МИНИСТЕРСТВО УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ СССР ВСЕСОЮЗНЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧ НО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИ Й И НСТИТУТ ГОРНОЙ ГЕОМЕХАНИКИ И МАРКШЕЙДЕРСКОГО ДЕЛА В Н И М И

инструкция

ПО ВЫБОРУ СПОСОБА И ПАРАМЕТРОВ РАЗУПРОЧНЕНИЯ КРОВЛИ НА ВЫЕМОЧНЫХ УЧАСТКАХ

Ленинград 199 1

Анализом проявления горного давления при использовании различных типов крепей установлено, что интенсивность и тяжесть проявления осадок основной кровли определяется значением Л_н. к/тв, а также величиной рабочего сопротивления крепей, прочностными свойствами и структурными особенностями пород основной и непосредственной кровли.

В связи с этим целесообразно разработать дополнительную типизацию тяжелых кровель по прочностным и нагрузочным свойствам пород основной кровли.

3.1. Дополнительная типизация тяжелой кровли. В Каталоге угольных пластов мощностью до 3,5 м и углом падения до 35° с тяжелыми кровлями (JI.: ВНИМИ, 1985) приведена дополнительная типизация по нагрузочным свойствам, в соответствии с которой труднообрушаемые породы кровли разделены на два типа, — к ЗА отнесены породы с пределом прочности на сжатие 60—80 МПа_г а к типу ЗБ — более 80 МПа. (Индекс 3 в соответствии с единой Классификацией боковых пород ВНИМИ характеризует класс трудноуправляемых кровель, к которым отнесены и тяжелые).

Разделение диапазона тяжелых кровель по нагрузочным свойствам, т. е. по величине h„._K/m_B, показано иа рис. L Верхняя граница, разделяющая трудно- и среднеобрушаемую кровлю, установлена на основе опыта применения механизированных крепей с различными величинами рабочего сопротивления.

Значения А_н._к /т_й по верхней границе в зависимости от вынимаемой мощности изменяются от 4 (при вынимаемой мощности пласта 1,0 м) до 1,6 (при 5,0 м). Нижняя граница диапазона труднообрушаемой кровли проходит по оси абсцисс, т. е. Л_Нк /т_в ==

-0.

9

Диапазон труднообрушаемой кровли между верхней и нижней границами разделен приблизительно на три равные части, которые образуют четыре подтипа кровли 3Ai, ЗА₂, ЗА₃, ЗА₄ и 3Bi, ЗБ₂, ЗБ₃, ЗБ₄.

Исходя из этого, каждому подтипу кровли соответствуют значения отношения h_{H K} /т_ъ:

йн-к /т_в = 0.........3Ai    \    ЗБ1 ;

1    0,50........ЗА₂    \    ЗБ₂;

2    ^ Лн.к /^в> 1 »0........ЗАз    \    ЗБз;

4 ^ Лн,к    1 >6........ЗА₄;    ЗБ₄.

Особенно тяжелые проявления осадок основной кровли наблюдаются при первом и втором подтипах (ЗА!, ЗБ1 и ЗА₂, ЗБ₂). При первичных осадках, даже если крепи имеют высокое сопротивление, наблюдаются частые случаи посадки секций «нажест-ко», деформации их элементов.

При кровлях подтипов ЗАз, ЗБз и ЗА₄, ЗБ₄ интенсивность и тяжесть проявления осадок меньше, чем при первых двух подтипах, но они наблюдаются в период осадок основной кровли вывалообразованием, особенно при неустойчивой непосредственной кровле. Поэтому, чтобы правильно выбрать тип крепи, а если применяется разупрочнение, то и рациональные схемы и параметры заложения скважин, необходимо в подтипах учесть устойчивость нижних слоев непосредственной кровли. Для этой цели вводятся индексы: «Н» — неустойчивая кровли, «У» — устойчивая.

Выделенные типы кровель обозначим следующим образом: ЗА₂_₄Н, ЗА₂_₄У, ЗБ₂_₄Н и ЗБ₂-₄У.

3.2. Область применения разупрочнения кровли. Выбор способов разупрочнения для конкретных очистных забоев зависит от соответствия подтипа кровли величине рабочего сопротивления применяемой крепи, а также от осложняющих факторов в пределах выемочного участка.

