способ ликвидации прорыва воды через вертикальный ствол шахты

Формула изобретения

Способ ликвидации прорыва воды через вертикальный ствол шахты, включающий перекрытие сечения ствола полком и засыпку ствола негорючими материалами, отличающийся тем, что полок выполняют раскрывающимся, а негорючий материал предварительно складируют над полком в объеме, необходимом для одновременного сброса, который определяют из выражения

V=S(l+h+2d)+bh²ctg,

где S - сечение ствола в свету;

l - глубина зумпфа;

h - высота сопряжения у ствола;

d - диаметр ствола в свету;

b - ширина сопряжения у ствола;

- угол естественного откоса негорючего материала,

причем негорючий материал составляют из сыпучей и глинистой частей, которые складируют послойно, а объем глинистой части принимают равным объему пор сыпучей части, кроме того, последующий сброс негорючего материала продолжают в объемах, не меньших объема водопритока.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу и предназначено для ликвидации аварийной ситуации при внезапном прорыве воды из погашенных затопленных выработок верхних горизонтов через вертикальный ствол шахты в действующие выработки нижнего горизонта.

Известен способ ликвидации вертикального ствола шахты, включающий перекрытие сечения ствола полком и засыпку ствола негорючими материалами (Правила безопасности в угольных и сланцевых шахтах. М.: Недра, 1974, с.48).

Недостатки известного способа следующие. Поступление больших объемов воды в ствол при внезапном ее прорыве исключает возможность возведения полка для перекрытия сечения ствола. При отсыпке негорючего материала без возведения полка он заполняет зумпф и располагается над зумпфом в виде конуса под углом естественного откоса. На поверхности конуса материал находится в предельном равновесии, и попадающий на эту поверхность при дальнейшей засыпке ствола материал легко уносится водным потоком, обладающим большой кинетической энергией. В результате этого весь отсыпаемый материал не задерживается на сопряжении, а выносится водой в выработки нижнего горизонта, что не позволяет перекрыть сечение ствола и ликвидировать внезапный прорыв воды в действующие выработки.

Задачей изобретения является обеспечение возможности надежного перекрытия сечения ствола, при котором и ликвидируется внезапный прорыв воды в горные выработки действующего горизонта.

Поставленная задача достигается тем, что перекрытие сечения ствола производят раскрывающимся полком, негорючий материал предварительно складируют над полком, а засыпку ствола начинают с одновременного сброса негорючего материала в объеме, определяемом из выражения

V=S(l+h+2d)+bh²ctg,

где S - сечение ствола в свету; l - глубина зумпфа; h - высота сопряжения у ствола; d - диаметр ствола в свету; b - ширина сопряжения у ствола; - угол естественного откоса негорючего материала, и продолжают темпами, определяемыми исходя из водопритока в ствол и в объемах, не меньших объема водопритока. Причем негорючие материалы включают глинистую и сыпучую части. Глинистая часть равна объему пор сыпучей части.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг.1 показан вертикальный разрез устья ствола при складировании негорючего материала в стволе;

на фиг.2 - то же при складировании негорючего материала над устьем ствола;

на фиг.3 - вертикальный разрез ствола на участке сопряжения его с выработками действующего горизонта после одновременного сброса всего заскладированного материала.

Способ реализуется следующим образом. При внезапном прорыве воды в ствол 1 (фиг.1) над его устьем 2 монтируют раскрывающийся полок 3, состоящий из двух или более створок, который с помощью лебедок (не показаны) удерживают на канатах 4, к одному из канатов прикрепляется канат 5, с помощью которого открываются створки полка 3. Негорючий материал 6 складируют над полком слоями (не показаны), перемежая сыпучие и глинистые материалы. Полок 3 по мере накопления материала 6 спускают с помощью лебедок в ствол до тех пор, пока объем материала не будет равен указанному в формуле изобретения. При наличии в стволе армировки (расстрелов 7 и проводников 8 на фиг.2) ее частично (на участке, равном половине диаметра) демонтируют, раму полка жестко закрепляют в устье ствола, а створки удерживают в закрытом состоянии с помощью каната 5. Негорючий материал 6 складируют над полком 3 в виде конуса, перемежая слои сыпучих и глинистых материалов. По периметру конуса в процессе его отсыпки закладывают пластиковые трубы 9, в которых размещают заряды взрывчатых веществ после окончания складирования материалов в необходимом объеме (заштрихованная часть).

