Способ крепления горных выработок Советский патент 1993 года по МПК E21D11/00 

ел

с

Использование: изобретение относится к горному делу. Сущность изобретения: перед возведением крепи 1, благодаря ограждающей оболочке 2, осуществляют предварительный прогрев смежного участка 6 породного контура. Затем оболочке 2, на которой закреплены плазмотроны 3 придают поступательно-вращательное движение. : Плазменная струя, направленная под углом к поверхности выработки расплавляет верхний породный слой 5, образуя гофрированную поверхность, профиль которой формируют прижимными валками 4. 2 ил.

со

о

Сл) (Я

VI

Фиг

Изобретение относится к горному делу и касается способов крепления горных выработок большого сечения, в частности туннелей.

Цель изобретения - .интенсификация процесса формирования крепи и расширение области применения на выработки большого сечения.

Поставленная цель достигается тем, что оплавление производят несколькими плазменными потоками, направленными под углом к поверхности породного контура и совершающих вращательно-поступатель- ное движение относительно оси .выработки, формируя при этом гофрированную поверхность с последующей ее обработкой прижимными валками, а предварительный прогрев последующего участка осуществляют одновременно с процессом оплавления предыдущего участка за счет тепловой энергии, выделяемой при формировании керамической крепи.

Сущность предполагаемого изобретения состоит в создании гофрированной поверхности по контуру выработки большого сечения, которая обладает достаточной несущей способностью и прочностью. Вогнутая часть волнообразной поверхности несущего профиля - желоб образуется за счет того, что наклонная перемещающаяся по спирали плазменная струя расплавляет верхний породный слой и выносит расплавленную массу газо-плазменным потоком на борта впадины, образуя выпуклую часть несущего профиля керамической крепи, четкий профиль которой формируется прижимными валками.

Формирование гофрированной поверхности происходит по спирали поперек оси выработки. Ширина зоны одновременного оплавления зависит от количества включенных плазменных горелок (плазмотронов). Ширина зоны предварительного прогрева связана с длительностью прогрева зоны оплавления. Зона оплавления должна быть прогрета на глубину, достаточную для прочной связи керамической крепи с массивом пород.

Скорость вращатёльно-поступательного движения установки при заданной мощности плазмотрона определяется скоростью оплавления крепи с необходимой несущей способностью.

Скорость поступательного движения можно определить из соотношения скоростей вращательного и поступательного движений, выведенного эмпирически и имеющего такой вид:

. 2JTR

I

где Vup. - скорость вращения установки с закрепленными на ней плазмотронами, т.е. скорость перемещения пакета плазмотронов по периметру выработки.

Vnocr. скорость перемещения установки вдоль оси выработки. R - радиус выработки.

I - ширина зоны одновременного оплавления пакетом плазмотронов.

Скорость вращательного движения VBp. является функцией времени оплавления At единицы длины контура выработки AS:

V,

вр.

AS At

Время оплавления At является функцией многих факторов: (N, Tn, , h), где

Мп - мощность плазмотрона;

Тп - температура предварительного прогрева;

А- коэффициент теплопроводности; h - заданная глубина оплавления или высота крепи.

Ввиду сложности этих зависимостей были проведены эксперименты на оплавление образцов песчаника плазмотронами различной мощности. Результаты экспериментов изложены в примерах 1 и 2.

К другим параметрам данного технологического процесса относятся расход воздуха, который может меняться в пределах 1,5-50 г/сек и скорость плазменного потока 700-900 м/сек.

Создаваемая крепь обеспечивает достаточную статическую и динамическую устойчивость, прочность и несущую способность горной выработки, одинаковую по всему контуру выработки. .

Кроме крепления выработки придан-, ной технологии обеспечивается надежная поинтервальная облицовка с декоративным внешним видом, блестящая поверхность которой не требует дополнительной отделки. Сопоставительный анализ заявляемого решения и прототипа позволяет выявить отличия, состоящие в новом тем- пературно-временном режиме формирования керамической крепи, в создании несущего слоя волнообразного профиля - гофра путем предварительного нагрева и последующего оплавления горных пород движущимися по спирали, несколькими потоками низкотемпературной плазмы, направленными под углом к поверхности выработки большого сечения.

