Способ создания породной крепи горной выработки


 


Владельцы патента RU 2498073:

Общество с ограниченной ответственностью "Проектно-производственный центр КузНИИшахтострой" (ООО "ППЦ КузНИИшахтострой") (RU)

Изобретение относится к горному делу, а именно к строительству подземных сооружений, в частности к созданию крепи горных выработок в трещиноватых породах. Технический результат направлен на уменьшение стоимости упрочнения породного массива вокруг выработки за счет уменьшения объема тампонажа дорогих быстротвердеющих смол, возможность извлечения и повторного использования герметизаторов (пакеров) шпуров, упрощения инъекционного оборудования. Способ заключается в тампонировании быстротвердеющими смолами, например полиуретаном, приконтурного слоя породы через шпуры глубиной 0,4-0,5 м. Нагнетание смолы в шпур прекращают после выдавливания ее на поверхность породы на расстояние 0,7-0,8 расстояния между соседними шпурами в пределах заходки создания породной крепи. Бурение дополнительных шпуров расчетной глубины для тампонажа породного массива подвижными твердеющими смесями. 1 ил.

 

Изобретение относится к горному делу, а именно к строительству подземных сооружений, в частности, к созданию крепи горных выработок в трещиноватых породах.

Известны способы создания (возведения) породной крепи горной выработки (см. авторские свидетельства СССР №№629347, 985304, МПК E21D 11/00), включающие возведение в горной выработке временной крепи-опалубки, бурение через нее шпуров в трещиноватом породном массиве, нагнетание через шпуры цементного раствора (тампонаж), образование облицовочно-несущей оболочки в заопалубном пространстве из излившейся через трещины на поверхности контура выработки цементного раствора с высоким водоцементным соотношением и удаление через отверстия в опалубке жидкой фазы (воды) излившегося цементного раствора.

Недостаток известных способов заключается в сложной технологии их осуществления, необходимости монтажа и демонтажа крепи-опалубки, что увеличивает стоимость крепления горной выработки.

Известен способ создания породной крепи горной выработки (см. авторское свидетельство СССР №953213, МПК E21D 11/10), включающий закупоривание трещин поверхности выработки путем набрызга скрепляющего раствора слоем расчетной толщины, нанесение на слой набрызга синтетической пленки в виде латексного покрытия, бурение скважин и тампонаж приконтурного массива.

Недостаток такого способа заключается в незначительной закупорке развитых трещин поверхности выработки и возможности локального проникновения жидкой фазы (воды) тампонажного раствора под давлением до 80-90 бар под слой набрызга скрепляющего материала и отделение его плитами большого размера от поверхности породы выработки с последующим дренажем тампонажного раствора в горную выработку.

К тампонажным растворам на основе синтетических смол и применяемых для упрочнения грунтов и пород предъявляются многообразные требования: растворы должны обладать высокой проникающей способностью в трещины и поры породы; сроки схватывания раствора (гелеобразование) должны быть в известных пределах; растворы должны переходить в твердое состояние при нормальных и пониженных положительных температурах в течение непродолжительного промежутка времени; закрепленные смолами породы должны быть прочными и долговечными, устойчивыми в агрессивной среде и водонепроницаемыми; растворы должны быть нетоксичными, безопасными в обращении и неспособными воспламеняться; растворы должны хорошо растворяться в воде и не обладать коррозионной способностью по отношению к частям и материалам инъекционного оборудования; тампонажные растворы не должны заражать подземную воду.

Отвечающий всем перечисленным требованиям и наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ создания породной крепи путем тампонажа породного массива вокруг выработки смолами со временем отвердения 40÷180 сек слоя выступившей на поверхности выработки смолы, например, полиуретановой или эпоксидной.

Ближайший к изобретению способ создания породной крепи горной выработки заключается в следующем.

