Способ закрепления массива горных пород Советский патент 1993 года по МПК E21D20/00 

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности, в частности к способам смолоинъекционного упрочнения горных пород при подземной, открытой и комбинированной разработках месторожь дений твердых полезных ископаемых, а также при строительстве различных

подземных сооружений и преимущественно может быть использовано для закрепления и упрочнения горного массива между выработками, а именно породных и рудных мостов (корок), потолочин, бортов, уступов и дна карьера, а также различного рода подштре- ковых, надштрековых и т.п. целиков.

Цель изобретения - повышение прочности закрепления горного массива и его устойчивости.

Заявляемое техническое решение от прототипа отличает то, что в нем шпуры бурят сквозными, пересекающимися между собой в устьевых частях у обнаженных поверхностей массива, который прошивают с образованием тросовых петель одновременно как под, так и над массивом, куда вставляют клинья и с помощью их дополнительно натягивают отрезки тросов, при этом все их концы выводят над массивом и их в рядах, выходящих непосредственно к целикам закрепляют к последним, а в рядах, невыходящих к целикам - у устья крайних шпуров, укрепляющий раствор нагнетают в шпуры из вышерасположенной выработки и после его отверждения петли освобождают от клиньев, вставленных в них над массивом и стягивают их между собой по две из каждой пары соседних рядов шпуров, плотно прижимая к поверхности массива.

Каждый из указанных признаков необходим и взаимосвязан между собой, а все они в совокупности обеспечивают достижение цели изобретения, заключающейся в повышении прочности закрепления горного массива и его устойчивости.

При формировании между горными выработками различного рода целиков, особенно породных и рудных мостов (потолочин), последние необходимо бывает надежно закреплять и продолжать под и над ними добычные работы. Для таких условий эффективными способами крепления породных и рудных мостов-потолочин являются комбинированные способы, включающие в себя помимо механического крепления и способ смолоинъекционного упрочнения горных пород, как средство для склеивания структурных отдельностей (плит, блоков) между собой.

В предлагаемом способе бурением сквозных шпуров, расположенных рядами в вертикальных и параллельных между собой плоскостях в массиве, создается условие для прошивания его тросами и стягивания легкорасслаивающихся отдельностей пород или руд друг к другу и их упрочнения последующей смолоинъекцией. Для этого в массиве (например, в породном или рудном мосту-потолочине) бурение шпуров осуществляют следующим образом. В каждом ряду шпуров, располагаемом в вертикальной плоскости, бурят две системы параллельных шпуров с одинаковыми выдержанными расстояниями между собой. Причем первая система шпуров бурится в вертикальной

плоскости параллельными друг другу в ряду под углом

2h

(г+2Ь

0

5

0

5

0

5

где h - мощность прошиваемого массива;

а - заданное расстояние между устьями двух соседних, параллельных в ряду шпу- 0 ров;

b - заданное расстояние между устьями шпуров, пересекающихся вблизи обнажений массива,

а другая система - в той же плоскости, 5 но уже под углом

«2 180°-ai.

Параметры а и b выбираются в зависимости от мощности прошиваемого массива и его степени устойчивости. Таким образом, эти две системы шпуров при известной мощности массива h и расчетных углах бурения «1 , «2 в каждом ряду обуславливают пересечение устьевых частей шпуров вблизи обнажений массива.

Сквозные пересекающиеся в устьевых частях шпуры по сравнению с глухими имеют ряд преимуществ. Они удобны для быстрого просовывания троса в обе стороны и

снизу и сверху. Наклонные сквозные шпуры, пересекаясь в верхней и нижней частях укрепляемого массива, образуют треугольные целики, благодаря которым массив удается прошить механическим способом, что повышает прочность его закрепления в комбинации со смолоинъекционным способом упрочнения горных пород. Прошивание массива тросами через шпуры с образованием петель одновременно под и над массивом при обхватывании треугольных

целиков позволяет выполнять упрощенно ряд необходимых операций, повышающих эффективность способа. Удается вывести и закрепить концы тросов над массивом у устья крайних в ряду шпуров, а также к опорным целикам, что в целом повышает эксплуатационную надежность крепи и ее несущую способность. Создается условие для осуществления натяжения тросов с помощью клиньев (распорных элементов), вставляемых в петли, образованные в рядах над массивом, а также обуславливается дополнительная возможность осуществления обвязки и стягивания всех высвобождаемых от клиньев петель попарно друг к другу с плотным прислонением к поверхности массива, что в целом повышает прочность закрепления горного массива и его устойчивость, а также эффективность предлагаемого способа.

