Способ укрепления свода горной выработки

(51) 21 11/00 (2006.01) 21 20/00 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Сущность предлагаемого решения заключается в том, что способ укрепления свода горной выработки, включающий бурение шпуров в радиальном направлении, введение в них гибкого анкера и закрепление его в смежных шпурах,причем бурят шпуры на глубину симметрично изменяющуюся от центрального шпура, длина которого составляет 0,25-0,40 глубины естественного трещинообразования в своде, а длину последующих шпуров увеличивают по гиперболической функции УАСх, показатель х которой изменяется пропорционально расстоянию от центра к бортам (стенкам) выработки в пределах от 0 до 1,6 , что на нижний поверхность свода пролета кровли бурят дополнительные шпуры вертикально к своду камеры и выполняют в виде системы параллельных, длинной от 3 до 4 м, на равном расстоянии рядов до трещины основной кровли сквозь радиально направленные шпуры. В шпуры с раскрытием трещины менее 0,1 мм нагнетают под давлением 15-20 МПа синтетическую смолу и пластификатор с отвердителем и после ее отверждения в трещины с раскрытием более 0,1 мм нагнетают под давлением 7-10 МПа суспензию цемента в присутствии 2 бентонитовых глин в качестве добавок до естественного и технологического трещинообразования. Укрепленные выработки могут использоваться для складирования отходов обогатительных фабрик,захоронения радиоактивных отходов, складов продовольствия и промышленных товаров и др.(72) Алтаев Шаукат Ненашев Николай Викторович Орынгожин Ерназ Советович Кадырсизов Нурмухамет Жангалиева Мария Алпысбаев Куантай(73) Дочернее государственное предприятие Институт горного дела им. Д.А. Кунаева Республиканского государственного предприятия Национальный центр по комплексной переработке минерального сырья Республики Казахстан Министерства индустрии и торговли Республики Казахстан(54) СПОСОБ УКРЕПЛЕНИЯ СВОДА ГОРНОЙ ВЫРАБОТКИ(57) Изобретение относится к горному делу, в частности к способам по освоению подземного пространства при сооружении подземных объектов с длительным сроком эксплуатации, и может быть использовано для укрепления горных выработок в неустойчивых вмещающих породах. Цель - повышение прочности, долговечности свода кровли с длительным сроком эксплуатации. При применении сочетающихся способов анкерного и инъекционного укрепления повышается прочность свода кровли и длительность срока эксплуатации в несколько раз по сравнению с известным. 20820 Изобретение относится к горному делу, в частности к способам по освоению подземного пространства при сооружении подземных объектов с длительным сроком эксплуатации, и может быть использовано для укрепления горных выработок в неустойчивых вымещающих породах. Известен способ крепления кровли горных выработок, включающий бурение шпуров в кровле,размещение в них гибких анкеров, которые заводят одновременно в два шпура (Заславский Ю.З. и др. Новые виды крепи горных выработок, М. 1989,с.61-75.). Недостаток этого способа заключается в неэффективном использовании крепления анкеров длиной 1,9 м в кровле камеры большой площади с трещинами различной густоты и раскрытиями. Наиболее близким по технической сущности и по достигаемому техническому результату является способ укрепления свода горной выработки,включающий бурение шпуров радиального направления, введение в них гибкого анкера, при этом шпуры бурят на глубину, симметрично изменяющуюся от центрального шпура, длина которого составляет 0,25 - 0,40 глубины естественного трещинообразования в своде, а длину последующих шпуров увеличивают по гиперболической функции УАСх, показатель х которой изменяется пропорционально расстоянию от центра к бортам (стенкам) выработки в пределах от 0 до 1,6 (Патент РФ 12052120, Е 21 Д 11/00,1996). Недостатком известного способа является то, что при использовании анкера со стержнями в шпур помещается одна полиэтиленовая ампула длиной 450 мм заполненная смолой с отвердителем для укрепления трещины и отдельного блока свода горной выработки, после отверждения, смолы связывают стержень длиной 1,9 м, с окружающей породой и стенками шпура. А