PL163905B1 - Sposób eksploatacji grubego pokladu warstwami o duzym zagrozeniu tapaniami PL - Google Patents

Abstract

1. Sposób eksploatacji grubego pokladu warstwami o duzym zagrozeniu tapaniami, w którym w trakcie eksp- loatacji warstwy przystropowej i prowadzenia w niej zawalu albo po jej zakonczeniu do obszaru dogodnie ograniczonego bocznym i dolnym zamknieciem wlewa sie mieszanke wody z ilem, a nastepnie po osadzeniu sie ilu na spagu zawalu, który stanowi strop nizej zalegajacej warstwy odprowadza sie wode poza obszar zawalu, zna- mienny tym, ze w trakcie wybierania warstwy przystro- powej najdogodniej przed czolem sciany w spagu w linii podluznej równoleglej do czola sciany i/albo linii pro- stopadlej do czola sciany wierci sie otwory pomiarowe, w których instaluje sie kotwy z geofonami, wykonuje sie pomiar predkosci fali poprzecznej, i po stwierdzeniu zna- cznej predkosci fali poprzecznej rozwierca sie w spagu otwory, korzystnie o srednicy do 100 mm, dogodnie wzd- luz linii równoleglych do czola sciany w odstepach od 1,5 - 3,0 zabiorów kombajnem weglowym w scianie i po stwierdzeniu znacznych naprezen górotworu miedzy liniami rozwierconych otworów o srednicy do 100 mm rozwierca sie dogodnie wzdluz linii równoleglych w sto- sunku do czola sciany otwory nawadniajace o srednicy korzystnie do 50 mm, po czym otwory nawadniajace nawadnia sie pod cisnieniem do 200 atmosfer lub powy- zej tej granicy przewaznie do zauwazalnego spadku cis- nienia lub ukazania sie wody w otworach o srednicy do 100 mm, po czym mierzy sie predkosc fali poprzecznej w spagu w caliznie weglowej. Fig. 1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób eksploatacji grubego pokładu warstwami o dużym zagrożeniu tąpaniami. Rozwiązania techniczne według wynalazku przeznaczone są do eksploatacji systemem ścianowym grubych pokładów węgla w warstwach od wyższych ku niższym z zawałem stropu.

Znany sposób eksploatacji grubego pokładu o dużym zagrożeniu tąpaniami systemem na warstwy z naturalną rekonsolidacją stropu polega na eksploatacji pokładu systemem z zawałem stropu, przy czym w przypadku zalegania kilku pokładów w tej samej partii wybiera się w pierwszej kolejności warstwę przystropową pokładu niżej zalegającego, a warstwę przyspągową wybiera się po wyeksploatowaniu w tej samej partii pokładów wyżej zalegających. Grubość poddawanego eksploatacji pokładu waha się w granicach od 4,0 do 5,25 m. Zagrożenie tąpaniami w warstwie przystropowej i przyspągowej jest znaczne. Eksploatację pokładu rozpoczyna się od wybierania warstwy przystropowej grubości 1,8 m systemem ścianowym podłużnym z zawałem strpu. Początkowo obudowę ścian stanowiły stropnice stalowo-członowe i stojaki cierne późno podporowe. Urabianie calizny węglowej dokonywano kombajnami ścianowymi. Mała podporność obudowy powodowała trudności w prowadzeniu ścian przykładowo wskutek powstawania szczelin ociosowych i częściowych zawałów. Dla uniknięcia tego wprowadzono pasy posadzkowe prostopadłe do frontu ściany szerokości 6 m we wzajemnej odległości 20 m. Sytuację radykalnie zmienia wprowadzenie stojaków natychmiast podporowych, stropnic długości 1,2 m, łamaczy na linii zawału oraz

163 905 3 intensywne wywoływanie zawału otworami strzałowymi długości 6m. Dzięki temu zrezygnowano ze stosowania pasów podsadzkowych.

