RU2057935C1

RU2057935C1 - Process of development of gently dipping and inclined coal seams

Info

Publication number: RU2057935C1
Application number: RU93006355A
Authority: RU
Inventors: Владимир Степанович Крылов; Виктор Иванович Любогошев; Анатолий Юрьевич Дюпин; Вячеслав Васильевич Никитин; Виктор Николаевич Фрянов
Original assignee: Владимир Степанович Крылов; Виктор Иванович Любогошев; Анатолий Юрьевич Дюпин; Вячеслав Васильевич Никитин; Виктор Николаевич Фрянов
Priority date: 1993-02-03
Filing date: 1993-02-03
Publication date: 1996-04-10

Abstract

FIELD: mining industry. SUBSTANCE: block preparation of coal deposit is carried out. Seam is made softer within limits of developed column before excavation of breakage by creation of spaces with formation of pliable coal pillars. Spaces are formed by intervals at some distance from breakage working determined from mathematical expressions. EFFECT: process especially productive while developing thick and medium-thick seams with the aid of hydraulic mining. 2 dwg

Description

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке пологих и наклонных средней мощности и мощных угольных пластов с применением гидромеханизации. The invention relates to the mining industry and can be used in the development of gentle and inclined average power and powerful coal seams using hydromechanization.

Известен способ разработки пологих угольных пластов, который включает в себя блоковую подготовку, нарезку выемочных столбов и последующую выемку угля из последних заходками гидромониторами известных типов [1]
Недостатком известного способа является то, что с увеличением глубины разработки и усложнением горно-геологических условий этот наиболее представительный и распространенный способ разработки угольных пластов становится не эффективным в виду того, что в этих условиях подготовку и нарезку выемочных столбов необходимо производить шириной в 1,5-2,0 раза большей, чем на малых и средних глубинах. К тому же с увеличением глубины разработки возрастает прочность угля. Поэтому современные средства выемки (гидромониторы типа 12ГД-2, ГДМС-10 и др.) не позволяют эффективно отрабатывать широкие столбы с увеличенной крепостью угля, что ведет к увеличению энергоемкости процесса, снижению производительности гидромониторной выемки, высоким эксплуатационным потерям, за счет составления в выработанном пространстве угольных целиков значительных размеров.A known method for the development of shallow coal seams, which includes block preparation, cutting of mining columns and subsequent extraction of coal from the latter by calls of known types of hydraulic monitors [1]
The disadvantage of this method is that with increasing depth of development and the complication of mining and geological conditions, this most representative and common method of developing coal seams becomes ineffective in view of the fact that under these conditions the preparation and cutting of excavation columns must be made in width of 1.5- 2.0 times greater than at shallow and medium depths. In addition, with increasing depth of development, the strength of coal increases. Therefore, modern extraction tools (type 12GD-2, GDMS-10 hydromonitors, etc.) do not allow efficient processing of large columns with increased coal strength, which leads to an increase in the energy consumption of the process, a decrease in the productivity of the hydraulic extraction, and high operational losses due to compilation in the worked out the space of coal pillars of considerable size.

Известен комбинированный способ камерной выемки при разработке пластовых месторождений сильвинитов, заключающийся в проведении ряда выемочных выработок у почвы пласта (чаще от 2 до 4 камер в виде веера) с формированием между ними ленточных прямоугольных целиков, затем и обуривание, рыхление взрыванием и последующую выемку [2]
Однако этот способ недостаточно эффективен, так как из-за значительного объема работ подготовительного характера характеризуется большой трудоемкостью и высокой энергоемкостью процесса.There is a combined method of chamber excavation in the development of reservoir sylvinite deposits, which consists in conducting a series of excavations in the formation soil (usually from 2 to 4 chambers in the form of a fan) with the formation of rectangular rectangular pillars between them, then drilling, loosening by blasting and subsequent excavation [2 ]
However, this method is not effective enough, since due to the significant amount of preparatory work, it is characterized by high labor intensity and high energy intensity of the process.

При этом можно выделить ряд крупных недостатков комбинированного способа выемки:
это в первую очередь многооперационность и невысокий уровень механизации процессов таких как бурение шпуров, заряжение, взрывание, крепление, сборка кровли, что указывает на большую трудоемкость;
применение ВВ характеризует данный способ также с отрицательной стороны, так как при взрыве в процессе разупрочнения происходит разброс отбитой массы на значительные расстояния, увеличивая эксплуатационные потери, что усложняет процесс погрузки и доставки, а собственно применение ВВ уменьшает безопасность труда рабочих;
кроме того многостадийность и прерывистость цикла растягивает процесс выемки во времени.In this case, a number of major disadvantages of the combined method of excavation can be distinguished:
this is, first of all, multioperationality and a low level of mechanization of processes such as drilling holes, loading, blasting, fastening, assembling the roof, which indicates a great complexity;
the use of explosives also characterizes this method from the negative side, since during an explosion during softening, the broken mass spreads over considerable distances, increasing operational losses, which complicates the process of loading and delivery, and the actual use of explosives reduces the safety of workers;
in addition, the multi-stage and discontinuity of the cycle stretches the process of excavation in time.

