PL213218B1 - Sposób bezpiecznej eksploatacji wyrobiska ścianowego w wyznaczonej części filara ochronnego wyrobiska szybowego - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób bezpiecznej eksploatacji wyrobiska ścianowego w wyznaczonej części filara ochronnego wyrobiska szybowego w podziemiach kopalni głębinowej, dla znacznego odzyskania kopalin użytecznych uwięzionych w tym filarze oraz skutecznego zabezpieczenia chronionych obiektów i powierzchni kopalni głębinowej przed deformacjami nad prowadzoną eksploatacją górniczą.

Dotychczas znane sposoby wyznaczania eksploatacji kopalin użytecznych zalegających w filarach ochronnych w podziemiach kopalń głębinowych mają ograniczone możliwości stosowania dla skutecznej ochrony obiektów i powierzchni tych kopalń głębinowych nad prowadzoną eksploatacją górniczą przed powstawaniem deformacji.

Znane i stosowane są dotychczas sposoby wyznaczania eksploatacji kopalin użytecznych zalegających w filarach ochronnych, w których doprowadza się, po odpowiednim usytuowaniu części nie wybranej w stosunku do calizny w kształcie półpłaszczyzny, do zmniejszenia wartości poziomych odkształceń, właściwych dla z góry zadanego punktu i jego otoczenia. Dla przypadku stosowania tego sposobu, aby chroniony obiekt był narażony w możliwie najmniejszym stopniu na działanie poziomych odkształceń rozciągających, należy pod nim przejść frontem eksploatacyjnym w przybliżeniu nieskończonym i prostoliniowym z wypustką utworzoną w jednej lub więcej z wyprzedzających ścian lub w odpowiedniej liczbie zabierek. W przypadku stosowania tego sposobu dla uzyskania zmniejszenia odkształceń ściskających należ} przejść frontem eksploatacyjnym w przybliżeniu nieskończonym i prostoliniowy m z wnęką. Natomiast gdy chroniony obiekt nie ma być narażony zarówno na działanie największych odkształceń rozciągających, jak i ściskających, wtenczas do tego obiektu zbliżamy się frontem eksploatacyjnym z ukształtowaną przed nim wy pustką, a spod tego obiektu wy chodzi się tym frontem z wnęką.

Niedogodnością powyższych sposobów eksploatacji kopalin użytecznych, zalegających w filarach ochronnych w podziemiach kopalń głębinowych, jest ograniczenie możliwości ich zastosowania do obiektów chronionych o skupionej i małej powierzchni, jak również brak zadowalającej skuteczności ochrony obiektów na powierzchni kopalni głębinowej, gdy w przeciętnych warunkach górniczogeologicznych deformacje przekraczają wielkości dopuszczalne dla danej kategorii ochrony i odporności tych obiektów.

Znane jest także z polskiego opisu patentowego nr 178159 rozwiązanie sposobu zmniejszenia odkształceń powierzchni wywołanych eksploatacją podziemną, polegające na tym, że pole rozcina się komorami łączącymi je pasami, pozostawiając filary technologiczne, pracujące w fazie pokrytycznej, a przestrzeń jest sukcesywnie otamowywana i wypełniana podsadzką hydrauliczną. W drugim etapie filary wybiera się komorami w osiach filarów, pozostawiając filary quasi-calizny z materiału podsadzkowego. Przestrzeń jest otamowywana i wypełniana podsadzką pod strop lub do wysokości zapewniającej ustabilizowanie ociosów filarów quasi-calizny z materiału podsadzkowego.

Znane jest również z polskiego opisu patentowego nr 185315 rozwiązanie sposobu czystego wybierania złóż minerałów systemem komorowo-filarowym, które polega na tym, że pierwszy filar od strony zrobów rozcina się mechanicznie lub mechanicznie i przy pomocy techniki strzelniczej, a w wykonanej w ten sposób przecince ustawia się stos podporowy. Następnie urabia się w ten sam sposób pierwszą część filara od strony zrobów, po czym wykonuje się wnękę w następnym filarze. Między filarami ustawia się inny stos podporowy, po czym urabia się w taki sam sposób drugą część filara, a na przylegającym do filara pasie ustawia się kolejny stos podporowy, który wraz ze stosem wygradza nową linię zrobów.