Dla przyspieszenia rekonsolidacji gruzowiska zawałowego po zakończeniu eksploatacji warstwy przystropowej w dnie niecki wpuszcza się do zrobów ścian wodę podsadzkową o dużej zawartości części ilastych. Po kilku latach gruzowisko zawałowe uległo rekonsolidacji i wytrzymałość na ściskanie jednoosiowe zrekonsolidowanego stropu umożliwia podjęcie eksploatacji warstwy przyspągowej pod zrekonsolidowanym stropem. Dla każdej ściany wykonuje się niezależny układ wyrobisk przyścianowych. Do obudowy ścian zastosowano obudowę osłonową z układem leminiskatowym przeznaczoną do pracy w ścianach zawałowych w pokładach grubości od 1,4 do

2,9 m, nachyleniu podłużnym do 25° w warunkach stropów kruchych i średnio zwięzłych. Sekcje obudowy tworzą szczeliny ciąg skutecznie chroniący wyrobisko przed przedostaniem się skał ze stropu. W położeniu wyjściowym obudowa jest odsunięta o pełny zabiór kombajnu ścianowego od przenośnika ścianowego. Po przejściu organu urabiającego poszczególne sekcje dosuwa się do przenośnika ścianowego zabezpieczając świeżo odsłonięty strop. Stropnica sekcji obudowy podczas przesuwania ślizga się po stropie będąc do niego dociskana z siłą czynną 1 - 5T.

Wybranie górnej warstwy pokładu z zawałem odprężyło wyżej zalegające pokłady, w których nie zanotowano w czasie ich wybierania tąpnięć. Przyjęty w sąsiedniej partii inny system odprężania przez wybieranie górnego pokładu okazał się mało skuteczny. Występujące nad pokładami wyżej zalegającymi warstwy piaskowca ograniczały możliwość odprężenia pokładów niżej zalegających mimo ich bliskiej wzajemnej odległości.

Przy wybieraniu warstwy przyspągowej pokładu prowadzonej stosunkowo wąskim frontem notowano małą ilość wstrząsów. Jedynie w rejonie wpływów krawędzi pokładów wyżej zalegających, a przede wszystkim pokładu bezpośrednio zalegającego ilość i energia wstrząsów znacznie wzrasta. Eksploatacja kolejnej ściany wywołuje znaczną aktywizację górotworu i notowano dziennie od 1 do 5 wstrząsów występujących w rejonie ściany. Dominują wstrząsy zlokalizowane w rejonie krawędzi pokładów wyżej zalegających. Mimo znacznej energii wstrząsów (10 -10 J) nie zaobserwowano skutków wstrząsów.

Niedogodnością znanego sposobu eksploatacji grubego pokładu warstwami o dużym zagrożeniu tąpaniami jest pęcznienie spągu, wyciskanie spągu, oraz pęcznienie i podnoszenie się spągu w wielkich płytach, co powoduje występowanie tąpnięć w warstwie przyspągowej calizny węglowej w czasie wybierania przystropowej warstwy. Ponadto występuje częste wybieranie spągu co związane jest z dodatkowymi nakładami na likwidację wypiętrzeń dla uzyskania wymaganej wysokości wyrobiska.

Znany sposób osłabienia calizny węglowej z polskiego opisu patentowego nr 148 169 polega na tym, że przed czołem ściany wyrobiska górniczego w szczególności przy stosowaniu do urabiania węglowego struga wykonuje się w pokładzie z chodników przyścianowych, w obszarze pokładu wolnym od spiętrzonych naprężeń występujących od strony czoła wyrobiska długich małośrednicowych otworów równoległych wzajemnie i równoległych do czoła wyrobiska, do których to otworów wtłacza się ciecz. Istota tego sposobu sprowadza się do wykonywania małośrednicowych otworów w caliźnie, równolegle do czoła ściany, głębokich na 3 do 6 metrów w obszarze do którego nie sięga jeszcze spiętrzenie naprężeń. Otwory te następnie zalepia się wiążącymi substancjami tak, aby otaczająca otwór calizna węglowa nasiąkła tymi substancjami i uległa wzmocnieniu i zarazem zaklejeniu szczelin w caliźnie. Po utwardzeniu się tych substancji wierci się w powstałym korku otwór małośrednicowy sięgający wgłąb calizny poza wspomniany korek. Później gdy na skutek postępu czoła ściany wspomniany otwór znajduje się w obszarze spiętrzonych naprężeń do otworu wtłacza się pod ciśnieniem ciecz.

Znany sposób osłabiania calizny węglowej rozszerza stosowanie strugów węglowych do węgli trudnourabiających. Sposób ten w znacznym stopniu ogranicza tąpnięcie pokładowe, ale nie odpręża spągu i nie ogranicza równoczesnych tąpnięć spągu i pokładu, a zwłaszcza tąpnięć spągowych. Ponadto zalepianie otworów związane jest ze znacznym zużyciem substancji wiążących na wykonywanie korka. Wtłaczanie pod ciśnieniem cieczy do otworów nie jest powiązane z bieżącymi pomiarami stanu naprężeń.