трещины с различными раскрытиями в близких и дальних расстояниях от анкера остаются несвязанными. Кроме того, использование анкеров для укрепления магистральных,волнистых,изогнутых,пересекающихся трещин при длительных сроках эксплуатации подземного пространства является малоэффективными. В результате своды трещиноватой кровли не омоноличиваются с массивом в целом, несмотря на ее закрепленность анкерными стержнями, наблюдаются интенсивные вывалы,отслоения и шелушение между радиальными закрепленными шпурами, особенно после проведения взрывных работ. Кроме того, подготовка анкеров является трудоемкой. Цель - повышение прочности, долговечности свода кровли с длительным сроком эксплуатации. Сущность предлагаемого решения заключается в том, что способ укрепления свода горной выработки, включающий бурение шпуров в радиальном направлении, введение в них гибкого анкера и закрепление его в смежных шпурах,причем шпуры бурят на глубину, симметрично изменяющуюся от центрального шпура, длина 2 которого составляет 0,25-0,40 глубины естественного трещинообразования в своде, а длину последующих шпуров увеличивают по гиперболической функции УАСх, показатель х которой изменяется пропорционально расстоянию от центра к бортам (стенкам) выработки в пределах от 0 до 1,6, отличающийся тем, что на нижний поверхность свода пролета кровли бурят дополнительные шпуры вертикально к своду кровли камеры и выполняют в виде системы параллельных,длинной от 3 до 4 м на равном расстоянии рядов до трещины основной кровли сквозь радиально направленные шпуры. В шпуры раскрытием трещины менее 0,1 мм нагнетают под давлением 15-20 МПа синтетическую смолу и пластификатор с отвердителем и после ее отверждения в трещины с раскрытием более 0,1 мм нагнетают под давлением 7-10 МПа суспензии цемента в присутствии 2 бентонитовых глин в качестве добавок до естественного и технологического трещинообразования. Применение двухкратного последовательного тампонажа для укрепления свода кровли трещиноватых горных выработок, приводит к консолидации отдельных блоков с переводом их в монолитное состояние и обеспечивает устойчивое состояние свода пролета основной кровли в местах его обнажения и связывает воедино блочную структуру свода массива и повышает его остаточную прочность. При применении сочетающихся способованкерного и инъекционного укрепления повышается прочность свода кровли, длительность срока эксплуатации повышается в несколько раз по сравнению с известным. Оптимальное повторное использование отработанных подземных горных выработок для складирования отходов обогатительных фабрик,захоронения радиоактивных отходов, складов продовольствия и промышленных товаров,достигается выбором гранитно-гнейсового,базальтового скалистого массива, крепость которого 15-18 по шкале Протодьяконова. Подход к решению проблемы поддержания выработок основывается на максимальном использовании собственной несущей способности окружающего массива, путем активного вовлечения в работу системы порода - крепь. Одним из действующих путей повышения несущей способности скалистого массива является укрепления связей по контактам структурных блоков. Буровзрывные работы разрушают значительный объем горных пород, приводящих к динамическим явлениям - отслоению, вывалам и повышенной трещиноватости и др. Характерными признаками такого состояния массива является переход руд и пород в неустойчивое состояние. Оценка трещиноватости в массиве осуществляется различными методами гидродинамическими,геофизическими и акустическими и др. Трещиноватость горных пород 20820 в общем случае представляет собой совокупность трещин в рассматриваемом объеме массива. Состояние трещиноватого массива характеризуется интенсивностью трещиноватости - число трещин приходящихся на 1 м, величиной раскрытия трещин,их протяженностью (региональные или участковые),направлением основных систем трещин, углом падения, азимутом простирания, характером и типом заполнения. Для технологии физикохимического упрочнения трещиноватых горных выработок практическое значение имеют трещины с раскрытием 0,1 мм, которые, пересекаясь, делят массив на отдельности. В