Отрасль недостаточно оснащена крепями нового технического уровня с высоким сопротивлением (1000—1300 кН/м²). Поэтому на пластах с тяжелыми кровлями применяются крепи повышенного сопротивления, а в ряде случаев — крепи I ряда по величине рабочего сопротивления.

Проанализированы опыт применения крепей повышенного и высокого сопротивления, а также результаты исследований проявления горного давления при их использовании в очистных забоях основных угольных бассейнов. Это позволило для каждого подтипа кровли установить необходимую величину рабочего сопротивления крепи и в зависимости от нее целесообразность применения разупрочнения кровли.

Область применения разупрочнения, соответствующая каждому подтипу тяжелой кровли, указана в табл. 1.

10

Таблица I

Мероприятия по разупрочнению кровли при механизированные крепях

Характе- повышенного сопротивления высокого сопротивления (Р = = 1000—1300 кН/м2) (Р = 320—450 кН/ч2) I типа (Р = 480— 650 кН/тя2) 11 тира {Р = 720—730 кН/м2) Крепь IMKM, М-87УМ, М-88, «Донбасс», ОКП, М-137, МК-75, МК-970М, МКС, МКЭ РКП-70, ОКП-90, М-87МП, КД-80, М-103, М-87П М-130, «Пиома» 2УКП, УКП-5, МТ, М-138, М-139, М-142 Подтип кровли ЗА| _2 ПР2 ПР2 ПР, — ЗА3 ПР2 ПР, пр, —- за4 ПР2 ПР, — — ЗБ1 _2 ПР2 ПР2 Пр2 ПР, ЗБз_ 4 ПР, ПР2 — —

Примечания* I. ПР| — разупрочнение в зоне первичной осадки. ПР2 — разхпрочнение по всему выемочному полю. 2. К механизированным крепям I ряда по величине рабочего сопротивления отнесены крепи, соответствующие ГОСТ 15852

После оснащения отрасли необходимым объемом механизированных крепей высокого сопротивления, разупрочнение кровли должно применяться только при подтипах кровли 3Bi, ЗБ2 на пластах мощностью более 3,5 м, чтобы снизить интенсивность и тяжесть проявления первичных осадок основной кровли, когда необходимое рабочее сопротивление является недостаточным (рис 2)

Рис. 2. Необходимое сопротивление крепи при первой осадке основной кровли

П

Приведенные-зависимости величины рабочего сопротивления от вынимаемой мощности плаета для данных подтипов кровли построены по результатам исследований работы крепей (2УКП, КМТ и др )

При вторичных осадках величина рабочего сопротивления (1300 кН/м*) позволяет в необходимой степени нейтрализовать тяжесть их проявления без применения разупрочнения кровли.

Разупрочнение кровли в ряде горно-геологических условий залегания угольных пластов рекомендуется даже при соответствии величине рабочего сопротивления крепи, если встречаются осложняющие факторы, перечень которых содержится в табл 2 Все данные приведены для структурно-нагрузочного типа кровли 3Bj __2—з - В этих условиях разупрочнение производится как на участке первичной осадки, так и по всему выемочному полю

Таблица 2

Осложняющие факторы Разупрочнение Пласты со слабыми почвами ПР2 Пласты с неустойчивыми нижними слоями непосредственной кровли ПР2 Пласты с углами падения более 18° при использовании механизированных крепей оградительно-поддерживающего типа ПР, Склонность зависающих пород основной кровли на длине естественного шага первичной осадки (80—120 м) к мгновенному обрушению с вытеснением больших объемов газа в призабойное пространство и формированию воздушных ударов ПР, Пласты с газодинамическими проявлениями горного давления ПР2 Выемочные участки шахтопластов с выклиниванием непосредственной кровли по их длине до значений, соответствующих тяжелой кровле По длине данного участка

4. ПЕРЕДОВОЕ ТОРПЕДИРОВАНИЕ

Условия применения

4.1. Передовое торпедирование — универсальный способ для любых горно-геологических условий залегания пластов с трудно-обрушаемыми породами кровли при любой их мощности и прочности для шахт при столбовых системах разработки, а также комбинированной системе при бурении и взрывании скважин из выработок, проветриваемых за счет общешахтной депрессии.

4.2 Допускается применение передового торпедирования на шахтах, опасных по газу и взрывчатости пыли, а также на пластах, опасных по внезапным выбросам угля и газа, при использовании сыпучей забойки на основе смеси карбамида с хлоридом калия,

12

обеспечивающей камуфлетное взрывание без выброса продуктов детонации и забойки в шахтную атмосферу.

