladu tapia¬ cego odprezanego otworami wierconymi z wyro¬ biska scianowego.

Cel ten zostal osiagniety za pomoca sposobu we¬ dlug wynalazku, którego istota polega na tym, ze najpierw z czola sciany eksploatowanego pokladu wierci sie w plaszczyznie ulawicenia co najmniej dwa wzajemnie zbiezne otwory laczace sie ze soba w strefie krytycznego cisnienia eksploatacyjnego i tworzace z czolem sciany w przyblizeniu trójkat ró¬ wnoramienny. Nastepnie, po wykonaniu kolejnych zabiorów eksploatacyjnych, ustala sie optymalny odstep osi otworów odprezajacych w miejscach gdzie wokól-otworowe odprezone strefy kontaktu¬ ja sie ze soba. W oparciu o te odleglosc wyznacza sie parametry optymalnego rozwiercania odpreza¬ jacego, najkorzystniej siatke krzyzujacych sie wza¬ jemnie otworów obejmujacych cala dlugosc czolo¬ wej strefy ochronnej w pokladzie.

Sposób wyznaczania parametrów bezpiecznej i ciaglej eksploatacji pokladu tapiacego wedlug wy- 103 835103 835 nalazku, zapewnia pelne i kontrolowane odprezenie tego pokladu przed frontem wybierania, z uwzgled¬ nieniem ewentualnych niespodziewanych zmian koncentracji naprezen wynikajacych ze zmiennosci budowy geologicznej pokladu i otaczajacego góro¬ tworu, a takze warunków podebrania i nadebrania, jak krawedzie w pokladach wyzej lub nizej leza¬ cych, obecnosc wyrobisk chodnikowych przed fron- ' tern wybierania i tym podobne. Ponadto sposób wedlug wynalazku pozwala na znaczna w stosunku do znanych rozwiazan oszczednosc czasu, przez wy¬ eliminowanie koniecznosci wykonywania specjal¬ nych otworów w kierunku postepu sciany oraz cia¬ glego pomiaru wychodu zwiercin z tych otworów, co przy stosowanych do odprezania srednicach jest bardzo uciazliwe i czasochlonne. • Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przy¬ kladowym wykonaniu na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia sposób wykonywania w caliznie po¬ kladu zbieznych otworów badawczych, fig. 2 — profilowanie odbojnosci calizny weglowej, fig. 3 — pomiar gradientu temperatury tej calizny, a fig. 4, — siatke krzyzujacych sie wzajemnie otworów od¬ prezajacych.

Polozenie strefy Kr krytycznej koncentracji na¬ prezen w glebi calizny weglowej, pozwalajace na wyznaczenie najmniejszej dopuszczalnej dlugosci otworów badawczych 1, okresla sie wedlug empi¬ rycznego wzoru: S=2fsr-M+P gdzie: S — odleglosc od czola C sciany do strefy krytycz¬ nej Kr koncentracji naprezen w pokladzie, m fcr — sredni wskaznik zwiezlosci pokladu weglo¬ wego, M — miazszosc wybieranego pokladu (lub warst¬ wy), m P — dobowy postep sciany, m.

Przykladowo, dla róznych zwiazlosci wegla war¬ tosci S wynosza: — wagiel o malej zwiezlosci (fsr = l,0) S= 5M +P — wegiel o sredniej zwiezlosci (fs =1,5) S=4M +P — wegiel o duzej zwiezlosci (^=2,0) S= ?JM +P — wegiel o b. duzej zwiezlosci (fsr=2,5) S =2M +P Do tak wyznaczonej strefy Kr wykonuje sie w caliznie pokladu zgodnie z fig. 1 rysunku zbiezne otwory badawcze 1 oraz okresla optymalny odstep otworów odprezajacych, odpowiadajacy warunkom wzajemnego kontaktu wokólrotworowych stref O odrpezenia sasiednich otworów 1.

