Защитный слой Советский патент 1992 года по МПК E21C41/22 

Изобретение относится к горной промышленности, может быть использовано при разработке месторождений полезных ископаемых системами разработки с закладкой выработанного пространства твердеющими слоями.

При подземной разработке пологих мощных рудных залежей системами разработки с буровзрывной отбойкой руды на больших глубинах,, когда для повышения безопасности работ при отработке удароо- пасных залежей применяют опережающую надработку по подкровельной части залежи, одной из важнейших задач является обеспечение устойчивости обнажений в выработках защитного слоя, а также обеспечение устойчивости возведенного перекрытия. Особенно важное значение имеет устойчивость обнажений в выработках на глубоких

горизонтах, так как на глубинах более 700 м от земной поверхности горные породы под нагрузкой переходят в предельное состояние и в выработках наблюдаются проявления динамических форм горного давления. В этом случае, с одной стороны, необходимо ускорить возведение перекрытия, а с другой стороны, необходимо обеспечить безопасность работ при строительстве перекрытия. Поэтому повышение несущей способности защитного слоя при одновременном увеличении скорости возведения защитного слоя представляет собой важную задачу.

Известен защитный слой, включающий последовательный ряд заложенных закладкой горных выработок, которые расположены в кровле рудного тела с перекрытием сечения относительно друг друга, в основании выработок имеется предохранительная

подушка, которая закрыта твердеющей смесью.

Данному защитному слою присуща недостаточная безопасность ведения горных работ, обусловленная низкой несущей способностью возводимого перекрытия за счет того, что в выработках перекрытия остается технологическое пространство, незаполненное закладочным материалом.

Кроме того,.этот защитный слой обладает низкой несущей способностью, из-за чего он не может обеспечить поддержание налегающих пород без значительного расслоения, что может привести к аварийной остановке возведения перекрытия.

Наиболее близким к предлагаемому является защитный слой, включающий последовательный ряд заложенных закладкой горных выработок..между которыми в кровле имеются остроугольные выступы, выработки расположены с перекрытием сечения относительно друг друга, в основании выработок имеется предохранительная подушка, выступы и предохранительная подушка закрыты твердеющей смесью.

Этот защитный слой позволяет повысить несущую способность перекрытия за счет изменения формы выработок, входящих в этот слой. Кроме того, наличие армирующих элементов между выработками также повышает несущую способность возводимого перекрытия.

Однако наличие свободного технологического пространства внутри возводимого перекрытия увеличивает расслоение налегающих пород кровли и снижает безопасность горных работ под перекрытием.

Указанный недостаток обусловлен высокой податливостью выработок перекрытия за счет того, что грани выработок выполнены под углом сдвижения рудного массива. А частичной закладкой трех нижних граней выработок образовано внутри выработок свободное технологическое пространство, которое на больших глубинах снижает безопасность горных работ. Кроме того, установка опалубки по периметру трех нижних граней ведет к высоким затратам и низкой безопасности работ за счет присутствия людей в выработках при монтаже опалубки.

Кроме того, возведенйе перекрытия в два и более слоев не обеспечивает необходимой устойчивости обнажений после вскрытия нижних граней из-за отсутствия сцепления между слоями закладки.

Цель изобретения - повышение несущей способности защитного слоя.

Указанная цель- достигается тем. что в последовательном ряду заложенных закладкой горных выработок, между которыми в кровле имеются остроугольные

выступы, выработки расположены с перекрытием сечения относительно друг друга, в основании выработок имеется предохранительная подушка, выступы и предохранительная подушка закрыты твердеющей

0 смесью, последовательный ряд горных выработок выполнен в виде параллельных цилиндров, в основании ряда имеются остроугольные выступы, которые полностью закрыты предохранительной подушкой,

5 причем вершины остроугольных выступов направлены навстречу друг другу по наклонной плоскости, перпендикулярной плоскости, проходящей через оси двух смежных цилиндров, а расстояние между осями

0 смежных цилиндров равно 0,5-0,8 диаметра одного цилиндра,

Остроугольные выступы расположенные в основании слоя, предохранительная подушка соединены горизонтальными ме5 таллическими штангами,

