Крепь вертикального ствола



Крепь вертикального ствола
Крепь вертикального ствола

 


Владельцы патента RU 2521105:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)" (RU)

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 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.

Известна конструкция крепи с регулируемым режимом работы [1], обеспечивающая полную гидроизоляцию вертикального ствола и снижение давления на внутреннюю стальную оболочку. Однако существующее решение имеет ряд недостатков.

Конструкции крепи вертикальных стволов, включающие слой стали, в опыте шахтного строительства СССР и РФ нашли применение только при сооружении стволов бурением. Причинами этого служит то, что:

- стальная обечайка под действием гидростатического давления теряет устойчивость до достижения напряжением в материале крепи предельных значений, так называемое критическое давление [2]. Его величина интенсивно снижается с ростом диаметра ствола, а при сооружении бурением - диаметр не превышает 2-4 м;

- при сооружении стволов бурением крепь на этапе возведения испытывает значительные монтажные нагрузки, часто превышающие эксплуатационные. Применение в этих условиях чугуна, материала хрупкого, плохо воспринимающего растягивающие напряжения, часто оказывается нерациональным.

На основе опыта возведения и эксплуатации стальной крепи за рубежом можно выделить следующие ее недостатки:

- высокая стоимость;

- чувствительность к наличию агрессивных вод, активно развиваются коррозионные процессы;

- сложность и трудоемкость монтажа. Соединение отдельных секцией сваркой при бурении стволов можно осуществлять на поверхности, а крепь опускать с помощью грузоподъемных механизмов. При использовании буровзрывной технологии такая возможность отсутствует;

- при ведении сварочных работ в стволе сложно обеспечить высокое качество швов;

- соединение отдельных секций крепи сваркой намного более трудоемко, чем, например, соединение тюбингов сболчиванием. При этом с увеличением толщины стальной оболочки трудоемкость сварочных работ резко возрастает, и этот процесс может превзойти по продолжительности все остальные технологические процессы в сумме.

Перечисленные недостатки стальных крепей послужили причиной широкого распространения в шахтном строительстве России чугунно-бетонной крепи. Ее отличает:

- высокая несущая способность благодаря наличию внутренних ребер;

- сцепление с затюбинговым бетоном, обеспечиваемое внешними ребрами;

- более высокая устойчивость к коррозии, по сравнению со сталью;

- простота монтажа и относительно невысокая трудоемкость возведения.

Такая крепь нашла применение в условиях калийной, алмазо- и рудодобывающих отраслей. В крупнейших проектах последних лет - строительство самого глубокого, на настоящий момент, в РФ и Евразии вентиляционного ствола (ВС-7) на реконструируемом руднике «Таймырский», пяти стволов на рудниках «Мир» и «Удачный» компании «Алроса», вертикального ствола ш. «Северная Вентиляционная №2» Гайского ГОКа, находящихся на стадии строительства скипового и клетьевого стволов на Гремячинском месторождении калийных солей компании ОАО Еврохим, подготовленного к проходке вентиляционного ствола рудника «Скалистый» ГМК «Норильский Никель», двух стволов, являющихся частью проекта строительства пятого калийного рудника ОАО «Уралкалий», на Усть-Яйвинском участке Верхнекамского месторождения калийных солей - для крепления стволов на полную глубину или в зоне покрывающих пород используют чугунные тюбинги.

Главными ее недостатками является сложность обеспечения полной водонепроницаемости ввиду значительной длинны швов, высокая стоимость и возможность потери устойчивости при высоком гидростатическом давлении. Перечисленные недостатки могут быть полностью или частично устранены применением принципа управляемости.

Целью изобретения является создание конструкции крепи, позволяющей существенно снизить трудоемкость возведения, стоимость, повысить несущую способность и надежность крепи с управляемым режимом работы.

