способ проходки обрушений в горных выработках шахт

Формула изобретения

Способ проходки обрушений в горных выработках шахт, включающий введение в обрушенные породы перфорированных инъекторов-оросителей и замораживающих колонок, нагнетание в пустоты обрушенных пород воды и/или тампонажного заполнителя и возведение ледопородного ограждения замораживанием обрушенных пород криогенной жидкостью, отличающийся тем, что у места возведения ледопородного ограждения по контуру выработки устраивают врубовую нишу, из которой в обрушенные породы с внешней стороны периметра сечения выработки вводят замораживающие колонки и перфорированные инъекторы-оросители, причем вводят их двумя концентрическими рядами с размещением замораживающих колонок по внутреннему ряду, а перфорированных инъекторов-оросителей - по внешнему, при этом перфорированные инъекторы-оросители размещают за пределами образуемого ледопородного ограждения на расстоянии от замораживающих колонок, определяемом по формуле



где R - расстояние между внешним рядом инъекторов-оросителей и внутренним рядом замораживающих колонок, м;

Н - расчетная толщина стенки ледопородного ограждения, м;

L - расстояние между замораживающими колонками, м,

затем через пики-инъекторы производят замковое перекрытие обрушения на борта выработки скрепляющего фенольного пенопласта совмещающими купол боковыми породами с последующим нагнетанием через инъекторы-оросители в обрушенные ниже породы охлажденную жидким азотом воду и производят ее замораживание низкотемпературным жидким азотом до образования ледопородного ограждения, под защитой которого затем осуществляют проходку выработки с уборкой продуктов разрушения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при ликвидации аварийных завалов и обрушений горных пород, например, после внезапного выброса, горных ударов или взрыва метановоздушной смеси.

Известен способ замораживания грунтов и горных пород, включающий бурение скважин и нагнетание в них жидкого азота с одновременным вибровоздействием и предварительным увлажнением грунтов и пород водой (авт. свид. СССР 2003806, кл. Е 21 D 11/00, 20/00, Е 21 F 5/00, 1990).

Недостаток способа в том, что в условиях аварийного обрушения при неустойчивой кровле пласта вибровоздействие может вызвать дополнительные обрушения горных пород и усугубить аварийную ситуацию. Кроме того, нагнетание жидкого азота непосредственно в скважины приведет к тому, что после его испарения образующееся большое количество газа внедряется в обрушенную горную массу, насыщая ее путем вытеснения воды из пор и пустот обрушенной породы. Такая, насыщенная газом, горная масса после замораживания имеет пористую структуру и не обладает необходимой прочностью, которая необходима для создания ледопородного ограждения.

Известен также способ проходки обрушений в горных выработках шахт, включающий введение в обрушенную горную массу перфорированных инъекторов, нагнетание через них в зону обрушения вспененного тампонажного раствора и последующее замораживание зоны обрушения и приконтурного массива посредством подачи по инъекторам жидкого азота (авт. свид. СССР 1696712, кл. Е 21 D 9/00, 11/00, 1989).

Недостаток способа в том, что в этих условиях необходимо промораживать всю массу обрушенных пород. Промороженная горная масса, несмотря на пористую структуру, которая возникает в процессе испарения жидкого азота в перфорированных инъекторах при замораживании, все же обладает большей прочностью по сравнению с такой же, но не замороженной горной массой. Поэтому на ее уборку при проходке промороженного обрушения по сечению выработки требуется расходовать дополнительные время и мощности. Кроме того, увеличиваются непроизводительные затраты жидкого азота на производство дополнительного холода, т. к. необходимо для придания заданной прочности ледопородного ограждения увеличивать ее толщину.

Цель изобретения - снижение непроизводительных затрат и улучшение условий безопасности за счет повышения прочности ледопородного и пенопластового ограждений, образуемого послойно в обрушенных породах.

Сущность способа проходки обрушений в горных выработках шахт состоит в том, что у места создания ледопородного ограждения по контуру выработки устраивают врубовую нишу, из которой в обрушенные породы с внешней стороны периметра сечения выработки вводят в верхнюю часть купола перфорированные пики-инъекторы для замкового перекрытия обрушения из скрепляющего фенольного пенопласта со вмещающими боковыми породами, затем замораживающие перфорированные колонки и перфорированные инъекторы-оросители вспененной суспензии. Причем последние вводят двумя концентрическими рядами с размещением замораживающих перфорированных колонок по внутреннему ряду, а перфорированных инъекторов-оросителей вспененной суспензии - по внешнему. При этом перфорированные инъекторы-оросители размещают за пределами образуемого ледопородного ограждения на расстояниях от замораживающих колонок, определяемых по расчетной формуле



где R - расстояние между рядом инъекторов-оросителей и рядом замораживающих колонок, м;

Н - расчетная толщина стены ледопородного ограждения, м;

L - расстояние между замораживающими колонками внутреннего ряда, м.

Затем с внешней стороны через инъекторы-оросители в обрушенные породы нагнетают предварительно охлажденные низкотемпературным азотом до нулевой Т воду и/или тампонажный заполнитель и производят замораживание затампонированных участков обрушенных пород нагнетанием жидкого азота в замораживающие колонки до образования ледопородного ограждения, под защитой которого осуществляют проходку по сечению выработки с уборкой продуктов обрушения.

