Osłabienie stropu poprzez szczelinowanie hydrauliczne przy kierowaniu stropem w rejonie przodka w kopalni gazowej, przy wydobyciu ścianowym – studium przypadku

The occurence of hanging roof commonly arises in the face end of longwall coal mining under hard roof conditions. The sudden break and subsequent caving of a hanging roof could result in the extrusion of gas in the gob to the face, causing gas concentrations to rise sharply and to increase to over a safety-limited value. A series of linear fracturing-holes of 32 mm diameter were drilled into the roof of the entries with an anchor rig. According to the theory that the gob should be fully filled with the fragmentized falling roof rock, the drilling depth is determined as being 3~5 times the mining height if the broken expansion coefficient takes an empirical value. Considering the general extension range of cracks and the supporting form of the entryway, the spacing distance between two drilling holes is determined as being 1~2 times the crack’s range of extension. Using a mounting pipe, a high pressure resistant sealing device of a small diameter-size was sent to the designated location for the high-pressure hydraulic fracturing of the roof rock. The hydraulic fracturing created the main hydro-fracturing crack and airfoil branch cracks in the interior of the roof-rock, transforming the roof structure and weakening the strength of the roof to form a weak plane which accelerated roof caving, and eventually induced the full caving in of the roof in time with the help of ground pressure. For holes deeper than 4 m, retreating hydraulic fracturing could ensure the uniformity of crack extension. Tested and applied at several mines in Shengdong Mining District, the highest ruptured water pressure was found to be 55 MPa, and the hanging roof at the face end was reduced in length from 12 m to less than 1~2 m. This technology has eliminated the risk of the extrusion of gas which has accumulated in the gob.Stropy wiszące spotykane są powszechnie w rejonie przodka przy wybieraniu ścianowym, w warunkach dużych obciążeń stropu. Nagłe zarwanie stropu i powstały zawał mogą doprowadzić do wypływu gazu ze zrobów do strefy przodka, wskutek czego stężenia gazu gwałtownie wzrosną, przekraczając bezpieczne wartości. W stropie wywiercono serię liniowych otworów szczelinowych o średnicy 32 mm. Zgodnie z teorią, że zroby winny zostać całkowicie wypełnione rozdrobnionymi fragmentami skał ze stropu, głębokość wiercenia oblicza się jako 3-5 krotność wysokości wybierania, a wartość współczynnika rozszerzania szczelin otrzymuje się empirycznie. Uwzględniając zakres rozszerzalności szczelin i obecność obudowy chodnika, obliczono rozstęp pomiędzy kolejnymi otworami wierconymi jako 1-2 krotność zakresu rozprzestrzeniania się szczeliny. Przy pomocy rury, do wyznaczonego punktu przesłano szczeliwo odporne na wysokie ciśnienia, dla potrzeb szczelinowania hydraulicznego skał stropowych. Szczelinowanie hydrauliczne spowodowało powstanie szczeliny w skale stropowej, zmieniając tym samym strukturę stropu i powodując jego osłabienie poprzez powstanie płaszczyzny o zmniejszonej wytrzymałości, co przyspieszy zapadanie stropu, a w końcu wywoła pełny zawał, czemu sprzyjać będą także naciski powierzchniowe. W przypadku otworów o głębokości powyżej 4 m cofanie szczelinowania hydraulicznego zapewni równomierność rozprzestrzeniania się szczeliny. Metoda ta została przetestowana i zastosowana w kilku kopalniach w zagłębia Shengdond, najwyższe zastosowane ciśnienia wody wyniosły 55 MPa, zaś długość wiszącego stropu w rejonie przodka zmniejszono z 12 do poniżej 1-2 m. Zastosowanie tej technologii pozwala na wyeliminowanie ryzyka wypływu gazu nagromadzonego w wyrobisku