Для исключения пережима каната 5 на него надевают отрезки круглых пластиковых труб (не показаны), разрезанных по образующей.

Сброс складированного над полком 3 материала 6 производят при открывании створок полка, для чего канат 5 отпускают на величину, превышающую половину диаметра ствола. Непосредственно перед сбросом материала 6 на стенки ствола подают воду для уменьшения трения (фиг.1) и заряжают в трубы 9 взрывчатое вещество для сброса части материала 6 на участке ABCD (фиг.2), которое взрывают сразу же после опускания верхушки конуса.

Одновременно сброшенный (фиг.3) с большой высоты материал 6 заполняет зумпф 10, сопряжение 11 и участок 12 ствола (высотой, равной его двукратному диаметру) и создает плотную водонепроницаемую (благодаря глинам) перемычку, которая надежно перекрывает ствол и прекращает поступление воды в выработки действующего горизонта. Эта перемычка удерживается силами сцепления материала со стенками ствола и почвой сопряжения, где материал располагается под углом естественного откоса и выполняет роль подпорной стенки.

Дальнейшую засыпку ствола негорючим материалом производят известным способом, а интенсивность ее определяют исходя из водопритока в ствол. Подача материала по объему должна быть не меньше водопритока в ствол.

Конкретный пример осуществления способа. При прорыве воды через вертикальный вентиляционный (не имеющий армировки) ствол шахты диаметром в свету 4 м и площадью 12,6 м² водоприток составляет 250 м³/мин, что грозит затоплением нижнего рабочего горизонта. Для ликвидации прорыва воды (фиг.1) в устье 2 ствола 1 монтируют раскрывающийся полок 3, состоящий из рамы и двух створок, который с помощью лебедок (не показаны) удерживается на канатах 4, к одному из канатов 4 жимками прикрепляется канат 5, посредством которого открываются створки полка. Негорючий материал 6 складируют над полком 3 слоями, перемежая сыпучие (с пористостью 32%) и глинистые (в объеме 32% от сыпучих) материалы. Полок 3 по мере накопления материала 6 спускают в ствол 1 с помощью лебедок до тех пор, пока объем сыпучего и глинистого материала не станет равным

V=S(l+h+2d)+bh²ctg=12,6(4,5+4+8)+3,5×4 ²ctg30°305 м³.

На канат 5 по мере опускания полка надевают двухметровые отрезки пластиковых труб, разрезанных по образующей, которые исключают пережим каната 5 кусками материала. Перед сбросом материала в ствол на его стенки подают воду для уменьшения сцепления по контакту бетонной крепи и материала 6. Сброс заскладированного материала производят при открывании створок полка 3 при освобождении каната 5. Одновременно сброшенный материал 6 в объеме 305 м ³ при падении с высоты, равной глубине ствола (300 м), уплотняется, глинистый материал заполняет все поры сыпучего материала и на рабочем горизонте создается водонепроницаемая перемычка, которая перекрывает сечение ствола на участке, равном двум диаметрам ствола. Таким образом, ликвидируется прорыв воды в ствол. Далее ствол засыпается негорючими материалами до земной поверхности.

Таким образом, в предлагаемом способе ликвидация прорыва воды через вертикальный шахтный ствол становится возможной благодаря единовременному сбросу негорючего материала с содержанием глин и суглинков в объеме, достаточном для создания плотной водонепроницаемой пробки в нижней части ствола.