Także znane jest z polskiego opisu patentowego nr 186861 rozwiązanie sposobu wybierania resztek pokładu, zwłaszcza węgla, znajdującego zastosowanie w górnictwie podziemnym, a polegającego na tym, że w parceli resztki pokładu ograniczonej chodnikami wentylacyjnym i odstawczym wykonuje się kolejno, korzystnie po upadzie pokładu, równolegle względem siebie wyrobiska wąskoprzodkowe rozdzielone filarami. Po przebiciu wyrobiska wąskoprzodkowego wycofuje się maszynę urabiającą i w trakcie tego wycofywania, korzystnie w obydwóch ociosach wyrobiska wąskoprzodkowego, wykonuje się wcinki rozdzielone między sobą wspornikami z odpowiednim wzajemnym usytuowaniem dobranym do miejscowych warunków górniczo-geologicznych. Przed rozpoczęciem drążenia kolejnej wcinki wyrobisko wąskoprzodkowe korzystnie zabezpiecza się barierą podporowo-zamykającą. W wykonanych wyrobiskach wąskoprzodkowych z wcinkami, z odpowiednim opóźnieniem do postępu ich drążenia, w końcowej fazie lokuje się odpady poprodukcyjne.

PL 213 218 B1

Również znane jest z polskiego opisu zgłoszenia wynalazku nr P.372404 rozwiązanie sposobu eksploatacji kopalin użytecznych i podsadzania wybranej przestrzeni w filarach kopalni głębinowej, dla zabezpieczenia chronionych obiektów i powierzchni kopalni głębinowej przed deformacjami nad prowadzoną eksploatacją górniczą. Zgodnie z powyższym wynalazkiem zalegające w filarze ochronnym i/lub oporowym złoże kopalin użytecznych wybiera się prowadzonymi równolegle wyrobiskami wybierkowymi w obudowie kotwi owej o szerokości do 12 metrów, z pozostawieniem pomiędzy nimi płotów ze złoża o szerokości nie mniejszej od szerokości tych wyrobisk wybierkowych, które za frontem wybierkowym wypełnia się kolejno materiałem podsadzkowym samozestalającym się. Wyrobiska wybierkowe wybiera się cyklicznie, w kolejności co drugie lub dalsze. Wybieranie wyrobiska wybierkowego, przyległego do pierwszego wyrobiska wybierkowego w pierwszym cyklu, następuje po wybraniu wyrobiska wybierkowego w drugim lub dalszym cyklu, natomiast odległość wybieranego wyrobiska wybierkowego od poprzednio wybranego jest niemniejsza od sumy szerokości tego wyrobiska wybierkowego oraz dwóch szerokości płotu ze złoża pozostawionego pomiędzy dwoma wyrobiskami wybierkowymi.

Niedogodnością powyższych rozwiązań jest ograniczony zakres ich stosowania, pomimo znacznych kosztów eksploatacyjnych, ponieważ nie zapewniają one pełnej skuteczności ochrony obiektów oraz terenu na powierzchni kopalni głębinowej przed deformacjami nad prowadzoną eksploatacją górniczą, zwłaszcza w obrębie wyrobisk szybowych.

Dalszą niedogodnością jest przyjęta zasada sposobu wyznaczania filarów ochronnych zwłaszcza dla wyrobisk szybowych na założeniu stożkowego filara ochronnego, określonego przez kąt β zasięgu dopuszczalnych wpływów eksploatacji górniczej, która powoduje stany naprężeniowo-deformacyjne w masywie górotworu, a w konsekwencji określoną deformację terenu, jak również deformację wyrobiska szybowego z rurą szybową. Zgodnie z tą zasadą filar ochronny jest częścią górotworu pod chronionym obiektem o kształcie ściętego stożka i kącie β zależnym od kategorii odporności tego obiektu, w którym prowadzi się eksploatację górniczą w ograniczonym zakresie. Dzięki temu tak ukształtowany filar ochronny więzi w sobie pewne trudne do wybrania zasoby węgla. Pojęcie filara ochronnego w takim kształcie zostało ustalone już przed paru dziesiątkami lat i mogło spełniać pozytywnie swoją rolę przy stosowaniu tak zwanej „eksploatacji płytkiej” do 600 m głębokości eksploatacyjnej. Natomiast w przypadku obecnie prowadzonej „eksploatacji głębokiej” znacznie poniżej tej głębokości eksploatacyjnej są uwięzione już bardzo znaczne zasoby węgla, które mogą być bardzo cenne w uzyskiwaniu, z uwagi na ich bliskie położenie i bardzo duże rozeznanie geologiczne.

W związku z tym, przy dotychczasowym prowadzeniu zasady wyznaczania filarów ochronnych dla zapewnienia pełnego zabezpieczenia chronionych obiektów oraz terenu na powierzchni kopalni głębinowej nad prowadzoną eksploatacją górniczą przed deformacjami, znaczna część filarów ochronnych i/lub oporowych z uwięzioną kopaliną użyteczną nie jest poddana eksploatacji górniczej.

