Способ упрочнения пород данильченко и.м.

 

Изобретение относится к подземному строительству и может быть использовано при искусственном укреплении пород. Оно позволяет повысить эффективность упрочнения ложной кровли при разработке тонких пологих пластов полезного ископаемого. Наклонно к кровле пласта бурят шпуры. Их устья располагают на груди забоя ниже кровли пласта. Местоположение устьев, а также расстояние между ними задаются аналитичеаским выражением. Шпуры бурят по диагонали прямоугольного параллелепипеда, высота которого равна сумме расстояний от кровли пласта до устьев шпуров, и мощности слоя упрочненных пород кровли. Шпуры пересекают пласт и породу. В них в пределах породы устанавливают армирующие элементы. В пределах пласта выполняют герметизацию шпуров через один и нагнетают в них твердеющую смесь жидких компонентов, например пенополиуретановую. Нагнетание ведут до появления смеси из соседних шпуров. Упрочнение ложной кровли на одну заходку позволяет беспрепятственно передвигать секции механизированной крепи. 3 ил.

СОНЗЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Е 21 D 11/00

3ИИ." .31! Ай

11НЫ 1 2" Ti- /I -" 1 ч, А l

БИБЛИО

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4316720/23-03 (22) 19.10.87 (46-) 07 ° 04.90. Бюл. Р 13 (71) Донецкий научно-исследовательский угольный институт (72) И. М. Данильченко, В. В. Кара и Е. Д. Дубов (53) 624.:191(088.8) (56) Данильченко И. М, и др. Улучшение качества добываемых углей химическим упрочнением пород на шахтах Донбасса. — Уголь, 1986, Р 12, с. 19-21.

Данильченко И. М. и др. Укрепление пород кровли в опытных забоях. — Совершенствование технологии добычи угля на шахтах Донбасса. Донецк, ДонУП1, 1986, с. 85-93. (54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ПОРОД ДАНИЛЧЕНКО И. M. (57) Изобретение относится к подземному строительству и может быть использовано при искусственном укреплении пород. Оно позволяет повысить эфИзобретение относится к технологии упрочнения грунтов, горных пород и массивов и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства, например в горной промьпппенности, в частности, при упрочнении боковых пород и угля в очистных выработках шахт.

Цель изобретения — повьипение эффективности упрочнения кровли при разработке тонких пологих пластов.

„,SU 1555497 A 1

2 фективность упрочнения ложной кровли при разработке тонких пологих пластов полезного ископаемого. Наклонно к кровле пласта бурят шпуры. Их устья располагают на груди забоя ниже кровли пласта. Местоположение устьев, а .также расстояние между ними задаются аналитическим выражением. ICnyyII бурят по диагонали прямоугольного параллелепипеда, высота которого равна сумме расстояний от кровли пласта до устьев шпуров, и мощности слоя упрочненных пород кровли. Шнуры пересекают пласт и природу. В них в пределах породы устанавливают армирукщие элементы. В пределах пласта выполняют герметизащпо шнуров через один и нагнетают в них твердеющую смесь жидких компонентов, например пенополиуретановую.

Нагнетание ведут до появления смеси из соседних шнуров. Упрочнение ложной кровли на одну заходку позволяет беспрепятственно передвигать секции механизированной крепи. 3 ил.

На фиг. 1 изображены шнуры в косоугольной диметрии; на фиг. 2 — проекция шнура на плоскость; перпендикулярную к линии расположения устьев шнуров; на фиг. 3 — шнуры в плоскости. их расположения. ° АД

На фиг. 1 — 3 показаны угольньй пласт 1, кровля 2 угольного пласта l„ устья 3 шнуров, шпуры 4;. армируюший элемент 5; а также верхняя плоскость

ABCD напластования угольного пласта

1555497

l; плоскость EFGH напластования угольного пласта 1, проходящая ниже его верхней плоскости ABCD напластования; наклонная плоскость EIKH расположения шпуров 4; линия ЕН расположения устьев 3 шпуров 4, образованная пересечением наклонной плоскости FIKH расположения шпуров 4 с плоскостью