Известен способ камерно-столбовой разработки мощных угольных пластов с обратной выемкой по падению буровзрывным способом, принятый нами в качестве прототипа. Этот способ предполагает предварительное ослабление угольного массива перед очистной выемкой проведением выемочных выработок у кровли и почвы пласта и последующим ведением из последних взрывогидравлической выемки угля [3]
Однако данный способ недостаточно эффективен из-за ряда недостатков, основные и главные из которых следующие:
во-первых, данный способ требует проведения выемочных выработок у почвы и кровли вынимаемого пласта одновременно, что связано с высокой трудоемкостью проведения и сложностью их поддержания;
во-вторых, применение буровзрывных работ характеризует данный способ как энергоемкий из-за применения нескольких видов энергии, и большой номенклатуры применяемого оборудования;
в третьих, применение собственно ВВ для разупрочнения угольного массива характеризует данный способ как неприемлемый в современных условиях и не отвечающий требованиям времени по таким факторам, как: социальные, из-за его безопасности, экологические, из-за токсичности и др.There is a method of chamber-pillar development of powerful coal seams with a back excavation for falling by a blasting method, adopted by us as a prototype. This method involves the preliminary weakening of the coal mass before the extraction ditch by conducting excavation workings at the roof and soil of the formation and subsequent maintenance of the latest explosive-hydraulic mining of coal [3]
However, this method is not effective enough due to a number of disadvantages, the main and main of which are as follows:
firstly, this method requires excavation at the soil and the roof of the removed formation at the same time, which is associated with the high complexity of the conduct and the difficulty of maintaining them;
secondly, the use of drilling and blasting characterizes this method as energy-intensive due to the use of several types of energy, and the large range of equipment used;
thirdly, the use of explosives proper for softening the coal mass characterizes this method as unacceptable in modern conditions and does not meet the requirements of the time for such factors as: social, because of its safety, environmental, because of toxicity, etc.

Основные задачи, которые позволяет решить предлагаемое изобретение, следующие:
повышение эффективности очистной выемки за счет снижения энергоемкости процесса гидроотбойки угля, которое достигается путем разупрочнения угольного массива;
снижение эксплуатационных потерь угля, повышение производительности гидроотбойки в пределах выемочного столба, увеличение безопасности ведения горных работ.The main tasks that can be solved by the invention are as follows:
increasing the efficiency of the treatment excavation by reducing the energy intensity of the process of coal hydrocracking, which is achieved by softening the coal mass;
reduction of operational losses of coal, increasing the productivity of hydraulic breakdown within the extraction column, increasing the safety of mining operations.

Косвенные задачи, решаемые в результате использования предлагаемого изобретения, следующие:
увеличение сохранности нарезных (выемочных) выработок за счет уменьшения смещений пород кровли на их контуре;
способ может быть использован в качестве профилактического мероприятия по предупреждению газодинамических проявлений.Indirect tasks solved as a result of using the proposed invention are as follows:
increase the safety of threaded (excavation) workings by reducing the displacements of the roof rocks on their contour;
the method can be used as a preventive measure to prevent gas-dynamic manifestations.

Решение этих задач достигается тем, что подготовленный выемочный столб перед очистной выемкой разупрочняют проведением у почвы пласта маарообразных полостей переменного сечения в направлении от выемочной выработки до обрушенного пространства с временным формированием податливых угольных целиков, обеспечивающих разупрочнение угольного массива выемочного столба до состояния, когда его несущая способность снижена против первоначальной, но устойчивость выемочных выработок при этом сохраняется, а производительность гидроотбойки при этом существенно увеличивается. The solution to these problems is achieved by the fact that the prepared extraction column in front of the treatment excavation is softened by conducting mara-shaped cavities of variable cross section in the direction from the extraction excavation to the collapsed space with the temporary formation of malleable coal pillars, providing softening of the coal mass of the extraction column to the state when its bearing capacity reduced against the original, but the stability of the excavation workings while maintaining, and the performance of hydraulic breakdown when this increases significantly.