При отсутствии на шахтах энергии сжатого воздуха, необходимого технологического оборудования для возведения сыпучей забойки допускается применение водяной забойки при условии контроля уровня воды в скважинах.

4.3.    Способ передового торпедирования рекомендуется также для охраны повторно используемых и присечных выработок при бесцеликовых схемах подготовки, а также для предупреждения пучения почвы.

4.4.    Передовое торпедирование запрещается непосредственно в зонах с раскрытыми трещинами и перемятыми породами.

Параметры способа

4.5. К основным параметрам способа передового торпедирования относятся (рис. 3):

/скв — длина скважин, м; аГскв — диаметр скважйн, мм;

/_Заб — длина забойки, м;

^за_Р — длина заряда, м;

Р — угол разворота скважин относительно прилегающих выработок, (...°);

0 — угол подъема скважин над пластом, (...°); а — расстояние между скважинами или шаг торпедирования, м; Q — общая масса заряда, кг; g — удельная масса заряда, кг/м.

Рис. 3. Параметры заложения скважин и размещения зарядов В В

Схемы расположения и параметры заложения скважин

4.6. Выбор схем и параметров расположения скважин обусловливается типом кровли, величиной рабочего сопротивления крепи, направлением естественной трещиноватости, а также

13

горно-геологическими и горно-техническими условиями выемочных участков.

4.7.    По назначению скважины подразделяются на основные, служащие для разупрочнения кровли в пределах выемочного столба, и отсечные, — для предотвращения зависания кровли у границ целиков, штреков и для инициирования разрушения при выходе комплекса из монтажной камеры

4.8.    Схемы расположения скважин подразделяются на виды:

по ориентировке скважин относительно линии очистного забоя — перпендикулярные, параллельные, наклонные;

по количеству сторон выемочного столба или подготовительных выработок, из которых бурятся скважины, одно- и двусторонние;

по количеству скважин в плоскости разупрочнения — одно-и двухъярусные (две скважины)

Область применения

4.9.    Перпендикулярная и наклонная схемы расположения скважин соответствуют всем типам кровли.

4.10.    Параллельная схема расположения скважин используется при кровлях типа ЗАг-^У.

4.11.    Комбинированная схема расположения (параллельные и наклонные скважины) целесообразна при кровлях типа 3Ai_₂, ЗБ,_₂ и прочной непосредственной кровле, представленной алевролитами, известняками (о_с = 40^-60 МПа), а также на участках выклинивания непосредственной кровли и замещения ее прочными породами основной кровли цо длине выемочных столбов.

4.12.    Параллельные и веерные скважины, закладываемые из специально пройденного гезенка до верхнего контура прочной породы небольшой мощности (3—5 м), применяются на тонких угольных пластах, если непосредственно над ними залегают слабые. породы

Схемы расположения скважин и параметры их заложения для снижения интенсивности и тяжести проявления первичных осадок основной кровли

4.13.    Рекомендуются схемы расположения скважин: перпендикулярная, параллельная, наклонная, комбинированная, параллельные и веерные скважины, заложенные из специального гезенка.

4.14.    При длине лавы Ь_л < 120 м при любых схемах располо

жения скважин (кроме перпендикулярного) используются односторонние, при    120    м—двусторонние схемы.

4.15.    Одностороннюю схему в отдельных случаях можно применять при длине лавы более 120 м, а также на пластах с углами залегания более 15°.

14

4 16, Расстояние Между забоями встречных скважин при любых схемах их расположения должно составлять d = 10—15 м.

Перпендикулярная схема

4.17. До начала очистных работ из разрезной печи будущей лавы перпендикулярно к плоскости забоя бурят скважины на длину, равную шагу первичной осадки основной кровли L_n (рис. 4). Скважины 1 по длине лавы пробуривают с шагом, равным а. Отсечные скважины 2 пробуривают на расстоянии С = 10—15 м от монтажной камеры. На пластах мощностью больше 3 м монтажную камеру проводят в два приема, работы по бурению и взрыванию скважины выполняют до ее расширения на проектное сечение.

Отсечные скважины 4 (рис. 5) в задней заделке плиты кровли на расстоянии 2—3 м от монтажной камеры закладываются при слоевых системах разработки, чтобы снизить влияние краевой части целика при отработке нижележащего слоя.

