Спосіб консервації вертикального стволу

Спосіб консервації вертикального стволу, який включає визначення коефіцієнта тривалої стійкості оголених порід S , визначення розподілу остаточного опору кріплення по всій поверхні стволу qост. , часу t тривалої стійкості ствола в цілому і в місцях, де t менше припущеного значення T (час, впродовж якого необхідно забезпечити стійкість ствола), виконують роботи по підсиленню кріплення і(або) порід, що уміщують ствол для запобігання їх від руйнування, причому ступінь посилення кріплення і порід dK приймають пропорційним різниці t - [T ] згідно із залежністю: dK = 3,7 exp(1 - (t - [T ])) де t - розподіл часу тривалої стійкості ствола на момент його обстеження; T - час, впродовж якого необхідно забезпечити стійкість ствола. (13) 34131 (11) UA Відомий спосіб оцінки стійкості порід вертикального стволу, при якому оцінка стійкості стінок ствола виробляється за величиною абсолютного розміру радіусу зони руйнування навколо незакріпленого стволу (Булычев Н.С., Абрамсон Х.И. Крепь вертикальних стволов шахт. - М.: Недра, 1978. - 301 с.). При цьому наведений критерій стійкості, що враховує кут внутрішнього тертя, коефіцієнт бокового тиску в незайманому масиві, об'ємну масу порід, глибину, межу міцності порід на стиск з урахуванням структурного ослаблення, тривалості навантаження і стійкості. Недоліком даного способу є відсутність прямо-го зв'язку з тривалою стійкістю ствола після його погашення (закриття). Крім того, у міру обвалення стінок ствола радіус зони руйнування буде завжди збільшуватися доти, доки ствол не завалиться зовсім, якщо цей процес не буде зупинений його дозасипкою або іншими штучними мірами. Найбільш близьким за технічною суттю і результатом, що досягається, до винаходу, що заявляється, є спосіб консервації вертикального стволу, при якому ствол повністю засипається негорючими матеріалами (за винятком глини), а після цього перекривається в 10 м від устя і біля поверхні залізобетонними полицями, простір між якими також засипається породою (див.: Инструкция о порядке консервации и ликвидации горнодобывающих предприятий (в части обеспечения безопасности и полноты выемки полезных ископаемых): Утв. Гостехнадзором СССР 30.08.68 (19) Винахід відноситься до гірничої справи, зокрема, до консервації вертикального стволу і може бути використаний для забезпечення його тривалої стійкості. Відомий спосіб оцінки стійкості порід вертикального стволу, при якому ступінь стійкості оцінюється за комплексним показником вивалоутворення S (Булычев Н.С., Абрамсон Х.И. Крепь вертикальних стволов шахт. - М.: Недра, 1978. 301 с.). Показник стійкості пропорційний коефіцієнта міцності порід, модуля відносної тріщинуватості або її густоти, міри шорсткості тріщин і їх обводнення, а також обернено пропорційний параметру орієнтації осі стволу відносно головної системи тріщин, числу систем тріщин, величині розкриття і міцності заповнювача тріщин. Недоліком даного способу є відсутність прямо-го зв'язку з тривалою стійкістю ствола після його погашення або закриття. Умовно можна розгляда-ти механізм старіння кріплення в порожньому покинутому стволі як процес зближення його міцності з міцністю порід, що уміщують ствол. Тоді при виникненні затриманих в часі вивалів кріплення і порід з стінок ствола стан ствола в цілому завжди буде знаходитися в перехідній категорії від стійкої до цілком стійкої. Це протиріччя свідчить, що роз-роблений критерій стійкості був призначений для обмеженого терміну експлуатації ствола, в процесі якого стежать за станом його кріплення. A який відрізняється тим, що визначають розподіл 34131 безпечні з точ-ки зору тривалого обвалення, зони. В цілому про-цес тривалих зміщень порід в місцевості покину-того або погашеного вертикального стволу харак-теризується несиметричністю, вибірковістю і само-затуханням під впливом підпору обвалених порід. В зв'язку з цим авторами запропоноване виборче управління напружено-деформованим станом по-рід в найбільш небезпечних зонах. Ці зони зв'язані з місцями перетину слабких порідних проша-рувань, ділянками раніше відбувшихся при проходці і експлуатації ствола вивалів, пошкодження кріплення і устя ствола. Для визначення небезпеч-них зон необхідно враховувати спільну протидію гірському тиску з боку кріплення, з урахуванням його остаточного опору, і порід, що уміщують ствол. Виходячи з теорії довговічності твердих тіл, будь-яке тіло під навантаженням зруйнується з течією часу. Тому, визначивши час стійкого стану порожнього вертикального стволу, його слід роз-глядати тільки відносно якого-небудь заздалегідь відомого проміжку часу. Таким чином, зусилля на зміцнення небезпечних зон будуть прямо пропор-ційними необхідному часу тимчасової консервації вертикального стволу. Означені ознаки складають