Способ охраны горных выработок

 

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано для повышения устойчивости капитальных и подготовительных выработок при подземной разработке полезных ископаемых. Сущность изобретения заключается в том, что способ охраны горной выработки включает прохождение разгрузочных щелей, анкерование горного массива, расположенного за разгрузочной щелью, и бетонирование анкеров и лежней перед заполнением щели низкомодульным материалом. При этом на дно пройденной по всей длине выработки разгрузочной щели укладываются лежни с отверстиями, через отверстия бурят скважины, в скважинах размещают анкеры и бетонируют их, затем шайбами и гайками соединяют анкеры с лежнями и бетонируют дно разгрузочной щели, а после этого разгрузочную щель заполняют низкомодульным материалом. 2 ил.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для обеспечения устойчивости горных выработок за счет активного управления напряжениями и деформациями в массиве горных пород, окружающих выработку.

Известен способ разгрузки горного массива в окрестности выработки (см. например Кошелев К. В. Томасов А.Т. Поддержание, ремонт и восстание горных выработок. М. Недра, 1985, с. 215), в котором для снижения напряжений в массиве горных пород создают разгрузочные полости путем взрывания камуфлетных зарядов.

Однако этот способ характеризуется низкой устойчивостью выработки в условиях интенсивного деформирования вмещающих пород, когда созданные полости быстро заполняются выдавливаемыми породами и эффект разгрузки исчезает.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сути является способ разгрузки горного массива (см. например а.с. СССР N 729360, E 21 D 13/02, 1980), включающий анкерование выработки, прохождение разгрузочных щелей прямоугольной или клиновидной формы и заполнение их низкомодульным материалом. Этот способ также сопровождается низкой устойчивостью выработки и неэффективной работой анкерной крепи при интенсивном деформировании горного массива, не подрезанного разгрузочными щелями. Эта часть горного массива под действием повышенных напряжений, превышающих предел прочности пород, деформируется, что приводит к интенсивному вдавливанию разгруженных и скрепленных анкерной крепью пород в выработку. При этом анкерная крепь, устанавливается с контура выработки, попадает в зону ослабленных или разрушенных в процессе полостной релаксации напряжений пород и не оказывает влияния на геомеханические процессы в горном массиве, окружающем выработку.

Основная задача изобретения повышение устойчивости выработок за счет комплексного управления напряжениями и деформациями в горном массиве путем разгрузки приконтурной области породного массива и упрочнения пород, расположенных за зоной разгрузки, обеспечивающего их устойчивое состояние.

Для решения поставленной задачи в приконтурной области породного массива нарезают разгрузочную щель, глубину которой определяют по размеру зоны распространения ожидаемых максимальных деформаций пород. Нижерасположенный породный массив упрочняют. Для упрочнения массива со дна разгрузочной щели через лежни бурят скважины, размещают в них анкеры и бетонируют дно разгрузочной щели. После бетонирования разгрузочную щель заполняют низкомодульным материалом.

Физическая сущность способа заключается в сохранении массива горных пород, расположенного за разгрузочной щелью, в объемном напряженном состоянии, что исключает его влияние на разгруженную приконтурную область горных пород и выработку в целом. Сохранение массива в объемном напряженном состоянии происходит за счет сохранения стягивающих массив усилий в анкерной крепи, упрочняющих массив, которое достигается путем повышения жесткости узла соединения анкеров с лежнем в результате бетонирования узла соединения, а также сил отпора литой бетонной полосы, возведенной на дне разгрузочной щели.

На фиг. 1 показано поперечное сечение выработки с разгрузочной щелью и скважиной, на фиг. 2 вертикальный разрез по разгрузочной щели и скважине.

На чертежах обозначены: выработка 1, разгрузочная щель 2, лежень 3 с отверстиями 4, скважина 5, анкер 6, узел крепления анкера с лежнем, выполненный, например, из шайбы 7 и гайки 8, бетон 9 и низкомодульный материал 10. В качестве последнего могут быть использованы щебень, полиуретан, пневматические или гидравлические устройства с постоянной механической характеристикой, например пневмобаллон или гидравлические домкраты с предохранительными клапанами.

Способ осуществляется следующим образом. На дно пройденной по всей длине выработки 1 разгрузочной щели 2 укладывают лежни 3 с отверстиями 4, расположенными на расстоянии t друг от друга (см. фиг. 2). Через отверстия 4 бурят скважины 5, размещают в них анкеры 6 и бетонируют их с помощью бетона 9. Затем с помощью шайбы 7 и гаек 8 соединяют анкеры 6 с лежнями 3 и бетонируют дно разгрузочной щели 2, а после этого заполняют разгрузочную щель 2 низкомодульным материалом 10.

Примером реализации способа может служить проект охраны капитальной выработки на глубоких горизонтах (более 600 м), пройденной в слабых породах. Как показал опыт поддержания выработок, в таких условиях без специальных мероприятий по управлению напряжениями и деформациями пород горного массива в окрестности выработки невозможно обеспечить ее длительную эксплуатацию. Это, в первую очередь, связано с интенсивным пучением почвы и, как следствие, разрушением обычно применяемых для капитальных выработок жестких железобетонных крепей. В связи с этим для локализации действия повышенных напряжений в почве на расстоянии 1,2 м от стенок железобетонной крепи по всей длине выработки врубовой машиной нарезаются две разгрузочные щели шириной 0,14 м и глубиной 1,5 м. На дно разгрузочных щелей укладываются лежни из трех метровых отрезков швеллера, имеющих три отверстия, разнесенные по длине швеллера на расстояние, например, друг от друга 1,4 м. Через отверстия бурят скважины глубиной 4 м, и размещают в них анкеры, изготовленные из арматурной стали, резьбой на одном конце. Затем анкеры бетонируются раствором цемента, песка и жидкого стекла с водотвердым соотношением 0,65. После твердения раствора анкеры с помощью шайб и гаек соединяются с лежнем, а затем узел крепления и лежни бетонируются на высоту до 0,3 м от дна разгрузочной щели. По окончании бетонных работ разгрузочные щели заполняются щебнем.

По сравнению с известными решениями по борьбе с получением почвы, например подрывой пород почвы, предлагаемый способ исключает демонтаж-монтаж оборудования, подрывку и уборку пород почвы, ремонт или восстановление железобетонной крепи.

Формула изобретения

Способ охраны горных выработок, включающий анкетирование выработки, проведение разгрузочных щелей по всей длине выработки и заполнение их низкомодульным материалом, отличающийся тем, что сначала проводят разгрузочную щель, на дно которой по всей ее длине укладывают лежни с отверстиями, через отверстия бурят скважины, размещают в них анкеры и бетонируют их, затем жестко соединяют анкеры с лежнями и бетонируют дно разгрузочной щели, а после этого разгрузочную щель заполняют низкомодульным материалом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2