RU2182228C2

RU2182228C2 - Method of borehole mining of thick underground formations

Info

Publication number: RU2182228C2
Application number: RU2000115749A
Authority: RU
Inventors: Ю.Н. Нисковский; Г.А. Лаврушин; Н.А. Николайчук; М.И. Звонарев; А.Ю. Нисковский; Д.Н. Николайчук; Д.М. Звонарев
Original assignee: Дальневосточный государственный технический университет
Priority date: 2000-06-16
Filing date: 2000-06-16
Publication date: 2002-05-10
Also published as: CN1303963C; CN1444468A

Abstract

FIELD: methods of borehole mining of thick underground formations; applicable in hydraulic borehole mining of coal deposits within wide range of mining and geological conditions. SUBSTANCE: method includes tapping of formations by borehole through entire thickness of formation and its working by chamber coaxial to borehole with formation in chamber of connectors separating the chamber into compartments. Connectors are formed by leaving of mineral pillars. In this case, diameter of chamber is taken equal to not more than 20-24 diameters of borehole. Height of compartments and thickness of connector are taken corresponding to not more than 1-1.33 and not less than 20-24 diameters of borehole. Height of compartments and thickness of connector are taken corresponding to not more than 1-1.33 and not less than 0.2-0.3 chamber diameter. EFFECT: provided stability of chamber sides for period of chamber full working. 2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к геотехнологии и может быть использовано при скважинной гидродобыче угольных месторождений в широком диапазоне горно-геологических условий. The invention relates to geotechnology and can be used in downhole coal mining in a wide range of geological conditions.

Известен способ скважинной разработки мощных подземных формаций полезного ископаемого, включающий их вскрытие скважиной на всю мощность формации и отработку последней камерой, соосной со скважиной (см. а.с. СССР 1671861, кл. Е 21 С 45/00, 1989). There is a method of borehole development of powerful underground mineral formations, including their opening by a borehole at the entire formation power and development by the last chamber, coaxial with the borehole (see AS USSR 1671861, class E 21 C 45/00, 1989).

Недостаток этого решения в том, что при отработке формаций мощностью свыше 10 м наблюдается неконтролируемое разрушение бортов камеры и, как следствие этого, обрушение вышележащих пород, покрывающих камеру. The disadvantage of this solution is that when mining formations with a thickness of more than 10 m, there is an uncontrolled destruction of the sides of the chamber and, as a consequence, the collapse of the overlying rocks covering the chamber.

Известен также способ скважинной разработки мощных подземных формаций полезного ископаемого, включающий их вскрытие скважиной на всю мощность формации и отработку последней камерой, соосной со скважиной, с формированием в камере перемычек, разделяющих ее по высоте на отсеки (см. а.с. СССР 1671861, кл. Е 21 С 45/00, 1989). There is also known a method for borehole development of powerful underground mineral formations, including opening them with a borehole at the entire formation power and working out the last chamber, coaxial with the borehole, with the formation of jumpers in the chamber that divide it in height into compartments (see A.S. USSR 1671861, C. E 21 C 45/00, 1989).

Недостаток этого решения в том, что использование этого способа не гарантирует устойчивости стенок камеры, а это опасно разрушением покрывающего массива пород из-за превышения поперечным сечением камеры размеров при которых покрывающие породы потеряют устойчивость. Кроме того, имеет место многоэлементность и поэтапность технологии ведения работ, связанная с тем, что целики формируются из искусственного материала, т.е. необходимы операции по вводу в полость этого материала и обеспечение процесса (и соответственных затрат времени) его твердения. The disadvantage of this solution is that the use of this method does not guarantee the stability of the walls of the chamber, and this is dangerous by the destruction of the overburden rock mass due to exceeding the cross-sectional dimension of the chamber at which the overburden will lose stability. In addition, there is a multi-element and phased technology of work, associated with the fact that pillars are formed from artificial material, i.e. operations are required to introduce this material into the cavity and to ensure the process (and the corresponding time costs) of its hardening.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, выражается в обеспечении устойчивости бортов камеры на период ее полной отработки. The task to which the claimed invention is directed is expressed in ensuring the stability of the sides of the chamber for the period of its full development.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в упрощении организации ведения работ и исключении неконтролируемого разрушения стенок камеры и последующего обрушения покрывающих пород. The technical result achieved in solving the problem is expressed in simplifying the organization of work and eliminating uncontrolled destruction of the chamber walls and subsequent collapse of the overburden.