суть винаходу, бо є необхідними і достатніми для досягнення технічного результату - виборчого управління напружено-деформованим станом ствола в найбільш небезпечних зонах. За рахунок цього створюються умови тривалого терміну стійкого стану кріплення вертикального стволу і порід, що його уміщують, чим досягається ефект надійної консер-вації вертикального стволу. Спосіб здійснюється таким чином. За гірничогеологічними даними, отриманими в процесі проходки ствола і даними його періодичного обстеження впродовж терміну служби, визначають розподіл коефіцієнта тривалої стійкості оголених порід S по всій довжині ствола. Після цього визначають розподіл остаточного опору кріплення q по всій поверхні ствола як (Государственный комитет по надзору за безопасным ведением работ в промышленности и горному надзору при совете министров СССР). - М.: Недра, 1969. - 24 с; Правила безпеки в вугільних шахтах: ДНАОП 1.1.30-1.01-96: Затв. Держ. Коміт. України з на-гляду за охороною праці 18.01.96 (Міністерство вугільної промисловості України). К., 1996. - 421 с.). Цей спосіб приймається як прототип. Недоліком даного способу консервації вертикального стволу є неможливість виборчої дії на небезпечні з точки зору стійкості кріплення стволу і уміщуючих його порід місця. Засипкою ствола імітується управління його напружено-деформованим станом по всій довжині. Дослідження показали, що з часом відбувається усадка і ущільнення засипки на значну висоту (до 40% від первісної висоти) під дією власної ваги і зовнішніх чинників (гірський тиск, грунтові і паводкові води, вивітрювання і т.п.). В результаті кріплення стволу оголюється на великій довжині, відбувається накопичування пошкодження в оточенні прилягаючих до устя стволу порід з наступним їх обваленням в ствол і формуванням конуса обвалених порід. Причиною руйнування є періодичне зростання граничних розтягуючих і дотичних напружень. В основу винаходу поставлена задача вдоско-налення технології консервації вертикального стволу, в якій за рахунок нового комплексу операцій забезпечується технічний результат - виборче управління напружено-деформованим станом кріплення ствола і порід, що уміщують ствол, в най-більш небезпечних зонах. За рахунок цього ство-рюються умови тривалого терміну стійкого стану кріплення вертикального стволу і порід, що його уміщують, чим досягається ефект надійної консер-вації вертикального стволу. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в засобі консервації вертикального стволу, що включає визначення коефіцієнта тривалої стійкості оголених порід S, визначення розподілу остаточного опору кріплення по всій поверхні ствола q , який відрізняється тим, що, згі ост. функцію старіння кріплення на час погашення (закриття) ствола через розтріскування і інших видів зносу. Далі визна-чають розподіл часу t тривалої стійкості ствола за таблицею, що побудована на основі об'єднання даних натурних досліджень і фізичного та матема-тичного моделювання, проведених авторами, та даних ВНДМІ. Після цього в місцях, де t менше припущеного значення T (час, впродовж якого необхідно забезпечити стійкість ствола), виконують роботи з підсилення кріплення і(або) порід, що уміщують ствол для запобігання від їх руйнування, причому ступінь посилення кріплення і порід dK приймають пропорційним різниці t - [T ] згідно із залежністю: dK = 3,7 exp(1 - (t - [T ])) ост. дно з винаходом, визначають розподіл часу t тривалої стійкості ствола в цілому і в місцях, де t менше припущеного значення T (час, впродовж якого необхідно забезпечити стійкість ствола), виконують роботи з підсилення кріплення і(або) порід, що уміщують ствол, для запобігання їх від руйнування, причому ступінь посилення кріплення і порід dK приймають пропорційним різниці t - [T ] згідно із залежністю: dK = 3,7 exp(1 - (t - [T ])) де t - розподіл часу тривалої стійкості ствола на момент його обстеження; T - час, впродовж якого необхідно забезпечити стійкість ствола. Причинно-наслідковий зв’язок ознак, що складають суть винаходу, з технічним результатом, що досягається, пояснюється наступним. Досліджен-нями встановлено, що падіння опору кріплення ствола і втрата стійкості уміщуючих ствол порід не може реалізуватися рівномірно і водночас по всій поверхні ствола. Існують окремі, не Приклад. Для прикладу був обраний вертикальний ствол шахти № 2 ім. Ф.