Способ восстановления горных выработок Советский патент 1990 года по МПК E21D11/00 E21D13/02 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к ремонту горных выработок с использованием глубинного упрочнения пород.

Цель изобретения - улучшение условий работы новой крепи и повышение безопасности ремонтных работ.

На фиг.1 схематически изображена последовательность работ по восстановлению выработки, продольный разрез; на фиг.2 - , сечение А-А на фиг. 1; на фиг.З -- сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг.4 - сечение В-В на фиг. 1; на фиг.5 - сечение Г-Г на фиг.1; на фиг.6 - конструкция анкера для подшивки оболочки

из упрочненных пород ненарушенному породному массиву; на фиг.7 - сечение Д-Д на фиг.6.

На чертежах обозначены: восстанавливаемая выработка 1, контур 2 выработки до проведения ремонтно-восстановительных работ, проектный комтур 3 выработки, прогнозные шпуры 4 для определения размера области 5 нарушенных пород, прибор 6 для определения размера области нарушенных пород и степени их трещиноватости, инъек- тор 7 многоразового использования с рукавом 8 подачи скрепляющего раствора, шпуры 9 для нагнетаний скрепляющего

сл VI

00

N о VJ

раствора, анкерный стержень 10с фиксирующим элементом 11, в конструкции которого предусмотрены разжимные манжеты 12 и обратный клапан 13, оболочка 14 упрочненных пород.

Способ восстановления горных выработок реализуется следующим образом.

Выработка штрекового типа расположена в породах, вмещающих пласт li мощностью 1,2-1,4 м. В непосредственной кровле пласта залегает склонный к обрушению глинистый сланец мощностью 1,2-1,5 м и прочностью 53-55 МПа, а почвопесчаный сланец с линзами скольжения и прочностью 34-35 МПа.

В кровле выработки залегает песчаный сланец с R 34-35 МПа. Остаточное сечение выработки составляло 9,4 м2. Проектное сечение выработки в свету See 12,5 м2, в проходке Snp 16,6 м2. Перед началом ре- монтно-восстановительных работ проводят изучение вмещающего выработку массива с целью получения достоверной информации для выбора оптимальных параметров нагнетания и перекрепления. Для этого по периметру на наиболее характерных участках восстанавливаемой выработки 1 бурят прогнозные шпуры 4 и через них любым известным методом- (например, при помощи прибора 6 контроля трещиноватости массива) определяют расстояние от контура 2 выработки до внешней границы области нарушенных пород 5 и степень трещиноватости массива (количество и расположение трещин, их раскрытие) в пределах этой области, а также остаточную прочность массива.

Определяют отпор деформированной крепи аналогично недеформированной со следующими отличиями: во-первых, для деформированной крепи известная схема на- гружения (равностороннее обжатие); во-вторых, для определения отпора деформированной крепи в расчетную схему вводятся дополнительные шарниры, количество которых определяется для каждого конкретного случая (в зависимости от геометрии деформированной крепи).

Расстояние от контура 2 выработки до внешней границы области 5 нарушенных пород составило 3,2 м. Прибавив к этому расстоянию радиус выработки до перекрепления Го 1,7 м, находим радиус области нарушенных пород (П):Г1 3,2 + 1,7 4,9 м. В результате определения степени трещиноватости массива выявлено четыре ха- рактерные зоны с наибольшими количеством трещин и степенью их раскрытия:

первая зона на границе области нарушенных пород с ненарушенным породным массивом - зона с единичными трещинами с раскрытием 1-2 мм;

вторая зона - на удалении 1,8 м от проектного контура 2 выработки - на контакте глинистого сланца с песчаным;

третья зона - на расстоянии 0,9-1,0 м от проектного контура 2 выработки - с количеством трещин 4-6 на метр и раскрытием до 5 мм;

четвертая зона - на проектном контуре выработки с интенсивностью трещиноватости 10-12 трещин на метр и наибольшим

раскрытием до 6-8 мм.

Таким образом, определены четыре перестановки инъектора в зонах наиболее интенсивной трещиноватости.

