Крепь шахтного ствола



Крепь шахтного ствола
Крепь шахтного ствола
Крепь шахтного ствола
Крепь шахтного ствола
Крепь шахтного ствола

 


Владельцы патента RU 2535554:

Открытое акционерное общество "Уральский научно-исследовательский и проектный институт галургии" (ОАО "Галургия") (RU)

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при строительстве шахтных стволов в соляных и соленосных породах. Технический результат направлен на обеспечение безаварийной работы бетонной части крепи шахтного ствола, расположенной в ползучих солевых породах в течение расчетного срока, а также на повышение эффективности крепления шахтного ствола за счет исключения крепления шахтных стволов дорогостоящей чугунной тюбинговой крепью. Крепь шахтного ствола состоит из несущей внутренней бетонной оболочки и внешней компенсационной оболочки из податливого вспененного материала. Компенсационная оболочка сформирована из пенополистирольных плит и размещена ровным слоем вокруг бетонной оболочки цилиндрической части ствола. Расстояние между опорными венцами определяют в зависимости от длительности сцепления каменной соли, внутреннего и внешнего радиусов границ контакта опорного венца с каменной солью, внутреннего радиуса ствола, коэффициента запаса, веса опорного венца, удельного веса бетона, толщины бетонной крепи ствола. Опорные венцы из бетона усилены тюбинговыми кольцами и отделены от основной части бетонной крепи деформационными швами из дерева, а компенсационная оболочка из пенополистирольных плит прикреплена к породному массиву монтажными анкерами. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при строительстве шахтных стволов в соляных и соленосных породах.

Известна двухслойная крепь с первоначальным креплением выработки анкерами, возведением слоя пеноматериала и слоя бетона (Заславский Ю.З. Крепление подземных сооружений / Ю.З. Заславский, В.М. Мостков - М., Недра, 1979. - С.138-146, рис.45).

Однако эта крепь предусматривает возведение податливого слоя из пенополистирола с применением метода набрызгивания или укладки пеноматериала с помощью опалубки. Способ также является весьма трудоемким и требует применения специального оборудования.

Наиболее близкой к предлагаемой является крепь шахтного ствола, которая включает несущую железобетонную оболочку, компенсационную оболочку, заполненную податливым вспененным материалом, анкерные стержни, закрепленные в массиве горных пород и соединенные с несущей железобетонной оболочкой (Патент 2110689 РФ, МПК E21D 5/04, з. №96100254/03, заявлено 05.01.1996, опубл. 10.05.1998, Бюл. №13).

Однако эта крепь в условиях размещения ствола в соляных породах будет «сползать» вниз. Для устранения этого недостатка в ней применяется система гибких связей, что достаточно сложно в практическом применении.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении эффективности крепления шахтного ствола за счет обеспечения безаварийной работы бетонной части крепи шахтного ствола, располагаемой в солевых породах, обладающих ползучестью, в течение расчетного срока службы, а также исключения применения крепления шахтных стволов в солевых породах дорогостоящей чугунной тюбинговой крепью.

Указанный технический результат достигается тем, что крепь шахтного ствола, состоящая из несущей внутренней бетонной оболочки и внешней компенсационной оболочки из податливого вспененного материала, при этом компенсационная оболочка сформирована из пенополистирольных плит и размещена ровным слоем вокруг бетонной оболочки цилиндрической части ствола, при этом расстояние между опорными венцами определяют по формуле

где H - предельный шаг установки опорных венцов, м;

π - число 3,14;

Cдл - длительное сцепление каменной соли, МПа;

R1 и R2 - внутренний и внешний радиусы границ контакта опорного венца с каменной солью, м;

R - внутренний радиус ствола, м;

n - коэффициент запаса (для капитальных сооружений n=4-5);

Pз - вес опорного венца, МН;

γ - удельный вес бетона, МН/м3;

hc - толщина бетонной крепи ствола, м.

Опорные венцы из бетона усилены тюбинговыми кольцами и отделены от основной части бетонной крепи деформационными швами из дерева, а компенсационная оболочка из пенополистирольных плит прикреплена к породному массиву монтажными анкерами.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем.