Рис. 4. Перпендикулярная схема расположения скважин

4.18. Проекция длины скважины на плоскость пласта должна быть равна предельному пролету первичной осадки основной кровли (L_n — /_CkbCOS0).

15

4.19.    При кровлях типа 3Bi — 2 закладываются оконтуриваю-щие скважины 3 на расстоянии К = 6—10 м от верхних концов скважин /, соответственно условию:

L_tt + K< 1,2L_n-    (1)

4.20.    На пластах о углами падения более 18° и при использовании механизированных крепей оградительно-поддерживающего-типа при любых величинах рабочего сопротивления закладываются отсечные скважины 2 впереди монтажной камеры на расстоянии С = 10—15 м и скважины 4 в задней заделке на расстоянии t = 2—3 м от монтажной камеры.

4.21.    Отсечные скважины 4 в задней заделке при любых типах кровли следует закладывать двухъярусными, а отсечные скважины 2 впереди монтажной камеры — одноярусными.

4.22.    При кровлях типа ЗА основные скважины 1 закладываются одноярусными, типа ЗБ — двухъярусными. Скважины второго яруса 1, 4 располагаются над участком забойки основных 1 и отсечных 4 скважин.

4.23.    При использовании механизированных крепей первого ряда повышенного сопротивления I типа (Р = 480—650 кН/м²) и кровлях ЗА расстояние между скважинами должно составлять 15—20 м;

при использовании механизированных крепей повышенного сопротивления II типа (Р — 720 кН/м²) и кровлях ЗА — 20—25 м;

при использовании механизированных крепей высокого сопротивления — 30—35 м;

при кровлях типа ЗБ1-2, представленных мощными монолитными породами, расстояние между скважинами 1 может быть уменьшено до 10—12 м.

Параллельная схема

4.24.    По данной схеме бурят скважины из прилегающих выработок параллельно очистному забою с определенным шагом торпедирования (рис. 6).

4.25.    Параллельная схема применяется при кровлях ЗА2-3У, ЗБ₂_зУ с механизированными крепями повышенного (II типа — Р = 720 кН/м²) и высокого сопротивления.

4.26.    На расстоянии С == 10—15 м от монтажной камеры закладывают отсечные скважины 2.

4.27.    Основные скважины / закладывают на расстоянии 1/2L„ и 2/3L_n.

4.28.    При кровлях типа 3Bi„2, представленных мощными монолитными породами, склонными к зависанию на больших площадях и внезапному обрушению, шаг торпедирования на участке предельного пролета должен составлять 10—15 м.

4.29.    При кровлях типа ЗА4, ЗБ4 на больших глубинах с интенсивным пучением почвы при отходе от монтажной камеры,

16

чтобы предупредить зажатие механизированной крепи пучащими породами почвы, отсекающие скважины 4 закладывают в задней заделке на расстоянии t = 2—3 м от монтажной камеры (рис. 7). Взрывание производится при отходе комплекса от монтажной камеры на расстояние, равное 0,5—0,7 величины предельного пролета устойчивости почвы Li⁴.

Наклонная схема

4.30. Схема реализуется бурением основных скважин 1 из прилегающих выработок под углом разворота р = 50—80°.

4.31.    Наклонная схема выполняется в трех вариантах: с разворотом скважин на забой (рис. 8), на массив (рис, 9, а) и со встречно-параллельным расположением (рис. 9, б).

4.32.    При слоевой отработке мощных пластов на расстоянии 5 м от монтажной камеры закладывают отсечные скважины 2 в задней заделке. При кровлях 3Bi_2 используют двухъярусные скважины.

4.33.    При кровлях типа 3Ai„2 расстояние между скважинами принимают а = 15—20 м, при кровлях типа 3Bi_2 — а = 10—15 м.

Комбинированная схема

4.34. Схема реализуется бурением оконтуривающей параллельной скважины 1 (рис. 10) на расстоянии l/2L_ni отсечных скважин 4 в задней заделке на расстоянии t = 2™3 ми 2 — на расстоянии С — 10—15 м от монтажной камеры, и наклонных скважин 3 во второй половине предельного пролета. Расстояние между наклонными скважинами а принимают для кровель типа ЗА*-2— 15 м, 3Bi_2— Ю—15 м. Угол разворота (J наклонных скважин составляет 70—80°.

