Opis patentowy opublikowano: 1985 11 30 Int. Cl.3 E21C 37/12 E21F 17/00 [T 1 '' ZYTELNIA •du Patentowego 1 i »< t;. .»¦¦¦¦¦ 1 Twórcawynalazku: Stanislaw Brzóska Uprawniony z patentu tymczasowego: Kombinat Górniczo-Hutniczy Miedzi Zaklady Badawcze i Projektowe Miedzi „Cuprum", Wroclaw (Polska) Sposób zapobiegania tapaniom w kopalni podziemnej Wynalazek dotyczy sposobu zapobiegania tapaniom w kopalni podziemnej, bedacych wyni¬ kiem dynamicznego przejawu cisnienia skal nadleglych, przy wybieraniu pokladowego lub pokla- dopodobnego zloza kopaliny uzytecznej sposobem podziemnym.Stan techniki. Dotychczas stosowane i proponowane sposoby zapobiegania tapaniom sku¬ piaja sie na przedsiewzieciach majacych miejsce w strefie wybieranego pokladu lub jego bezposred¬ niego sasiedztwa, to jest stropu i spagu. Sa to przedsiewziecia skupiajace sie na problemie podpornosci, obejmujace takie elementyjak filary, krawedzie wybieranej calizny, zawal, kierowane wstrzasanie (strzelanie) prowokujace, predkosc wybierania, geometria wybierania. Nie uwzgled¬ niaja one jednak zjawiska meniskowania rozwijajacego sie wysoko w glab warstw nadleglych, gdzie powstaja ogniska przejawów dynamicznych w podbieranym górotworze, ani tez nie proponuja przedsiewziec, które pozwolilyby na niekatastroficzny rozwój i przebieg osiadania górotworu rozumianego wysoko w kierunku powierzchni ziemi.Przykladem takim przedsiewziec sa rozwiazania opisane w patentach PRL nr 80023; 94841; 95031; 119355; 119562; 121792.Istotnym elementem podziemnego wybierania kopaliny jest problem przestrzeni wybranych.Ze wzgledów bezpieczenstwa pracujacych tam ludzi i urzadzen, przestrzenie te powinny byc likwidowane w sposób kontrolowany. Stopien i jakosc likwidacji powinna spelniac wymogi gwarantowania kontynuacji wybierania zloza.Znane sa dwa zasadnicze sposoby likwidacji wybranych pustek — podsadzenie ich materialem plonym dostraczanym z zewnatrz, sa to wszelkiego rodzaju podsadzki, oraz doprowadzenie do tak zwanego samoodsadzenia (popularnie zwanego zawalem), samoistnego lub wymuszonego. Istota samopodsadzenia polega na znanym zjawisku, ze rozdrobniona skala zajmuje wieksza pojemnosc niz w caliznie litej. Zatem sadzi sie, ze jezeli uzyska sie zarabowanie stropu nad przestrzenia wybrana do znalezionej obliczeniami wysokosci, gwarantujacej wypelnienie rozkruszona skala przestrzeni po wybranej kopalinie i odstrzelonym stropie, to uzyskane samopodsadzenie spelni wymóg bezpiecznej kontynuacji wybierania zloza.2 130287 Jak pokazuje praktyka, oczekiwanie to nie zostaje spelnione. Obserwuje sie, w miare schodze¬ nia z eksploatacja górnicza na wieksze glebokosci, coraz czestsze, grozne dla ludzi i sprzetu zjawiska gwaltownego burzenia wyrobisk i skal na przejsciu od zrobów do calizny. Jest to wynikiem nacisku mas skal nadleglych, podebranych na duzej przestrzeni, niewystarczajaco pod¬ partych samopodsadzeniem. Domniemanie, ze jest to wynikiem zlej jakosci wykonania zawalu, nie wytrzymuje krytyki. Zaden, nawet najlepiej wykonany zawal nie moze wyeliminowac w okreslo¬ nych warunkach górniczo-geologicznych, zjawiska tapan.. Twardewarstwy skal nadleglych pode¬ brane na wystarczajaco duzym obszarze, tak na szerokosc, jak i na dlugosc, uzyskuja mozliowosc migracji w dól tym wiekszy jest przeswit przestrzeni wybranej i im grubszy byl wybrany poklad.Elementami hamujacymi te migracje sa skrepowanie przestrzenne i czas. Rzecz w tym, ze po podebraniu warstw nadleglych na okreslonym areale, nie cala miazszosc tych nadlegajacych warstw ma mozliwosc migracji w dól. Dzieje sie tak nie z powodu uzyskania samopodsadzenia, lecz z powodu wyksztalcenia sie przewaznie pozornego sklepienia naturalnego. Zatem nie cale hydro¬ statyczne cisnienie slupa warstw nadleglych moze obciazac