Затем по периметру выработки 1 бурят

шпуры 9 дли нагнетания скрепляющего раствора длиной 3,2 м. Шпуры 9 бурят с неснижаемым опережением работ по нагнетанию скрепляющего раствора, величина которого определяется в процессе

ведения работ с расчетом недопущения их пережатия к моменту начала проведения работ по упрочнению. Для упрочнения могут быть использованы ранее пробуренные прогнозные шпуры 4.

Скрепляющий раствор для создания грузонесущей оболочки выбирается из расчета того, чтобы созданная оболочка имела отпор, эквивалентный суммарному подпору, создаваемому до перекрепления извлекаемыми частью области нарушенных пород и крепью. Для обеспечения такого подпора прочность упрочняющего раствора после отверждения определяют выражением

0

5

„ +r)(ft)x

К т.к -

г п

1-(f)2

0)

$ где qo - подпор, создаваемый деформированной крепью, МПа;

R - остаточная прочность массива в пределах области нарушенных пород (R 0,5-0,1R), МПа;

R- прочность вмещающих пород, МПа;

, 2smp .

л з . 1 -Sin/9

где р - угол внутреннего трения вмещающих пород, (р 20 + 30°);

П - внешний радиус области нарушенных пород (радиус внешней границы зоны упрочнения), м;

Го - существующий радиус выработки до перекрепления, м;

Гпр - проектный радиус перекрепляемой выработки, м.

Исследования последующего нагруже- ния разрушенных и упрочненных скрепляющим раствором породных образцов показали, что их повторное разрушение наблюдается по тем же плоскостям, что и первичное, т.е. при неизменной схеме нагружения породного массива последующее разрушение упрочненной оболочки происходит аналогично. При этом прочность, а следовательно, и несущая способность упрочненной оболочки, в первую очередь, определяются прочностью раствора. Поэтому в приведенной формуле прочность упрочненной оболочки отождествляется с прочностью раствора, т.е.

3.7ч А9

3,7

2.(O.Q8+)(L).a-2.

1Ш 34 26МПа

Таким образом, для нагнетания принимается раствор на основе магнезиальных вяжущих, конечная прочность которого достигает 40 МПа.

Работы по нагнетанию скрепляющего раствора осуществляют в следующей последовательности.

В шпур 9 вводится иньектор 7 многоразового использования, в конструкции которого предусмотрена возможность герметизации любого отрезка шпура (например, с помощью разжимных резиновых тампонов). Первоначально иньектор устанавливают в данной части шпура 9 (первая зона) и нагнетание ведут через рукав 8 подачи в режиме заданного давления. При насыщении массива в первой зоне (о чем свидетельствует повышение давления на манометре нагнетательного оборудования свыше 5,0 МПа) нагнетание прекращают, инъектор 7 перемещают на 0,5 м во вторую зону интенсивной трещиноватости, и процесс повторяется. Проведя таким образом позонное нагнетание скрепляющего раствора, последнюю перестановку иньектора 7 осуществляют с расчетом, чтобы его герметизирующее устройство находилось на проектном контуре 3 выработки (четвертая зона).

После проведения работ по нагнетанию инъектор 7 извлекают из шпура 9. При этом скрепляющий раствор изливается из него. Вслед за этим в шпур 9 вставляется анкер 10, снабженный фиксирующим элементом 11, и при помощи инъектора 7 проталкивается в шпур 9 до упора.

Анкер (фиг.6) представляет собой металлический стержень 10 из периодической 5 стали, у которого на одном конце имеется резьба для навинчивания фиксирующего элемента 11, По резьбе с двух противоположных сторон сделаны два выреза (фиг.7). Вырезы предназначены для проникновения 0 скрепляющего раствора через инъектор 7 и фиксирующий элемент 11 в шпур 9 и заполнения его по всей длине анкера. В конструк- ции фиксирующего элемента 11 предусмотрены разжимные манжеты 12, 5 обеспечивающие фиксацию анкера в заданной точке массива, и обратный клапан 13, предотвращающий вытекание раствора из шпура после прекращения нагнетания. Длина анкера принимается в 1,1-1,2 раза боль- 0 ше расстояния от проектного контура 3 перекрепляемой выработки до внешней границы (радиуса) зоны 5 нарушенных пород- 2,3- 1,1 2,53.