163 905

Celem wynalazku jest usunięcie lub co najmniej zmniejszenie niedogodności znanych sposobów eksploatacji grubego pokładu warstwami o dużym zagrożeniu tąpaniami. Aby osiągnąć ten cel wytyczono zadanie opracowania udoskonalonego sposobu eksploatacji grubego pokładu warstwami o dużym zagrożeniu tąpaniami, umożliwiającego skuteczne odprężenie calizny węglowej w spągu wyrobiska ścianowego przy zachowaniu stateczności spągu bez jego rozluźnienia.

Zadanie to rozwiązano zgodnie z wynalazkiem w ten sposób, że w trakcie wybierania warstwy przystropowej najdogodniej przed czołem ściany ny w spąw in li no pudhiżnej równgległej do czoła ściany i/albo prostopadłej do czoła ściany wierci się otwory pomiarowe, w których instaluje się kotwy z geofonami, wykonuje się pomiar prędkości fali poprzecznej i po stwierdzeniu znacznej prędkości fali poprzecznej rozwierca się w spągu otwory, korzystnie o średnicy do 100 mm, dogodnie wzdłuż linii równoległych do czoła ściany w odstępach od 1,5 do 3,0 zabiorów kombajnem węglowym w ścianie i po stwierdzeniu znacznych naprężeń górotworu między liniami rozwierconych otworów o średnicy do 100 mm rozwierca się dogodnie wzdłuż linii równoległych w stosunku do czoła ściany otwory nawadniające o średnicy korzystnie do 50 mm, po czym otwory nawadniające nawadnia się pod ciśnieniem do 200 atmosfer lub powyżej tej granicy, przeważnie do zauważalnego spadku ciśnienia lub ukazania się wody w otworach o średnicy do 100 mm, po czym mierzy się prędkość fali poprzecznej w spągu w caliźnie węglowej.

Otwory pomiarowe, otwory rozninrcąjąde i otwory nawadniające rozmieszczone są w spągu pionowo i/albo prostopadle do ułanicenia (uwarstwienia) calizny węglowej, korzystnie pod obudowę indywidualną. Wzajemna odległość otworów rozwiercających w linii (rzędzie) wynosi od 1,5 do 3,0 zabiorów kombajnem węglowym. Otwory nawadniające rozmieszczone są między liniami (rzędami) otworów rozwiercających i przesunięte od 1,0 do 1,5 zabioru kombajnem węglowym, przy czym wzajemna odległość w rzędzie otworów nawadniających wynosi od 1,5 do 2,5 zabioru kombajnem węglowym.

Sposób eksploatacji grubego pokładu warstwami o dużym zagrożeniu tąpaniami według wynalazku umożliwia praktycznie likwidację tąpnięć warstwy przyspągowej nawet bez prowadzenia odprężania pokładów tąpiących, zalegającego w pobliżu pod lub nad pokładem tąpiącym, przed przystąpieniem do jego eksploatacji. Pomiar prędkości rozchodzenia się fali poprzecznej bieżąco stwierdza rzeczywisty stan naprężeń w spągu calizny węglowej dzięki pionowo usytuowanym otworom pomiarowym lub/albo prostopadle do ułanidnóia (uwarstwienia) pokładu. Wstępne odprężenie dokonuje się poprzez wiercenie otworów, korzystnie pionowych w spągu według uporządkowanego rozmieszczenia. Daje to pewien stopień odprężenia calizny węglowej zalegającej w spągu wyrobisk ścianowych. W przypadku występowania naprężeń przekraczających naprężenia dopuszczalne o prędkości fali poprzecznej od 1150 do 1350 m/s wierci się dogodnie otwory nawadniające uporządkowane wzdłuż linii równoległych do czoła ściany i wtłacza się wodę pod ciśnieniem. Zestawienie zastosowanych środków, a zwłaszcza pionowych otworów rozwierających i nawadniających w spągu calizny węglowej spowodowało nieoczekiwane osiągnięcie likwidacji w istocie w całości niebezpiecznych naprężeń występujących w spągu i likwidację przez to tąpnięć spągowych przy zachowaniu stateczności spągu bez jego rozluźnienia.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie wycinek wyrobiska ścianowego w przekroju podłużnym poziomym, a fig. 2 ffragment wyrobiska ścianowego wraz z odcinkiem chodnika i wnęką w pozekjoju poziomym.

