RU2172837C2

RU2172837C2 - Method of protection of in-bed mine workings

Info

Publication number: RU2172837C2
Application number: RU97118038/03A
Authority: RU
Inventors: Ф.Н. Воскобоев; Д.В. Яковлев; А.Д. Мельков; Н.К. Гринько; П.С. Сыркин; В.М. Удовиченко; В.А. Звездкин; В.Ф. Богомолов
Original assignee: Государственный научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела
Priority date: 1997-10-30
Filing date: 1997-10-30
Publication date: 2001-08-27

Abstract

FIELD: mining; applicable in provision of maintenance-free protection of in-bed mine workings with practical use of typical systems of preparation of mine fields due to rational control of stresses and strains in enclosing rocks. SUBSTANCE: method includes driving of one or a few parallel workings, bed extraction by wide breakage face, breakage of side rocks with their location in worked out space in bed in form of rock pack and supply of grouting mortar to extreme parts of rock pack adjacent to working wall. Grouting mortar may be supplied to rock pack at distance from working walls not less than distance to maximum support pressure. In driving of two and more parallel workings, it is possible to leave part of noncemented rocks between parts of rock pack consolidated with grouting mortar equaling, at least, two-fold width of consolidated part of rock pack. EFFECT: higher stability of in-bed mine workings and provided their maintenance-free protection during entire service life with maximum amount of rocs left in mine. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для обеспечения безремонтного поддержания пластовых выработок при практическом применении типовых схем подготовки шахтных полей за счет рационального управления напряжениями и деформациями во вмещающих выработки горных породах. The invention relates to mining and can be used to ensure maintenance-free maintenance of reservoir workings in the practical application of typical schemes for preparing mine fields due to the rational control of stresses and deformations in the enclosing workings of rocks.

Известен способ охраны выработок (см., например, В.Н. Рева, О.И. Мельников, В. В. Райский. Поддержание горных выработок. - М: Недра, 1995, с. 258), в котором выработку размещают в зоне неупругих деформаций, образующейся при первоочередном проведении параллельной компенсационной выработки. Однако этот способ требует оставления между выработками целика, размеры которого исключали бы их взаимовлияние. Причем размеры этого целика возрастают с увеличением глубины работ, что приводит к большим потерям полезного ископаемого (угля), снижению влияния компенсационной выработки на деформируемость контура охраняемой выработки. A known method of protecting mine workings (see, for example, VN Reva, OI Melnikov, VV Raysky. Maintenance of mine workings. - M: Nedra, 1995, p. 258), in which the mine is placed in the zone inelastic deformations resulting from the primary conduct of parallel compensation workings. However, this method requires leaving a pillar between the workings, the dimensions of which would preclude their mutual influence. Moreover, the dimensions of this pillar increase with increasing depth of work, which leads to large losses of minerals (coal), a decrease in the effect of compensatory production on the deformability of the circuit of the protected production.