Реализация данного способа позволит устранить указанные в прототипе недостатки и повысить эффективность разработки пологих и наклонных угольных пластов в сложных горно-геологических условиях с предварительным разупрочнением угольного массива. The implementation of this method will eliminate the disadvantages indicated in the prototype and increase the efficiency of the development of shallow and inclined coal seams in difficult mining and geological conditions with preliminary softening of the coal mass.

Сущность данного способа заключается в следующем. The essence of this method is as follows.

Угольный пласт в пределах выемочного блока перед очистной выемкой вначале отрабатывается у почвы пласта проведением маарообразных полостей с временным формированием податливых угольных целиков. Маарообразные полости переменного сечения проводятся на всю ширину выемочного столба гидромониторами известных типов. (Маары воронкообразные или цилиндрические углубления в земной поверхности. Словарь иностранных слов. М. Русский язык, 1988, с.608). A coal seam within a mining block in front of a treatment ditch is first worked off at the soil of the seam by conducting mara-shaped cavities with the temporary formation of malleable coal pillars. Maaroid cavities of variable cross section are carried out over the entire width of the excavation column by known types of hydraulic monitors. (Maars are funnel-shaped or cylindrical depressions in the earth's surface. Dictionary of foreign words. M. Russian language, 1988, p. 608).

Исходя из конструктивных особенностей и параметров предлагаемого способа, представляется возможным добиваться различных смещений по ширине выемочного столба. Так в месте установки гидромонитора в выемочной выработке смещения минимальные по той причине, что начальное сечение разгрузочной выработки (устье маарообразной полости) минимально и находится у почвы, а сечение выработки намного больше, в результате чего формируется устойчивое сопряжение с минимальными смещениями в выемочной выработке. И, напротив, на границе с обрушенными породами, где сечение разгрузочной выработки на период ее проведения максимальное, а целик-минимальных размеров, то и смещения в этой области будут наибольшими. Таким образом, по мере проведения разгрузочных маарообразных полостей с увеличением их сечения нарастают смещения, уголь межполостных целиков переходит в запредельное состояние, разрушается и происходит таким образом локальное разупрочнение пласта, сопровождаемое искусственным снижением прочности угля в отрабатываемом столбе в направлении от выемочной выработки до обрушенного пространства. Причем последнее особенно важно при увеличенных размерах выемочного столба, когда эффективность гидроотбойки в обычных условиях значительно снижается. Based on the design features and parameters of the proposed method, it seems possible to achieve various displacements along the width of the excavation column. So, at the installation site of the hydraulic monitor in the excavation excavation, the displacements are minimal for the reason that the initial section of the discharge excavation (the mouth of the maaroid cavity) is minimal and located near the soil, and the excavation section is much larger, as a result of which a stable pair is formed with minimal displacements in the excavation excavation. And, on the contrary, on the border with the collapsed rocks, where the cross section of the unloading excavation for the period of its conduct is maximum, and the entire minimum size, then the displacements in this area will be greatest. Thus, as the unloading maaroid cavities are carried out with an increase in their cross section, displacements increase, the coal of the intracavitary pillars becomes transcendental, collapses, and local formation softening occurs in this way, accompanied by an artificial decrease in the coal strength in the worked column in the direction from the excavation to the collapsed space. Moreover, the latter is especially important with increased dimensions of the excavation column, when the efficiency of hydraulic breakdown under normal conditions is significantly reduced.

Работы подготовительного характера, т.е. мероприятия по локальному разупрочнению угольного пласта и разгрузке горного массива проводятся попеременно таким образом, что если в одном выемочном столбе ведутся очистные работы, то в другом профилактические мероприятия по подготовке столба к очистной выемке. Таким образом достигается оставление участка (опережение), определяемое из условия, исключающего забучивание угольной пульпой (затопление) пространства выемочной выработки перед гидромонитором, которое предлагается определить по формуле
l

где h_м высота выемочной машины (гидромонитора), м;
i гидравлический уклон. Если размеры выемочного блока значительные, то возможно совмещение очистных и подготовительных работ в одном выемочном столбе, но с обязательным опережением равным не менее двух шагов посадки основной кровли.Preparatory work, i.e. measures for local softening of the coal seam and unloading of the rock mass are carried out alternately in such a way that if treatment works are carried out in one extraction column, then preventive measures are taken in the other to prepare the column for the treatment excavation. Thus, the abandonment of the site (advance) is determined, determined from the condition that excludes clogging with coal pulp (flooding) of the space of the excavation in front of the hydraulic monitor, which is proposed to be determined by the formula
l

where h _{m is the} height of the excavating machine (hydraulic monitor), m;
i hydraulic slope. If the dimensions of the extraction unit are significant, then it is possible to combine treatment and preparatory work in one extraction column, but with a mandatory advance equal to at least two steps of landing of the main roof.