Рис. 10. Комбинированная схема расположения скважин

4.35. При двусторонних схемах применяют встречно-параллельные наклонные скважины.

Параллельная или веерная схемы расположения скважин из специального гезенка

4.36.    Гезенк 1 сечением 2,2 м² проходят до верхнего контура прочного слоя труднообрушаемой породы; верхнюю часть его разделывают под камеру для бурового станка (рис. 11).

4.37.    Из гезенка пробуриваются параллельные или веерные скважины 2.

4.38.    Расстояние между гезенками / ~ 20—50 м.

МИНИСТЕРСТВО УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ СССР ВСЕСОЮЗНЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГОРНОЙ ГЕОМЕХАНИКИ И МАРКШЕЙДЕРСКОГО ДЕЛА ВНИМИ

ИНСТРУКЦИЯ ПО ВЫБОРУ СПОСОБА И ПАРАМЕТРОВ РАЗУПРОЧНЕНИЯ КРОВЛИ НА ВЫЕМОЧНЫХ УЧАСТКАХ

Ленинград 199 1

Схемы расположения скважин и параметры их заложения для снижения интенсивности и тяжести проявления вторичных осадок основной кровли

4.39.    Применяются перпендикулярная, параллельная, наклонная или веерная схемы расположения скважин из специального гезенка.

Перпендикулярная схема

4.40.    Схему применяют, если в пределах выемочного участка имеются технологические выработки или специально пройденная выработка (рис. 12). Скважины 1 бурят из выработки перпендикулярно очистному забою в обе стороны. На расстоянии 10—15 м с двух сторон выработки закладывают отсекающие скважины 2.

Рис. 12. Перпендикулярная схема расположения скважин из специальной или технологической выработки

4.41. Расстояние между перпендикулярными скважинами составляет для кровель типа 3Ai_~₂ — 20—25 м, для 3Bi_₂ — 15— 20 м.

4.42 При кровлях типа 3Ai_₂ закладываются одноярусные скважины, при кровлях типа 3Bi — двухъярусные. При кровлях типа ЗБ₂ двухъярусное расположение возможно только для скважин, расположенных навстречу движению очистного забоя.

19

УДК 622.831.242.4:[622.236.4+622.236 54](083.75)

Инструкция по выбору способа н параметров разупрочнения кровли на выемочных участках. — Л., 1991. — 102 с. (М-во угольной пром-сти СССР. Всесоюз ордена Трудового Красного Знамени НИИ горн, геомех и маркшейд. дела)

На базе действующей Инструкции по выбору способа и параметров разупрочнения кровли на выемочных участках (Л., ВНИМИ, 1982) разработана новая, в основе которой — обобщение опыта применения механизированных крепей повышенного и высокого сопротивления с разупрочнением кровли и при его отсутствии в разнообразных гор но-геологических условиях основных бассейнов и анализ результатов аналитических, лабораторных и шахтных исследований проявления горного давления.

Реализация способов разупрочнения базируется на новых исследованиях и разработках. Это обеспечивает безопасность взрывных работ.

Инструкция составлена ВНИМИ, ИГД им. А. А. Скочинского, Печорниипроектом, КНИУИ, Донуги, Шахтниуи им. А. М Терпиго-рева, Макнии, Востнии, Кузниуи, Производственно-экспериментальным управлением по буровзрывным работам Донбасса (ПЭУ БВР), ЛГИ им. Г. В. Плеханова, Карагандинским политехническим институтом, ПО «Интауголь», ИГД СО АН СССР, ИГД КазССР при участии производственных объединений Карагандауголь, Воркутауголь, Северокузбассуголь, Южкузбассуголь, Гуковуголь, Сахалин-уголь, Донецку голь, Донбассантрацит, Краснодону голь, Ровеньки-антрацит.

Предназначена для использования научно-техническим персоналом производственных объединений, шахт, проектных и научно-исследовательских институтов Минуглепрома СССР (при разработке проектов и практическом разупрочнении кровли в очистных забоях).

Ил. 66, табл. 4, прил 6.

© Всесоюзный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела (ВНИМИ), 1991.

ВВЕДЕНИЕ

В отрасли разрабатываются более 100 угольных пластов с тяжелыми кровлями и углом падения до 35°, выемка которых осложнена в периоды проявления осадок основной кровли. В большинстве таких случаев возникают аварийные ситуации в очистных забоях.