Jak uwidoczniono na fig. 1 obudowa ściany składa się z sekcji zmechanizowanej obudowy ścianowej 1 przylegającej do zgrzebłowego przenośnika ścianowego 2 oraz odcinka ściany przed zgrzebłowym przenośnikiem ścianowym 2 w obudowie indywidualnej. W trakcie wybierania warstwy przystroponej w caliźnie węglowej, przy grubości spągu 2,3 m - na odcinku ściany w obudowie indywidualnej w spągu wykonuje się wzdłuż linii podłużnej równoległej do czoła ściany 3 dwa otwory pomiarowe 4 w odległości 2,02 m, w których instaluje się kotwy z geofonami. W czasie eksploatacji ściany wykonuje się pomiar prędkości fali poprzecznej. Według pomiaru czas przepływu fali między otworami pomiarowymi 4 wynosi: t= 15,14,15,15,15,14,15,15,15,15,.... X 10^-4i,a średni czas 14,8 X 10^_4s, co daje prędkość - 1364 m/s. Ta prędkość fali świadczy o niebezpiecznym stanie naprężeń w spągu, który występuje już przy prędkości fali od 1150 do 1350 m/s. Dla

163 905 odprężenia dolnej warstwy w caliźnie węglowej rozwierca się otwory 5 o średnicy 80 mm wzdłuż linii równoległych do czoła ściany 3 w odstępach co 1,2 m, co stanowi dwa zabiory kombajnem węglowym w ścianie, przy czym odstępy między otworami 5 w linii wynoszą 1,5 m, co stanowi 2,5 zabioru kombajnem węglowym w ścianie.

Następnie wykonuje się pomiar prędkości fali poprzecznej. Czas przepływu fali poprzecznej między otworami pomiarowymi 4 wynosi: t= 18,18,19,19,19,18,18,18,18,19... X 10^_4s, a średni czas - 18,5X 10^_4s,co daje prędkość- 1091 m/s.Tym samym rozwiercanie otworów 5 w spągu powoduje spadek prędkości rozchodzenia się fali poprzecznej: (1091 - 1364): 1364 = -21%.

Dla zwiększenia stopnia odprężenia między liniami rozwierconych otworów 5 o średnicy 80 mm rozwierca się także wzdłuż linii równoległych w stosunku do czoła ściany 3 otwory nawadniające 6 o średnicy 43 mm, rozmieszczone co 1,5 m i przesunięte o 0,75 m w stosunku do otworów 5 o średnicy 80 mm. Otwory 6 o średnicy 43 mm nawadnia się pod ciśnieniem 200 atmosfer w czasie 30 minut, a przeważnie do zauważalnego spadku ciśnienia lub ukazania się wody w otworach 5 o średnicy 80 mm. Po tej operacji czas przepływu fali poprzecznej między otworami pomiarowymi 4 wynosi: t = 29,28,28,29,28,28,28,29,28,29... X 10^, a średni czas - 28,4X 10^, co daje prędkość 711 m/s. Tym samym po rozwierceniu i nawodnieniu spągu następuje spadek prędkości rozchodzenia się fali poprzecznej: (771 -1364): 1364 = -48%. Jako normalną prędkość rozchodzenia się fali poprzecznej przyjmuje się wartość od 900 do 1100 m/s.

Na figurze 2 obudowa ściany składa się z sekcji zmechanizowanej obudowy ścianowej 7 przylegającej do zgrzebłowego przenośnika ścianowego 8. W czasie wybierania warstwy przystropowej w caliźnie węglowej przy grubości spągu 1,9 m na odcinku czoła ściany 9 we wnęce 10 i naprzeciw wnęki 10 w spągu wykonuje się wzdłuż linii poprzecznej, prostopadłej do czoła ściany 9 dwa otwory pomiarowe 11 w odległości - 2,0 m, w których instaluje się kotwy z geofonami. W czasie eksploatacji ściany wykonuje się pomiar prędkości fali poprzecznej. Według pomiaru czas przepływu fali między otworami pomiarowymi 11 wynosi: t= 14,15,14,14,14,15,15,14,14,14... X 10”4g, a średni czas -14,3 X 10^_4_S, co daje prędkość - 1398 m/s. Ta prędkość fali świadczy o niebezpiecznym stanie naprężeń w spągu.