Традиционно вертикальные горные выработки (или их часть), расположенные в соляных породах крепят бетонной крепью с компенсационной оболочкой, примыкающей к соляной породе, т.е. возводят двухслойную крепь. Компенсационная оболочка удерживает ствол от разрушения, но не удерживает бетонную оболочку ствола от сползания. Для предотвращения этого процесса в приконтурном соляном массиве создают опорные венцы (промежуточные опоры) из монолитного бетона, препятствующие сползанию крепи вниз по стволу, т.е. они выполняют функцию удержания бетонной оболочки крепи.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 - параллельная схема крепления шахтного ствола; на фиг.2 - схема опорного венца.

На чертежах обозначены: 1 - опорный венец; 2 - временная анкерная крепь; 3 - передвижная опалубка; 4 - внешняя компенсационная оболочка из податливого вспененного материала; 5 - несущая внутренняя бетонная оболочка крепи ствола; 6 - деформационный шов; 7 - тюбинговые кольца, R - внутренний радиус ствола; R1 и R2 - внутренний и внешний радиусы границы контакта опорного венца с каменной солью; H - предельный шаг установки опорных венцов.

Пример крепления шахтного ствола приведен для условий Верхнекамского месторождения калийных солей при параллельной схеме сооружения стволов, когда проходку и крепление производят одновременно.

По данным бурения разведочных скважин, располагаемых в пределах контура будущего шахтного ствола (т.н. стволовых скважин), с учетом размеров опорных поверхностей опорных венцов, контактирующих с массивом (в пределах внутренний и внешний радиусы границы контакта опорного венца с каменной солью R1 и R2), по вновь разработанной формуле определяют предельный шаг установки опорных венцов для конкретных участков шахтного ствола

где Н - расстояние между опорными венцами, м;

π - число 3,14;

Cдл - длительное сцепление каменной соли, МПа;

R1 и R2 - внутренний и внешний радиусы границ контакта опорного венца с каменной солью, м;

R - внутренний радиус ствола, м;

n - коэффициент запаса (для капитальных сооружений n=4-5);

P3 - вес опорного венца, МН;

γ - удельный вес бетона, МН/м3;

hc - толщина бетонной крепи ствола, м.

На основании рассчитанных величин H определяют места расположения опорных венцов 1. При необходимости изменения шага H корректируют значения R2 в большую или меньшую сторону.

Затем возводят крепь шахтного ствола, которую в пределах участка между двумя опорными венцами формируют снизу вверх (фиг.1). Для этого первоначально возводят нижний опорный венец с расчетными параметрами, для конкретных горно-геологических условий, внутреннего и внешнего радиусов границ контакта опорного венца с каменной солью (R1, R2) и внутреннего радиуса ствола (R).

После этого у стенки породного массива формируют внешнюю компенсационную оболочку из пенополистирольных плит 4 с обеспечением одинаковой ее толщины на протяжении всего участка.

Плиты пенополистирола прикрепляют к стенке породного массива монтажными анкерами и/или с использованием анкерной временной крепи 2.

Затем в пространство между передвижной опалубкой 3 и пенополистирольными плитами 4 подают бетонную смесь, т.е. возводят несущую внутреннюю бетонную оболочку крепи ствола 5. По мере заполнения и затвердевания бетонной смеси производят наращивание податливого слоя и передвижку опалубки.

Бетонные венцы возводят периодически на определенном расстоянии друг от друга. Предпочтительно опорные венцы располагать в однородных и наиболее прочных слоях каменной соли.

После осуществления возведения двухслойной крепи на расчетном участке цикл повторяют на нижележащем или вышележащем участках в зависимости от схемы строительства шахтного ствола.

С целью обеспечения минимальных размеров опорных венцов, способных противостоять радиальным нагрузкам от воздействия окружающих пород в результате проявления горного давления, их усиливают, например, тюбинговыми кольцами 7. В опорном венце применяют 1-2 тюбинговых кольца (фиг.2).