На фиг.1 представлен способ разработки пологих и наклонных угольных пластов в виде блока подготовительных и очистных работ с элементами мероприятий по разупрочнению угля в выемочных столбах; на фиг.2 проведение маарообразных полостей, посредством которых формируются податливые целики угля переменного сечения. Figure 1 presents a method of developing flat and inclined coal seams in the form of a block of preparatory and treatment works with elements of measures for softening coal in the extraction columns; figure 2 conducting mara-shaped cavities, through which compliant pillars of coal of variable cross-section are formed.

Реализация предлагаемого способа осуществляется следующим образом. Implementation of the proposed method is as follows.

Участок угольного пласта, ограниченный по падению вентиляционным 1 и аккумулирующим 2 штреками по простиранию разделяют на выемочные блоки 3 блоковыми выработками-печами 4, 5. Из последних с уклоном i 0,07 проходческими комбайнами 6 известных типов проводятся выемочные выработки 7. Расстояние между ними определяют расчетом, сообразуясь с устойчивостью выемочных столбов 8 и эффективной дальностью действия гидромониторной струи (но не менее 15 м). Затем из выемочных выработок 7 гидромониторами (например ГДМС12-10) 11 проводят разгрузочные выработки (маарообразные полости) 9 с определенным для конкретных горно-геологических условий интервалом. Предшествующая очистной выемке подобная технология профилактики в выемочных столбах (мероприятия по разгрузке) осуществляются проведением маарообразных полостей 9 с временным формированием податливых опор в виде угольных целиков 10 определенной формы, в результате частичного разрушения которых происходит разгрузка массива в столбе 8. При этом разгрузочные полости 9 проводят на длину, равную ширине столба 8 между выемочными выработками 7. Выемка угля в разгрузочных выработках 9 осуществляется гидромониторами известных типов. Проводимым разгрузочным выработкам 9 придается маарообразная форма. Проводимые гидромонитором маары имеют переменное сечение, увеличиваясь от выемочной выработки в сторону отработанного пространства, и формируют при этом податливые опоры 10 также переменного сечения. По мере подвигания фронта забоев при проведении разгрузочных выработок 9 (маарообразных полостей) и увеличении числа податливых целиков 10 возрастает изрезанность пласта у его почвы. Преобладающие деформации при этом испытывают податливые угольные целики 10. Причем, чем дальше от выемочной выработки в сторону отработанного пространства 13, тем большие деформации испытывают угольные целики. Таким образом, под действием неравномерной распределенной нагрузки вблизи забоя уголь целиков 10 вначале упруго сжимается, затем по мере удаления забоя переходит в запредельное состояние, раздавливается вышележащим массивом, заполняя объем вынутых разгрузочных выработок 9 (маарообразных полостей). The coal seam section, limited by the fall of the ventilation 1 and accumulating 2 drifts along the strike, is divided into excavation blocks 3 by block excavations-furnaces 4, 5. Of the latter, excavations of 6 known types with a slope of 0.07 are carried out by excavation excavations 7. The distance between them is determined calculation, in accordance with the stability of the extraction columns 8 and the effective range of the jet stream (but not less than 15 m). Then from the excavation workings 7 with hydraulic monitors (for example, GDMS 12-10) 11 carry out unloading workings (maaroid cavities) 9 with an interval determined for specific mining and geological conditions. A similar prophylaxis technology in excavation columns (unloading measures) preceding the treatment excavation is carried out by conducting mara-shaped cavities 9 with the temporary formation of malleable supports in the form of coal pillars 10 of a certain shape, as a result of partial destruction of which the array is unloaded in column 8. At the same time, the unloading cavities 9 are carried out for a length equal to the width of the column 8 between the excavation workings 7. Coal mining in the unloading workings 9 is carried out by known types of hydraulic monitors. Conducted unloading workings 9 given a mara-shaped. The maras carried out by the hydromonitor have a variable cross section, increasing from a mining excavation towards the worked up space, and at the same time form flexible supports 10 of also variable cross section. As the front of the faces moves when carrying out unloading workings 9 (mara-shaped cavities) and an increase in the number of malleable pillars 10, the formation becomes softer near its soil. The predominant deformations undergo pliable coal pillars 10. Moreover, the farther from the excavation towards the worked-out space 13, the greater the deformations of the coal pillars. Thus, under the influence of an uneven distributed load near the face, the coal of the pillars 10 is initially elastically compressed, then, as the face is removed, it passes into the beyond state, is crushed by the overlying array, filling the volume of excavated unloading workings 9 (mara-shaped cavities).

