RU2074960C1

RU2074960C1 - Method of roof control in flat potassium seams

Info

Publication number: RU2074960C1
Application number: RU94028311A
Authority: RU
Inventors: Л.М. Папулов; В.Г. Артемов; Е.В. Челпанова
Original assignee: Акционерное общество "Уралкалий"
Priority date: 1994-07-27
Filing date: 1994-07-27
Publication date: 1997-03-10
Also published as: RU94028311A

Abstract

FIELD: mining industry. SUBSTANCE: development and drawing work is performed. Stoping breasts are packed in blocks which alternate with blocks of stoping breasts without packing. Minimal value of width of blocks with packed breasts is taken depending on final setting due to destruction of interbreast pillars and final setting due to filling of domes with roof rock. Stoping breasts without packing are left beyond limits of inner boundary of edge portion of displacement front which would create at packing of all stoping breasts. EFFECT: high efficiency. 1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для использования при дефиците закладочного материала на уже отработанных участках шахтного поля камерами одинакового сечения с регулярным формированием ленточных целиков одинаковой ширины с параметрами выемки, при которых для обеспечения безопасной подработки водозащитной толщи горных пород, а также зданий и сооружений на земной поверхности предполагается закладка всех очистных камер. The invention relates to the mining industry and is intended for use in case of deficiency of filling material in the already worked out sections of the mine field with cameras of the same cross section with regular formation of tape pillars of the same width with excavation parameters, in which, to ensure safe underworking of the rock cover, as well as buildings and structures, Earth surface is supposed to lay all the treatment chambers.

Известен способ управления кровлей с низким уровнем заполнения камер закладочным материалов [1]
Однако он применим только при формировании зон смягчения.A known method of controlling a roof with a low level of filling chambers of filling materials [1]
However, it is applicable only in the formation of mitigation zones.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому технологическому решению является способ управления кровлей, при камерной системе разработки, включающий оставление незаложенных одиночных очистных камер в последовательности заложенных [2]
Одиночные выработки располагаются на расстоянии, при котором исключается их геомеханическое взаимодействие друг с другом. Над одиночными незаложенными очистными камерами в результате обрушения в них пород кровли образуются своды. При этом опорное давление формируется у стенок свода. Вследствие этого стенки свода могут разрушаться, что приведет к увеличению ширины обнажения пород кровли и их последующему обрушению. Если на пути развития свода не находится слой большой мощности, то изложенная последовательность чередования обрушений со стороны стенок и кровли свода может происходить до тех пор, пока он полностью не заполнится кусками разрушенной породы. При этом в результате увеличения высоты свода возникает опасность разрушения водозащитной толщи соляных пород.Closest to the technical nature of the proposed technological solution is a method of controlling the roof, with a chamber development system, including leaving un-laid single treatment chambers in the sequence laid [2]
Single workings are located at a distance at which their geomechanical interaction with each other is excluded. Over single unclosed treatment chambers as a result of the collapse of the roof rocks in them arches are formed. In this case, the reference pressure is formed at the walls of the arch. As a result of this, the walls of the arch can collapse, which will lead to an increase in the width of the outcropping of the roof rocks and their subsequent collapse. If there is not a layer of high thickness on the development path of the arch, then the sequence of collapses alternating from the side of the walls and the roof of the arch can be described until it is completely filled with pieces of destroyed rock. In this case, as a result of increasing the height of the arch, there is a danger of destruction of the water-protective stratum of salt rocks.

