Инструкция по выбору способа и параметров разупрочнения кровли на выемочных участках

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, физико-механических свойств и параметров волн напряжений. Расчет размеров зоны трещинообразования показан в прил.1.

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 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 труднообрушающихся 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 труднообрушаемых 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 труднообрушаемые породы залегают непосредственно над угольным пластом, то в результате ослабления происходит их принудительное обрушение без воздействия на очистной забой. Если же труднообрушаемые 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 линии 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.