EFGH напластования угольного пласта

I, проходящей ниже его верхней плоскости ABCD напластования; плоскость

ЕИТР, перпендикулярная к линии ЕН расположения устьев 3 шнуров 4; глоскость ЕЫО, расположенная наклонно к 15 плоскости EMIF перпендикулярной к линии ЕН расположения устьев 3 шпуров 4; линия EL, по которой бурят шпур 4, образованная пересечением наклонной плоскости EIKH расположения 20 шпуров 4 с плоскостью EMLO, распоп ложенной наклонно к плоскости FMIF, перпендикулярной к линии ЕН расположения устьев 3 шпуров 4; точка R пересечения верхней плоскости АВСВ на- 25 пластования угольного пласта 1 со шпуром 4; угол ь угол ТМ1 ) — угол между плоскостями, одна (плоскость

ЕМУ) иэ которых перпендикулярна к .линии ЕН расположения устьев 3 шпу- 30 ров 4, а другая (плоскость EMLO), проходящая через продольную ось (т.е. линию ЕЬ) шпура 4, — к плоскости EFGH напластования угольного пласта 1; — угол q (угол IFF) — угол наклона

35 плоскости EIKH расположения шпуров 4 к плоскости EFGH напластования угольного пласта 1; — угол Р (угол LEO) угол наклона шпура 4 (т.е. продольной его оси FL) к плоскости FFGH напласто-40 вания„угольного пласта 1; — угол ь (угол LFH) — угол наклона шпура 4 (т.е. линии его бурения к линии ЕН расположения устьев 3 шнуров 4); — мощность h (равная Отрезку AM) слоя уп- 45 рочняемых пород кровли 2; — ширина d (ранная отрезку ТВ) эоны упрочняемых пород кровли 2; — расстояние Ъ (равное отрезку ЕА) между линией ЕН расположения устьев 3 шпуров 4 и верхней плос- 50 костью ABCD напластования угольного пласта l; — длина 1 (равная отрезку

EI.) шпура 4; — глубина а герметизации шпура 4, через который нагнетают твердеющую смесь жидких компонентов, т.-е. расстояние от устья 3 шпура 4 до точки R пересечения его с верхней плоскостью ABCD напластования угольного пласта 1; — кратчайшее расстояние Z (равное отрезку XZ) между шнурами 4; расстояние t (равное отрезку EZ) между устьями 3 шнуров 4; — кратчайшее расстояние р (равное отрезку Ell) от точки R пересечения верхней плоскости ABCD напластования угольного пласта 1 со шпуром 4 до плоскости

ЕИ$Н, проведенной через линию ЕН расположения шпуров 4 перпендикулярно плоскости FFGH напластования угольного пласта l.

Способ упрочнения пород твердеющей смесью жидких компонентов, включающий бурение шпуров в плоскости, расположенной наклонно к плоскости напластования угольного пласта, их герметизацию и нагнетание твердеющей смеси жидких компонентов, для повышения эффективности упрочнения сыпучих пород ложной кровли на тонких пологих уголь" ных пластах осуществляют следующим образом, Устья 3 шпуров 4 располагают на груди забоя по линии FH, образованной пересечением наклонной плоскости

ЕХКН расположения шпуров 4 с плоскостью FFGH напластования угольного пласта 1, проходящей ниже его верхней плоскости ABCD напластования. — Ппур

4 бурят по линии EL, образованной пересечением наклонной плоскости F.IKH расположения шпуров 4 с плоскостью

ENLO расположенной наклонно к плоскости EMIF, перпендикулярной к линии

ЕН расположения устьев 3 шпуров 4.

Нагнетают твердеющую смесь жидких компонентов в шпуры 4 поочередно черед один шпур 4 до появления ее из ° прилегающих непосредственно к нему соседних шнуров 4, в которые в пределах породного слоя кровли 2 уста- ° навливают армирующие элементы 5. Герметизацию шпуров 4 для нагнетания твердеющей смеси жидких компонентов выполняют в пределах угольного пласта 1, до точки R пересечения его верхней плоскости ABCD напластования со шпуром 4.