Целью изобретения является обеспечение безопасности подработки водозащитной толщи и сооружений на земной поверхности при уменьшении объема закладочных работ. The aim of the invention is to ensure the safety of part-time waterproofing strata and structures on the earth's surface while reducing the volume of laying work.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе управления кровлей пологих калийных пластов, включающем выполнение подготовительных очистных и закладочных работ с оставлением незаложенных очистных камер, над которыми образуются своды, незаполняемые закладкой камеры регулярно оставляют через блоки заложенных, при этом минимальное значение ширины блоков камер с закладкой делают равной величине, при которой конечные оседания от разрушения междукамерных целиков равняются конечным оседанием от заполнения сводов породами кровли, а максимальное значение величине, при которой верхняя часть трапецеидальных целиков, сформировавшихся в кровле пласта между сводами, приходит в запредельное состояние на высоте от кровли вынимаемого пласта, находящегося ниже отметки предельно допустимого разрушения налегающей толщи, выше которой еще сохраняются ее водозащитные свойства, на величину конечных оседаний от заполнения сводов кусками разрушенной верхней части трапецеидальных ленточных целиков. При этом незаложенные очистные камеры оставляют за пределами внутренней границы краевой части мульды сдвижения, которая бы образовалась при закладке всех очистных камер. This goal is achieved by the fact that in the known method of controlling the roof of shallow potash seams, including preparatory treatment and filling operations with leaving empty chambers, over which arches are formed, chambers that are not filled with bookmarks are regularly left through the blocks laid, while the minimum value of the width of the chamber blocks with the bookmark is made equal to the value at which the final subsidence from the destruction of interchamber pillars is equal to the final subsidence from filling the arches with rocks of red inflow, and the maximum value is the value at which the upper part of the trapezoidal pillars, formed in the roof of the formation between the arches, comes to a prohibitive state at a height from the roof of the removed formation, which is below the mark of the maximum permissible destruction of the overlying layer, above which its waterproof properties are still preserved, the value of the final subsidence from filling the arches with pieces of the destroyed upper part of the trapezoidal tape pillars. In this case, uncleaned treatment chambers are left outside the inner boundary of the edge of the trough of displacement, which would have been formed when all treatment chambers were laid.

Для обеспечения безопасной подработки водозащитной толщи (ВЗТ) и сооружений на земной поверхности необходимо, чтобы в краевой части шахтного поля оставленные незаложенные очистные камеры не привели к увеличению кривизны кровли (по сравнению с базовым вариантом отработки пласта, включающем закладку всех очистных камер с параметрами выемки, при которых обеспечивается безопасность подработки ВЗТ и сооружений на земной поверхности). Это возможно лишь в том случае, если краевые части мульд сдвижения, образовавшиеся в результате разрушения междукамерных целиков и в результате заполнения полостей над незаложенными камерами обрушенными породами кровли, будут разобщены в пространстве и во времени, а конечные оседания от разрушения междукамерных целиков будут больше или равны конечным оседаниям, происходящим при заполнении породой полостей, образовавшихся над очистными незаложенными камерами. To ensure safe underworking of the water protection stratum (VZT) and structures on the earth's surface, it is necessary that left unclosed treatment chambers in the edge of the mine field do not lead to an increase in the curvature of the roof (compared to the basic version of mining the formation, which includes laying all treatment chambers with excavation parameters, at which the security of part-time work of VZT and structures on the earth's surface is ensured). This is possible only if the edge parts of the displacement molds, resulting from the destruction of interchamber pillars and as a result of filling the cavities over unburied chambers with collapsed roof rocks, are disconnected in space and time, and the final subsidence from the destruction of interchamber pillars is greater than or equal final subsidence occurring when the rock fills the cavities formed above the uncleaned treatment chambers.

В проекции плоского дна мульды сдвижения для обеспечения безопасной подработки ВЗТ необходимо, чтобы наличие незаложенных камер не привело к увеличению скорости сдвижения подработанной толщи пород. При этом глубина распространения трещиноватой зоны, появление и развитие которой обусловлено заполнением породами кровли полостей, образовавшихся над незаложенными очистными камерами, не должна превышать ту максимальную отметку, при которой еще сохраняются водозащитные свойства подработанной толщи соляных пород. Для обеспечения безопасности подработки сооружений на земной поверхности необходимо, чтобы выравнивание волнообразного характера оседаний подработанной толщи, обусловленного неодинаковой податливостью несущих элементов, произошло на уровне, находящемся ниже земной поверхности. In the projection of the flat bottom of the displacement trough, to ensure the safe undermining of the EWT, it is necessary that the presence of free chambers does not lead to an increase in the rate of displacement of the underworked rock mass. At the same time, the depth of propagation of the fractured zone, the appearance and development of which is due to the filling of roof cavities formed over uncleaned treatment chambers with rocks, should not exceed the maximum mark at which the waterproofing properties of the undermined salt rocks are still preserved. To ensure the safety of underworking of structures on the earth's surface, it is necessary that the leveling of the wave-like character of subsidence of the undermined stratum, due to the unequal flexibility of the bearing elements, occurs at a level below the earth's surface.