Использование в способе распорных элементов, как средство для натяжения троса в шпурах позволяет достичь максимального его натяжения и тем самым повысить прочность закрепления массива как до, так и тем более после смолоиньекции, что в целом повышает его устойчивость. В результате натяжений отрезков тросов достигается плотное прижатие продольных и поперечных канатов к поверхности кровли, протянутых через петли под массивом, что обеспечивает высокую несущую способность общей конструкции крепи по способу. Именно за счет усиления стягивающего эффекта тросов достигается эффективность способа, особенно при упрочнении неустойчивых слоистых трещиноватых горных пород, склонных к гидроразрыву и расслоению при смолоинъектировании.

Кроме того, применяемая конструкция распорных элементов при забивании и рас- клинивании их в петлях позволяет равномерное натягивание троса, так как распорные элементы вбиваются друг в друга, обеспечивая между собой взаимное рас клинивание. Петли при этом не сгибаются в одну из сторон, а сохраняют свое вертикальное положение, что исключает трение троса об устья шпуров при его натягивании.

В способе нагнетание упрочняющего раствора в массив через шпуры из вышерасположенной выработки позволяет улучшить условия смолоинъекции и повысить ее эффективность по упрочнению пород.

Все перечисленные признаки (опера- ции), во-первых, обуславливают надежное крепление горного массива, во-вторых, способствуют к развитию путей и возможностей комбинированных способов креплений (упрочнений),

Таким образом, благодаря совокупности выполняемых операций по осуществлению способа достигается цель изобретения, а именно повышение прочности закрепления горного массива и его устойчивости, что в целом может расширить область его применения на горнодобывающих предприятиях, а также при строительстве различных подземных сооружений.

На фиг. 1 изображено в плане располо- жение шпуровых рядов и стягивание выступающих из шпуров тросовых петель над массивом; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1 (схема закрепления массива горных пород между выработками).

Технология закрепления горного массива предложенным способом заключается в следующем.

В массиве 1 (фиг. 2), подлежащем закреплению между выработками 2 и 3, бурят

в вертикальных плоскостях пересекающиеся между собой в устьевых частях 4 наклонные сквозные шпуры 5 и 6, образующие в массиве у обнаженных его снизу и сверху поверхностей ряды породных целиков 7трб- угольной формы. При этом с целью обесп чения постоянства между параллельными шпурами как системы 5, так и 6 и пересзчений устьевых-частей 4 шпуров 5 и 6 в массиве 1 вблизи его обнажений шпуры 5 в ряду бурят в вертикальной плоскости под углом

ал arctg(

где h - мощность закрепляемого массива, м;

а - заданное расстояние между устьями двух соседних, параллельных в ряду шпуров, м;

b - заданное расстояние между устьями шпуров, пересекающихся вблизи обнажений массива, м,

а шпуры 6 - в той же плоскости, но уже под углом.

«2 180°-ai

К крайним в каждом ряду слева или справа шпурам 5 или 6 до пересечения с ними бурят по одному дополнительному шпуру 8 (например, как показано на фиг. 2) с глубиной, достаточной для установки в нем инъектора 9. Затем через шпуры 5 и 6, расположенные в средней части каждого ряда (фиг. 2), пропускают отрезок троса 10, которым в обе стороны влево и вправо прошивают массив 1, оконтуривая породные целики 7 с образованием петель 11 одновременно под и над массивом. При этом концы тросов 10 выводят над массивом и их в рядах, выходящих непосредственно к целикам 12 и 13 крепят к последним для повышения несущей способности общей конструкции крепи, а в рядах, невыходящих к целикам - у устья крайних шпуров.

Через петли 11, образованные в рядах под массивом 1 (фиг. 2), протягивают канаты 14 и 15 в продольном и поперечном направлениях и натягивают их. После этого в петли 11, образованные в рядах над массивом 1 устанавливают клинья (распорные элементы) 16 и путем забивания и расклинивания их осуществляют натяжение отрезков тросов 10 в шпурах 5 и 6.

Далее нижние и верхние устьевые части шпуров 5 и 6 герметизируют до места их пересечения 4 (фиг. 2) в массиве 1 вблизи его обнажений быстротвердеющей смесью 17 (например, песчано-гипсовой), оставляя в конце каждого ряда по открытому устью шпура 5 над массивом 1, откуда выходит

конец троса 10. Затем в дополнительно пробуренном шпуре 8 устанавливают инъектор 9 и к нему подсоединяют высоконапорный шланг 18 и из вышерасположенной выработки 2 производят нагнетание укрепляющего (упрочняющего) раствора от первого шпура 6 во все сообщающиеся между собой в ряду шпуры 5и 6. При нагнетании раствора посредством вибратора (не показан)создают высокочастотные колебания на конце высоконапорного шланга 18. При появлении упрочняющего раствора из крайнего в ряду шпура его устье заделывают быстротверде- ющей смесью и нагнетание продолжают при повышенном давлении до полного заполнения шпуров и трещин в массиве. По окончании нагнетания перекрывают кран (не показан) иньектора 9, установленного в шпуре 8 и отсоединяют высоконапорный шланг 18, Аналогичным образом нагнетают упрочняющий раствор в шпуры последующих рядов.