Powyższe niedogodności zostały wyeliminowane przy prowadzeniu eksploatacji górniczej w obrębie filarów ochronnych wyrobisk szybowych przez nowe rozwiązanie sposobu bezpiecznej eksploatacji wyrobiska ścianowego w wyznaczonej części filara ochronnego wyrobiska szybowego, dla znacznego uzyskania kopalin użytecznych uwięzionych w tym filarze oraz skutecznego zabezpieczenia run szybowej oraz chronionych obiektów i powierzchni kopalni głębinowej przed deformacjami nad prowadzoną eksploatacją górniczą. W wyniku przeprowadzonych prac badawczych i pomiarowych oraz analiz wyników pomiarowych stwierdza się, że obowiązujący kształt stożkowy zwłaszcza szybowego filara ochronnego o pobocznicy nachylonej pod kątem β jest niewłaściwie przedymensjonowanym kątem zasięgu wpływów frontu eksploatacji górniczej poniżej głębokości 600 m. Zgodnie z wynalazkiem, popartym wnioskami z uzyskanych wyników badań i pomiarów, wyznacza się trzy częściową pobocznicę graniczną w obrębie szybowego filara ochronnego wyrobiska szybowego, poza którą prowadzi się bezpieczną eksploatację wyrobisk ścianowych. Pierwsza część pobocznicy granicznej jest nachylona pod kątem β, równy m nachyleniu pobocznicy szybowego filara ochronnego w kształcie stożka, ustalonego w oparciu o dotychczasowe metody klasyczne obliczeń i ustaleń do głębokości 600 m wyrobiska szybowego, przechodząca poniżej do wnętrza szybowego filara ochronnego w drugą część pobocznicy granicznej w kształcie stożka ściętego o nachyleniu pod kątem równy m 40% - 60%, korzystnie 50% wielkości kąta β do głębokości 750 m wyrobiska szybowego, a następnie przechodząca poniżej tej głębokości we wnętrzu szybowego filara ochronnego w trzecią część pobocznicy granicznej w kształcie walca o osi równej osi wyrobiska szybowego.

Wyznaczona pobocznica graniczna bezpiecznej eksploatacji wyrobiska ścianowego pokrywa się w swej pierwszej części z ustaloną wynikami badań, pomiarów i obliczeń komputerowych pobocznicą filara ochronnego do głębokości korzystnie 600 m wyrobiska szybowego i pokrywa w całej swej

PL 213 218 B1 rozciągłości przechodzącą poniżej tej głębokości nieliniowo łagodnie ze stożkowego kształtu filara ochronnego o pobocznicy nachylonej pod kątem β do beczkowatego kształtu tego filara ochronnego na większej głębokości, korzystnie poniżej 600 m.

Zastosowanie przedmiotu wynalazku umożliwia bezpieczne prowadzenie eksploatacji górniczej wyrobisk ścianowych w wyznaczonej części filara ochronnego wyrobiska szybowego w podziemiach kopalni głębinowej. Celowe wprowadzenie stosunkowo prostego i szybkiego w realizacji sposobu wyznaczenia trzyczęściowej pobocznicy granicznej pozwala na znaczne odzyskanie kopalin użytecznych uwięzionych dotychczas w tym szybowym filarze ochronnym, przy równoczesnym skutecznym zabezpieczeniu chronionych obiektów oraz powierzchni tej kopalni głębinowej przed powstawaniem deformacji nad prowadzoną eksploatacją górniczą.

Sposób bezpiecznej eksploatacji wyrobiska ścianowego w wyznaczonej części filara ochronnego wyrobiska szybowego według wynalazku jest bliżej objaśniony schematycznie w przykładowym wykonaniu na rysunku, na którym przedstawiono schematycznie wyrobisko szybowe wraz z wyrobiskami ścianowymi w obrębie filara ochronnego, eksploatowanymi poza wyznaczoną pobocznicą graniczną według wynalazku, obejmującą pobocznicę filara ochronnego ustaloną wynikami badań, pomiarów i obliczeń komputerowych oraz naruszoną przez nią pobocznicę szybowego filara ochronnego, ustaloną w oparciu o dotychczasowe metody klasyczne obliczeń i ustaleń.