Возможность обеспечения безопасности подработки ВЗТ и сооружений на земной поверхности, при регулярном оставлении незаложенных камер в последовательности заложенных, поясняется графически. The possibility of ensuring the safety of underworking of the airborne airborne structures and structures on the earth's surface, with regular abandonment of unoccupied chambers in a sequence of laid ones, is explained graphically.

На фиг. 1 3 изображены вертикальные разрезы, поясняющие геомеханические процессы, протекающие на участках шахтного поля, которые расположены за внутренней границей краевой части мульды сдвижения; на фиг. 4 вертикальный разрез, поясняющий геомеханические процессы для очистных участков, расположенных у границы шахтного поля. In FIG. 1 3 are vertical sections illustrating geomechanical processes occurring in sections of a mine field that are located beyond the inner boundary of the marginal part of the displacement mold; in FIG. 4 is a vertical section explaining the geomechanical processes for treatment sites located at the boundary of the mine field.

На них показаны: почва вынимаемой части пласта 1; кровля вынимаемой части пласта 2; контуры свода разгруженных пород кровли 3; граница допустимого распространения трещиноватой зоны 4; верхняя граница ВЗТ, контактирующая с водоносными горизонтами, 5; земная поверхность 6; междукамерные целики 7; камеры, заполненные закладочным материалом, 8; камеры, не заполненные закладочным материалом, 9; уровень земной поверхности после окончания сдвижения, происходящего в результате разрушения междукамерных целиков, 10; плитообразный несущий массив, образовавшийся в результате уплотнения кусков разрушенных междукамерных целиков с закладочным материалом, 11; куски разрушенной породы кровли, частично заполняющие образовавшиеся над незаложенными камерами своды, 12; прогнувшиеся слои пород кровли 13; разрывные нарушения в слоях пород кровли 14; верхняя часть трапецеидальных ленточных целиков, находящихся в запредельном состоянии, 15; лучи углов сдвижения при развитии сводов 16; уплотненные куски разрушенной верхней части трапецеидальных целиков 17; уровень земной поверхности после конечных оседаний от уплотнения разрушенных кусков междукамерных целиков и заполнения полостей в сводах 18; граница закладочных работ с регулярным оставлением незаложенных камер при минимально допустимом среднем уровне их заполнения - 19; граница выработанного пространства шахтного поля 20; внешняя граница краевой части мульды сдвижения, образовавшаяся в результате оседаний от уплотнения разрушенных междукамерных целиков с закладочным материалом 21; внутренняя граница краевой части мульды сдвижения при конечных оседаниях после разрушения междукамерных целиков при закладке всех очистных камер 22 (одновременно она же является и внешней границей краевой части мульды сдвижения, формирующейся при конечных оседаниях от заполнения полости сводов разрушенной массой пород кровли); внутренняя граница краевой части мульды сдвижения, формирующая при конечных оседаниях для случая выполнения закладочных работ с регулярным оставлением незаложенных очистных камер 23, лучи углов сдвижения у границы выработанного пространства шахтного поля 24; лучи углов сдвижения у границы выработанного пространства с регулярным оставлением незаложенных очистных камер 25. They show: the soil of the removed part of the reservoir 1; the roof of the removed part of the formation 2; the contours of the roof of the unloaded rocks 3; the boundary of the permissible propagation of the fractured zone 4; the upper boundary of the VZT in contact with aquifers, 5; earth surface 6; interchamber pillars 7; chambers filled with filling material, 8; chambers not filled with filling material, 9; the level of the earth's surface after the end of the displacement occurring as a result of the destruction of the inter-chamber pillars, 10; a plate-shaped supporting array formed as a result of compaction of pieces of destroyed interchamber pillars with filling material, 11; pieces of the destroyed rock of the roof, partially filling the arches formed above the unburied chambers, 12; bent layers of roof rocks 13; discontinuous violations in the rock layers of the roof 14; the upper part of the trapezoidal pillar pillars, which are in a transcendental state, 15; rays of angles of displacement during the development of arches 16; compacted pieces of the destroyed upper part of the trapezoid pillars 17; the level of the earth's surface after the final subsidence from the compaction of the destroyed pieces of inter-chamber pillars and filling the cavities in the vaults 18; the boundary of the laying work with the regular abandonment of unladen chambers with the minimum acceptable average level of their filling - 19; the boundary of the developed space of the mine field 20; the external boundary of the marginal part of the displacement trough, formed as a result of subsidence from the compaction of the destroyed interchamber pillars with filling material 21; the inner boundary of the edge of the displacement trough at the final settling after the destruction of the inter-chamber pillars during the laying of all treatment chambers 22 (at the same time, it is also the external border of the edge of the displacement trough, formed during the final settling from filling the vault cavity with the destroyed mass of roofing rocks); the inner boundary of the edge of the displacement trough, forming during final subsidence for the case of filling operations with regular abandonment of the uncleaned treatment chambers 23, the rays of the angles of displacement at the border of the mined-out mine field 24; rays of angles of displacement at the border of the worked-out space with regular abandonment of uncleaned treatment chambers 25.