Badania dla okreslenia fizycznego kontaktu wo¬ kól otworowych stref O odprezenia wykonuje sie przez profilowanie odbojnosci calizny weglowej, zdalny pomiar temperatury tej calizny, badz tez przeplywowe sondowanie aerometryczne pomiedzy otworami badawczymi 1 lub dla wiekszej doklad¬ nosci jednoczesnie kilkoma z podanych metod.

Profilowanie P odbojnosci calizny weglowej na czole C sciany w miare postepu wyrobiska a co za tym idzie wzajemnego zblizania sie wywierconych uprzednio otworów badawczych 1, wykonuje sie wyznaczajac na plaszczyznie czola sciany linie pro¬ sta przecliodzaca przez srodki otworów badawczych 1, a nastepnie wykonujac serie udarów pomiaro¬ wych mlotkiem odbójnym wzdluz wyznaczonej li¬ nii prostej z tym, ze punkty U wykonywania uda¬ rów winny byc polozone wzajemnie w mozliwie bliskiej odleglosci, na przyklad 5 cm. Z kolei, na podstawie zmierzonych wartosci wskaznika odbój- nosci w poszczególnych punktach omawianego od¬ cinka linii prostej sporzadza sie graficzny profil wskaznika odbojnosci. Profil ten pozwala na usta¬ lenie, czy w warunkach konkretnego odstepu otwo¬ rów 1 zachodzi czy tez nie zachodzi pelne zruszenie io wegla pomiedzy tymi otworami. Stwierdza sie tona podstawie przebiegu miedzyotworowej czesci pro¬ filu odbojinosci calizny weglowej.

Zasade wykonywania profilowania odbojnosci ca¬ lizny weglowej wyjasnia fig. 2 rysunku. Zdalny pomiar temperatury calizny weglowej wzdluz pro¬ filu przebiegajacego miedzy sasiednimi otworami 1 mozna przeprowadzic na przyklad recznym termo¬ metrem podczerwieni przesuwajac go powoli wzdluz linii profilu i odczytujac w odleglosciach na przy- klad co 10 do 20 cm temperature calizny weglowej z dokladnoscia co najmniej 0,2 deg. Przy tempera¬ turze powietrza w wyrobisku róznej od temperatu¬ ry skal na rozpatrywanej glebokosci, zasieg wokól- otworowej strefy odprezania wyróznia sie od ota- czajacej nieodprezonej skaly róznica temperatury okolo 0,2 do 0,4 deg, przy czym temperatura odpre¬ zonej calizny jest wyzsza od sasiedniej nieodpre¬ zonej partii wegla, jesli powietrze w wyrobisku jest cieplejsze od skal na danej glebokosci, i od- wrotnie.

Zasade okreslania zasiegu odprezenia wokól o- tworu na podstawie pomiaru gradientu termicznego calizny weglowej wyjasnia fig. 3 rysunku. Przeply¬ wowe sondowanie aerometryczne pomiedzy otwo- rami 1 wykonuje sie wprowadzajac do jednego z otworów badawczych samousziczelniajaca sonde a- erometryczma z wylotem bocznym. Przesuwajac stopniowo sonde w glab otworu wtlacza sie sprezo¬ ne powietrze do kolejnych odcinków otworu. Rów- 40 noczesnie w drugim otworze przesuwa sie odpo-f wiednio sonde przeplywowa rejestrujaca predkosc lub ilosc przeplywajacego powietrza. Warunki wzajemnego kontaktu wokól otworowych stref od¬ prezania charakteryzuje duzy skok predkosci i ilo- 45 sci przeplywajacego szczelinami w weglu powie¬ trza.

Na podstawie znajomosci szerokosci strefy och¬ ronnej S oraz optymalnego odstepu otworów od¬ prezajacych okreslonego wedlug opisanych metod 50 badawczych, okresla sie wszystkie niezbedne para¬ metry skutecznego odprezania przedscianowej stre¬ fy ochronnej w pokladzie, a mianowicie: — kat odchylenia otworów odprezajacych od kie¬ runku postepu sciany: 55 W a—are sin — P — dlugosc kazdego z otworów odprezajacych* po¬ klad: $= sin (90—a) 65 — optymalny odstep Lq stanowisk wiertniczych W wzdluz sciany, zapewniajacy podwójne roz- wiercenie calizny weglowej wynikajace z103 835 wzajemnego pokrycia sie bocznych zasiegów wiercen wykonywanych z sasiednich stanowisk wiertniczych w scianie: LQ=s • sina — calkowity czas robót wiertniczych na 1-dobo- wy cykl postepu sciany: T= s'n'Ls v L„ • B + (H- t gdzie: 11 — liczba otworów odprezajacych przewidzianych do odwiercenia z jednego stanowiska wiert¬ niczego w scianie.