Поставленная задача решается тем, что способ скважинной разработки мощных подземных формаций полезного ископаемого, включающий их вскрытие скважиной на всю мощность формации и отработку последней камерой, соосной со скважиной, с формированием в камере перемычек, разделяющих ее по высоте на отсеки, отличается тем, что перемычки формируют оставлением целиков полезного ископаемого, при этом диаметр камеры принимают кратным не более чем 20-24 диаметрам скважины на участке пересечения формации, высоту отсеков и толщину перемычки принимают соответственно не более 1-1,33, и не менее 0,2-0,3 диаметра камеры. The problem is solved in that the method of borehole development of powerful underground mineral formations, including opening them with a borehole at the entire formation power and working out the last chamber, coaxial with the borehole, with the formation of bridges in the chamber that divide it in height into compartments, characterized in that the bridges formed by leaving the pillars of minerals, while the diameter of the chamber is taken as a multiple of not more than 20-24 well diameters at the intersection of the formation, the height of the compartments and the thickness of the bridge are taken Responsibly no more than 1-1.33, and no less than 0.2-0.3 of the diameter of the chamber.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна". A comparative analysis of the features of the claimed solution with the features of the prototype and analogues indicates the conformity of the claimed solution to the criterion of "novelty."

Признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи. The features of the characterizing part of the claims solve the following functional tasks.

Признаки "...перемычки формирует оставлением целиков полезного ископаемого..." позволяют упростить организацию работ в камере и, кроме того, вместе с признаками, характеризующими размеры поперечного сечения камеры и толщину перемычек, исключают разрушение перемычек под действием собственного веса. Тем самым обеспечивается возможность "работы" перемычек в качестве "ребер жесткости", уменьшающих пролеты боковых стенок отсеков камеры и тем самым уменьшающих действующие в них напряжения до уровня, исключающего их разрушение. The signs "... the jumper forms by leaving the pillars of the mineral ..." can simplify the organization of work in the chamber and, in addition, together with the signs characterizing the dimensions of the cross-section of the chamber and the thickness of the jumper, eliminate the destruction of the jumper under its own weight. This makes it possible to "work" jumpers as "stiffeners", reducing the spans of the side walls of the chamber compartments and thereby reducing the stresses acting in them to a level that excludes their destruction.

Признаки, регламентирующие размеры боковых стенок отсеков, исключают возможность превышения действующих в них напряжений уровня, приводящего к их разрушению, и тем самым исключают неконтролируемое увеличение размеров поперечного сечения камер. Эти параметры определены экспериментально-аналитическим путем как параметры, при которых напряжения в перемычке не превысят предел прочности на разрушения для угля, при этом в расчет принимались вариации физико-механических характеристик углей. Signs regulating the dimensions of the side walls of the compartments exclude the possibility of exceeding the level of stresses acting in them, leading to their destruction, and thereby exclude an uncontrolled increase in the size of the cross section of the chambers. These parameters are determined experimentally and analytically as parameters at which the stresses in the jumper do not exceed the tensile strength for coal, while taking into account variations in the physicomechanical characteristics of the coals.

На фиг.1 показан вертикальный разрез по оси камеры, на фиг.2 - став гидромониторного агрегата. In Fig.1 shows a vertical section along the axis of the chamber, in Fig.2 - becoming a hydraulic unit.

Способ осуществляется следующем образом. The method is as follows.

При восходящей схеме отработки формации. With an ascending formation mining pattern.

Первоначально формацию 1 до ее нижней границы вскрывают скважиной 2, в которой размещают скважинный гидромониторный агрегат 3, став которого разделен на два канала 4 и 5, один из каналов обеспечивает подвод воды к гидромониторному агрегату 3, а другой - отсос пульпы. Целесообразно, чтобы конец става, предназначенный для отсоса пульпы, был раздвижным, что обеспечивает возможность забора пульпы у нижней границы отсека при перемещении вверх фронта разрушения забоя, с помощью этого агрегата производят круговой, поинтервальный по высоте формации размыв полезного ископаемого с оставлением перемычек 6 в виде целиков между отсеками 7 камеры 8. В пределах каждого отсека 7 работы ведут в восходящем порядке, от нижней границы отсека - к верхней. После выемки материала формации в пределах проектного контура отсека работы начинают в примыкающем к нему вышележащем отсеке 9, отступив от верхней кромки нижнего отсека 7 на расстояние, соответствующее толщине перемычки 6, и затампонировав участок скважины 2, пересекающий перемычку. Далее все повторяется до полной отработки формации 1. Initially, formation 1 is opened to its lower boundary by a borehole 2, in which a downhole hydraulic monitor unit 3 is placed, which has become divided into two channels 4 and 5, one of the channels provides water supply to the hydraulic monitoring unit 3, and the other provides suction of the pulp. It is advisable that the end of the stav intended for suction of the pulp be extensible, which makes it possible to collect the pulp at the lower boundary of the compartment when moving up the front of the destruction of the face, using this unit, a mineral is washed out in a circular manner, interval in height of the formation, leaving the jumpers 6 in the form the pillars between compartments 7 of chamber 8. Within each compartment 7, work is carried out in ascending order, from the lower boundary of the compartment to the upper. After the material is removed, the formations within the design contour of the compartment begin work in the overlying compartment 9 adjacent to it, departing from the upper edge of the lower compartment 7 by a distance corresponding to the thickness of the jumper 6, and blocking the section of the well 2 crossing the jumper. Further, everything is repeated until the formation 1 is completely worked out.