zarabowane dla samopodsadzenia skaly odrazu. Mozliwosc taka powstaje po spelnieniu sie okreslonych warunków, z których pierwszym i najwazniejszym jest wielkosc podebranego arealu warstw. Trzebajednak zaznaczyc, ze nadlegajace warstwy nie sa jednorodne litologicznie i tym samym maja niejednakowe parametry wytrzymalosciowe. Z tego wynika wniosek, ze nie wszystkie one uzyskuja zdolnosc przemieszcze¬ nia sie w dól w tym samym czasie przy tej samej wielkosci podebranego arelau. Tesztywniejsze wstrzymuja wiec przez pewien czas mozliwosc przemieszczania sie pozostalych warstw, przyjmujac na siebie narastajace obciazenia. Z chwila gdy te ostatnie przekrocza wartosci krytyczne, nastepuje dynamiczne zalamanie sie zdolnosci podtrzymujacej takiej mocniejszej warstwy, a tym samym dynamiczne osiadanie okreslonej miazszosci warstw nadleglych na samopodsadzajacy zawal.Zawal, nawet najlepiej wykonany nie zapobiegnie temu z chwila obciazenia go okreslona wielkoscia potencjalnego cisnienia hydrostatycznego, nie mówiac juz o dynamicznym. Funkcje podparcia moze on spelniac tylko w stosunku do okreslonej granicznej wielkosci nacisku, czyli malym aerale podebrania, gdy ze wzgledu na skrepowanie malym przeswitem i niezbyt wysoko przebiegajace sklepienie pozorne w warstwach nadleglych, obciazany jest, nie przekraczajacym jego podpornosc, naciskiem. Po przekroczeniu przedzialujego podpornosci po zmianie warunków obciazenia, dzieje sie jak przedstawiono wyzej. Ograniczona podpornosc zawalu wynika z ograni¬ czonej wytrzymalosci kazdego materialu na sciskanie w warunkach obciazenia bez wszechstron¬ nego skrepowania.W miare przybywania powierzchni podebranej i przemieszczania sie warstw podebranych w dól, powstaje menisk osiadania. Zmiana ksztaltu zalegania warstw powoduje powstawanie w nich — zgodnie z prawami mechaniki — okreslonych naprezen determinowanych geometria miejsca przebiegu wydarzen. W przekroju pionowym warstw zalegajacych nad zrobami, najwczesniej mozliwosc przemieszczania sie w dól, maja warstwy nizej zalegajace. Maja one bowiem, ze wzgledu na wytwarzajace sie sklepienie pozorne, najwiekszy przeswit, a tym samym najwieksza swobode uginania sie. Nie sa one jednak na ogól jednorodne litologicznie. Zawsze wiec w ich swicie mozna wyróznic „slabsze" i „mocniejsze" wytrzymalosciowo. „Najmocniejsza" w granicach do pewnej wysokosci (wchodzaca w gre wysokosc jest zalezna od wielkosci przeswitu przestrzeni wybranej) warstwa, bedzie miala wplyw na ewentualna jakosc przebiegu meniskowania.Udarogennosc wyksztalca sie szczególnie w nastepujacej sytuacji. Istnieje okreslony areal wybranego zloza, nad którym wyksztalcil sie menisk osiadania warstw nadleglych. W przedziale menisku wystapilo znieksztalcenie formy zalegania warstw, wywolujace okreslone naprezenia w górotworze. Gdyby sytuacje pozostawic bez zmian, to po pewnym czasie warstwy by sie ulezaly, a naprezenia znikly. W górnictwie wystepuje jednak narastanie powierzchni podebrania. Przyjmuje sie, ze nowa powierzchnia przyrasta z jednej strony wybranego pola.Nowa przestrzen wybrana przyrasta poczatkowo waskim pasmem usytuowanym poprzecznie do o wiele szerszego boku starej przestrzeni wabranej. W miare rozszerzania sie tego pasa narasta — poczatkowo skrepowana — mozliwosc wytwarzania wlasnego menisku osiadania. Z biegiem czasu zmniejszaja sie warunki skrepowania dla wyksztalcenia nowego menisku, a równoczsnie zaczyna sie komplikowac sytuacja naprezeniowa na granicy starego menisku, bedacego w zaawan¬ sowanym stanie formowania sie, a nowego bedacego w dodatku w ruchu narastania. Tenruch, to130 287 3 jest powstawanie nowego menisku z przyspieszaniem procesu osiadania w miare narastania nowej przestrzeni wybranej, z jednoczesnym zblizaniem sie mozliwosci