СПОСОБ ОХРАНЫ КАМЕР ОТ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ Российский патент 2003 года по МПК E21D13/02 E21D11/00 

Изобретение относится к области охраны выработок, в частности камер, от воздействия горного давления.

Существуют способы охраны выработок и камер с помощью многослойной крепи, включающей внутреннюю жесткую оболочку из бетона или железобетона и внешний податливый слой из различных материалов - деревянных стоек, опилок, полимеров, бетонитов. Многослойные крепи обладают недостаточным запасом податливости. Таким же недостатком обладает и взрывополостной способ (авт. свид. 1364736 кл. E 21 D 20/00, 1046523 кл. E 21 D 11/00), способы с проведением разгружающих выработок в своде (авт. свид. 875075 кл. E 21 D 13/02, 812931 кл. E 21 D 11/14), не обеспечивают полную разгрузку камер.

Наиболее близким к предлагаемому является способ охраны камер от горного давления, предложенный в заявке 95092397 (кл. E 21 D 13/02, 11/02, 11/00 от 16.05.1995. Украина, БИ, 1998, 3).Сущность состоит в том, что разгрузка контура камеры большого сечения осуществляется с помощью двух разгружающих выработок в своде камеры, выработки под днищем камеры, вертикальных и горизонтальных скважин, выбуриваемых из этих выработок. Необходимое количество рядов скважин с учетом разгрузочного эффекта от выработок и скважин определяется из полученного аналитического выражения.

Недостаток этого способа состоит в ограниченном запасе податливости для камер с большим сроком службы, неравномерная разгрузка стенок и днища камер. Изобретение направленно на создание способа охраны выработок большого сечения - камер, повышающего их устойчивость, обеспечивающего длительный эксплуатационный режим, более равномерную разгрузку контура от деформаций и напряжений.

Поставленная цель достигается тем, что в способе охраны камер от горного давления, включающем возведение внутренней жесткой оболочки крепи и проведение разгружающих выработок с обеих сторон камеры на уровне свода, одной выработки под днищем камеры, выбуривание из выработок полых скважин параллельно стенкам и днищу камеры, в приконтурном массиве под углом к оси каждой из вертикальных и горизонтальных скважин выбуривают с обеих сторон по наклонной скважине, создают вокруг стенок и днища камеры податливый пояс из рядов веерно-пучковых скважин с раскрытием вееров не больше расстояния между рядами, причем необходимое количество рядов с учетом совместного разгрузочного эффекта от выработок и скважин определяют из формулы

где j - количество рядов веерно-пучковых скважин, шт.; L - длина камеры, м; Т - время устойчивого существования камеры, лет; h - высота камеры, м; b - ширина камеры, м; v - скорость ползучести приконтурного массива пород, мк/сут; D - диаметр разгружающих выработок, м; ϕ - степень смыкания сечения разгружающих выработок; d - диаметр скважин, м; l₁ -длина вертикальных скважин, м; l₂ - длина горизонтальных скважин, м; α - угол расположения дополнительных наклонных скважин в вертикальном веере, град; β - угол расположения дополнительных наклонных скважин в горизонтальном веере, град.

Способ повышает устойчивость камеры и увеличивает безремонтный срок поддержания жесткой оболочки крепи за счет более равномерного поглощения деформации приконтурного массива пород рядами веерно-пучковых скважин и разгружающими выработками.

На фиг. 1 представлен поперечный разрез по камере большого сечения с разгружающими выработками и скважинами. На фиг. 2 представлен продольный разрез по разгружающей выработке в своде камеры с расположением скважин в вертикальном веере. На фиг. 3 представлен горизонтальный разрез податливого слоя с разгружающей выработкой и расположением скважин в горизонтальном веере.

Осуществляется способ следующим образом. На уровне свода параллельно продольной оси камеры 1 проходят две разгружающие выработки 2 на расстоянии не менее 3 м от обнаженного контура (стенок камеры). На расстоянии не менее 3 м от днища камеры проходят третью разгружающую выработку 3. В камере 1 возводят жесткую оболочку крепи, а из разгружающих выработок 2 выбуривают параллельные вертикальные 4 и наклонные к ним скважины 5 под углом α. Последний выбирается из условия, чтобы раскрытие веера не превышало расстояние между пучками. Из выработки 3 выбуривают горизонтальные скважины 6 и наклонные 7 под углом β с обеих сторон. Диаметр разгружающих скважин 200-400 мм. Расстояние между рядами веерно-пучковых скважин можно определить из выражения
r =(L-5)/j
где 2,5•2=5 м - расстояние от крайних рядов до границ камеры.