Взаиморасположение блоков заложенных очистных камер и регулярно оставляемых блоков незаложенных камер показано на фиг. 1. В период перехода междукамерных целиков с запредельное состояние над разрабатываемым пластом формируется трещиноватая зона, а незаложенные камеры частично заполняются кусками разрушенных междукамерных целиков, что сопровождается увеличением ширины прогибающейся части кровли. В результате происходит обрушение пород кровли в незаложенные камеры с формированием над ними сводов. При этом между незаложенными очистными камерами из разрушенных целиков и закладочного материала создается плитообразный массив со свободными откосами. Свойство соляных разрушенных пород и солевого закладочного материала восстанавливать прочностные связи при уплотнении способствует формированию у плитообразного массива высокой несущей способности, предотвращающей его поперечное перемещение. The relative position of the blocks of the embedded treatment chambers and the regularly abandoned blocks of the non-laid chambers is shown in FIG. 1. During the period of interchamber pillar transition from a transcendental state, a fractured zone is formed above the developed reservoir, and uncompleted chambers are partially filled with pieces of destroyed interchamber pillars, which is accompanied by an increase in the width of the deflecting part of the roof. As a result, roof rocks collapse into unburied chambers with the formation of arches above them. At the same time, a plate-shaped massif with free slopes is created between uncleaned treatment chambers from destroyed pillars and filling material. The property of salt rock and salt filling material to restore strength bonds during compaction contributes to the formation of a plate-like massif of high bearing capacity, preventing its transverse movement.