Последовательный ряд горных выработок выполнен в виде параллельных цилиндров. Если последовательный ряд горных выработок не выполнить в виде параллель0 ных цилиндров, то нагрузки на элементы защитного слоя будут неодинаковы, а это может привести к снижению устойчивости какого-то интервала слоя. Поэтому выполнение слоя из параллельных цилиндров будет

5 более эффективно защищать нижележащие очистные выработки от повышенных нагрузок, так как у такого защитного слоя высокая способность к перераспределению нагрузок за счет параллельности расположения

0 выработок и наличия гладких стенок в этих выработках. Кроме того, при развитии горных работ в защитном слое возможно ступенчатое развитие нагрузок на защитный слой в целом, поэтому сплошное возведе5 ние защитного слоя из параллельных цилиндров позволяет перераспределить нагрузки, уменьшить их величину за счет последовательного выполнения защитного слоя и, тем самым, повысить несущую спо0 собность защитного слоя.

В основании ряда выполнены остроугольные выступы, которые совместно с остроугольными выступами, расположенными в кровле слоя, повышают жесткость слоя.

5 Выступы выполнены из природного материала, а закладка выработок - из искусственного материала, это повышает несущую способность -защитного слоя в целом. Если в почве слоя не выполнять остроугольные выступы, то жесткость слоя будет недостаточной, а значит, такой слой будет ненадежно защищать нижележащие очистные выработки и большая часть нагрузок от налегающих пород может быть сконцентрирована только на остроугольных выступах, расположенных в кровле слоя. Это может привести к обрушению защитного слоя в момент подработки. Поэтому, выполнение остроугольных выступов как в почве, так и в кровле слоя повышает несущую способность перекрытия за счет равномерного распределения нагрузок между выступами и закладочным материалом, слагающими защитный слой.

Остроугольные выступы, расположенные в почве слоя, полностью закрыты предохранительной подушкой. Это позволяет снизить ударные нагрузки от взрывных работ на закладочный бетон в момент его обнажения. Причем остроугольные выступы, расположенные на границе отработки, в момент вскрытия закладочного бетона играют роль поддерживающих опор, что повышает несущую способность защитного слоя в целом.

Вершины остроугольных выступов направлены навстречу друг другу по наклонной плоскости, перпендикулярной плоскости, проходящей через оси двух смежных цилиндров, что позволяет передать основную нагрузку от веса налегающих пород на закладочный массив и, тем самым, повысить несущую способность защитного слоя. Проще всего передать нагрузку на верхний остроугольный выступ, а от него уже на закладочный массив, но при условии, если создать такие условия, при которых нижний выступ будет находиться не под верхним выступом,а в стороне.

Эти условия создают за счет того, что вершины выступов направлены навстречу друг к другу по наклонной плоскости, перпендикулярной плоскости, проходящей через оси двух смежных цилиндров, а расстояние между осями смежных цилиндров равно 0,5-0,8 диаметра одного цилиндра.

Кроме того, наличие разновозрастной закладки, окружающей остроугольные выступы, определяет как различную прочность закладки, так и устойчивость участков возводимого защитного слоя. А это, в свою очередь, предопределяет выбор размера между осями смежных цилиндров для того, чтобы обеспечить минимальную подвижку защитного слоя и повысить несущую способность возводимого слоя. Если расстояние между осями смежных цилиндров выполнить менее 0,5 диаметра одного цилиндра, то получим защитный слой мощностью, равной одному диаметру без каких-то бы ни было выступов, а это может привести к низкой надежности перекрытия, из-за наличия разновозрастной закладки и отсутствия надежных связей между закладкой и кровлей защитного слоя.

Кроме того, при выполнении расстояния между осями двух смежных цилиндров менее 0,5 диаметра одного цилиндра происходит увеличение стоимости возводимого перекрытия за счет последующей выемки половины уже уложенной закладки. Кроме того, при выполнении расстояния между осями двух смежных цилиндров менее 0,5

диаметра одного цилиндра образуется плоская кровля на всем протяжении возводимого перекрытия, а это при усадке закладки может привести к образованию недозакла- дов в кровле и, как следствие, к потере несущей способности возводимого перекрытия. Поэтому при выполнении расстояния между осями смежных цилиндров менее 0,5 диаметра одного цилиндра не обеспечивается надежность возводимого перекрытия в

целом за счет высокой податливости перекрытия.