При нисходящей схеме отработки формации. With a downward flow pattern.

Формацию 1 вскрывают скважиной 2 до уровня нижней границы верхнего из отсеков 9. Затем в скважине 2 размещают скважинный гидромониторный агрегат 3 известного типа, обеспечивающий возможность кругового размыва камеры. С помощью этого агрегата производят круговой размыв полезного ископаемого. В пределах каждого отсека 9 работы ведут в восходящем порядке от нижней границы отсека к верхней. После выемки материала формации в пределах проектного контура отсека 9 скважину углубляют до нижней границы примыкающего нижележащего отсека 7 и начинают работу в этом отсеке, отступив от нижней кромки отсека 7 на расстояние, соответствующее суммарному размеру проектной высоты отсека и толщине перемычки 6. Далее все повторяется до полной отработки формации 1. The formation 1 is opened by the well 2 to the level of the lower boundary of the upper of the compartments 9. Then, a well monitoring unit 3 of a known type is placed in the well 2, which allows circular erosion of the chamber. With the help of this unit produce a circular erosion of minerals. Within each compartment 9, work is carried out in ascending order from the lower boundary of the compartment to the upper. After extraction of the formation material within the design contour of compartment 9, the well is deepened to the lower boundary of the adjoining underlying compartment 7 and work begins in this compartment, departing from the lower edge of compartment 7 by a distance corresponding to the total size of the design height of the compartment and the thickness of the jumper 6. Next, everything is repeated until complete development of the formation 1.

Параметры отсеков варьируют таким образом, что диаметр камер оставляют постоянным, а варьируют высотой отсеков и толщиной перемычек, при этом при более прочных углях высоту отсеков принимают большей, а толщину перемычек меньшей, чем при менее прочных углях. При указании диаметра камеры принимается в расчет то, что диаметр скважины может варьироваться в пределах 250-300 мм, при этом большему диаметру скважины соответствует меньшая величина кратности отношения размеров скважины и камеры. The parameters of the compartments vary in such a way that the diameter of the chambers is kept constant, but vary by the height of the compartments and the thickness of the jumpers, while with stronger corners, the height of the compartments is larger and the thickness of the jumpers less than with less strong corners. When specifying the diameter of the chamber, it is taken into account that the diameter of the well can vary between 250-300 mm, while a larger diameter corresponds to a smaller ratio of the ratio of the size of the well to the chamber.

Пример. С увеличением глубины залегания пласта прочность угля возрастает. Коэффициент запаса прочности k=l,2. Исходя из условия прочности на глубине 100 м и 200 м определены параметры камеры, при этом принимались следующие показатели:
для глубины залегания пласта Н= 100 м - [σ]_C =96 кгс/см² (9,6 МПа); [σ]_И =58 кгс/см² (5,8 МПа); [σ]_P =30 кгс/см² (3,0 МПа);
для глубины 200 м - [σ]_C =122 кгс/см² (12,2 МПа); [σ]_И =75 кгс/см² (7,5 МПа); [σ]_P =41 кгс/см² (4,1 МПа).Example. With increasing depth of the bed, the strength of coal increases. Safety factor k = l, 2. Based on the strength conditions at a depth of 100 m and 200 m, the camera parameters were determined, while the following indicators were taken:
for the depth of the bed N = 100 m - [σ] _C = 96 kgf / cm ² (9.6 MPa); [σ] _And = 58 kgf / cm ² (5.8 MPa); [σ] _P = 30 kgf / cm ² (3.0 MPa);
for a depth of 200 m - [σ] _C = 122 kgf / cm ² (12.2 MPa); [σ] _And = 75 kgf / cm ² (7.5 MPa); [σ] _P = 41 kgf / cm ² (4.1 MPa).

Расчет проводился для высоты отсека равной 8 м. The calculation was carried out for a compartment height of 8 m.

Результаты расчета параметров камеры и напряжения в конструктивных элементах системы разработки для различных глубин залегания пластов сведены в таблицу. The results of calculating the parameters of the chamber and the voltage in the structural elements of the development system for various depths of the layers are summarized in the table.

Claims

The method of borehole development of powerful underground mineral formations, includes opening them with a borehole at the entire formation power and working out the last chamber, coaxial with the borehole, with the formation of bridges in the chamber, dividing it in height into compartments, characterized in that the bridges are formed by leaving pillars of the mineral, the diameter of the chamber is taken as a multiple of not more than 20-24 well diameters, at the intersection of the formation, the height of the compartments and the thickness of the bridge are taken respectively not more than 1-1.33 and not less than 0.2-0.3 Diameter of the camera.