Ls — dlugosc sciany, m LQ— odstep stanowisk wiertniczych wzdluz scia¬ ny, m v — efektywna predkosc wiercenia otworu, obej¬ mujaca czas przewidziany na przedluzanie przewodu wiertniczego, m/godz.

B — liczba zespolów wiertniczych czynnych w scianie tm— czas manewrowania wiertnica, obejmujacy zdjecie wiertnicy z uchwytu na sekcji obu¬ dowy scianowej, transport na nastepne sta¬ nowisko, oraz przymocowanie do sekcji obu¬ dowy na nowym stanowisku, godz.

Po okresleniu wspomnianych parametrów, roz¬ mieszcza sie otwory w scianie wedlug fig. 4 rysun¬ ku, dla zapewnienia pelnego, podwójnego rozwier- cenia pokladu weglowego w strefie ochronnej przed postepujacym frontem C sciany. Cykl wyko¬ nywania otworów odprezajacych w scianie C rea¬ lizuje sie na 1 raz na diobe i powinien on zapewnic pelne podwójne rozwiercenie ochronnego pasa ca¬ lizny wzdluz calej dlugosci sciany. Arbitralna licz¬ be zespolów wiertniczych w scianie okresla sie we- 6 dlug dlugosci sciany i calkowitego czasu mozliwe¬ go na poswiecenie pracom wiertniczym na dobe.

Dla scian o dlugosci 100 do 150 m, na ogól przyj¬ muje sie trzy zespoly wiertnicze.

Z kazdego stanowiska wiertniczego W wykonuje sie dwa otwory odprezajace 2 w plaszczyznie ula- wicenia pokladu, rozbiezne i odchylone o kat a od kierunku postepu sciany C. W trakcie postepu eks¬ ploatacji stale kontroluje sie przy pomocy przenos¬ ic nej kopalnianej aparatury sejsmoakustycznej akty¬ wnosc urabianej calizny weglowej. Jesli poziom a- ktywnosci przekroczy na okreslonym odcinku scia¬ ny norme przyjeta w danym pokladzie za granica niebezpieczna, wykonuje sie w najblizszych 2-ch stanowisk wiertniczych po dwa dodatkowe otwory odchylone od kierunku postepu sciany o kat 04 przy czym: 012 = 1,5 • a

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe Sposób wyznaczania parametrów bezpiecznej i ciaglej eksploatacji pokladu tapiacego odprezanego otworami wierconymi z wyrobiska scianowego, 25 znamienny tym, ze najpierw z czola sciany eksplo¬ atowanego pokladu wierci sie w plaszczyznie ula- wicenia co najmniej dwa wzajemnie zbiezne otwo¬ ry laczace sie ze soba w strefie krytycznego cisnie¬ nia eksploatacyjnego i tworzace z czolem sciany w 30 przyblizeniu trójkat równoramienny, a nastepnie po wykonaniu kolejnych zabiorów eksploatacyj¬ nych ustala sie optymalny odstep osi otworów od¬ prezajacych w miejscu gdzie wokól-otworowe od¬ prezone strefy kontaktuja sie ze soba, przy czym w 35 oparciu o te odleglosc wyznacza sie parametry o- ptymalnego systemu rozwiercania odprezajacego, najkorzystniej siatke krzyzujacych sie wzajemnie otworów, obejmuijacyh cala dlugosc czolowej strefy ochronnnej w pokladzie. Fig. 1103 835 Fig. 2103 835 Rg.3 Fig. 4