Известен способ проведения и охраны параллельных пластовых транспортных и вентиляционных штреков широким ходом (см., например, Лама Р. Д., Маршалл П. "Повышение скорости проходки подготовительных выработок в каменноугольной промышленности Австралии", Глюкауф N 23/24, 1990 г., с 35-40), включающий в себя проведение параллельных штреков вслед за механизированной отработкой короткой лавы с возведением между параллельными штреками в выработанном пространстве податливой полосы из строительной смеси, приготовленной на поверхности и подаваемой труботранспортом к месту возведения полосы. Этот способ характеризуется высокими стоимостью и трудозатратами и может быть использован при отработке пластов мощностью, не требующей подрывки пород кровли или почвы пласта для увеличения площади сечения выработок. A known method of conducting and protecting parallel reservoir transport and ventilation drifts in high speed (see, for example, Lama R. D., Marshall P. "Increasing the speed of penetration of preparatory workings in the coal industry of Australia", Gluckauf N 23/24, 1990, 35-40), which includes conducting parallel drifts following the mechanized mining of short lava with the construction of a compliant strip from the building mixture prepared on the surface and fed pipes between parallel drifts in the worked-out space by transport to the place of construction of the strip. This method is characterized by high cost and labor costs and can be used when working out formations with a capacity that does not require undermining of roof rocks or formation soil to increase the cross-sectional area of the workings.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сути является способ охраны пластовых горных выработок (см. Э.Я. Некрасовский, Т.Н. Гришко, Б.С. Локшин и др. "Проведение штреков широким забоем на пологих пластах". - М.: Недра, 1969, с. 9-17), заключающийся в проведении одной или нескольких параллельных пластовых выработок с раздельными выемкой пласта и отбойкой пород кровли и почвы и размещением отбитой породы в выработанном пространстве пласта в виде породной полосы. Однако при осуществлении этого способа охранная породная полоса из-за ее низких компрессионных свойств дает усадку до 50% от мощности вынимаемого пласта, что вызывает значительные смещения пород на контуре выработки с последующей потерей ее эксплуатационного состояния. Closest to what is proposed in technical essence is a method of protecting stratum mine workings (see E. Ya. Nekrasovsky, T. N. Grishko, B. S. Lokshin and others. “Conducting drifts with a wide face on shallow seams.” - M .: Nedra, 1969, pp. 9-17), which consists in carrying out one or several parallel reservoir workings with separate excavation and breaking of roof and soil rocks and placing the broken rock in the worked out space of the formation in the form of a rock band. However, when implementing this method, the guard rock band, due to its low compression properties, shrinks up to 50% of the thickness of the removed formation, which causes significant displacement of the rocks on the production circuit with the subsequent loss of its operational state.

Основная задача изобретения - повышение устойчивости и обеспечение безремонтного поддержания пластовых горных выработок в течение всего срока службы при максимальном оставлении породы в шахте. The main objective of the invention is to increase stability and ensure maintenance-free maintenance of stratified mine workings throughout the entire service life with maximum rock leaving in the mine.

Для этого вслед за очистным забоем проводят отбойку боковых пород, формирующую сечение выработки, а отбитую породу размещают в выработанном пространстве пласта в форме породной полосы и в ее краевые части, примыкающие к стенкам выработки, подают под давлением, например, через перфорированные трубы скрепляющий раствор. Скрепление горных пород растворами известно (см., например, А.С. СССР N 691567, E 21 D 41/04, E 21 D 11/00, 1979). Однако скрепление горных пород в этом случае возможно лишь в случаях залегания в кровле легкообрушаемых пород с обязательным их перепуском. Это возможно при проведении выработок по пластам с углом падения более 36^o. При меньших углах падения пласта обрушенные породы кровли неопределенного фракционного состава располагаются под углом естественного откоса и необязательно в непосредственной близости к стенкам выработки. Кроме того, из-за незначительного коэффициента разрыхления горных пород при естественном их обрушении между обрушенными и необрушенными слоями кровли остается свободное пространство, для заполнения которого потребуется большой объем связывающего материала и ускорителя твердения.To do this, after the working face, the side rocks are broken, forming a cross section of the mine, and the broken rock is placed in the worked out space of the formation in the form of a rock strip and in its edge parts adjacent to the walls of the mine are supplied under pressure, for example, a fastening solution through perforated pipes. The binding of rocks to solutions is known (see, for example, AS USSR N 691567, E 21 D 41/04, E 21 D 11/00, 1979). However, the fastening of rocks in this case is possible only in cases of occurrence of easily collapsible rocks in the roof with their obligatory bypass. This is possible when conducting workings in formations with an angle of incidence of more than 36 ^o . At smaller dip angles, the collapsed roof rocks of an indefinite fractional composition are located at an angle of repose and not necessarily in close proximity to the walls of the mine. In addition, due to the insignificant coefficient of loosening of rocks during their natural collapse, between the collapsed and undefeated layers of the roof there is free space, which will require a large amount of binding material and a hardening accelerator to fill.