Кона тресту Куйбишеввугілля, закритої в 70-х роках. За гірничогеологічними даними, отриманими в процесі проходки стволу, даними його періодичного обстеження впродовж терміну служби визначили розподіл коефіцієнта тривалої стійкості оголених по 2 34131 уміщують ствол, приймався пропорційним різниці t - [T ] згідно із залежністю: рід S по всій довжині ствола. Коефіцієнт визначався згідно із залежністю: S= де f fK M K R K W Ka K N K t K A dK = 3,7 exp(1 - (t - [T ])) Підсилення порід, що уміщують ствол, вироблялося шляхом нагнітання в небезпечні послаблені зони цементних розчинів і полімерних смол в поєднанні з настановою анкерного кріплення. Підсилення кріплення ствола в небезпечних зонах вироблялося шляхом його нарощування і ліквідації тріщин на поверхні кріплення шляхом нагнітання в них складів на основі полімерних смол. В результаті було вироблене виборче управління напружено-деформованим станом кріплення ствола і порід, що його уміщують, в найбільш небезпечних зонах. За рахунок чого були створені умови тривалого терміну стійкого стану кріплення вертикального стволу і порід, що його уміщують. Наведені дії застосовувались до кожної окремої дільниці ствола, що помітно відрізняється по складу навколишніх порід і стану кріплення. В переважному числі випадків кріплення ствола не було в ідеальному стані по всій його довжині. Є місця, де воно знаходилось в незадовільному стані або принаймні сильно зношено. Крім того, в місцях, де ствол перетинає надто нестійкі дільниці масиву, місця колишніх вивалів і інші ослаблення масиву, термін тривалої стійкості різко знижувався за рахунок зменшення q або S . - коефіцієнт міцності порід за шкалою про фесора. М.М. Протодьяконова; K M - коефіцієнт, що характеризує ступінь тріщинуватості порід; KR - коефіцієнт, що характеризує шорсткість поверхні тріщин; KW - коефіцієнт, що ураховує ослаблення порід при їх зволожуванні; Ka - ко ефіцієнт, що характеризує орієнтування виробки відносно найбільш розвиненої системи тріщин; KN - коефіцієнт, що ураховує число систем трі щин; Kt - коефіцієнт, що ураховує величину роз криття незаповнених тріщин; K A - коефіцієнт, що характеризує заповнювання тріщин. В результаті ступінь стійкості порід по довжині ствола змінюється від нестійких до стійких зі значенням коефіцієнта S =0,05-70. Після цього визначали розподіл остаточного опору кріплення по всій поверхні ствола як qост. ост . Саме в цих місцях, як показали дослідження авторів, підтверджені численними результатами побічних експериментів інших авторів, відбудуться вивали в цілком недалекому майбутньому, що складає від декількох місяців до десятків років. Первинні вивали притягнуть за собою наступні більших обсягів і покинутий ствол з цілком задовільною остаточною спроможністю, що несе кріплення, може катастрофічно втратити стійкість при житті однієї генерації. Цей факт робить задачу відвернення описаної небезпечної події надто актуальною для людей, що проживають зараз. В укладення підкреслимо, що запропонований в винаході спосіб консервації вертикального стволу заснований на ідеї збереження його стійкості на тривалий, але обмежений проміжок часу з можливістю подальшого перезміцнення в випадку необхідності. Існуючі засоби можна охарактеризувати як одноразові заходи підвищення стійкості вертикального стволу. В більшості випадків після їхньої реалізації доступ в ствол перекривається назавжди. В результаті ствол наражається на небезпеку руйнування з течією часу, що обернеться великими труднощами для майбутніх генерацій. функцію старіння кріплення на час погашення (за-криття) ствола через розтріскування і інші вигляди зносу. При цьому остаточний опір приймав значення від 0 при відсутності кріплення до номінальної несучої здатності 0,5 МПа. Далі, згідно з таблицею, визначали розподіл часу і тривалої стійкості порожньої частини покинутого ствола. Таблиця побудована на основі об'єднання даних натурних досліджень і фізичного та математичного моделювання, проведених авторами, та даних ВНДМІ. Дослідження показали, що небезпечними з точки зору тривалої стійкості є дільниці порожнього вертикального стволу, у яких значення коефіцієнту S не перевищує 70, а остаточний опір кріплення ствола q складає до ост . 50% від номінального. Припущений час тривалої стійкості вертикального стволу T був прийнятий рівним ста рокам, після цього в місцях, де t менше допустимого значення T , були виконані роботи з підсилення кріплення і порід, що уміщують ствол, причому ступінь підсилення кріплення і порід dK , що 3 34131 Оцінка стійкого стану вертикального стволу, що консервується Відношення остаточного опору кріплення ствола до номінального, % 0 10 20 30 40 50 Термін тривалої стійкості ствола, місяці 0,05* 1 2 3 4 5 20 40 70 0 40 75 150 280 540 0,3 45 85 170 325 637 0,35 48 95 190 380 755 0,4 50 105 215 435 887 0,45 55 120 240 500 1050 0,5 60 125 275 575 1240 0,55 70 150 320 690 1465 6 80 175 375 800 1725 25 100 225 450 950 2040 * - у другому рядку вказані коефіцієнти тривалої стійкості оголених порід вертикального стволу S , що отримані з таблиці 6 джерела Булычев Н.С., Абрамсон Х.И. Крепь вертикальных стволов шахт. - М.: Недра, 1978. - 301 с.). __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4