В пределах очередной заходки создания породной крепи длиной 3 или 6 м бурят шпуры глубиной 2,5 м. Шпуры бурят рядами через 1,5 м. В соседних рядах шпуры располагают в шахматном порядке. Расстояние между шпурами в ряду 1,5 м. В шпуры устанавливают пластиковые трубки и герметизаторы. К загрузочной пластиковой трубке подключают нагнетательное оборудование и производят нагнетание полиуретановой смолы, которая образуется путем смешивания перед герметизатором двух жидких компонентов, которые в объемном соотношении 1:1 при помощи насоса подаются раздельно по шлангам.

Один из компонентов может представлять смесь различных полиолов и присадок, другой - полизоциант на основе дифинилметандиизоцианта. Полиуретановая смола нагнетается в породный массив под давлением 80-90 бар. Но вначале смола под небольшим давлением заполняет шпур и по развитым трещинам в приконтурном слое породы устремляется к поверхности породы и во все стороны перпендикулярно оси шпура. Выдавленная на поверхность породы смола (полиуретан) практически мгновенно затвердевает, образуя расползающийся от шпура слой затвердевшей смолы толщиной (1÷15)·10-3 м, препятствующий в силу больших сил сцепления с породой выдавливанию смолы на поверхность породы.

Характерной особенностью тампонажа быстротвердеющих смесей является резкое, скачкообразное увеличение давления нагнетания при заполнении смолой трещин приконтурного слоя породы на расстоянии 1-1,2 м от оси шпура, после чего начинается тампонаж породного массива по всей длине шпура при давлении нагнетания до 80-90 бар. Время смолизации (тампонажа смолами) горных пород через один шпур определяют исходя из объема трещин на определенном расстоянии от шпура, длины шпура и производительности применяемого насоса.

К недостаткам прототипа следует отнести высокую стоимость упрочнения породного массива быстротвердеющими смолами, обусловленную высокой стоимостью смолы, большим количеством неизвлекаемых (замоноличенных) герметизаторов шпуров, применением специального инъекционного оборудования высокого давления.

Недостатком прототипа является и то, что после скачкообразного повышения давления нагнетания происходит не только тампонаж породного массива вокруг шпура, но и тампонаж приконтурного слоя вокруг соседних завоздушенных шпуров с попаданием в них смолы, твердение которой исключает качественный тампонаж отдельных участков породного массива вокруг выработки.

Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение «Способ создания породной крепи горной выработки», следует считать уменьшение стоимости упрочнения породного массива вокруг выработки за счет уменьшения объема тампонажа дорогих быстротвердеющих смол, возможность извлечения и повторного использования герметизаторов (пакеров) шпуров, упрощения инъекционного оборудования.

В «Способе создания породной крепи горной выработки», включающем известные признаки: бурение сетки шпуров в пределах отдельных заходок, установку герметизаторов шпуров, последовательное нагнетание в шпуры смол со временем твердения на воздухе в течение (45÷180) сек, например, полиуретана, технический результат достигается за счет того, что шпуры для нагнетания быстротвердеющей смолы бурят на глубину 0,4-0,5 м, а нагнетание смолы прекращают после выдавливания ее на поверхность выработок от шпура на расстояние 0,7-0,8 расстояния между соседними шпурами, а после тампонажа приконтурного слоя заходки бурят дополнительные шпуры для тампонажа породного массива подвижными твердеющими смесями.

Способ поясняется чертежом, на котором схематично показано продольное сечение горной выработки.

Сущность способа заключается в следующем.

При нагнетании быстротвердеющей смеси (полиуретана) через короткие шпуры 1 глубиной 0,4-0,5 м в первую очередь происходит заполнение развитых трещин приконтурного слоя 2 породы и выдавливание на поверхность выработки небольшого количества смолы 3, которая практически мгновенно твердеет.