Физическая сущность способа заключается в том, что в качестве средств охраны в отличие от прототипа и других известных решений применяют не однородные по физическим свойствам искусственные породные полосы, а комбинированные, у которых упрочняются породы периферийной части, примыкающие к стенкам проводимых выработок, а остальная часть пород полосы не упрочняется. Причем параметры неупрочненной и упрочненной частей полосы рассчитывают по результатам проведенных исследований из условия исключения или существенного уменьшения негативного влияния очистных работ (заданные деформации) и одновременного уравновешивания заданных нагрузок в зоне разгрузки. Кроме того, механизм распределения напряжений и деформаций в приконтурном массиве действует таким образом, что часть породного массива породной поnлосы, не подвергнутой упрочнению и обладающей большей податливостью, способствует релаксации повышенных напряжений, возникающих при ведении очистных работ, обеспечивая тем самым сохранение такой величины сопротивления упрочненной части полосы, при которой в максимальной степени сохраняется естественная несущая способность кровли, и поддержание ее в устойчивом состоянии в течение всего срока службы выработки. The physical essence of the method lies in the fact that, in contrast to the prototype and other known solutions, the use of artificial rock strips, not homogeneous in physical properties, but combined, in which the rocks of the peripheral part are hardened adjacent to the walls of the workings, and the rest of the rocks are used as protection means strip is not hardened. Moreover, the parameters of the unstrengthened and hardened parts of the strip are calculated according to the results of the studies from the conditions of eliminating or significantly reducing the negative impact of the treatment work (predetermined deformations) and at the same time balancing the specified loads in the unloading zone. In addition, the mechanism of stress and strain distribution in the contour massif acts in such a way that part of the rock mass of the rock band, not subjected to hardening and having greater flexibility, contributes to the relaxation of the increased stresses that occur during cleaning operations, thereby preserving such a value of the resistance of the hardened part strip, in which the natural bearing capacity of the roof is preserved to the maximum extent, and maintaining it in a stable state during the whole eye service production.

Способ поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана проекция в плоскости, нормальной к напластованию, одиночной выработки, охраняемой двумя породными полосами, на фиг 2 показана проекция в плоскости, нормальной к напластованию, двух параллельных выработок, охраняемых одной породной полосой, и на фиг. 3 показана в плоскости напластования применяемая технология прохождения и охраны двух параллельных выработок. The method is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a projection in a plane normal to bedding, of a single mine protected by two breed strips, FIG. 2 shows a projection in a plane normal to bedding of two parallel mine workings protected by one rock band, and in FIG. 3 shows, in the bedding plane, the applied technology of passing and guarding two parallel workings.

На чертежах обозначены: 1 - выработка, 2 - угольный пласт, 3 - механизированный комплекс, 4 - шпур, 5 - дробильно - закладочный комплекс, 6 - выработанное пространство пласта, 7 - породная полоса, 8 - нагнетательная установка, 9 - скрепленная часть породной полосы, 10 - краевая часть угольного пласта, 11 - буропогрузочная установка, "t₁"- расстояние до максимума опорного давления, "t"- ширина нескрепленной части породной полосы, "T"- расстояние между смежными стенками двух параллельных выработок.The drawings indicate: 1 - production, 2 - coal seam, 3 - mechanized complex, 4 - hole, 5 - crushing - filling complex, 6 - mined space of the formation, 7 - rock band, 8 - injection unit, 9 - bonded part of the rock strip, 10 - the edge of the coal seam, 11 - drilling rig, "t ₁ " - the distance to the maximum reference pressure, "t" - the width of the loose part of the rock strip, "T" - the distance between adjacent walls of two parallel workings.

Способ осуществляют следующим образом. The method is as follows.

При охране одиночной выработки 1 (фиг. 1 и фиг. 3) вынимают широким очистным забоем угольный пласт 2, например, с помощью механизированного комплекса 3. Затем взрыванием зарядов BB в шпурах 4 проводят отбойку пород кровли и почвы пласта по контуру выработки. Отбитые породы с помощью дробильно-закладочного комплекса 5 укладывают в выработанном пространстве 6 в форме породной полосы 7. По известным методикам определяют расстояние "t₁" от стенок выработки 1 до максимума опорного давления, на котором вследствие действия повышенных напряжений возможно разрушение горного массива, вмещающего выработку, и на это расстояние от стенок выработки 1 в породную полосу 7 с помощью нагнетательной установки 8 подают скрепляющий раствор, например водный раствор цементно-песчаной смеси. В участки породной полосы, расположенные между ее скрепленными частями 9 и краевыми частями 10 пласта, скрепляющий раствор не подают.When guarding a single mine 1 (Fig. 1 and Fig. 3), the coal seam 2 is removed with a wide working face, for example, using a mechanized complex 3. Then, by blasting the BB charges in the bore holes 4, the roof and soil rocks are broken off along the mine contour. The broken rocks with the help of the crushing and filling complex 5 are laid in the worked-out space 6 in the form of a rock band 7. Using known methods, the distance "t ₁ " from the walls of the mine 1 to the maximum reference pressure is determined, at which, due to the increased stresses, it is possible to destroy the rock mass containing the production, and at this distance from the walls of the working 1 in the rock band 7 using the injection unit 8 serves a bonding solution, for example an aqueous solution of a cement-sand mixture. In areas of the rock strip located between its fastened parts 9 and the edge parts 10 of the formation, a fastening solution is not supplied.