На фиг. 1 - разрез вдоль оси выработки; на фиг. 2 - поперечный разрез выработки, где 1 - керамическая крепь 2 - цилиндрическая оболочка, имеющая рубашку охлаждения 3 - плазмотроны 4 - валок для формирования гофра 5 - породный контур 6 - зона предварительного нагрева пород 7 - зона охлаждения керамической крепи.

Возведение керамической крепи 1 (фиг. 1) осуществляют следующим образом. В рубашку оболочки 2, плазмотроны 3, валок 4 подают охлаждающую жидкость, затем включают плазмотроны 3, которые устанавливают под углом 35-65° к контуру таким образом, чтобы поток плазмы погру- жался в породу на глубину, равную высоте гофра. Прогревают породный контур до температуры 800°С, а затем оболочке 2, на которой закреплены плазмотроны 3, придают поступательно-вращательное движение с таким соотношением скоростей этих движений, чтобы осуществлять сплошное образование гофра керамической крепи на контуре выработки 5. При этом скорость перемещения плазмотронов 3 по контуру составляет, как минимум, 12 см/мин, причем ширина желоба, образуемого одним плазмотроном мощностью 50 кВт, составит 4 см. Плазмотроны 3 устанавливают с таким расчетом, чтобы промежуток между смежными жело- бами составил также 4 см. При движении плазмотронов 3 по контуру 5 расплавленная масса выносится газовым потоком на борта желобов, из которой формируют выпуклый несущий профиль керамической крепи пу- тем придания расплаву пород необходимой формы, прокатывая валок 4 (фиг. 2). Ограждающая оболочка вдоль продольной оси выработки имеет длину, позволяющую одновременно с оглавлением производить предварительный прогрев контура выработки на смежном участке выработки 6, также участок 7, на котором происходит постепенное остывание керамической крепи.

Предлагаемый способ возведения керамической крепи прошел экспериментальную проверку в лабораторных условиях.

П ример 1. Плазмотрон мощностью 14 кВт, установленный под углом 45° к образцу песчаника, включали и перемещали со ско- ростью 1,5-2 см/мин VBp. При этом высота оплавленного слоя или толщина крепи составила 1,5-2 см. Температура предварительного нагрева образца составила 800°С.

П р и м е р 2. При той же температуре предварительного прогрева и том же угле наклона плазмотрона установили мощность плазмотрона 50 кВт, скорость VBp.25 см/м. Получилась высота оплавленного слоя (толщина крепи) 2-2,5 см.

Эксперименты позволили произвести расчеты и сделать выводы, что при оплавле- нии контура пород плазмотроном мощностью 50 кВт может быть достигнута производительность 15-20 см/мин при толщине крепи 1,5-2 см.

При работе одновременно 4-х плазмот- роновГпо предлагаемой технологии производительность возведения керамической крепи составит 4-6 часов одного погонного метра выработки площадью 20 м2.

Предлагаемое изобретение, благодаря новой форме поверхности волнообразного профиля, которая создается с помощью нескольких плазменных горелок, формирующих плазменные потоки, направленные под углом к поверхности выработки и совершающих вращательно-поступательное движение, вместо одной зафиксированной плазменной горелки, создающей поток вдоль оси выработки в прототипе, обеспечивает создание устойчивой крепи и декоративной облицовки по контуру горной выработки, большого сечения. Кроме того такая технология является малооперационной, а следовательно возможной для автоматизации и роботизации процесса с полным исключением ручного труда.

Формула изобретения

Способ крепления горных выработок, включающий предварительный прогрев приконтурного слоя вмещающих пород и последующее его оплавление с помощью плазменного потока отдельными участками, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса за счет использования нескольких плазменных потоков в выработках большого сечения, плазменные потоки направляют под углом к поверхности породного контура и придают вращательно-поступательное движение относительно оси выработки, формируют при этом гофрированную поверхность, затем обрабатывают ее прижимными валками,а предварительный прогрев последующего участка осуществляют одновременно с оплавлением предыдущего участка выделяемой при этом тепловой энергией..