Если расстояние между осями смежных цилиндров выполнить более 0,8 диаметра одного цилиндра, то получим защитный

слой с очень большими выступами, которые практически будут разделять выработки перекрытия между собой перемычкой. А такое выполнение перекрытия снижает устойчивость возводимого защитного слоя за счет

отсутствия надежной связи между разновозрастной закладкой выработок перекрытия.

Таким образом, только при выполнении расстояния между осями смежных цилиндров 0,5-0,8 диаметра одного цилиндра можно повысить несущую способность возводимого перекрытия за счет выполнения защитного слоя с остроугольными выступами, расположенными как в кровле, так

и в почве слоя.

В зависимости от крепости пород и их нарушенное™ может быть выполнено армирование остроугольных выступов, например, металлическими штангами в сочетании с изолирующей пленкой, причем штангами армируют как выступы, так и подсыпку. В1 момент вскрытия защитного слоя снизу металлические штанги выполняют роль волноводов ударных волн, Таким образом, соединение предохранительной подушки и остроугольных выступов металлическими штангами повышает несущую способность перекрытия за счет передачи ударных на- грузок на выступ, подсыпку и волноводы.

Таким образом, новая взаимосвязь конструктивных элементов, входящих в защитный слой, позволяет повысить несущую способность перекрытия за счет изменения формы защитного слоя и взаимосвязи новых элементов между собой.

Известно техническое решение согласно которому последовательный ряд горных выработок выполнен в виде параллельных цилиндров, в основании которых имеются остроугольные выступы. Последовательный ряд перекрывающих друг друга вертикальных выработок используют для перепуска отбитой руды из вышележащего горизонта на нижележащий. После перепуска всей руды эти выработки закладывают и тогда они выполняют роль поддерживающих вертикальных опор. А это обеспечивает поддержание земной поверхности (рудного массива) без дополнительного обнажения сбоку или снизу.

В предлагаемом объекте последовательный ряд горизонтальных выработок, выполненный п виде параллельных цилиндров с остроугольными выступами в почве, используют по другому назначению, что обеспечивает надежность перекрытия в момент его обнажения снизу. Причем, остроугольные выступы находятся в другой взаимосвязи с другими элементами объекта. Благодаря наличию, новой взаимосвязи получен дополнительный положительный эффект, заключающийся Q том, что остроугольным выступам созданы условия для воздействия на закладочный массив, т.е. эти выступы деформируют (сжимают) закладочный материал, который уплотняется.

В предлагаемом решении имеется дополнительная функция - поддержание налегающих пород при подработке снизу за счет расстояния между осями двух смежных цилиндров 0,5-0,8 диаметра одного цилиндра.

На чертеже показан защитный слой, разрез,

Защитный слой, расположенный в кровле рудного тела 1, выполнен из последовательного ряда горных выработок 2, образованных в виде цилиндров. Между горными выработками 2 в кровле имеются остроугольные выступы 3, а в основании ряда между выработками 2 имеются остроугольные выступы 4 в почве ряда. Остроугольные выступы 4, расположенные в основании ряда, полностью закрыты предохранительной подушкой 5, Горные выработки 2 расположены с перекрытием сечения относительно друг друга таким образом, что расстояние между осями смежных выработок 2 равно 0,5-0,8 диаметра

одной выработки 2. Вершины остроугольных выступов 3 и 4 направлены навстречу друг другу по наклонной плоскости 6, перпендикулярной плоскости 7, проходящей

через оси двух смежных выработок 2. Остроугольные выступы 4, расположенные в ос- новании ряда, и предохранительная подушка 5 соединены горизонтальными металлическими штангами 8. Остроугольные

0 выступы 3 и 4, горные выработки 2 v. предохранительная подушка 5 с металлическими штангами 8 омоноличены твердеющей смесью 9.

