СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ ДВУХСЛОЙНОЙ КРЕПИ ГОРНОЙ ВЫРАБОТКИ В СОЛЯНЫХ И СОЛЕНОСНЫХ ПОРОДАХ Российский патент 2014 года по МПК E21D11/04 E21C41/20 

Изобретение относится к горному делу, а именно к креплению горных выработок и их сопряжений в соляных и соленосных породах, в частности, при сооружении ответственных подземных сооружений, не допускающих образование трещин в бетонной крепи, например водосборников для ненасыщенных солями вод или сопряжений шахтных стволов с подходными выработками и дозаторными камерами.

Известен способ возведения двухслойной крепи при проведении горизонтальных выработок методом набрызгивания пеноматериала на стенки выработки с последующим возведением бетонного слоя с использованием опалубки [схема II стр.143].

Однако этот способ неэффективен при сооружении горных выработок по причинам сложности технологического процесса и необходимости применения специального оборудования.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ строительства двухслойной крепи с первоначальным креплением выработки анкерами, возведением слоя пеноматериала и слоя бетона [рис.45 стр.144].

Этот способ 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.

Технический результат заключается в упрощении и снижении трудоемкости работ по возведению двухслойной крепи и повышении эффективности крепления за счет контролируемости толщины податливого слоя.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе возведения двухслойной крепи горной выработки в соляных и соленосных породах, включающем проходку горной выработки, создание податливого слоя из пеноматериала и последующее возведение бетонного слоя, первоначально на основании горно-геологических и горнотехнических условий проектируемой выработки определяют толщину податливого слоя крепи, затем проходят выработку, крепят ее кровлю и стенки временной анкерной крепью, после чего возводят податливый слой из пенополистирольных плит, устанавливая их вплотную с породой горной выработки, а затем возводят монолитную бетонную крепь, при этом толщину податливого слоя крепи определяют из соотношения:

L=V·T/K_сж

где $$\text{L}$$ - толщина податливого слоя крепи;

$$\text{V}$$ - скорость смещения породного контура горной выработки, мм/год;

$$\text{T}$$ - срок службы выработки, год;

$${\text{K}}_{\text{сж}}$$ - коэффициент сжимаемости материала податливого слоя.

Стержневую часть крепежного элемента располагают по нормали к внутренней поверхности выработки, при этом податливый слой возводят из пенополистирольных плит типа ПЕНОПЛЭКС и податливый слой на кровле и стенках выработки возводят либо с использованием крепежных элементов, либо подвешивают на анкерную крепь.

Задача предлагаемого изобретения заключается в следующем. На больших глубинах (более 600 м) в результате ползучести соляных пород происходит смещение породного контура горной выработки

При использовании двухслойной крепи происходит деформация (сжатие) податливого слоя в кровле и боках выработки без разрушения монолитной бетонной крепи выработки. В результате ползучести каменной соли смещение приконтурных пород приводит к сжатию податливого слоя, деформирование которого с уменьшенной нагрузкой передается на монолитную бетонную крепь.

В случае, когда горная выработка, располагаемая в соляных или соленосных породах, обладающих ползучестью, закрепляется двухслойной крепью, монолитный бетонный слой крепи является несущим, а податливую функцию выполняет слой из пенополистирольных плит.

Прочностные характеристики податливого и несущего слоев должны находиться в соотношении, обеспечивающем заданный режим работы крепи, то есть прочность податливого слоя должна быть в 80-120 раз ниже прочности несущего бетонного слоя для обеспечения сохранности крепи.

Способ поясняется чертежами, где на фиг.1 - поперечный разрез горной выработки, располагаемой в соленосных породах; на фиг.2 - пример крепления пенополистирольных плит.

На рисунках обозначено: 1 - податливый слой из пенополистирольных плит; 2 - монолитный бетонный слой крепи; 3 -временная анкерная крепь; 4 - соляные породы; 5 - соленосные породы; 6 - горная выработка; 7 - шпур; 8 - деревянная пробка; 9 - пенополистирольные плиты; 10 - шайба; 11 - металлический пруток.

Способ осуществляется следующим образом.

Производится проходка горной выработки 6 или ее части с установкой временной анкерной крепи 3 (фиг.1).

Затем возводят податливый слой из пенополистирольных плит 9 с помощью крепежных элементов (Фиг.2).

В общем виде крепежный элемент представляет собой, например, металлический пруток 11, который одним концом забивают в ранее установленные деревянные пробки 8, размещенные в коротких шпурах 7, или его прикрепляют непосредственно к возведенной временной анкерной крепи 3. На другой конец металлического прутка 11 навешивают пенополистирольные плиты 9, надевают шайбу 10 и изгибают его на угол около 90°. При этом стержневую часть крепежного элемента располагают по нормали к внутренней поверхности выработки (Фиг.2), что обеспечивает надежное крепление. Стержневую часть могут оснастить механическими устройствами для фиксации податливого слоя, например резьбовыми соединениями.

С помощью крепежных элементов пенополистирольные плиты 9 прикрепляют к породной стенке без оставления зазоров с ней (в зазор может попасть бетон, что приведет к нарушению конструкции крепи).

Затем возводят монолитный бетонный слой крепи 2 (фиг.1) при помощи опалубки. При возведении монолитного бетонного слоя 2 в процессе его уплотнения обеспечивают плотное прижатие податливого слоя 1 к породному контуру выработки.