Для достижения поставленной цели предлагается конструкция крепи с регулируемым режимом работы, включающая (см. фиг.1) внутреннюю колонну крепи из чугунных тюбингов (поз.1), слой высокопрочного фибробетона (поз.2) с искусственно улучшенными водопроводящими свойствами, внешний слой из твердеющей смеси (поз.3) с вяжущим на основе активированных в дезинтеграторе хвостов обогащения, крупным и мелким заполнителем в виде классифицированных отходов горного производства, систему анкеров (поз.4), связывающих слой из твердеющей смеси (поз.3) и вмещающие породы (поз.5), контрольно-регулирующие элементы (поз.6), а также систему отвода воды.

Использование в качестве гидроизолирующего слоя чугунных тюбингов вместо стали позволяет повысить несущую способность крепи, снизить трудоемкость и продолжительность ее возведения. Слой фибробетона с искусственно улучшенными водопроводящими свойствами вместе с контрольно-регулирующими элементами обеспечивает поддержание давления за колонной тюбингов в требуемых пределах, препятствует выдавливанию прокладок и нарушению герметичности. Контрольно-регулирующие элементы располагают в отверстиях тюбингов (см. фиг.2), предназначенных для проведения тампонажа (поз.7).

Замена в применяемом бетоне портландцемента и обычных заполнителей на активированные в дезинтеграторе хвосты обогащения и классифицированные отходы горного производства позволяет реализовать ресурсосберегающие технологии, использовать дешевые местные материалы и снизить давление на окружающую среду накопленных на поверхности земли отходов горного производства. Ресурсосбережение приобретает особое значения для районов Крайнего Севера, малозаселенных регионов, удаленных от крупных промышленных центров. В этих случаях бесперебойное обеспечение строительства привозными материалами представляет сложную логистическую задачу и приводит к значительному удорожанию строительства.

Принцип работы предложенной конструкции заключается в следующем.

Вода фильтруется через породу (поз.5) в зоне, размеры которой определяются радиусом влияния дренажа выработки, далее, проникая через твердеющую смесь (поз.3), попадает в слой фибробетона (поз.2), откуда, по достижению давления сброса, отводится через контрольно-регулирующие элементы в систему отвода воды. Давление воды на тюбинги будет равно в этом случае давлению сброса и может регулироваться на управляющих элементах. Система анкеров (поз.4) передает часть давления воды, воспринимаемого слоем твердеющей смеси, на вмещающий породный массив. Эффект от их установки растет по мере увеличения модуля упругости пород.

Предлагаемая конструкция может использоваться как для крепления всего ствола, так и отдельных его участков, пересекающих водоносные горизонты.

Литература

1. Патент 2433269 Российской Федерации, МПК E21D 5/11. Конструкция крепи вертикальных стволов с регулируемым режимом работы / Страданченко С.Г., Масленников С.А., Шинкарь Д.И.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)». №2009142187/03; заявлено 16.11.2009; опубл. 10.11.2011, бюл. №15.

2. Булычев И.С. Механика подземных сооружений в примерах и задачах: учебное пособие для вузов. М.: Недра, 1989. - 270 с.

Крепь вертикального ствола, включающая внутренний водонепроницаемый слой, слой высокопрочного фибробетона, внешний грузонесущий слой, систему анкеров, контрольно-регулирующие элементы, систему отвода воды, отличающаяся 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.



 

Похожие патенты:

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.

Изобретение относится к области подземного строительства шахтных стволов большого диаметра для метро, фундаментов мостов и фундаментов строительных конструкций.

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 тюбинговой крепи стволов подземных выработок, проходимых кессонным способом при строительстве метрополитенов. .

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к конструкции крепи вертикального ствола, и предназначено для обеспечения полной гидроизоляции ствола. .

Изобретение относится к горному делу, в частности к элементам крепления горизонтальных горных выработок при строительстве подземных сооружений, особенно в условиях агрессивных сред.

Изобретение относится к шахтному строительству. .

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.

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.

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 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.
Наверх