Во избежание нарушения сплошности приконтурного массива пород разгружающие выработки и камеры необходимо проходить с помощью безвзрывной технологии - комбайновым способом.

Механизм разгрузки камеры от горного давления на жесткую крепь состоит в поглощении образованными техногенными полостями - разгружающими выработками и скважинами - деформации приконтурного массива горных пород. Проведение выработки 3 под днищем камеры предупреждает пучение пород почвы. Поле повышенных напряжений переносится с контура в глубину вмещающего породного массива.

Необходимое количество рядов веерно-пучковых разгружающих скважин определяют из условия равенства возможного объема смещаемых породных масс внутрь камеры за определенный период времени и объема поглощающих техногенных полостей.

Способ обеспечивает долговечность жесткой оболочки крепи в камере, обладает возможностью регулирования запаса податливости демпферного слоя путем повторного разбуривания скважин и восстановления сечения разгружающих выработок в процессе эксплуатации объекта.

Предложенный способ применим на действующих и строящихся шахтах и рудниках для охраны камер большого сечения - разгрузки (опрокидывателей), дробления, загрузки скипов (дозаторных), камер специального назначения - подземных механических мастерских, гаражей для самоходного оборудования, складов закладочных и других материалов, хранилищ нефте- и газопродуктов, различных отходов, а также подземных сооружений ГЭС, АЭС, горно-обогатительных комплексов и т.п.

Пример. В условиях калийного рудника Ново-Голынь для охраны камеры дробления на гор. + 40 м длиной L=47 м, высотой h=11 м и шириной b=7 м в течение 30 лет необходимо было пройти разгружающие выработки диаметром 3 м и выбурить соответствующее количество рядов веерно-пучковых скважин диаметром d= 400 мм. Длина вертикальных скважин l₁=12 м, горизонтальных l₂=5 м, наклонных в вертикальном веере l₁/Sin α(α=75^o), в горизонтальном веере - l₂/Sin β; степень смыкания сечения разгружающих выработок диаметром D=3 м ϕ=0,2; скорость деформации приконтурного массива пород v=15,2 мк/сут.

В соответствии с вышеуказанными параметрами разгрузки для сохранения устойчивого существования камеры в течение заданного срока необходимо выбурить рядов веерно-пучковых скважин

Расстояние между рядами веерно-пучковых скважин:
r = (L - 5)/j= (47-5)/6 = 7 м.

Изобретение направлено на повышение устойчивости и долговечности камер. Задачей изобретения является повышение устойчивости выработок за счет более равномерной разгрузки контура от деформаций и напряжений. Способ охраны камер от горного давления включает возведение внутренней жесткой оболочки крепи, проведение разгружающих выработок с обеих сторон камеры на уровне свода, одной выработки под днищем камеры и выбуривание из выработок полых скважин параллельно стенкам и днищу камеры. В приконтурном массиве под углом к оси каждой из вертикальных и горизонтальных скважин выбуривают с обеих сторон по наклонной скважине, создают вокруг стенок и днища камеры податливый пояс из рядов веерно-пучковых скважин с раскрытием вееров не больше расстояния между рядами, а необходимое количество рядов с учетом совместного разгрузочного эффекта от выработок и скважин определяют из приведенной формулы. 3 ил.

Способ охраны камер от горного давления, включающий возведение внутренней жесткой оболочки крепи, проведение разгружающих выработок с обеих сторон камеры на уровне свода, одной выработки под днищем камеры, выбуривание из выработок полых скважин параллельно стенкам и днищу камеры, отличающийся тем, что в приконтурном массиве под углом к оси каждой из вертикальных и горизонтальных скважин выбуривают с обеих сторон по наклонной скважине, создают вокруг стенок и днища камеры податливый пояс из рядов веерно-пучковых скважин с раскрытием вееров не больше расстояния между рядами, причем необходимое количество рядов с учетом совместного разгрузочного эффекта от выработок и скважин определяют из формулы

где j - количество рядов веерно-пучковых скважин, шт. ;
L - длина камеры, м;
t - время устойчивого существования камеры, лет;
h - высота камеры, м;
b - ширина камеры, м;
v - скорость ползучести приконтурного массива пород, мк/сут;
D - диаметр разгружающих выработок, м;
ϕ - степень смыкания сечения разгружающих выработок;
d - диаметр скважин, м;
l₁ - длина вертикальных скважин, м;
l₂ - длина горизонтальных скважин, м;
α - угол расположения дополнительных наклонных скважин в вертикальном веере, град;
β - угол расположения дополнительных наклонных скважин в горизонтальном веере, град.