Таким образом, происходит тампонаж (смолизация) вокруг шпура приконтурного слоя 2 толщиной до 0,5 м с определенным радиусом распространения смолы. После выдавливания смолы на поверхность породы на расстояние lc от шпура, равное 0,7÷0,8 расстояния l между соседними шпурами, прекращают нагнетание смолы и приступают к нагнетанию смолы (полиуретана) через соседний шпур. После нагнетания быстротвердеющей смолы через все шпуры заходки l3 образования породной крепи в ее пределах образуется качественно затампонированный приконтурный слой 2 породы незначительной толщины, на образование которого расходуется небольшой объем дорогой быстротвердеющей смолы (например, полиуретана).

Затем через затампонированный приконтурный слой 2 породы бурят дополнительные шпуры 4 глубиной 2,5-3,0 м и расстоянием между шпурами до 3 м. Эти шпуры используют для тампонажа породного массива вокруг выработки различными твердеющими дешевыми смесями с высокой степенью подвижности, например, цементами. При этом исключается дренаж подвижных твердеющих смесей в выработку и обеспечивается качественное тампонирование породного массива за приконтурным слоем породы.

Нагнетание смолы под небольшим давлением и в течение короткого промежутка времени исключает плотное замоноличивание герметизаторов, что позволяет извлечь их из использованных шпуров для дальнейшего применения.

Способ создания породной крепи горной выработки прост в осуществлении технологических процессов и использовании дешевых материалов и инъекционного оборудования.

Способ создания породной крепи горной выработки, включающий бурение сетки шпуров в пределах отдельных заходок, установку герметизаторов, последовательное нагнетание в шпуры смол со временем твердения на воздухе в течение 45-180 с, например, полиуретана, отличающийся тем, что шпуры бурят на глубину 0,4-0,5 м, нагнетание смолы в шпур прекращают при выдавливании смолы на поверхность породы на расстояние от шпура, равном 0,7-0,8 расстояния между соседними шпурами, а затем бурят дополнительные шпуры для тампонирования породного массива подвижными твердеющими смесями.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области строительства горных выработок в сложных инженерно-геологических условиях с повышенными смещениями массива или со значительным горным давлением, а также тоннелей различного назначения в аналогичных условиях.

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано преимущественно при разработке рудных месторождений для охраны подготовительных и капитальных выработок, приведения в неудароопасное состояние различного вида целиков и других элементов систем разработки в зонах повышенных напряжений горного массива.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для проведения и крепления подготовительных выработок в сложных горно-геологических условиях.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для охраны подготовительных горных выработок. .

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для перехода горных выработок механизированным комплексом при разработке угольных пластов.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для поддержания повторно используемых подготовительных выработок. .

Изобретение относится к горному делу и направлено на совершенствование конструкции ограждения горной выработки. .

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и используется преимущественно для проведения горизонтальных и наклонных горных выработок. .

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к способу крепления вывального пространства горных выработок. .

Изобретение относится к горному делу, в частности к способу опережающего крепления кровли при выемке целика. .

Группа изобретений относится к горной промышленности, а именно к укреплению подземных горных выработок. Технический результат заключается в повышении безопасности работ при закреплении выработок и упрощении конструкции устройства и способа монтажа защитного материала. Способ крепления горных выработок включает закрепление на своде выработки анкеров и монтаж на них сетчатого защитного материала. На ряд закрепленных на своде выработки анкеров подвешивают устройства, каждое из которых представляет собой двуплечий рычаг, плечи которого в рабочем положении образуют тупой угол. Каждый рычаг поворачивают за одно плечо вокруг точки подвеса, прижимая сетчатый защитный материал другим плечом к своду выработки, после чего производят закрепление анкеров под защищенным участком свода выработки. Устройство для крепления горных выработок содержит штангу, на конце которой выполнен элемент для подвешивания к закрепленному на своде выработки анкеру, пару упорных пальцев, подвижно соединенных с тем же концом штанги с возможностью фиксации относительно штанги с образованием двуплечего рычага. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к конструкциям крепи вертикальных стволов, и может быть использовано в стволах угольных шахт и рудников, а также вертикальных выработках подземной инфраструктуры городов. Целью изобретения является создание конструкции крепи, позволяющей существенно снизить трудоемкость возведения, стоимость, повысить несущую способность и надежность крепи с управляемым режимом работы. Указанный технический результат достигают тем, что внутренний водонепроницаемый слой собирают из чугунных тюбингов, внешний грузонесущий слой изготавливают из твердеющей смеси с активированными хвостами обогащения в качестве вяжущего и классифицированными отходами горного производства в качестве крупного и мелкого заполнителя, а внешний грузонесущий слой связывают с породным массивом системой анкеров. 2ил.

