СПОСОБ ГОРНОЙ РАЗРАБОТКИ С ЗАКЛАДКОЙ С УСТАНОВЛЕНИЕМ КОНТАКТА С КРОВЛЕЙ И СОХРАНЕНИЕМ ВОДЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТРЕЩИН ПЕРЕКРЫВАЮЩЕГО СЛОЯ И ПРОСЕДАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ

Область техники

Настоящее изобретение относится к способу горной разработки с закладкой с установлением контакта с кровлей, в частности к горным работам с сохранением воды и способу разработки с закладкой с установлением контакта с кровлей для контроля трещин перекрывающих слоев и проседания поверхности в закладке выработки по типу штреков и целиков в угольных шахтах.

Уровень техники

Северозападный район Китая имеет много месторождений угля с небольшой глубиной залегания мощных угольных пластов и с высококачественным углем, но является зоной пустынь или полупустынь с континентальным климатом, где водные запасы скудны, растительное покрытие слабое и экология среды легко деградирует. Многолетняя практика горной разработки показала, что если широкомасштабная механизированная выемка проводится обычным способом, на большой площади и с высокой интенсивностью происходит потеря водных и земельных ресурсов вследствие развития обусловленных выемкой трещин породы, оказывающих ряд воздействий на окружающую среду и геологию на площади горных работ и дополнительно ускоряющих деградацию экологии среды, которая сама по себе весьма слабая.

В настоящее время существующие способы горных работ с сохранением воды с контролем трещин перекрывающих пород и проседания поверхности в угольных шахтах в основном включают камерно-столбовую разработку, открытые горные работы, цементацию трещин отдельных пластов, выемку с закладкой и т.д. Способ открытых горных работ и способ камерно-столбовой разработки реализует контроль проседания поверхности за счет постоянного оставления невынутого угля, что обычно дает коэффициент извлечения около 50%, и включает значительную потерю ресурса. Способ цементации трещин отдельных пластов уменьшает проседание поверхности посредством заполнения отдельных пространств перекрывающих пород с помощью бурения скважин и цементирования, но способ применим только в ситуации, где перекрывающие породы имеют твердые верхние слои и мягкие нижние слои, и обычно может только давать коэффициент уменьшения проседания поверхности не выше 40%. В способе разработки с закладкой применяют основную часть закладки для замещения угля, способ является наиболее эффективным для контроля проседания поверхности, в способе закладка пластичным раствором является наилучшей.

Для разработки с закладкой пластичным раствором перерабатывают пустую породу, угольную золу, промышленный шлак и твердые бытовые отходы вблизи угольной шахты в цементирующий или нецементирующий пластичный раствор, транспортируют цементирующий раствор по трубопроводу с помощью заполняющего насоса или под действием силы тяжести в подземную область, и заполняют выработанное пространство на груди забоя, частично или полностью, для образования необходимой системы крепи перекрывающей породы, в основном состоящей из пластичной основной части закладки, для эффективного контроля трещин перекрывающих пород и проседания поверхности и реализации выемки с предохранением водного ресурса в угольной шахте.

При закладке пластичным раствором основная часть закладки в основном функционирует для несения кровли. Вместе с тем, если основная часть закладки не входит в контакт с кровлей после затвердевания, она должна терять функцию активного несения кровли за критический период времени; более того, этим усугубляется проседание поверхности и обуславливаются катастрофы. Поэтому обеспечение входа в контакт с кровлей в выработанном пространстве является весьма важным. В настоящее время определение достижения закладкой пластичным раствором в выработанном пространстве состояния контакта с кровлей получают, в основном, наблюдая перелив цементирующего раствора из трубопровода выпуска воздуха на верхней отметке выработанного пространства. Но перелив цементирующего раствора из трубопровода выпуска воздуха только указывает на завершение заполнения выработанного пространства на данный момент времени и не может являться надежным доказательством достижения состояния контакта с кровлей в выработанном пространстве, поскольку объем основной части закладки может уменьшаться после затвердевания основной части закладки, если соотношение компонентов в смеси материала закладки не является специально подобранным или возникает утечка цементирующего раствора в результате развития трещин в окружающий пласт в выемочной камере; мониторинг такого явления обычными способами может являться невозможным; с другой стороны, в прошлом никакие эффективные меры по исправлению не предпринимались, когда обнаруживали явление отсутствия контакта с кровлей в выработанном пространстве. Данное является неблагоприятным для контроля проседания поверхности.

Раскрытие изобретения

Техническая проблема: для преодоления недостатков уровня техники в настоящем изобретении предложен способ разработки с закладкой выработанного пространства с установлением контакта заполнения пластичным раствором с кровлей, являющийся простым, безопасным и надежным, имеющий высокую функциональность, с возможностью динамического мониторинга ситуации с установлением контакта с кровлей в выработанном пространстве в процессе закладки пластичным раствором забоя, и реализацией контакта с кровлей в выработанном пространстве с помощью пополнения закладки.