Использование предлагаемого способа дает возможность образовать прочное послойное с пенопластом ледопородное ограждение в виде арки в рыхлых обрушенных породах в тех частных случаях, когда обрушенные породы имеют крупные поры и содержат в себе малый процент влаги, т.е. практически являются сухими. Нагнетание в верхнюю часть (не менее 3-х перфорированных пик-инъекторов) обрушения раскрепляет верхнее обрушение на боковые породы, обеспечивая безопасность работ по уборке продуктов разрушения. Размещение перфорированных инъекторов-оросителей по внешнему ряду обеспечивает хорошую пропитку обрушенных пород влагой или тампонажным раствором в зоне действия замораживающих колонок, которые располагаются по внутреннему ряду, т.е. осуществить зональную пропитку обрушенных пород, исключив тем самым попадание пропитывающего материала внутрь контура сечения выработки, подлежащей проходке.

На фиг. 1 показана схема расположения инъекторов-оросителей, перфорированных пик-инъекторов пенопласта и замораживающих колонок в обрушенной горной мacce, продольное сечение; на фиг. 2 - сечение А-А, на фиг.1 - поперечное сечение.

Способ проходки обрушений в горных выработках 1 шахт включает в себя пожарные перфорированные пики-инъекторы 2 для подачи фенольного пенопласта 3 по трубопроводу 4 перфорированных распылителей-инъекторов 5 с трубопроводом 6 для подачи вспененной суспензии и замораживающих колонок 7 с трубопроводом 8 подачи жидкого азота, введенных в массив обрушенных пород 9 из врубовой ниши 10, в которой размещены распределительные коллекторы 11 и 12 для подачи вспененной суспензии и низкотемпературного аэрозоля жидкого азота за временную изолирующую перемычку 13 для создания ледопородного ограждения 14 между бортами 15 горной выработки 1.

Способ реализуют следующим образом.

При проходке аварийного завала с малым содержанием влаги, образовавшегося в горной выработке 1 с неустойчивой кровлей, например, в результате взрыва метановоздушной смеси, предварительно в верхнюю часть выработки внедряют пики-инъекторы 2 для закачки фенольного пенопласта 2 с целью раскрепления обрушенных верхних пород на борта выработки 1, при этом достигается безопасность дальнейших работ по ликвидации обрушения, затем в обрушенной горной массе 9 возводят ледопородное ограждение 14. При этом для увеличения его прочности производят в зоне замораживания тампонирование пустот между комками обрушенной породы. С этой целью на границе обрушения устанавливают временную предохранительную перемычку 13, позволяющую исключить проникновение из завала в действующее пространство горной выработки 1 сопутствующих газовых выделений и тампонажного раствора. Затем с внешней стороны периметра сечения выработки 1 из нищи 10 гидравлическими домкратами (не показаны) внедряют в обрушенную горную массу 9 перфорированные инъекторы-оросители 5 и замораживающие колонки 7, наращивая их звеньями по мере надобности. При этом их располагают в два концентрических ряда, с размещением замораживающих колонок 7 по внутреннему ряду, а перфорированных инъекторов-оросителей 5 - по внешнему. Чтобы исключить вмерзание перфорированных инъекторов-оросителей 5 в тело образуемого ледопородного ограждения 1 и тем самым сохранить их работоспособность на протяжении всего процесса замораживания, их задавливают в обрушенную горную массу 9 за пределами ледопородного ограждения 14, т.е. на расстоянии от замораживающих колонок не менее вычисленного по формуле:



где R - расстояние между внешним рядом инъекторов-оросителей и внутренним рядом замораживающих колонок, м;

Н - расчетная толщина стенки ледопородного ограждения, м;

L - расстояние между замораживающими колонками, м.

Например, в нижнем ряду замораживающие колонки 7 размещены друг от друга на расстоянии I = 0,8 м, а расчеты по известным методикам ледопородного ограждения 14 показали, что оно для обеспечения необходимой прочности должно быть толщиной Н = 1,5 м. Следовательно, расстояние от внутреннего ряда до внешнего, по которому размещены перфорированные инъекторы-оросители 5, должно быть не менее



Одновременно с введением колонок и инъекторов-оросителей во врубовой нише 10 монтируют приемный распределительный коллектор 12 с подсоединением к нему выходных патрубков замораживающих колонок 7, а на входе с трубопроводом 8 к блоку резервуаров жидкого азота (не показан). Входную сторону всех перфорированных инъекторов-оросителей 5 сообщают с распределительным коллектором 11, который подключают к шахтному водопроводу или тампонажной емкости трубопроводом 6. После окончания монтажа в перфорированные инъекторы-оросители 5 подают вспененную суспензию или жидкообразный тампонажный заполнитель, которые предварительно охлаждают в теплообменнике жидким азотом (не показан) до температуры в пределах от нуля до плюс два градуса Цельсия. Одновременно в замораживающие колонки 7 подают низкотемпературную эмульсию жидкого азота. Образующийся после испарения газообразный продукт собирается в распределительном коллекторе 12, откуда затем направляется в замораживающие колонки 7 и далее для создания ледопородного ограждения 14. Тампонажный вспененный заполнитель подают в обрученную горную массу 9 до полной пропитки зоны замораживания, после чего подачу прекращают или периодически подают по мере надобности. Подачу жидкого азота в замораживающие колонки 7 осуществляют до полного смыкания с пенопластовым заполнителем 3 и образующихся вокруг колонок ледопородных цилиндров и создания ледопородного ограждения 14 заданной толщины Н. После чего начинают проходку по сечению горной выработки 1 с уборкой продуктов обрушения и креплением бортов обычным способом, при этом предварительное заполнение фенольным пенопластом верхней части обрушенного массива на борта 15 горной выработки 1 обеспечивает надежность работ по уборке горной массы пород 9.

Предложенное техническое решение позволяет значительно повысить безопасность труда в горных выработках при проходке слабоувлажненных аварийных обрушений с неустойчивой кровлей в куполе обрушения и снизить трудовые и материальные затраты на производство горноспасательных работ при ликвидации обрушений в шахтах.