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано при подземной разработке мощных крутопадающих рудных месторождений, характеризующихся низкими прочностными характеристиками руд. Способ разработки мощных крутопадающих месторождений неустойчивых руд включает разделение рудного тела на этажи, а этажей на горизонтальные или слабонаклонные слои, отрабатываемые в нисходящем порядке, выемку руды в пределах слоев заходками, закладку выработанного пространства твердеющими материалами, проходку заходок второго и последующих слоев под закладочным массивом. При проходке заходок второго и последующих слоев под закладочным массивом с опережением забоя заходки в ее боках, представленных неустойчивым рудным массивом, под углом к продольной оси заходки пробуривают шпуры. Через шпуры в период их нахождения впереди забоя заходки в рудный массив нагнетают скрепляющий состав. При этом расстояние между шпурами принимают равным удвоенной глубине проникновения в рудный массив в окрестности шпура скрепляющего состава, а длину шпуров определяют из выражения. Техническим результатом заявляемого способа разработки мощных крутопадающих месторождений неустойчивых руд является повышение безопасности горных работ, увеличение скорости проходки заходок и повышение качества закладочных работ. 2 ил.

Изобретение относится к опережающему анкерному креплению горных выработок из призабойного пространства и может быть использовано в горнодобывающей промышленности и тоннелестроении. Способ опережающего крепления горных выработок с помощью анкеров, включающий бурение опережающих скважин и установку в них анкеров, при котором за контуром предполагаемого забоя и за зоной опорного горного давления из призабойного пространства осуществляют бурение шпура криволинейно к продольной оси будущей выработки с выходом криволинейного шпура в ту же выработку, в забой или призабойное пространство с другой или с той же стороны, размещают в шпуре гибкий анкер и закрепляют его с обоих концов с возможностью натяжения анкера в шпуре. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Предложенная группа изобретений относится к вариантам способа создания защитного экрана в кровле проектируемых горных выработок. Технический результат заключается в создании защитного экрана с большой экранирующей поверхностью в рыхлых рудах, что обеспечивает технологическую возможность и экономическую целесообразность проходки очистных выработок в виде добычных лент. Каждый вариант способа включает бурение в горном массиве, по крайней мере, из одной предварительно пройденной горной выработки параллельных скважин и размещение в пробуренных скважинах труб-анкеров. Особенность первого варианта способа состоит в том, что бурение скважин осуществляют из одной из двух или из двух существующих примыкающих к экранируемой зоне горных выработок, перпендикулярных или параллельных соответственно проектируемым параллельным примыкающим друг к другу очистным горным выработкам, выдерживая шаг t между параллельными геометрическими осями скважин. Особенность способа по второму варианту заключается в том, что в средней части экранируемой зоны проходят вспомогательную горную выработку перпендикулярно проектируемым параллельным примыкающим друг к другу очистным горным выработкам или в одном из диагональных направлений экранируемой зоны. Бурение скважин осуществляют из вспомогательной горной выработки, выдерживая шаг t между параллельными геометрическими осями скважин. Размер шага t определяют в зависимости от наружного диаметра тубы-анкера, коэффициента структурного ослабления пород, коэффициента крепости пород по шкале М.М. Протодьяконова, момента сопротивления изгибу поперечного сечения трубы-анкера, допустимого напряжения на изгиб материала трубы-анкера, объемного веса породы, пролета проектируемой очистной горной выработки, а так же угла пересечения проекций на плоскость экранирования геометрических осей скважин и проектируемых очистных горных выработок. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 25 ил.
Наверх