Техническая схема: способ разработки с закладкой пластичным раствором выработанного пространства с достижением контакта с кровлей, предложенный в настоящем изобретении, содержит следующие этапы:

a. обнаружение выработанного пространства при разработке и закладке забоя для определения максимальной высотной отметки кровли;

b. установка датчика напряжений на максимальной высотной отметке кровли выработанного пространства для определения расположения нижней поверхности датчика напряжений на максимальной высотной отметке выработанного пространства и соединение датчика напряжений по линиям передачи данных с цифровым отображающим устройством, размещенным за пределами выработанного пространства;

c. прокладка заполняющего трубопровода, трубопровода выпуска воздуха, пополняющего трубопровода и пополняющего трубопровода выпуска воздуха по кровле выработанного пространства в зоне, подлежащей закладке, так что вводные концы трубопроводов расположены на максимальной высотной отметке кровли выработанного пространства и отклонены вверх, при этом на вводном окне пополняющего трубопровода предусмотрена пробка пополняющего трубопровода, а на вводном окне пополняющего трубопровода выпуска воздуха предусмотрена пробка пополняющего трубопровода выпуска воздуха;

d. строительство изолирующей стены на завершающем проеме забоя для изоляции зоны закладки в выработанном пространстве, соединение цементационного насоса с заполняющим трубопроводом, и нагнетание цементирующего раствора в изолированное выработанное пространство до выхода с переливом цементирующего раствора из трубопровода выпуска воздуха, когда нагнетаемый цементирующий раствор достигает максимальной высотной отметки кровли выработанного пространства, при этом датчик напряжений передает данные изменения напряжений, генерируемые в процессе закладки, на цифровое отображающее устройство, размещенное за пределами выработанного пространства, по линиям передачи данных;

причем когда имеется показание на цифровом отображающем устройстве, это указывает, что нагнетаемый цементирующий раствор контактирует с кровлей, то в таком случае останавливают нагнетание цементирующего раствора после выхода раствора с переливом из трубопровода выпуска воздуха в течение 1-2 минут, при этом завершают закладку;

если показание на цифровом отображающем устройстве уменьшается постепенно до нуля за одну неделю после завершения закладки, это указывает, что основная часть закладки отделилась от кровли, и закладка выработанного пространства не находится в состоянии контакта с кровлей, то в таком случае должно проводиться пополнение закладки;

е. когда пополняют закладку выработанного пространства, используют гидравлическое давление в подземном водопроводе или давление воздуха в подземном пневмопроводе в угольной шахте для выталкивания пробки на пополняющем трубопроводе выпуска воздуха, одновременно, заполняют основной частью закладки пополняющий трубопровод для выталкивания пробки на пополняющем трубопроводе силой выпускного давления цементирующего раствора на вводных концах пополняющего трубопровода и, наконец, реализуют состояние заполнения выработанного пространства с установлением контакта с кровлей.

Сила трения между пополняющим трубопроводом и пробкой на пополняющем трубопроводе должна быть меньше выпускного давления цементирующего раствора на вводном конце пополняющего трубопровода, а сила трения между пополняющим трубопроводом выпуска воздуха и пробкой на пополняющем трубопроводе выпуска воздуха должна быть меньше гидравлического давления или давления воздуха, требуемого для выталкивания пробки на пополняющем трубопроводе выпуска воздуха.

Положительные эффекты: в способе динамического мониторинга закладки пластичным раствором выработанного пространства с установлением контакта с кровлей, предложенном в настоящем изобретении, датчик напряжений устанавливают на максимальной высотной отметке выработанного пространства и проводят мониторинг сохранения контакта основной части закладки с кровлей после закладки с помощью устройства отображения напряжений; если результаты мониторинга указывают, что основная часть закладки не имеет контакт с кровлей, пополняют закладку через пополняющий трубопровод до установления контакта основной части закладки с кровлей. Таким образом, настоящее изобретение решает проблему отделения основной части закладки от выработанного пространства при закладке пластичным раствором забоя и потере контакта с кровлей в существующем в технике способе закладки пластичным раствором выработанного пространства, устанавливая контакт с кровлей. Способ является простым, имеет высокую функциональность, высокую эффективность, высокую практичность и широкую применимость.

Описание чертежей

На фиг. 1 показана схема в сечении для способа мониторинга закладки выработанного пространства пластичным раствором, входящей в контакт с кровлей, и схема заполняющего трубопровода согласно настоящему изобретению.

На фиг. 2 показана схема в плане для способа мониторинга закладки выработанного пространства пластичным раствором, входящей в контакт с кровлей, и схема заполняющего трубопровода согласно настоящему изобретению.