Dla odprężenia dolnej warstwy w caliźnie węglowej rozwierca się otwory 12 o średnicy 80 mm wzdłuż linii równoległej do czoła ściany 9 w odstępach co 1,5 m, co stanowi 2,5 zabioru kombajnem węglowym w ścianie, przy czym odstępy między otworami 12 w linii wynoszą 1,1 m, co stanowi prawie dwa zabiory kombajnem węglowym w ścianie. Odległość skrajnych otworów 12 we wnęce 10 w stosunku do ociosu wnęki 10 wynosi -1,0 m. Po rozwierceniu otworów 12 o średnicy 80 mm wykonuje się pomiar prędkości fali poprzecznej. Czas przepływu fali poprzecznej między otworami pomiarowymi 11 wynosi: t = 18,18,18,17,18,18,18,18,18,18.... X 10s, a średni czas - 17,9X 10Λ, co daje prędkość - 1117 m/s. Tym samym rozwiercanie otworów 12 w spągu powoduje spadek prędkości rozchodzenia się fali poprzecznej: (1117 - 1398): 1398 = -20%. Dla zwiększenia stopnia odprężeniami między liniami rozwierconych otworów 12 o średnicy 80 mm rozwierca się także wzdłuż linii równoległych w stosunku do czoła ściany 9 otwory nawadniające 13 we wnęce 10 i przed zgrzebłowym przenośnikiem ścianowym 8 o średnicy 43 mm rozmieszczone w rzędach co

1,5 m, przesuniętych o 0,75 m w stosunku do otworów 12 o średnicy 80 mm.

Odstępy między otworami w rzędach wynoszą 1,1 m, a odległość skrajnych otworów nawadniających 13 we wnęce 10 w stosunku do ociosu wnęki wynosi 1,55 m. Otwory 13 o średnicy 43 mm nawadnia się pod ciśnieniem 190 atmosfer w czasie 30 minut, a przeważnie do zauważalnego spadku ciśnienia lub ukazania się wody w otworach o średnicy 80 mm. Po tej operacji czas przepływu fali poprzecznej między otworami pomiarowymi 11 wynosi: t = 28,28,27,28,28,28,29,28,28,28.... X 10~4_s,a średni czas - 28,0 X 10^, co daje prędkość - 714 m/s. Tym samym po rozwierceniu i nawodnieniu spągu następuje spadek prędkości rozchodzenia się fali poprzecznej: (714 -1398): 1398 = -49%.

Fig.2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 10 000 zł

Claims (4)

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób eksploatacji grubego pokładu warstwami o dużym zagrożeniu tąpaniami, w którym w trakcie eksploatacji warstwy przystropowej i prowadzenia w niej zawału albo po jej zakończeniu do obszaru dogodnie ograniczonego bocznym i dolnym zamknięciem wlewa się mieszankę wody z iłem, a następnie po osadzeniu się iłu na spągu zawału, który stanowi strop niżej zalegającej warstwy odprowadza się wodę poza obszar zawału, znamienny tym, że w trakcie wybierania warstwy przystropowej najdogodniej przed czołem ściany w spągu w linii podłużnej równoległej do czoła ściany i/albo linii prostopadłej do czoła ściany wierci się otwory pomiarowe, w których instaluje się kotwy z geofonami, wykonuje się pomiar prędkości fali poprzecznej, i po stwierdzeniu znacznej prędkości fali poprzecznej rozwierca się w spągu otwory, korzystnie o średnicy do 100 mm, dogodnie wzdłuż linii równoległych do czoła ściany w odstępach od 1,5 - 3,0 zabiorów kombajnem węglowym w ścianie i po stwierdzeniu znacznych naprężeń górotworu między liniami rozwierconych otworów o średnicy do 100 mm rozwierca się dogodnie wzdłuż linii równoległych w stosunku do czoła ściany otwory nawadniające o średnicy korzystnie do 50 mm, po czym otwory nawadniające nawadnia się pod ciśnieniem do 200 atmosfer lub powyżej tej granicy przeważnie do zauważalnego spadku ciśnienia lub ukazania się wody w otworach o średnicy do 100 mm, po czym mierzy się prędkość fali poprzecznej w spągu w caliźnie węglowej.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że otwory pomiarowe, otwory rozwiercające i otwory nawadniające rozmieszczone są w spągu pionowo i/albo prostopadle do uławicenia calizny węglowej, korzystnie pod obudową indywidualną.

3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że wzajemna odległość otworów rozwiercających w linii wynosi od 1,5 do 3,0 zabiorów kombajnem węglowym.

4. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że otwory nawadniające rozmieszczone są między liniami otworów rozwiercających i przesunięte o 1,0 do 1,5 zabioru kombajnem węglowym, przy czym wzajemna odległość w rzędzie otworów nawadniających wynosi od 1,5 do 2,5 zabioru kombajnem węglowym.