Расположение охраняемой выработки одновременно в соляных породах 4 и соленосных (карбонатных) породах 5 при использовании крепи предлагаемой конструкции не вызывает каких-либо осложнений в обеспечении устойчивости горной выработки.

В качестве материала для создания податливого слоя использованы пенополистирольные плиты.

Пример расчета приведен для пенополистирольных плит «ПЕНОПЛЭКС», характеризуемые сжимаемостью до уровня деформаций 90-95%, практически постоянной сопротивляемостью уплотнению 0,25-0,3 МПа (2,5-3,0 т/м²) при деформировании на 50-60% и способностью к релаксации напряжений.

Это обеспечивает дополнительное поддержание боковых пород наряду с временной анкерной крепью. Использование пенополистирольных плит обеспечивает защиту внутреннего монолитного бетонного слоя крепи от разрушения в результате ползучести соляных пород.

Толщину податливого слоя крепи (пенополистирольных плит) определяют до начала проходки выработки исходя из горно-геологических и горнотехнических условий по расчетной формуле:

L=V·T/K_сж

где $$\text{L}$$ - толщина податливого слоя крепи;

$$\text{V}$$ - скорость смещения породного контура горной выработки, мм/год;

$$\text{T}$$ - срок службы выработки, год;

$${\text{K}}_{\text{сж}}$$ - коэффициент сжимаемости материала податливого слоя.

Для ПЕНОПЛЭКСа: $$K_{сж}=\mathrm{0,8}-\mathrm{0,85.}$$

Скорость смещения породного контура определяют на основании результатов мониторинговых наблюдений и установления зависимости вида:

$$V=f\cdot (S,H,K_{изр.}\cdot {\sigma }_{сж}),$$

где $$S$$ - площадь поперечного сечения горной выработки;

$$H$$ - глубина расположения выработки;

$$K_{изр.}$$ - коэффициент изрезанности массива выработки;

$${\sigma }_{сж}$$ - прочность соляных пород;

$$f$$ - функция.

Результаты испытания пенополистирола ПЕНОПЛЭКС показали, что влияние скорости сжатия и количества пластин на сопротивление пенополистирола ПЕНОПЛЭКСа несущественно, а коэффициент сжимаемости является величиной постоянной (выявлено в ходе эксперимента), а толщина податливого слоя напрямую зависит от времени службы выработки.

Поскольку реальное нагружение податливого слоя является достаточно длительным, то релаксация напряжений при уровне деформаций 20% составляет около 38%, а при уровне деформаций 80% - около 44%.

Испытания пенополистирола, марки типа 35 ПЕНОПЛЭКС в виде одной или нескольких пластин на сжатие показали, что подобный материал по механическим характеристикам наилучшим образом подходит в качестве материала для создания податливого слоя в соляных и соленосных породах.

Применение данного способа возведения двухслойной крепи обеспечивает контролируемую толщину податливого слоя, его плотные контакты с бетонным слоем и боковыми породами и дополнительное их поддержание с усилием 0,25-0,3 МПа, а также технологичность выполняемых работ.

Литература

1. Заславский Ю.З. Крепление подземных сооружений/ Ю.З. Заславский, В.М. Мостков - М.: Недра, 1979. - С.138-146.

Изобретение относится к горному делу, а именно к креплению горных выработок и их сопряжений в соляных и соленосных породах, в частности, при сооружении ответственных подземных сооружений, не допускающих образование трещин в бетонной крепи, например водосборников для ненасыщенных солями вод или сопряжений шахтных стволов с подходными выработками и дозаторными камерами. Изобретение позволяет упростить и снизить трудоемкость работ по возведению двухслойной крепи и повысить эффективность крепления за счет контролируемости толщины податливого слоя. Для этого первоначально на основании горно-геологических и горнотехнических условий проектируемой выработки определяют толщину податливого слоя крепи. Затем проходят выработку, крепят ее кровлю и стенки временной анкерной крепью. После чего возводят податливый слой из пенополистирольных плит, устанавливая их вплотную с породой горной выработки. Затем возводят монолитную бетонную крепь, при этом толщину податливого слоя крепи определяют с учетом скорости смещения породного контура горной выработки, срока службы выработки и коэффициента сжимаемости материала податливого слоя. 2 з.п ф-лы, 2 ил.

Способ возведения двухслойной крепи горной выработки в соляных и соленосных породах, включающий проходку горной выработки, создание податливого слоя из пеноматериала и последующее возведение бетонного слоя, отличающийся тем, что первоначально на основании горно-геологических и горнотехнических условий проектируемой выработки определяют толщину податливого слоя крепи, затем проходят выработку, крепят ее кровлю и стенки временной анкерной крепью, после чего возводят податливый слой из пенополистирольных плит, устанавливая их вплотную с породой горной выработки, а затем возводят монолитную бетонную крепь, при этом толщину податливого слоя крепи определяют из соотношения:
L=V·T/K_сж
где L - толщина податливого слоя крепи;
V - скорость смещения породного контура горной выработки, мм/год;
Т - срок службы выработки, год;
К_сж - коэффициент сжимаемости материала податливого слоя.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что податливый слой возводят из пенополистирольных плит типа ПЕНОПЛЭКС.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что податливый слой на кровле и стенках выработки возводят либо с использованием крепежных элементов, либо подвешивают на анкерную крепь.