способ охраны горных выработок и их сопряжений от разрушения горным давлением

Формула изобретения

1. Способ охраны горных выработок и их сопряжений от разрушения горным давлением, включающий создание зоны разгрузки бурением деформационных скважин вокруг охраняемой горной выработки, отличающийся тем, что части скважин, расположенные за пределами охраняемой зоны, заполняют закладочным материалом, при этом длину незакладываемой части скважины определяют по формуле:

L _з=L_в+0,5 В₁ +0,5 В₂,

где L_в - длина охраняемой горной выработки, м;

B ₁ и B₂ - расстояния от деформационных скважин до охраняемой горной выработки, соответственно наименьшее и наибольшее, м.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что зону разгрузки создают бурением из действующей горной выработки деформационных скважин с их взаимным пересечением.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при охране от разрушения горных выработок и их сопряжений при разработке месторождений полезных ископаемых подземным способом.

Известен способ охраны вертикальных горных выработок от горного давления, заключающийся в создании вокруг них зон разгрузки путем проведения из вертикального ствола радиальных горизонтальных сбоечных выработок и из их забоев - горизонтальных кольцевых выработок (Способ охраны вертикальных стволов от горного давления: А.с. 976081 СССР, МКИ Е21D 5/00 / Ю.С.Обручев; Ленингр. горн. ин-т им. Г.В.Плеханова. - №3296076/22-03; Заявл. 19.03.81; Опубл. 23.11.82, Бюл. №43).

Недостатком этого способа является его высокая себестоимость. Кроме того, его реализация предполагает создание ослабленной зоны в горных породах в период строительства рудника.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому техническому решению является продольно-скважинный способ охраны горных выработок, включающий создание зоны разгрузки проходкой дополнительной кольцеобразной выработки и бурением из нее вокруг охраняемой горной выработки деформационных скважин, параллельных оси охраняемой горной выработки (Абрамсон Х.И. Перспективы применения тоннельной технологии в шахтном строительстве // Шахта, стр-во. - 1984. - №11. - с.19-21).

Недостатком данного способа является ослабление массива по всей длине деформационной скважины и, соответственно, увеличение изрезанности массива и нарастание скоростей смещения приконтурных пород по всей длине деформационной скважины. Кроме того, происходит нежелательная пригрузка пород в районе дополнительной кольцевой выработки, необходимость проходки которой увеличивает трудозатраты.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности способа охраны горных выработок и их сопряжений и снижение затрат на разработку месторождений за счет перераспределения напряжений в горном массиве и, соответственно, нагрузок на крепь.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе охраны горных выработок и их сопряжений от горного давления, включающем создание зоны разгрузки бурением деформационных скважин вокруг охраняемой горной выработки, части скважин, расположенные за пределами охраняемой зоны, заполняют закладочным материалом, причем длину незакладываемой части скважины определяют по формуле

L_З=L_B+0,5 B ₁+0,5B₂,

где L _В - длина охраняемой горной выработки;

B ₁ и В₂ - расстояния от деформационных скважин до охраняемой горной выработки, соответственно наименьшее и наибольшее.

Зону разгрузки создают бурением из действующей горной выработки деформационных скважин с их взаимным пересечением.

Нагрузка на крепь шахтного ствола охраняемой горной выработки в результате создания защитной зоны бурением деформационных скважин и их частичной закладки перераспределяется путем разгрузки наиболее слабого участка, каким является сопряжение шахтного ствола с дозаторной камерой, с пригрузкой более прочной части шахтного ствола охраняемой горной выработки. Наличие закладки на отдельных участках деформационных скважин препятствует их разрушению на заложенных участках и восстанавливает на данных участках прочностные свойства горного массива, нарушенного деформационными скважинами, то есть уменьшает изрезанность горного массива и, как следствие, способствует уменьшению скорости смещения горного массива в сторону деформационных скважин и, соответственно, шахтного ствола. Кроме того, не происходит увеличение нагрузок на сопряжения действующей горной выработки, из которой производят бурение деформационных скважин.

Длину незакладываемой части деформационных скважин принимают больше длины охраняемой горной выработки на суммарное расстояние от охраняемой горной выработки до деформационных скважин, соответственно наименьшее и наибольшее, и определяют по формуле L_З=L_в+0,5 В ₁+0,5 B₂.

Такое превышение обусловлено тем, что угол сдвижения пород при их подработке может достигать 30 град. от плоскости подработки, что соответствует 0,5 расстояния от охраняемой горной выработки до деформационных скважин (sin30°=0,5). Рассчитанная по данной формуле длина незакладываемой части деформационных скважин является оптимальной с позиций гарантированного смещения максимальных нагрузок на прочную крепь и обеспечения создания минимально достаточной зоны ослабления массива.