Чтобы повысить эффективность управления труднообрушае-мыми породами кровли и таким образом обеспечить высокопроизводительную работу комплексно-механизированных очистных забоев и безопасность труда, в отрасли ускоренно реализуется основное направление решения этих вопросов — создание и внедрение механизированных крепей нового технического уровня с повышенным и высоким сопротивлением. Параллельно, как вспомогательное направление на период завершения перехода к крепям нового технического уровня, продолжается совершенствование применяемых способов разупрочнения в направлении повышения эффективности, снижения трудоемкости и обеспечения высокой безопасности ведения взрывных работ. Кроме этого; разрабатываются новые способы разупрочнения.

В 1980—1985 гг. с применением различных способов разупрочнения кровли в Карагандинском, Печорском, Кузнецком, Донецком бассейнах и ПО «Сахалинуголь» отработано 199 комплексно-механизированных очистных забоев, а за 1985—1990 гг.— 105 забоев.

Работы производились в соответствии с «Инструкцией по выбору способа и параметров разупрочнения кровли на выемочных участках», утвержденной Минуглепромом СССР в 1981 г. Она была разработана с учетом использования индивидуальных и применявшихся в этот период механизированных крепей (рабочее сопротивление 320—650 кН/м²). Многие ее положения по выбору и обоснованию параметров заложения скважин, области применения способов разупрочнения устарели, так как не были учтены величины рабочего сопротивления механизированных крепей, структура и строение пород основной и непосредственной кровли, ряд осложняющих факторов горно-геологцческого характера.

Опыт применения механизированных крепей высокого сопротивления показывает, что в условиях слабых пород почвы, при значительном зависании пород кровли в выработанном пространстве, крупноблочном обрушении, на пластах с вынимаемой

3

мощностью более 3,0 м, склонных к отжиму, и в ряде других случаев они не в состоянии предотвратить аварийные ситуации в очистных забоях. Чтобы избежать деформаций элементов секций-крепей, создать безопасные условия ведения очистных работ, предупредить появление воздушных ударов с выбросом в при-забойное пространство больших объемов газа, в этих условиях следует широко использовать способы разупрочнения.

Для обеспечения полной безопасности ведения взрывных работ усовершенствованы водовоздушные и водораспылительные завесы, разработана и внедрена новая забойка, обеспечивающая камуфлетное взрывание без выбросов продуктов детонации в шахтную атмосферу*

На основе разработанной ВНИМИ дополнительной типизации тяжелой кровли угольных пластов установлена область применения разупрочнения в сочетании с крепями нового технического уровня.

Следует отметить, что в ближайшие годы способы разупрочнения будут широко применяться для решения задач управления состоянием массива горных пород на больших глубинах.

Успешно проводятся работы по использованию способов разупрочнения для разгрузки крепей подготовительных выработок от повышенного горного давления, для предотвращения пучения почвы при бесцеликовых схемах подготовки выемочных участков. Начаты экспериментальные работы по предотвращению газодинамических явлений в очистных забоях на основе комплексного метода, важнейшим элементом которого Является разупрочнение труднообрушаемых пород.

Работы по разупрочнению пород должны полностью соответствовать требованиям Правил безопасности в угольных и сланцевых шахтах (JVL: «Недра*, 1986), Единых правил безопасности при взрывных работах (М.: «Недра*, 1972) и настоящей Инструкции.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.    Основным геологическим признаком тяжелой кровли, относящейся к классу трудноуправляемых, является величина, отношения суммарной мощности легко- и среднеобрушающихся пород непосредственной кровли А_н. к к вынимаемой мощности пласта т_в при наличии в основной кровле трудно- и весьма труднообрушаемых пород, представленных крепкими песчаниками, известняками и реже алевролитами. В соответствии с единой классификацией кровли пологих пластов ВНИМИ (Временные указания по управлению горным давлением в очистных забоях угольных шахт. — Л.: ВНИМИ, 1981), в зависимости от величины этого отношения к типу тяжелых кровель отнесены (3—4) > > А_н._к/т_в > 0.

1.2.    В очистных забоях с тяжелой кровлей управление ею производится механизированными крепями повышенного и высокого сопротивления, а также индивидуальными стойками при повышенной плотности установки в сочетании с посадочной крепью.