После схватывания и отверждения упрочняющего раствора в шпурах 5 и 6, из петель 11 над массивом 1 выбывают распорные элементы 16 (фиг. 2). Затем петли 11 каждой пары соседних шпуровых рядов (фиг. 1) стягивают по две между собой короткими отрезками троса, каната и т.п., плотно прижимая их к поверхности массива 1.

Крепление горного массива предлагаемым способом по сравнению с аналогом, прототипом и другими известными техническими решениями позволяет повысить прочность закрепления массива и его устойчивость, а также безопасность ведения горных работ. Это обеспечивается за счет высокой эксплуатационной надежности и эффективности крепи, достигаемой путем прошивания горного массива и нагнетания в него упрочняющего раствора. Применение способа исключает гидроразрыв и отслоения пород, благодаря механической сшитости прослоек и стянутости их между собой тросом в сочетании со смолоинъекти- рованием горного массива.

Формула изобретения 1. Способ закрепления массива горных пород, включающий бурение в кровле выработки в одной плоскости пересекающихся между собой в устьевой части наклонных шпуров, составляющих ряд для оконтурива- ния породных целиков треугольной формы, затягивание в шпуры отрезка троса и пропускание его через все оконтуренные целики с образованием петель, протягивание через последние в продольном и поперечном направлениях канатов и натяжение их, установку иньекторов в шпурах, герметизацию устьевой части шпуров до места их пересечения, нагнетание укрепляющего раствора

во все сообщающиеся между собой шпуры, создание при этом на конце высоконапорного шланга высокочастотных колебаний, перекрывание устья шпура и продолжение нагнетания укрепляющего раствора при повышенном давлении до полного заполнения шпуров и трещин в массиве, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности закрепления горного массива и его устойчивости, шпуры бурят между выработками в вертикальных плоскостях, а образование петель осуществляют над массивом, при этом концы тросов выводят над массивом и закрепляют у устья крайних шпуров и после протягивания канатов через

петли под массивом и их натяжения, в петли над массивом вставляют клинья и производят дополнительное натяжение тросов, причем укрепляющий раствор нагнетают в шпуры из вышерасположенной выработки

после герметизации нижних и верхних устьевых частей, а после отверждения укрепляющего раствора петли освобождают от клиньев и стягивают их между собой по две из каждой пары соседних рядов шпуров,

прижимая к поверхности массива.

2. Способ по п. 1,отличающийся тем, что, с целью обеспечения постоянства расстояния между параллельными шпурами и пересечений устьевых частей шпуров в

массиве вблизи его обнажений, одни шпуры в ряду бурят в вертикальной плоскости под углом

40

а arctg (где h - мощность закрепляемого массива;

а - заданное расстояние между устьями двух соседних, параллельных в ряду шпу- ров;

b - заданное расстояние между устьями шпуров, пересекающихся вблизи обнажений массива,

а другие - в той же плоскости под углом 02(180°-ai).

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения несущей способности общей конструкции крепи, концы тросов, выступающие из крайних шпуров, расположенных в рядах между целиками, крепят к последним.

Фиг.1

Использование: изобретение относится к горнодобывающей промышленности, в частности к способам смолоинъекционного упрочнения горных пород при подземной, открытой и комбинированной разработках месторождений твердых полезных ископаемых, а также при строительстве подземных сооружений, и преимущественно может быть использовано для закрепления горного массива между выработками. Сущность: для повышения прочности закрепления горного массива и его устойчивости в горном массиве между выработками в вертикаль ных плоскостях бурят ряды сквозных пересекающихся между собой в устьевых частях шпуров. Через них прошивают массив тросами с образованием петель как под массивом, так и над ним. При этом концы всех тросов выводят над массивом и концы их в рядах не выходящих непосредственно к целикам, закрепляют у устья крайних шпуров, а концы, выступающие из крайних шпуров, пробуренных в рядах между целиками, крепят к последним. Затем после протягивания канатов через петли под массивом и их натяжения в петли над массивом вставляют клинья и с их помощью натягивают тросы. Укрепляющий раствор нагнетают в шпуры из вышерасположенной выработки и после его отверждения петли освобождают от клиньев, после чего петли стягивают между собой по две из каждой пары соседних рядов шпуров, прижимая их к поверхности массива. Кроме того, для осуществления способа одну систему параллельных шпуров в ряду бурят в вертикальной плоскости ок под углом «1 arctg ( , А. ), где h - мощ3 т &. D , ность закрепляемого массива; а-заданное расстояние между устьями двух соседних параллельных в ряду шпуров; b - заданное расстояние между устьями шпуров, пересекающихся вблизи обнажений массива, а другую - в той же плоскости, но под углом «2 ( 180° -d). 2 з.п. ф-лы, 2 йл. ел с 00 CN 00 О СП