Для снижения напряжений в крепи опорные венцы 3 отделяют от несущей внутренней бетонной оболочки 5 деформационным швом 6, выполненным, например, из дерева.

Последовательность возведения участков двухслойной крепи по глубине шахтного ствола может быть как сверху вниз, так и снизу вверх.

Предлагаемый способ позволяет отказаться от применения сплошной дорогостоящей тюбинговой крепи из чугуна и обеспечит безаварийный расчетный срок службы бетонной части крепи шахтного ствола, располагаемой в солевых породах, обладающих ползучестью.

Крепь шахтного ствола, состоящая из несущей внутренней бетонной оболочки и внешней компенсационной оболочки из податливого вспененного материала, отличающаяся тем, что компенсационная оболочка сформирована из пенополистирольных плит и размещена ровным слоем вокруг бетонной оболочки цилиндрической части ствола, при этом расстояние между опорными венцами определяют по формуле

где H - предельный шаг установки опорных венцов, м;
π - число 3,14;
Cдл - длительное сцепление каменной соли, МПа;
R1 и R2 - внутренний и внешний радиусы границ контакта опорного венца с каменной солью, м;
R - внутренний радиус ствола, м;
n - коэффициент запаса (для капитальных сооружений n=4-5);
Pз - вес опорного венца, МН;
γ - удельный вес бетона, МН/м3;
hc - толщина бетонной крепи ствола, м.

2. Крепь по п.1, отличающаяся тем, что опорные венцы из бетона усилены тюбинговыми кольцами.

3. Крепь по п.1, отличающаяся тем, что опорные венцы отделены от основной части бетонной крепи деформационными швами из дерева.

4. Крепь по п.1, отличающаяся тем, что компенсационная оболочка из пенополистирольных плит прикреплена к породному массиву монтажными анкерами.



 

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 в вертикальных выработках подземной инфраструктуры городов.

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 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. .

Изобретение относится к подземному строительству, в частности к конструкциям крепи заглубленных сооружений, и может быть использовано в стволах метрополитенов, угольных шахт и рудников, а также в вертикальных выработках подземной инфраструктуры городов. Задачей изобретения является создание конструкции крепи, позволяющей исключить проникновение воды из водонапорного слоя через водоупоры в слои пород содержащие растворимые минералы, при этом не допуская существенного увеличения объема поступающей в ствол воды. Указанный технический результат достигают тем, что выше и ниже водонапорного слоя в водоупорах бурят комплект скважин глубиной не менее чем на 0,5 м больше максимальной ширины зоны влияния взрывных работ в массиве, скважины оснащают водозаборными элементами, состоящими из последовательно помещенных одна в другую труб с регулирующим клапаном на конце каждой; давление сброса на клапанах устанавливают равным разнице между величиной гидростатического давления водонапорного слоя и величиной гидравлического сопротивления на участке от места установки клапана до кровли, или почвы слоя водоупора. 2 ил.

Изобретение относится к подземному строительству, в частности к конструкциям крепи выработок, и может быть использовано в стволах шахт и рудников, а также в вертикальных выработках подземной инфраструктуры городов. Технический результат заключается в создании конструкции крепи, позволяющей избежать проникновения воды по плоскости соприкосновения крепи с массивом, а также по зоне нарушенных в ходе БВР пород в ранее не обводненные слои, повысить эффективность использования материалов крепи и за счет этого снизить ее материалоемкость. Крепь состоит из обделки и гидрозатвора в виде незатвердевающей вязкой жидкости, находящейся под давлением, превышающим давление подземных вод. Гидрозатвор размещают между породными стенками и крепью. Приствольный массив упрочняют анкерами, на которые навешивают металлическую сетку. Выше и ниже горизонта напорных подземных вод устраивают кольцевые противофильтрационные завесы. В крепи и прилегающем массиве монтируют систему мониторинга, включающую: датчики давления жидкости в гидрозатворе, датчики смещения породного массива, датчики давления и скорости фильтрации воды. 2 ил.
Наверх