Если рабочее сопротивление крепей не соответствует нагрузочным свойствам пород кровли, а также присутствует ряд осложняющих факторов, то необходимо разупрочнение пород основной кровли.

Выемочные участки, на которых необходимо производить разупрочнение труднообрушаемых пород кровли, устанавливает комиссия представителей производственных объединений (председатель — технический директор объединения), бассейнового НИИ, а также института по безопасности горных работ. Это осуществляется ежегодно при рассмотрении планов ведения горных работ на следующий год или безотлагательно в случае неожиданного проявления тяжелых осадок основной кровли, а также газодинамических явлений в очистных и подготовительных выработках.

Комиссиям рекомендуется использовать Каталог угольных пластов мощностью до 3,5 м и углом падения до 35° с тяжелыми кровлями (Л.: ВНИМИ, 1985), а также для выбора типа крепи — Каталог типовых условий эксплуатации механизированных крепей на полого-наклонных (до 35°) пластах (Л.: ВНИМИ, 1985) и методические основы выбора области применения, изложенные в настоящей Инструкции.

5

1.3. На плане горных работ выемочных участков, на которых признано необходимым производить разупрочнение кровли, должны быть указаны наименования способов разупрочнения: ПТ — передовое торпедирование, ГМТ — гидромикроторпедирование, ПОС — принудительное обрушение взрыванием скважинных зарядов, ПОШ — то же, шпуровых зарядов, ВГО — взрывогидрообра-ботка, ИГР — направленный гидроразрыв, ГДС — гидродинамическая стратификация, ВБ — взрывоподбутовка.

2. СПОСОБЫ РАЗУПРОЧНЕНИЯ

В отрасли освоены и применяются следующие способы разупрочнения: передовое торпедирование, гидромикроторпедирование, взрывогидрообработка, два вида принудительного обрушения — взрывание скважинных и шпуровых зарядов. В стадии промышленного внедрения находятся новые способы — гидродинамическая стратификация, направленный гидроразрыв, взрывоподбутовка.

Разработаны и апробированы в промышленных условиях новые модификации способа передового торпедирования: межэкранное торпедирование, направленное разупрочнение.

Целью применения в очистных забоях этих способов является снижение или полная ликвидация тяжести проявления осадок основной кровли.

2.1. Передовое торпедирование. Сущность способа — локальное ослабление прочных пород основной кровли впереди очистного забоя по длине или участку выемочного поля путем взрывания зарядов ВВ в длинных скважинах. Образующиеся в результате взрыва искусственные концентраторы напряжений в виде зон радиальных трещин и разрушенных контактов в плоскостях напластования по мере приближения очистного забоя к плоскости торпедирования и последующего ее перехода в изменяющемся силовом поле напряжений массива пород прорастают в магистральные трещины. Последние расчленяют массив пород основной кровли на блоки по высоте и напластованию.

Размер зон трещинообразования и разрушения контактов между прочными слоями зависит от типа ВВ, коэффициента заряжания, массы и конструкции скважинного заряда, физикомеханических свойств и параметров волн напряжений. Расчет размеров зоны трещинообразования показан в прил. L

В результате разупрочнения прочные труднообрушаемые породы основной кровли расчленяются на блоки меньших размеров. Это приводит к резкому снижению интенсивности и тяжести проявления первичных и вторичных осадок основной кровли, к уменьшению величины внешних активных нагрузок на крепь очистных забоев и разгрузке их краевых частей.

а. Межэкранное торпедирование. Цель способа — обеспечить максимальное использование энергии взрыва, чтобы повысить

6

эффективность разупрочнения пород кровли. Для этого в качестве экрана служит природная и эксплуатационная трещиноватость. При определенном расположении скважин экран позволяет использовать эффект напряжений отраженных взрывных волн.

б. Направленное разупрочнение. Сущность его — в заложении в естественной плоскости обрушения одной скважины с взрыванием в ней заряда ВВ и другой — «холостой». Такая схема приводит к снижению сейсмического воздействия на слабые породы непосредственной кровли, что снижает вывалообразование.