Бурение деформационных скважин из действующей горной выработки исключает нежелательную пригрузку пород и снижает затраты на реализацию данного способа отсутствием необходимости проходки дополнительной выработки. Создание зоны разгрузки бурением деформационных скважин взаимопересекающимися повышает степень изрезанности массива, окружающего охраняемую горную выработку, еще больше снижает его прочность и, соответственно, повышает эффективность разгрузки для охраняемой горной выработки.

В предлагаемом способе новыми признаками в сравнении с прототипом являются следующие:

частичная закладка деформационных скважин с длиной незакладываемой части скважины, определяемой по формуле L_з =L_в+0,5 В₁,+0,5 В ₂; бурение деформационных скважин из действующей горной выработки взаимопересекающимися.

Способ поясняется фиг.1, 2, 3.

На фиг.1 показана принципиальная схема реализации способа в разрезе по оси шахтного ствола горной выработки с эпюрой нагрузок на крепь в результате создания зоны разгрузки; на фиг.2 показана схема расположения рядов деформационных скважин в плоскости, перпендикулярной оси главных подходных выработок скипового ствола; на фиг.3 - разрез по А-А по фиг.2 - схема расположения крайнего ряда I деформационных скважин, буримых из главных подходных выработок скипового ствола.

Где:

1 - шахтный ствол охраняемой горной выработки;

2 - действующая горная выработка;

3 - деформационные скважины;

4 - сопряжение ствола охраняемой горной выработки;

5 - эпюра нагрузок на крепь ствола;

6 - взаимно-пересекающиеся скважины;

7 - зона разгрузки.

Способ осуществляется следующим образом.

Вблизи шахтного ствола 1 из действующей горной выработки 2 бурят деформационные скважины 3 вокруг охраняемой горной выработки 4. Деформационные скважины 3 бурят с их взаимным пересечением крайнего ряда 1 (I, II, III, ...IX - ряды скважин).

Производят расчеты, определяющие длину незакладываемой части деформационной скважины, по формуле

L_з=L_в+0,5 B ₁+0,5 В₂,

где L _в - длина охраняемой горной выработки 4 (м);

B ₁ и В₂ - расстояния от деформационных скважин 3 до охраняемой горной выработки 4, соответственно наименьшее и наибольшее (м).

Производят закладку слаботвердеющей уплотненной смесью донной части деформационных скважин 3 до расчетной незакладываемой части. Устанавливают пробку (на чертеже не указана) в каждой деформационной скважине 3 на расстоянии L_з от донной заложенной части скважины. Производят закладку слаботвердеющей уплотненной смесью верхней части деформационных скважин 3.

Пример конкретной реализации способа.

Реализация способа начинается с создания зоны разгрузки вблизи шахтного ствола 1, которое осуществляют бурением (например, вращательным способом) из действующих горных выработок 2 деформационных скважин 3 вокруг охраняемой горной выработки 4 (например, сопряжения шахтного ствола с дозаторной камерой скипового ствола). Длину незакладываемой части скважин выбирают из условия необходимой длины охраняемой горной выработки и величины превышения на половину расстояния от конца охраняемой выработки до проектной оси скважины, то есть L_з=L_в+0,5 B ₁+0,5 В₂ (м).

Производят закладку слаботвердеющей уплотненной смесью донной части деформационных скважин до расчетной незакладываемой части. Устанавливают пробку в каждой деформационной скважине 3 на расстоянии L _з от донной заложенной части скважины. Производят закладку слаботвердеющей уплотненной смесью верхней части деформационных скважин 3. В качестве закладочного материала могут быть использованы слаботвердеющие закладочные материалы, например уплотненные и увлажненные солеотходы.

Нагрузка на крепь ствола в результате создания защитной зоны бурением деформационных скважин и их частичной закладки перераспределяется путем разгрузки наиболее слабого участка, каким является сопряжение ствола с дозаторной камерой, с пригрузкой более прочной части ствола (эпюра нагрузок на крепь ствола 5). Наличие закладки на отдельных участках скважин препятствует их разрушению на заложенных участках и восстанавливает на них прочностные свойства горного массива, нарушенного скважинами, т.е. уменьшает изрезанность горного массива и, как следствие, способствует уменьшению скорости смещения горного массива в сторону деформационных скважин и, соответственно, шахтного ствола.

Для повышения эффективности действия деформационных скважин на защищаемый объект 4 зону разгрузки 7 создают бурением крайнего ряда взаимно-пересекающихся скважин 6 в ряду I (I, II, III, ...IX - ряды скважин). В результате пересечения скважин повышается степень изрезанности массива в защищаемой зоне, еще больше снижается его прочность и, соответственно, повышается эффект разгрузки для защищаемого объекта.

Данный способ охраны горных выработок и их сопряжений от разрушения горным давлением путем создания зоны разгрузки бурением деформационных скважин с заполнением части длины скважин закладочным материалом особенно эффективен при расположении выработок в пластичных породах, например в каменной соли.