Дальнейшая отработка, разупрочненного таким образом оставшейся части угольного массива производится из выемочных выработок 7 с применением гидромониторов известных типов 12. Further mining, thus weakened the remaining part of the coal mass, is carried out from the excavation 7 using hydraulic monitors of known types 12.

Проведенные исследования показывают, что благоприятные результаты могут быть получены при условии правильного определения и установления основных конструктивных параметров принятой технологии. The studies show that favorable results can be obtained provided that the main design parameters of the adopted technology are correctly identified and established.

В рассматриваемом примере основным конструктивным параметром, определяющим сущность технологии являются параметры разгрузки, т.е. интервал, через который проводятся маары, формирующие податливые целики. Для этого предложена зависимость следующего вида:
L 2h

1,5-

где h_п высота вынутой полости (маар) в рассматриваемом сечении, м;
Р давление технологической высоконапорной воды, МПа;
m мощность пласта, м;
σ_сж предел прочности угля на одноосное сжатие, МПа;
γ плотность пород кровли, т/м³;
Н глубина разработки, м;
ln основание натурального логарифма;
К коэффициент концентрации вертикальных напряжений.In this example, the main design parameter that determines the essence of the technology is the unloading parameters, i.e. the interval through which the Maars are held, forming pliable pillars. For this, a dependence of the following form is proposed:
L 2h

1,5-

where h _{p the} height of the removed cavity (maar) in the considered section, m;
P is the pressure of the process high-pressure water, MPa;
m formation thickness, m;
σ _cr ultimate strength of coal on uniaxial compression, MPa;
γ density of roof rocks, t / m ³ ;
N depth of development, m;
ln base of the natural logarithm;
To the concentration coefficient of vertical stresses.

Предлагаемый способ разработки угольных пластов может быть реализован практически в любых горно-геологических условиях, так как основан на возможности широкого варьирования параметрами разгрузки, при которых достигается разупрочнение угольного массива по ширине отрабатываемого столба. The proposed method for the development of coal seams can be implemented in almost any mining and geological conditions, as it is based on the possibility of a wide variation in the discharge parameters, at which a softening of the coal mass is achieved across the width of the worked column.

Достоверность достижения поставленных задач обеспечивается:
1. Аналитическими, лабораторными и шахтными исследованиями, на основе которых получена зависимость и разработан метод расчета, позволившие с достаточной для практики точностью определять основные конструктивные параметры разгрузки и разупрочнения угольного пласта в заданных горно-геологических условиях.The reliability of achieving the objectives is provided by:
1. Analytical, laboratory and mine research, on the basis of which the dependence was obtained and a calculation method developed that made it possible to determine with sufficient accuracy for practice the basic design parameters of unloading and softening of the coal seam in the given mining and geological conditions.

2. Использованием научно обоснованных методов и применением новейших средств (приборы, датчики) для определения в натурных условиях размеров зон разгрузки, прочностных характеристик угля и пород в этих зонах, используемых для уточнения параметров предложенной зависимости. 2. Using scientifically sound methods and using the latest tools (instruments, sensors) to determine in natural conditions the sizes of the discharge zones, the strength characteristics of coal and rocks in these zones, used to refine the parameters of the proposed dependence.

3. Результатами практического применения предложенного способа выемки при отработке пологих и наклонных мощных угольных пластов (условия разработки пл. Байкаимский, Инский III на гидрошахте "Инская" ПО "Беловоуголь"). 3. The results of the practical application of the proposed method of excavation when mining flat and inclined powerful coal seams (conditions for the development of Baykaimsky, Insky III plumbing at the Inskaya hydraulic mine at Belovugol coal mine).

Claims

METHOD FOR THE DEVELOPMENT OF SLIDING AND INCLINED COAL LAYERS, including block preparation, excavation workings and cleaning hydromonitorial excavation from the latter, characterized in that the formation within the working column before the treatment excavation is softened by holding mare-shaped cavities in the soil from the excavation space from the time to the excavation space the formation of pliable pillars of variable cross section through an interval determined by empirical dependence

where h _{n the} height of the cavity (maar), m;
m formation thickness, m;
P technological high-pressure water pressure, MPa;
σ _SJ - limit coal uniaxial compression strength, MPa;
γ density of roof rocks, t / m ³ ;
H depth of development, m;
K the concentration coefficient of vertical stresses, the cleaning recess lead at a distance from the work on softening, determined by the formula

where h _{m the} height of the excavating machine, m;
i hydraulic production slope.