wlaczenia sie do wspólnego menisku z tym nad starymi zrobami, to jest daznosc do likwidacji schodkowosci miedzy meniskami tak po szerokosci, jak i po wysokosci, jest poteznym bodzcem do dynamicznego przebiegu tego procesu. Slabna tu warunki skrepowania bowiem maleje powierzchnia podpierajacej calizny pokladowej, przeszkadzajacej w zgodnym uginaniu sie warstw nadleglych przy nowym przeswicie podebrania, a wzrastaja mozliwosci osiadania.Istota wynalazku. Celem wynalazku jest umozliwienie zapobiegania zagrozeniu dla bezpie¬ czenstwa robót górniczych na drodze wytwarzania ekranów odcinajacych bezwladnosciowe oddzialywanie procesu meniskowania nad starymi zrobmi — na nowopowstajace.Zgodnie zatem z wynalazkiem sposób zapobiegania tapaniom polega na tym, ze tworzy sie ekran odcinajacy bezwladnosciowe oddzialywanie procesu meniskowania znad starych zrobów na nowopowstajace zroby, polegajacy na wykonaniu pod stropem wyznaczonej jako najkorzystniej¬ szej litologiczne wasrtwy i na wysokosci rzedu co najmniej kilkudziesieciu metrów nad zlozem dwóch korytarzowych wyrobisk równoleglych do obrysu aktualnie wybieranego pola zloza. Mie¬ dzy tymi dwoma wyrobiskami korytarzowymi wykonuje sie poprzeczne korytarzowe wyrobiska w odleglosci miedzy soba wyznaczonej wielkoscia kroku frontu eksploatacyjnego, po czym z tych wyrobisk korytarzowych wierci sie korzystnie w dól otwory strzalowe, które odstrzeliwuje sie po dojsciu frontu eksploatacyjnego do granic pola zloza, a nastepnie wymienione czynnosci wykony¬ wania wyrobisk korytarzowych, otworów strzalowych i ich odstrzeliwania powtarza sie dla kaz¬ dego kolejno wybieranego pola danego zloza.Objasnienie figur rysunku. Sposób postepowania wedlug wynalazku jest zilustrowany na zalaczonych rysunkach na których fig. 1-5 przedstawiaja schematycznie sytuacje przestrzenna górotworu, równowaga którego zostaje zaklócona procesem wybierania kopaliny uzytecznej, fig. 6 — widok w trzech rzutach pola eksploatacyjnego w strefie frontu wybierania oraz fig. 7 — przekrój A-A z fig. 6 w powiekszeniu.Opis realizacji wynalazku. Zgodnie z wynalazkiem ekran mozna wykonac na przyklad w nastepujacy sposób. Na wysokosci rzedu kilkudziesieciu metrów nad zlozem 1 w warstwie 2 kumulujacej maksymalnie naprezenia powstajace w wyniku podebrania, która mozna okreslic metoda sejsmiczna, wykonuje sie wyrobiskajak na fig. 5. Sa to dwa wyrobiska w postaci chodni¬ ków 3 równoleglych, wykonanych po obrysie wybieranego pola 4 pod stropem 5 wybranej jako najkorzystniejszej warstwy 2 litologicznej. Miedzy tymi chodnikami 3 nalezy wykonac chodniki 6 poprzeczne w odleglosci kilkudziesieciu metrów od siebie.W przypadku poprzecznego wybierania, jak na fig. 5, chodniki 6 poprzeczne nalezy wykony¬ wac w odleglosci równej szerokosci frontu wybierania. Z chodników tych dodatkowo wierci sie otwory 7 strzalowe w dól lub w góre lub jednoczesnie w dól i w góre, to jest tam gdzie jest bardziej celowe i odstrzeliwuje sie je po dojsciu frontu eksploatacyjnego do granic pola 4. Zadaniem chodników 3 i 6 oraz otworówjest upodatnienie skal nadleglych do niedynamicznego przelamywa¬ nia sie na obrzezach procesu meniskowania.Dlatego chodniki 3 i 6 jako zaczatkowe elementy przecinajace zwiezlosc najkorzystniejszej dla tego celu warstwy, lokuje sie pod stropem 5 tej warstwy, w miejscu wystepowania w niej naprezen rozciagajacych. Z chwila wejscia chodnika 6 w strefe przegiecia i równoczesnie ekstremalna strefe naprezen, istniejace w postaci tego chodnika 6 w linii odstrzelonych otworów 7 oslabienie i czesciowe poprzeczne przerwanie ciaglosci warstwy najwytrzymalszej na rozerwanie, umozliwi spokojny rozwój tego przerwania (pekniecia) poprzez inne, slabsze warstwy, a tym samym wyelimi¬ nuje dynamike z przebiegu tego procesu. PL