При охране двух параллельных выработок (фиг. 2 и фиг. 3) предварительно определяют расстояние "T" между смежными стенками выработок. Расстояние принимают таким, чтобы исключить взаимовлияние выработок и разместить в выработанном пространстве пласта предполагаемый объем пород, полученный при проходке выработок. Затем монтируют механизированный комплекс 3 и вынимают угольный пласт 2. Отбитый уголь из забоя по системе перегружных конвейеров выдают на магистральные скребковые или ленточные конвейеры. Буропогрузочной установкой 11 бурят шпуры 4, заряжают в них BB и отбивают породы кровли и почвы пласта. Дробильно-закладочным комплексом 5 отбитые породы укладывают в выработанном пространстве 6 в форме породной полосы 7. В краевые части породной полосы, примыкающие к смежным стенкам выработок, на расстояние "t₁", определяемое месторасположением максимума опорного давления, нагнетательной установкой 8 подают скрепляющий раствор. Часть породной полосы 7 шириной "t", равной не менее чем двухкратной ширине упрочненной части породной полосы, оставляют не скрепленной. Это расстояние определяют из условия исключения взаимовлияния выработок друг на друга при ведении очистных работ и для большинства горно-геологических условий принимают не менее чем удвоенное расстояние от стенок выработки до максимума опорного давления.When guarding two parallel workings (Fig. 2 and Fig. 3), the distance "T" between adjacent walls of the workings is preliminarily determined. The distance is taken so as to exclude mutual influence of the workings and place the estimated volume of rocks obtained during the workings in the worked out space of the formation. Then the mechanized complex 3 is mounted and the coal seam 2 is taken out. The beaten coal from the bottom through the system of overload conveyors is delivered to the main scraper or belt conveyors. Drilling rig 11 drills bore holes 4, loads BB in them and rocks of the roof and soil of the formation are beaten off. By crushing and filling complex 5, the broken rocks are laid in the worked-out space 6 in the form of a rock band 7. In the edge parts of the rock band adjacent to the adjacent walls of the workings, at a distance "t ₁ ", determined by the location of the maximum reference pressure, the injection unit 8 serves a fastening solution. Part of the rock band 7 with a width of "t" equal to at least two times the width of the hardened part of the rock band is left unfastened. This distance is determined from the condition of eliminating the mutual influence of the workings on each other during the treatment works, and for most mining and geological conditions, they take at least twice the distance from the walls of the workings to the maximum reference pressure.

По сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями предлагаемый способ обеспечивает эксплуатационное состояние пластовых выработок в течение всего срока их службы, экологическую чистоту при подземной добыче полезных ископаемых (оставление породы в шахте), совмещение очистных и проходческих работ и обеспечение попутной добычи угля. Compared with the prototype and other well-known technical solutions, the proposed method ensures the operational state of the mine workings during their entire service life, environmental cleanliness during underground mining (leaving the rock in the mine), combining treatment and sinking and ensuring coal mining.

Claims

1. A method of protecting reservoir mine workings, including conducting one or more parallel workings, excavating the formation with a wide face, breaking off the side rocks and placing them in the worked space of the formation in the form of a rock band, characterized in that in the edge parts of the rock band adjacent to the walls of the mine , serves a bonding solution.

2. The method according to p. 1, characterized in that the bonding solution is fed into the rock band at a distance from the walls of the mine not less than the distance to the maximum of the reference pressure.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that when carrying out two or more parallel workings between the parts of the rock band hardened by a fastening solution, a part of unhardened rocks is left with a width equal to at least twice the width of the hardened part of the rock band.