способ крепления горных выработок, пройденных в породах, склонных к пучению

Формула изобретения

1. Способ крепления горных выработок, пройденных в породах, склонных к пучению, включающий установку основной крепи технологически заданного профиля, перетяжку кровли и анкерное крепление вспучиваемых пород, отличающийся тем, что в зонах вскрытия или присечки пучащих пород проводимой горной выработкой, в почве и (или) бортах последней производят установку полимерных анкеров с одновременным нагнетанием быстротвердеющего полимерного состава сразу во все шпуры в соответствии с принятым паспортом крепления.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что оси устанавливаемых полимерных анкеров ориентируют в направлении смещения вспучиваемых частей контура выработки.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в случае оставления в зонах вспучивания прочных пачек пород, отделяющих от них горную выработку, оси устанавливаемых полимерных анкеров ориентируют в направлении, перпендикулярном поверхности укрепляемой твердой пачки пород.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к рудничным крепям, устанавливаемым в горизонтальных и наклонных подготовительных горных выработках с пучащимися мягкими породами со стороны подошвы выработок.

Известен наиболее распространенный способ борьбы с пучением породы методом анкерования почвы выработок, включающий бурение шпуров в почве и установку анкеров с цементным закреплением штанг (см. Ш.А. - Г.Болгожин, Г.Д.Лезин. Охрана, крепление и поддержание выработок на большой глубине, Алма-Ата, "Наука" Казахской ССР, 1988, с. 39-41).

Недостатком способа является недостаточная его эффективность, так как пучение почвы снижается не более 10-30% (источник информации указан выше).

Наиболее близким техническим решением, принятым нами в качестве прототипа, является способ предотвращения пучения пород почвы штрека, включающий установку замкнутой рамной металлической крепи и дополнительно укрепление пучащей почвы установкой полимерных анкерных стержней в пробуренные в почве шпуры с образованием в донной части пустот камуфлетными зарядами с пропиткой раствором карбамидной или какой-либо другой смолы под давлением (см. А.П. Широков) Теория и практика применения анкерной крепи, М., "Недра", с. 264-265, рис. 15, 10 б).

Недостатком указанного способа укрепления почвы является сложность и многооперационность технологии, высокая опасность в связи с необходимостью выполнения определенного объема взрывных работ, а сама произвольная схема установки анкеров и их направленность в почве не согласуется с направлениями смещения вспучиваемых частей контура выработки, в связи с чем ухудшаются условия работы анкерных стекловолокнистых стержней, т.к. последние зачастую вынуждены работать не на растяжение, а на срез со значительно меньшими допускаемыми величинами напряжений. Кроме того, нагнетание в шпуры смолы осуществляется поочередно, что вызывает потери времени и лишний расход смолы в связи с ее потерей через трещины, образуемые в результате производства взрывных работ.

Задачами, решаемыми предлагаемым техническим решением, являются исключение взрывных работ, сокращение продолжительности технологического цикла крепления, повышение эффективности крепления почвы, уменьшение расхода быстротвердеющего раствора.

Решение поставленных задач достигается тем, что в зонах вскрытия или присечки вспучивающих пород проводимой горной выработкой, в почве и (или) бортах последней производят установку полимерных анкеров с одновременным нагнетанием быстротвердеющего полимерного состава сразу во все шпуры в соответствии с принятым паспортом крепления, при этом направления шпуров в почве осуществляют с учетом направления смещения вспучиваемых частей контура выработки.

Действительно, установка анкеров с учетом характера и направлений смещения вспучиваемых частей контура выработки позволит максимально использовать несущего способность анкера работающего на растяжение, а одновременное нагнетание быстротвердеющего раствора сразу во все пробуренные шпуры позволит ликвидировать в значительной степени ее утечки через трещины.

Исключение взрывных работ из технологического цикла крепления позволит сократить его продолжительность и стоимость работ в целом, а также улучшить шахтную атмосферу.

Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволяет сделать вывод, что оно значительно отличается от известного введения новых признаков указанных выше и соответствует критериям новизны и изобретательского уровня, а его простота и очевидность свидетельствует о его промышленной применимости в угольной промышленности.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен мощный слой пучащих пород в почве пройденной выработки с направлениями смещения вспучиваемых частей контура выработки; на фиг. 1" - паспорт анкерного крепления почвы выработок, изображенной на фиг. 1; на фиг. 2 - тонкий слой пучащих пород в почве пройденной выработки и характер деформации почвы; на фиг. 2" - паспорт анкерного крепления почвы, изображенной на фиг. 2; на фиг. 3 - изображена выработка с присечкой пучащих пород; на фиг. 3" - паспорт анкерного крепления бортов и почвы выработки фиг. 3; на фиг. 4 - показан тонкий ненарушенный прослоек прочных пород; на фиг. 4" - паспорт анкерного крепления почвы для выработки фиг. 4; на фиг. 5 - показан мощный слой трещиноватых прочных пород, изолирующих выработку от пучащих пород; на фиг. 5" - паспорт анкерного крепления почвы выработки фиг. 5; на фиг. 6 - показана частичная присечка пучащих пород в нижней части одного из бортов выработки и направления деформации ее контура; на фиг. 6" - паспорт анкерного крепления борта и почвы выработки фиг. 6; на фиг. 7 - показана значительная присечка пучащих пород бортом выработки и направления деформации ее контура; на фиг. 7"- паспорт анкерного крепления выработки фиг. 7; на фиг. 8 - показана выработка, пройденная по тонкому слою пучащих пород и направления деформации ее контура; на фиг. 8" - паспорт анкерного крепления выработки фиг. 8; на фиг. 9 - показана выработка с частично незакрепленными бортами; пройденная с присечкой пучащих пород и направления деформации ее контура; на фиг. 9" - паспорт анкерного крепления выработки на фиг. 9; на фиг 10 - показана выработка пройденная по трещиноватому углю (породе) с частично незакрепленными бортами с почвой склонной к пучению и направления деформации ее контура; на фиг. 10" - паспорт анкерного крепления выработки фиг. 10; на фиг. 11 - показана принципиальная схема совмещения осей устанавливаемых анкеров с ожидаемым направлением смещения (деформации) вспучиваемых частей контура выработок; на фиг. 12 - показана принозитальная схема совмещение осей устанавливаемых анкеров в выработках, почва которых отделена от пучащих пород.

Предлагаемый способ крепления выработок осуществляется следующим образом.

При проведении выработки выемку угля и породы осуществляют одним из известных способов, после чего устанавливают основную технологическую крепь 1 заданного профиля с перетяжкой кровли и бортов (фиг. 1,2,3.4,5,6,7,8,9,10) и приступают к дополнительному креплению почвы и бортов в зонах вскрытия и (или) присечки пучащих пород полимерными анкерами 2 (фиг. 1,2,3.4,5,6,7,8,9,10) с одновременным нагнетанием быстротвердеющего состава сразу во все пробуренные шпуры. При этом соблюдают принцип совмещения осей анкеров (и шпуров соответственно) с ожидаемым направлением смещения вспучиваемых частей контура выработок (фиг. 11, 12). Исключением из общих принципов установки полимерных анкеров являются схемы проведения горных выработок с оставлением прочной пачки породы или угля в почве выработок, отделяющей пройденную выработку от более слабых пород склонных к пучению. В этом случае оси устанавливаемых полимерных анкеров ориентируют в направлении перпендикулярном границе отделяющей более слабую пачку пучащих пород от более прочной оставляемой в почве пройденной выработки (фиг. 12), ибо в данном случае прочная пачка 3 (фиг. 4,5,12) выполняет роль естественной перетяжки почвы по аналогии с бетонной перетяжкой и требование перпендикулярности оси установки анкеров к границе раздела слабой пачки породы от более прочной обосновано давлением вспучиваемой слабой породы, действующим по нормали к более прочной пачке оставляемой в почве выработки.

Нагнетание быстротвердеющего состава сразу во все пробуренные шпуры, с помещенными в них полимерными анкерами (с металлическими, деревянными, и другими стержнями) обеспечивает пропитку угольно-породного массива с наименьшими потерями состава в связи с возникающими встречными потоками в массиве и быстротечностью процесса нагнетания.

Предлагаемая технология крепления прошла положительную апробацию на шахте "Инская" АО "Беловоуголь" по предотвращению пучения пород почвы проводимых выработок.