Przedstawiona na rysunku pobocznica szybowego filara ochronnego 1 wyrobiska szybowego 2, ustalona w oparciu o dotychczasowe metody klasyczne obliczeń i ustaleń, stanowi kształt stożka o obliczonym nachyleniu pod kątem β, poza którym można prowadzić bezpieczną eksploatację wyrobisk ścianowych 3. Natomiast ustalona w oparciu o wyniki badań, pomiarów i obliczeń komputerowych według wynalazku pobocznica filara ochronnego 4 wyrobiska szybowego 2 stanowi w swej górnej części 4a kształt stożka do głębokości 600 m 5a wyrobiska szybowego 2, która poniżej przechodzi w swej dolnej części 4b nieliniowo do kształtu beczkowatego na większej głębokości poniżej 600 m. Zgodnie z wynalazkiem wyznaczona trzyczęściowa pobocznica graniczna 6 stanowi w swej pierwszej części 6a kształt stożka o obliczonym nachyleniu pod kątem β, równym nachyleniu pobocznicy szybowego filara ochronnego 1, ustalonego w oparciu o dotychczasowe metody klasyczne obliczeń i ustaleń do głębokości 600 m 5a wyrobiska szybowego 2, która przechodzi poniżej do wnętrza szybowego filara ochronnego 1 w drugą część 6b pobocznicy granicznej 6 w kształcie stożka ściętego o nachyleniu pod kątem równym 50% wielkości kąta β do głębokości 750 m 5b wyrobiska szybowego 2. Poniżej tej głębokości wyrobiska szybowego 2 we wnętrzu szybowego filara ochronnego 1 pobocznica graniczna 6 przechodzi w swą trzecią część 6c w kształcie walca o osi równej osi wyrobiska szybowego 2. Ustalony zgodnie z wynalazkiem w ten stosunkowo prosty i szybki oraz maksymalnie przybliżony do rzeczywistych danych sposób wyznaczenia pobocznicy granicznej 6 pozwala na całkowicie bezpieczne prowadzenie poza nią eksploatacji wyrobisk ścianowych 3 w obrębie dotychczas ustalonej pobocznicy szybowego filara ochronnego 1 wyrobiska szybowego 2, umożliwiając odzyskanie znacznej ilości uwięzionych między nimi dobrze rozeznanych kopalin użytecznych, przy równoczesnym skutecznym zabezpieczeniu chronionych obiektów i powierzchni kopalni głębinowej przed deformacjami nad prowadzoną eksploatacją górniczą.

Claims (2)

1. Sposób bezpiecznej eksploatacji wyrobiska ścianowego w wyznaczonej części filara ochronnego wyrobiska szybowego w podziemiach kopalni głębinowej, znamienny tym, że wyznacza się trzy częściową pobocznicę graniczną (6) w obrębie szybowego filara ochronnego (1) wyrobiska szybowego (2), poza którą prowadzi się bezpieczną eksploatację wyrobisk ścianowych (3), przy czym pierwszą część (6a) pobocznicy granicznej (6) wyznacza się w kształcie stożka o nachyleniu pod kątem β, równym nachyleniu pobocznicy szybowego filara ochronnego (1) ustalonego w oparciu o dotychczasowe metody klasyczne obliczeń i ustaleń do głębokości 600 m (5a) wyrobiska szybowego (2), przechodzącą poniżej do wnętrza szybowego filara ochronnego (1) w drugą część (6b) pobocznicy granicznej (6) w kształcie stożka ściętego o nachyleniu pod kątem równym 40% - 60%, korzystnie 50% wielkości kąta β do głębokości 750 m (5b) wyrobiska szybowego (2), a następnie przechodzącą poniżej tej głębokości we wnętrzu szybowego filara ochronnego (1) w trzecią część (6c) pobocznicy granicznej (6) w kształcie walca o osi równej osi wyrobiska szybowego (2).

PL 213 218 B1

2. Sposób bezpiecznej eksploatacji wyrobiska ścianowego w wyznaczonej części filara ochronnego wyrobiska szybowego według zastrz. 1, znamienny tym, że ma wyznaczoną pobocznicę graniczną (6) bezpiecznej eksploatacji wyrobiska ścianowego (3) pokrywającą się w swej pierwszej części (6a) z ustaloną wynikami badań, pomiarów i obliczeń komputerowych górną częścią (4a) pobocznicy filara ochronnego (4) do głębokości korzystnie 600 m (5a) wyrobiska szybowego (2) i pokrywającą w całej swej rozciągłości przechodzącą poniżej tej głębokości nieliniowo łagodnie ze stożkowego kształtu górnej części (4a) pobocznicy filara ochronnego (4) o pobocznicy nachylonej pod kątem β do beczkowatego kształtu dolnej części (4b) pobocznicy tego filara ochronnego (4) na większej głębokości, korzystnie poniżej głębokości 600 m (5a) wyrobiska szybowego (2).