На фигурах показаны: 1 - датчик напряжений, 2 - линия передачи данных, 3 - устройство отображения напряжений, 4 - заполняющий трубопровод, 5 - трубопровод выпуска воздуха, 6 - пополняющий трубопровод, 7 - пополняющий трубопровод выпуска воздуха, 8 - изолирующая стена, 9 - пробка на пополняющем трубопроводе, 10 - пробка на пополняющем трубопроводе выпуска воздуха, 11 - кровля, 12 - основная часть закладки.

Осуществление изобретения

Ниже настоящее изобретение дополнительно подробно описано в варианте осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи.

Способ горной разработки с сохранением воды и закладкой с установлением контакта с кровлей для контроля трещин перекрывающих пород и проседания поверхности, предложенный в настоящем изобретении, содержит следующие этапы:

a. обнаружение выработанного пространства при разработке и закладке забоя для определения максимальной высотной отметки кровли;

b. установка датчика 1 напряжений на максимальной высотной отметке кровли 11 выработанного пространства для определения расположения нижней поверхности датчика 1 напряжений на максимальной высотной отметке выработанного пространства, и соединение датчика 1 напряжений по линии 2 передачи данных с цифровым отображающим устройством 3, размещенным за пределами выработанного пространства; датчик относится к типу датчика 1 напряжений для основной части закладки для горных работ;

c. прокладка заполняющего трубопровода 4, трубопровода 5 выпуска воздуха, пополняющего трубопровода 6 и пополняющего трубопровода 7 выпуска воздуха по кровле выработанного пространства в зоне, подлежащей закладке, так что вводные концы трубопроводов расположены на максимальной высотной отметке кровли выработанного пространства и отклонены вверх, т.е. каждый из вводных концов заполняющего трубопровода 4, трубопровода 5 выпуска воздуха, пополняющего трубопровода 6 и пополняющего трубопровода 7 выпуска воздуха имеет угол отклонения вверх на максимальной высотной отметке кровли выработанного пространства; при этом на вводном окне пополняющего трубопровода 6 предусмотрена пробка 9 пополняющего трубопровода, а на вводном окне пополняющего трубопровода 7 выпуска воздуха предусмотрена пробка 10 пополняющего трубопровода выпуска воздуха; сила трения между пополняющим трубопроводом 6 и пробкой 9 на пополняющем трубопроводе 6 меньше выпускного давления цементирующего раствора на вводном конце пополняющего трубопровода 6, а сила трения между пополняющим трубопроводом 7 выпуска воздуха и пробкой 10 на трубопроводе 7 пополняющего выпуска воздуха меньше гидравлического давления или давления воздуха, требуемого для выталкивания пробки 10 на пополняющем трубопроводе 7 выпуска воздуха;

d. строительство изолирующей стены 8 на завершающем проеме забоя для изоляции зоны закладки в выработанном пространстве и установка устройства 3 отображения напряжений на изолирующей стене 8, соединение цементационного насоса с заполняющим трубопроводом 4 и нагнетание цементирующего раствора в изолированное выработанное пространство, до выхода с переливом основной части закладки 12 из трубопровода 5 выпуска воздуха, когда нагнетаемый цементирующий раствор достигает максимальной высотной отметки кровли выработанного пространства, при этом датчик 1 напряжений передает данные изменения напряжений, генерируемые в процессе закладки, на цифровое отображающее устройство 3, размещенное за пределами выработанного пространства, по линиям 2 передачи данных, и устройство 3 отображения напряжений преобразует сигнал обнаруженных напряжений в цифровой сигнал и отображает значения;

причем когда имеется показание на цифровом отображающем устройстве 3, указывающее, что нагнетаемый цементирующий раствор контактирует с кровлей, то нагнетание цементирующего раствора останавливают после выхода раствора с переливом из трубопровода 5 выпуска воздуха в течение 1-2 минут, при этом завершают закладку;

если показание на цифровом отображающем устройстве (3) уменьшается постепенно до нуля за одну неделю после завершения закладки, это указывает, что основная часть закладки отделилась от кровли вследствие уменьшения объема или утечки раствора через трещины в процессе затвердевания, и закладка выработанного пространства не находится в состоянии контакта с кровлей, то в таком случае должно проводиться пополнение закладки;

е. когда пополняют закладку выработанного пространства, используют гидравлическое давление в подземном водопроводе или давление воздуха в подземном пневмопроводе в угольной шахте для выталкивания пробки 10 на пополняющем трубопроводе выпуска воздуха, одновременно, заполняют основной частью 12 закладки пополняющий трубопровод 6 для выталкивания пробки 9 на пополняющем трубопроводе 6 силой выпускного давления цементирующего раствора на вводных концах пополняющего трубопровода 6 и наконец реализуют состояние заполнения выработанного пространства с установлением контакта с кровлей.