Развитие свода является следствием обрушений слоев кровли из-за возникновения и разрушения трещин в результате появления растягивающих деформаций при ее изгибе. По аналогии с закономерностью формирования краевой части мульды сдвижения по мере удаления в вертикальном направлении от наиболее широкой части свода ширина прогибающейся части слоев увеличивается, фиг. 2. Таким образом, между сводами формируется неподверженный деформациям изгиба ленточный целик с трапецеидальной формой поперечного сечения, воспринимающий вес налегающей толщи горных пород. Сжимающие напряжения в верхней части трапецеидального целика растут по мере увеличения высоты свода, так как при этом расстояние между осями ближайших трапецеидальных целиков не изменяется, а их опорная поверхность уменьшается. При некотором значении высоты свода верхняя опорная поверхность трапецеидальных целиков уменьшится до величины, при которой их верхняя часть перейдет в запредельное состояние и начнет разрушаться. После перемещения кусков разрушенной верхней части целиков в полость свода произойдет опускание налегающей толщи. При этом геомеханическое состояние нижнего прогнувшегося слоя кровли станет таким же, как у слоя, в результате разрушения которого произошло опускание пород налегающей толщи. Такое чередование разрушения верхней части трапецеидальных целиков с опусканием пород налегающей толщи теоретически может происходить до тех пор, пока плотность разрушенных пород в своде не будет приближаться к плотности пород трапецеидальных целиков. В этом случае полости сводов полностью заполняется разрушенной породой кровли, прогиб ее слоев станет невозможным, а процесс сдвижений прекратится, фиг. 3. Таким образом, волнообразное оседание пород кровли, как и зона ее разрушенных пород заканчиваются на глубине, где верхняя часть трапецеидальных целиков приходит в запредельное состояние. Благодаря тому, что между горизонтом, где происходит разрушение трапецеидальных целиков, и границей допустимого разрушения ВЗТ находятся слои кровли, при разрушении которых происходит заполнение всех полостей свода, обеспечивается безопасность подработки ВЗТ (сохранение ее водонепроницаемости). Вследствие последовательности протекания процессов оседании подработанной толщи, обусловленных уплотнением разрушенных междукамерных целиков с закладкой и заполнением полостей сводов разрушенными породами кровли, периодическое оставление незаложенных камер не приведет к увеличению скорости сдвижения земной поверхности. The development of the arch is a consequence of the collapse of the roof layers due to the appearance and destruction of cracks as a result of the appearance of tensile deformations during its bending. By analogy with the regularity of the formation of the edge part of the displacement trough, as the vertical distance from the widest part of the arch, the width of the deflection part of the layers increases, FIG. 2. Thus, between the vaults, a ribbon pillar is formed that is not subject to bending deformations with a trapezoidal cross-sectional shape, perceiving the weight of the overlying rock mass. Compressive stresses in the upper part of the trapezoidal pillar increase with increasing arch height, since the distance between the axes of the nearest trapezoid pillars does not change, and their bearing surface decreases. With a certain value of the height of the arch, the upper supporting surface of the trapezoid pillars will decrease to a value at which their upper part will switch to the beyond state and begin to collapse. After moving pieces of the destroyed upper part of the pillars into the cavity of the arch, the overlying thickness will lower. In this case, the geomechanical state of the lower caved-in layer of the roof will become the same as that of the layer, as a result of the destruction of which the rocks of the overlying layer were lowered. Such alternation of the destruction of the upper part of the trapezoid pillars with the subsidence of the overlying rocks can theoretically occur until the density of the destroyed rocks in the arch approaches the density of the rocks of the trapezoid pillars. In this case, the cavity of the arches is completely filled with the destroyed rock of the roof, the deflection of its layers will become impossible, and the process of displacement will stop, Fig. 3. Thus, the wave-like subsidence of the roof rocks, as well as the zone of its destroyed rocks, end at a depth where the upper part of the trapezoid pillars comes to the beyond. Due to the fact that between the horizon, where the destruction of the trapezoidal pillars occurs, and the boundary of the permissible destruction of the VZT, there are roof layers, during the destruction of which all the cavities of the arch are filled, the security of the extra work of the VZT (maintaining its water tightness) is ensured. Due to the sequence of subsidence of the undermined stratum due to the compaction of the destroyed interchamber pillars with the laying and filling of the vault cavities with the destroyed roof rocks, the periodic abandonment of unburied chambers will not lead to an increase in the speed of movement of the earth's surface.

Благодаря тому, что незаложенные камеры начинают оставлять при удалении от границы шахтного поля на величину, равную ширине краевой части мульды сдвижения, которая бы сформировалась при закладке очистных камер по всему шахтному полю, и тому, что конечные оседания от заполнения полостей сводов разрушенными породами кровли не превышают конечных оседаний от уплотнения разрушенных междукамерных целиков с закладкой, обеспечивается безопасность подработки ВЗТ в краевой части шахтного поля, так как ширина участка, на котором происходит изгиб кровли, увеличивается вдвое, а наклон поверхности не увеличивается. Due to the fact that empty chambers begin to leave when moving away from the boundary of the mine field by an amount equal to the width of the edge part of the displacement mold, which would form when the treatment chambers are laid throughout the mine field, and because the final subsidence from filling the vault cavities with destroyed roof rocks does not exceed the final settling from the compaction of the destroyed inter-chamber pillars with the tab, the security of the side-by-side VZT in the marginal part of the mine field is ensured, since the width of the section on which the bends take place roof, doubled, and the slope of the surface is not increased.

Claims

1. The method of controlling the roof of shallow potash seams, including the preparation, treatment and filling operations with leaving empty chambers, over which form arches, characterized in that the chambers that are not filled with bookmarks are regularly left through the blocks laid, while the minimum width of the chamber blocks with the bookmark is made equal to the value at which the final subsidence from the destruction of interchamber pillars is equal to the final subsidence from filling the vaults with roof rocks, and the maximum value the value at which the upper part of the trapezoid pillars formed in the roof of the formation between the arches comes to a prohibitive state at a height from the roof of the removed formation, which is below the mark of the maximum permissible destruction of the overlying stratum, above which its waterproof properties are still preserved, by the value of the final subsidence from filling arches with pieces of the destroyed upper part of the trapezoidal tape pillars.

2. The method according to p. 1, characterized in that the uncleaned treatment chambers are left outside the inner border in the edge of the shift trough, which would have been formed when all treatment chambers were laid.