породах с выраженной слоистостью по которой развивается основная система трещин применяется технологии сочетающие в себе анкерное и инъекционное укрепление, обеспечивающее высокую надежность поддержания пород кровли, особенно при больших обнажениях-площадках свода пролета кровли. На основе выполненных исследований по определению трещиноватости в рассматриваемом объеме свода кровли составляет технологический паспорт укрепления по контуру свода кровли и это позволяет установить область рационального применения инъекционных работ. Способ укрепления свода кровли осуществляется следующим образом. На фиг.1 показана схема расположения шпуров радиального направления. На фиг.2 показаны схематично варианты размещения анкеров, а-а, б-б, с-с. На фиг.3 показана схема расположения шпуров вертикального направления на нижней плоскости свода кровли. В своде горной выработки, вдоль ее стенок 6 бурят шпуры и устанавливают коренные 3 и промежуточные анкеры 2, затем на нижний поверхности свода горной выработки дополнительно бурят перпендикулярные ряды шпуров 7, (фиг.3) и выполняют в виде системы параллельных на равном расстоянии по контуру свода выработки, длиной от 3 до 4 м рядами вдоль радиально направленных шпурами, до естественного технологического трещинообразования, в них с раскрытием трещины менее 0,1 мм нагнетают под давлением 15-20 МПа раствора синтетической смолы марки КФ-Ж (ГОСТ 14231-85) и пластификатора с отвердителем 10 раствор хлорного железа с вязкостью 37 секунд по вискозиметру ВЗ-4 после ее отверждения в трещины с раскрытием более 0,1 мм, вновь нагнетают под давлением 7-10 МПа суспензию цемента ТВ-0,5 в присутствии 2 бентонитовых глин в качестве добавок (Батталова Ш.Б. Физико-химические основы получения и применения катализаторов и адсорбентов из бентонита Алма-Ата, Наука,1986,166 с). Присутствие 2 бентонитовых глин в составе цементной суспензии способствует повышению подвижности и проницаемости в трещины выработок. При набухании частиц монтмориллонита в результате тиксотропного загустевания бентонита,после остановки нагнетания цементных суспензий образуется структурированное связующее,склеивающее трещины горных выработок. При разработке рудных месторождений и их укреплении синтетическими смолами и суспензиями цемента, в присутствии 2 бентонита, считается удовлетворительным, если заполняется 80-90 трещин с раскрытием 0,1 мм и более. Оценка до и после укрепления свода кровли выработок и контроль состояния массива осуществляется по кернам при колонковом бурении с помощью определения предела прочности кернов на сжатие и на изгиб, определяют согласно ГОСТ 26798-0-1-2-85, затем делают заключение по устойчивости, монолитности обнажения скалистого массива в целом. Укрепленные выработки могут использоваться для складирования отходов обогатительных фабрик,захоронения радиоактивных отходов, складов продовольствия и промышленных товаров и др. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ укрепления свода горной выработки,включающий бурения шпуров радиального направления, введения в них гибкого анкера и закрепление его в смежных шпурах, причем шпуры бурят на глубину симметрично изменяющуюся от центрального шпура, длина которого составляет 0,25-0,40 глубины естественного трещинообразования в своде, длину последующих шпуров увеличивают по гиперболической функции УАСх показатель х которой изменяется пропорционально расстоянию от центра к боргам стенки выработки в пределах от 0 до 1,6,отличающийся тем, что бурят дополнительные шпуры вертикально па нижней плоскости в своде кровли камеры и выполняют в виде системы параллельных продольных длинной от 3 до 4 м на ровном расстоянии рядом, сквозь радиально направленных шпуров до естественного и - технологического трещинообразования в трещины с раскрытием менее 0,1 мм нагнетают под давлением 15-20 МПа. последовательно синтетическую смолу и пластификатор с отвердителем, после отверждения смолы, в трещины с раскрытием более 0,1 мм нагнетают под давлением 7-10 МП, суспензия цемента в присутствии в качестве добавок 2 бентонитовых глин до естественного и технологичского трещинообразования.