2.2.    Гидромикроторпедирование. Способ является комбинированным, сочетающим элементы передового торпедирования и гидрообработки. В скважинах взрывают небольшие заряды ВВ в оболочке специальной конструкции в водной среде под давлением с последующей гидрообработкой породного массива. Заряды ВВ располагают в местах залегания ослабленных контактов и прослоев. Перед взрыванием первого заряда в скважину нагнетают жидкость для заполнения пор и трещин. После первого в той же скважине в таком же режиме производятся последующие взрывания. В дальнейшем в скважину нагнетают жидкость в режиме гидрообработки.

Этими мероприятиями достигается разупрочнение массива за счет образования трещин расслоения и увлажнения пород. Слои обрушаются в несколько стадий и не создают повышенных нагрузок на крепи очистных выработок.

2.3.    Взрывогидрообработка. Сущность способа — это предварительное создание трещиноватости в массиве труднообрушаю-щихся монолитных пород кровли взрыванием скважинных зарядов диаметром 36--38 мм, массой ВВ 35—50 кг и последующее увлажнение от шахтного противопожарного трубопровода с напором 0,5—1,0 МПа.

После воздействия взрыва и увлажнения пород осадки основной кровли при работе очистных забоев не проявляются.

2.4.    Принудительное обрушение кровли взрыванием скважинных зарядов. Сущность способа в следующем: при минимальной безопасной площади обнажения кровли взрыванием зарядов ВВ в длинных скважинах, параллельных линии очистного забоя, пробуренных вблизи целика, осуществляется обрушение трудно-обрушаемых пород над выработанным пространством на высоту до 10 м. Кровля под действием взрыва разделяется на слои, затем они обрушаются при зависании, меньшем по сравнению с естественным шагом обрушения. Это исключает воздушные удары и формирование больших активных нагрузок на крепи.

2.5.    Принудительное обрушение кровли взрыванием шпуровых зарядов. Основа способа — бурение шпуров в кровлю из призабойного пространства очистного забоя. Взрыванием шпуровых зарядов ослабляют непосредственную кровлю. Если труднообрушае-мые породы залегают непосредственно над угольным пластом, то в результате ослабления происходит их принудительное

7

обрушение без воздействия на очистной забой. Если же трудно-обрушаемые породы залегают выше, вне досягаемости шпуровых зарядов, то производится рыхление непосредственной кровли на мощность, необходимую для подбутовки этих пород.

2.6.    Способ подработки. Сущность способа — региональное ослабление труднообрушающихся пород кровли пласта посредством предварительной выемки нижележащего пласта. Ослабление или разупрочнение происходит за счет разрушения межслоевых связей, а также образования или развития трещин в породах в процессе деформирования и перемещения подработанной толщи. Степень разупрочнения пород снижается с удалением от подрабатывающего пласта и с уменьшением его мощности. Площадь зоны разупрочнения в плоскости напластования сокращается по мере удаления от подрабатывающего пласта. Она определяется углами разупрочнения по простиранию, восстанию и падению пласта.

Достаточность степени разупрочнения кровли оценивают по относительной мощности междупластья (соотношение мощностей междупластья и вынимаемой подрабатывающего пласта).

2.7.    Скважинная взрывоподбутовка кровли. Способ заключается в возведении бутовых полос параллельно лнйии очистного забоя взрыванием скважинных зарядов в почве пласта в выработанном пространстве при отходе очистного забоя от разрезной печи. Это осуществляют, чтобы нейтрализовать проявление первичных осадок основной кровли на тонких угольных пластах.

2.8.    Направленный гидроразрыв прочных пород основной кровли. Сущность способа — создание в этих породах искусственных протяженных трещин с заданной ориентацией в пространстве за счет нагнетания воды в режиме гидроразрыва к зародышевым щелям, нарезанным в скважинах. В результате разупрочнения кровли уменьшаются размеры обрушающихся блоков, снижаются нагрузки на крепи очистных и подготовительных выработок.

2.9.    Гидродинамическая стратификация пород кровли. Способ состоит в том, что разупрочнение пород кровли осуществляют ориентированным гидроразрывом по предварительно нарезанной круговой щели. Обрушение последних исключает вредное проявление осадок основной кровли.

3. ВЫБОР ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СПОСОБОВ РАЗУПРОЧНЕНИЯ КРОВЛИ В ОЧИСТНЫХ ЗАБОЯХ

Опыт применения механизированных крепей с различными величинами рабочего сопротивления на пластах с тяжелыми кровлями позволяет обоснованно устанавливать целесообразную область применения способов разупрочнения.

8