Угол ь (угол ?И1.) между плоскостями, одна (плоскость EMIF) из которых перпендикулярна к линии ЕН расположения устьев 3 шпуров 4, а другая (плоскость ЕМ1.0), проходящая через продольную ось (т,е. линию Е1.) шпура 4, — к плоскости EFGH напластования угольного пласта 1, принимают равным углу (углу IFF) наклона плоскости EIKH расположения шпуров 4 к

5 15 плоскости EFGH напластования угольного пласта 1. Величина углов Т,,(, (угол ЬЕО наклона шпура 4, т. е. продольной его оси EL к плоскости

EFGH напластования угольного пласта 1

Ы (угол ЬЕН наклона шпура 4 к линии

EM р ас положения ус ть ев 3 шпур ов 4) расстояние (равное отрезку ЕА) между линией ЕН расположения устьев 3 шпуров 4 и верхней плоскостью ABCD напластования угольного пласта 1, длину 1 (равную отрезку ЕЬ) шпура 4, . глубина а (равную отрезку ER) герметизации шпуров 4, через которые нагнетают твердеющую смесь жидких компонентов, т.е. расстояние от устья 3 шпура 4 до точки R пересечения его с верхней плоскостью ABCD напластования угольного пласта 1, кратчайшее расстояние Z (равное отрезку XZ) между шпурами 4, расстояние t (равное отрезку ЕЕ) между устьями 3 шпуров 4 определяют в зависимости от мощности

h (равной отрезку AN) слоя и ширины

d (равной отрезку ТВ) зоны упрочняемых пород кровли 2 и кратчайшего расстояния g (равного отрезку EW) .от точки R пересечения верхней плоско;сти ABCD напластования угольного пла ста 1 со шпуром 4 до плоскости ЕИЗН, проведенной через линию ЕН расположе ния устьев 3 шпуров 4 перпендикулярн плоскости EFGH напластования угольно го пласта 1 с соблюдением соотношен

55497 б

) 5 l0

25 проникает на обнаженную поверхность . очистного забоя.

30 о.

° /\ °

81п c = san(f = tg P = ctgМ

h, ° а

У а =—

°,. Е1.

rl (— ) с в которых с К + Й, 2. 2

Например, в очистном забое, оборудованном комплексом I KN-103, на тон— hn (c hm p hnl «(hm1 Я, m= h +d K=h+b;

f p + d n 1 — а; ком пологом пласте Н-3 или Н-4-s требуется упрочнение ложно"; мощ" ность слоя пород h, длина зоны обрушающихся пород вдоль лавы S.

Сначала выбирают ширину d зоны упрочняемых пород кровли 2. Ее принима" ют кратной ширине вынимаемой полости угля и равной, например, суточному продвиганию забоя, которое в таких условиях не превышает 2-3 полос.

Затем принимают из опыта упрочнения пород непосредственной кровли, обрушаюшейся по мощности, как правило, не менее чем на 1,5-2 м, кратчайшее расстояние.(g 0,9-1 м) от точки R пересечения верхней плоскости напластования АБСЭ угольного пласта 1 со шпуром 4 до плоскости ЕМБН, проведенной через линию ЕН расположения шпуров 4 перпендикулярно плоскости EFGH напластования угольного пласта 1. Это кратчайшее расстояние g по которому твердеющая смесь жидких компонентов

После этого определяют — расстояние b (равное отрезку EA) между линией ЕН расположения устьев 3 шпуров 4 и верхней плоскостью ABCD напластования угольного пласта 1;. — длину 1 (раукую отрезку EL) шпура 4; — глубина а (равную отрезку ER) герметизации шпуров 4, через которые нагнетают твердеющую смесь жидких компонентов, т.е. расстояние от устья 3 шпура 4 до точки R пересечения его с верхней плоскостью АВСЭ напластования угольного пласта 1; — кратчайшее расстояние r (равное отрезку XZ) между шпурами 4; — расстояние t (равное отрезку ЕЕ) между устьями 3 шпуров 4; — угол с (угол IML) — угол между плоскостями, одка (плоскость EMIF) из которых перпендикулярна к линии ЕН расположения устьев 3 шпуров 4, а другая (плоскость EMLO) проходящая через продольную ось шпура 4, — к плоскости EFGH напластования уголько" го пласт" 1 — угол tf (угол IEF) угол наклона плоскости EIKH расположения шпуров 4 к плоскости EFGH напластов,зния угольного пласта; — угол ,8 (угол LEG) — угол наклона шпура (т.е. продолькой его оси EL) к плоскости EFGH напластования угольного пласта 1; — угол g (угол LEH) - угол наклона шпура 4 (т.е. ликии его буре1555497 ния EL) к линии ЕН расположения устьев 3 шпуров 4.