Защитный слой возводят следующим

5 образом,

В слоевом орту(не показан) устанавли- ваютбуровуюустановку Р-73 Роббикс. Бурят пилотную скважину 0250 мм длиной - 105 м под углом 15° к горизонту до Сбойки с

0 нижним слоевым ортом. После сбойки скважины с бортом нижнего слоевого орта снимают с буровой штанги режущую коронку и устанавливают расширитель 01,83 м. Обратным ходом разбуривают пилотную сквэ5 жину до ф 1,83 м, образуя при этом наклонную выработку 2. После образования выработки 2 ее изолируют и закладывают твердеющей смесью 9 АШЦ-60. Переставляют буровую установку Р-73 Роббикс на 3,0 м

0 и бурят пилотную скважину 250 мм длиной 105 м под углом 15° к горизонту до сбойки с нижним слоевым ортом. Обратным ходом разбуривают скважину до 1,83 м, образуя выработку 2, которую после перестановки

5 буровой установки Р-73 Роббикс закладывают закладочным бетоном 9 марки АШЦ- 60. Затем образуют выработку 2 между уже заложенными выработками и закладывают ее смесью 9.

0 В момент образования выработки 2 между уже заложенными выработками 2 в кровле и почве слоя образуются остроугольные выступы 3 и 4. Формируют по почве выработки 2 слой предохранительной по5 душки 5, которую накрывают металлическими штангами 8, концы которых располагают в остроугольных выступах 4, Это позволяет удержать подушку 5 от смещения по наклонной почве выработки 2 в момент ее закладки

0 твердеющей смесью 9, Последовательность операций по возведению защитного слоя повторяется, но горные выработки 2 располагают с перекрытием сечения относительно друг друга таким образом, что

5 расстояние между осями смежных выработок 2 равно 0,5-0,8 диаметра одной выработки 2. А вершины остроугольных выступов 3, 4 направлены навстречу друг другу.по наклонной плоскости 6, перпендикулярной плоскости 7, проходящей через оси двух

смежных выработок 2. Такое выполнение защитного слоя позволяет повысить его несущую способность.

Защитный слой работает следующим образом.

На защитный слой действует давление налегающих пород. Горные выработки 2, заполненные закладочным материалом 9 и выполненные в виде параллельных цилиндров, во-первых, более равномерно распределяют действующие нагрузки, а, во-вторых, уменьшают нагрузку на нижеле- жащие слои. Это осуществляется за счет выполнения на почве и кровле выработок остроугольных выступов 3 и 4. Остроугольные выступы 3 и 4 при передаче на них нагрузок сжимают затвердевший закладочный массив 9, уплотняют его и тем самым повышают прочность защитного слоя. Выступы 3, закрытые предохранительной подушкой 5, предохраняют от ударных нагрузок закладочный массив 9 в момент его обнажения, а на границах отработки выполняют роль поддерживающих опор. Расположением вершин остроугольных выступов 3 и 4 навстречу друг другу по наклонной плоскости перераспределяют действующую нагрузку и между ними и на закладочный .массив 9, повышая устойчивость защитного слоя.

Предлагаемый защитный слой позволяет получить следующие преимущества: заменить проходку выработок на бурение; увеличить в 2 раза интенсивность возведения перекрытия; повысить интенсивность выемки руды; повысить устойчивость обна- жений в момент вскрытия защитного слоя в 4-5 раз.

Формула изобретения

1. Защитный слой, включающий последовательный ряд заложенных закладкой параллельных горных выработок, расположенных с перекрытием сечения относительно друг друга, между которыми в кровле выполнены остроугольные выступы, отличающийся тем, что, с целью

повышения несущей способности защитного слоя, последовательный ряд горных выработок выполнен в виде цилиндров, имеющих дополнительные остроугольные выступы в почве, закрытые предохранитель.ной подушкой, причем вершины остроугольных выступов в кровле и почве направлены навстречу друг другу по наклонной плоскости, перпендикулярной плоскости, проходящей через оси двух смежных цилиндров, а

расстояние между осями смежных цилиндров равно 0,5-0,8 диаметра одного цилиндра. 2. Слой по п.1, отл и ч а ю щи йся тем, что остроугольные выступы, расположен- ные в почве, и предохранительная подушка соединены горизонтальными металлическими штангами.

изобретение относится к горной промети и м.б. использовано при разработке месторождений полезных ископаемых системами разработки с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями. Цель - повышение несущей способности защитного слоя. Последовательный ряд горных выработок (ГВ) выполнен в виде параллельных цилиндров(ПП) с перекрытием сечения относительно друг друга. В кровле и почве ГВ имеются остроугольные выступы