В процессе повторного нагнетания раз- 5 жимной элемент 11 расклинивается, зафиксировав анкер 10 за проектным контуром 3, клапан 13 открывается и раствор заполняет полость шпура 9, омоноличивая таким образом установленный з нем анкерный стер- 0 жень 10 и закрепляя его по всей длине.

После прекращения подачи раствора в шпур обратный клапан 13 закрывается, герметизируя участок шпура с установленным в нем анкером 10, а инъектор 7 извлекается 5 из шпура.

В результате выполнения указанных работ за проектным контуром 3 выработки 1 образуется оболочка из упрочненных пород 14, подшитая посредством анкеров 10 к не- 0 нарушенному породному массиву. При этом породы, предназначенные к выпуску, остаются в нарушенном состоянии.

К перекреплению можно приступить после набора скрепляющим раствором тре- 5 буемой прочности RT к., что свидетельствует о том, что оболочка из упрочненных пород обладает требуемой несущей способностью.

Предлагаемый способ может быть реа- 0 лизован на любой строящейся или эксплуатационной шахте, а наиболее эффективно - в сложных горно-геологических условиях, когда существует реальная опасность значительных вывалообразований. 5Использование данного способа

обеспечивает по сравнению с известными следующие преимущества: повышение безопасности ремонтно-восстэновительных работ за счет создания устойчивого породного контура на момент перекрепления, а

также уменьшение трудоемкости работ за счет сокращения доли ручного труда (чеканка швов, расширение выработки отбойным молотком, выкладка клетей и костров, уборка породы и т.д.). Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я 1. Способ восстановления гордых выработок, включающий бурение тампонажных шпуров до внешней границы зоны упрочнения, нагнетание через них в зону нарушен- ных пород скрепляющего раствора за проектный контур выработки, извлечение после его схватывания деформированной крепи и породы в пределах проектного контура выработки и установку новой крепи, отличающийся тем, что, с целью улучшения условий работы новой крепи и повышения безопасности ремонтных работ, определяют границы зоны нарушенных пород, остаточную прочность массива в преде- лах этой зоны и подпор, создаваемый деформированной крепью, а для нагнетания используют скрепляющий раствор, прочность RT к. которого после отверждения не ниже

о/п х J. 0R 2fo°+X W 2X

1-(тр2

(МПа) ,

где qo - подпор, создаваемый деформированной крепью, МПа;

R - остаточная прочность массива в пределах области нарушенных пород (R 0,05- 0,1 R), МПа; R - прочность вмещающих пород, МПа;

а 2sinp л -t , ,

1 - smp

где р - угол внутреннего трения вмещающих пород;- а

П - внешний радиус области нарушен- ных пород (радиус внешней границы зоны упрочнения), м;

Го - существующий радиус выработки до перекрепления, м;

ГПр - проектный радиус перекрепляемой выработки, м.

2. Способ по п.1,отличающийся тем, что до извлечения деформированной крепи и породы в тампонажные шпуры за проектным контуром выработки устанавливают анкера, которые закрепляют по всей длине.

Изобретение относится к горной промышленности, может быть использовано при ремонтно-восстановительных работах в горных выработках и позволяет улучшить условия работы новой крепи и повысить безопасность ведения ремонтных работ. Вокруг выработки определяют границы зоны нарушенных пород, степень трещиноватости пород и выявляют зоны одинаковой трещиноватости. Устанавливают остаточную прочность массива в пределах зоны нарушения пород и рассчитывают подпор, создаваемый деформированной крепью. Бурят тоннажные шпуры до внешней границы зоны нарушенных пород и позонно, начиная с донной части шпуров, нагнетают в их скрепляющий раствор. Породы в пределах проектного контура не упрочняют, а извлекают вместе с деформированной крепью после набора раствором требуемой прочности, которую определяют из аналитического выражения. Созданная грузонесущая оболочка имеет подпор, эквивалентный суммарному подпору, создаваемому до перекрытия извлекаемой частью области нарушенных пород в пределах проектного контура и деформированной крепи. В тампонажных шпурах за проектным контуром выработки можно устанавливать анкеры, которые закрепляют по всей длине путем повторного нагнетания скрепляющего раствора. 1 з.п.ф-лы, 7 ил.

А- А

Фиг 2

б -6

5

ФигЗ

10

14

ФигМ

Ю

W

Фиг. 5

Фиг. 6

Фиг. 7