При этом указанные величины определяют с соблюдением следующих соот5 ношений:

sin b = sin j = tg p = ctg 2 — ф\ ш

;a= —, f

Ь=- 1

Ьд

«1 9 — (га — 2; — с t(42 °

hn hm г hnl Ъш1 ш Й mc dc

rl а с в которых:

+ ; I - Ь+ Ь; -д+а о

n=1-а;

После этого определяют количество шпуров 4

25 м Я

Р= — + 1.

Дальше на груди забоя на расстоянии Ъ от верхней плоскости ASCD на— пластования угольного пласта 1 белым мелом проводят линию ЕН расположения устьев 3 шпуров 4.

Затем на этой линии ЕН намечают вертикальйыми черточками устья 3 шпуров,4. Устья шпуров располагают на расстоянии t друг от друга, а шнур 4 бурят по линии ЕЬ, образованной пере- 40 сечением наклонной плоскости EIKH расположения шпуров 4 с плоскостью

ENIF, перпендикулярной к линии ЕН расположения устьев 3 шпуров 4. При этом направление буровой штанге зада- 45 ют по диагонали прямоугольного параллелепипеда, используя угол (и угол р . нли угол g и угол Р ттаакк, что продольная ocb штанги К любой плоскости напластования угольного пласта 1 будет наклонена под острым углом, равным углу P, аs с л инHиHеeй оpч иHс тного забоя, которая параллельна линии ЕН расположения устьев 3 шпуров 4, составляет острый угол, равный углу 0 ° Каждый шпур бурят на глубину, равную величине 1.

Пробуренные шпуры герметизируют поочередно через один шпур, причем герметизацию этих шпуров 4 (для нагнетания твердеющей смеси жидких компонентов) осуществляют на глубину а, т.е. герметизацию mnypoa 4 для нагнетания твердеющей смеси жидких компонентов выполняют в пределах угольного пласта 1 до точки R пересечения его верхней плоскости ABCD напластования со шпуром 4.

Затем начинают нагнетать твердеющую смесь жидких компонентов в шпур до появления ее из соседнего шпура.

Такой визуа ъный контроль в процессе нагнетания гарантирует минимальный радиус распространения твердеющей смеси жидких компонентов, который равен кратчайшему расстоянию r (равному отрезку XZ) между шпурами 4. Нагнетание .прекращают, в соседние шпуры 4 в пределах породного слоя кровли

2 устанавливают армирующие элементы

5, и эти шпуры герметизируют одним из известных способов, например, при помощи ампул с пенополиуретаном. После этого аналогично нагнетают другие шпуры.

Таким образом, из сыпучих пород ложной кровли 2 на тонких пологих угольных пластах 1 создают искусственную кровлю 2, представляющую собой уже прочный слой кровли, армированный, например, металлическими анкерами 5 и упрочненный, например, пенополиуретаном, который придает слою пород кровли 2 податливость. Такая искусственная кровля 2 не раздавливается вышележащими породами и при проходе комбайна не обрушается, а наоборот удерживает неустойчивую непосредственную кровлю и позволяет успеть передвинуть секции мехкрепи.

Формула изобретения

Способ упрочнения пород, включающий бурение шпуров наклонно к кровле пласта полезного ископаемого, их герметизацию и нагнетание твердеющей смеси, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности упрочнения кровли при разработке тонких пологих пластов, уться шпуров располагают на груди забоя ниже кровли пласта на величину, определяемую из выражения

hg

Ъ

1555497 при этом расстояние между ними определяют из «ыражения

2 2 . P1.гдem=-- h + d a р + Д;

1 — a, h, d—

f п ьЭ

h+b) с = k + f

2 расстояние от кровли пласта до устьев шпуров; расстояние между устьями шпуров; соответственно мощность слоя и ширина эоны упрочняемых пород кровли; расстояние от груди забоя до точки пересечения шпура с кровлей пласта, а шпуры бурят по диагонали прямоугольного параллелепипеда, высота которого равна сумме расстояний от кровли пласта до устьев шпуров и мо 1цюсти слоя упрочняемьж пород кровли, при этом шпуры пересекают пласт и породу и в них дополнительно устанавливают армирующие элементы, которые располагают в пределах породы, а герметизацию выполняют в пределах пласта, причем твердеющую смесь нагнетают в шпуры через один до появления ее из соседних шпуров.. 555497

Составитель С ..Бачурин

Редактор А. Козориз Техред M дидик Корректор М. Максими инеп

Заказ 545 Тираж 384 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открмтиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101