Пристрій для ізоляції ліквідованого вертикального глибокого стовбура шахти від земної поверхні та спосіб його спорудження

1. вертикального глибокого стовбура шахти від земної поверхні, що містить залізобетонне перекриття, розташоване на опорі з газовідвідною трубою, що проходить крізь нього, який відрізняється тим, що він складається із саморозпірного перекриття у вигляді куреня, демпферного шару із сипучого матеріалу, конусоподібної монолітної бутобетонної "пробки", утвореної зі зруйнованих буропідривним способом кріплення стовбура й порід навколо нього, зміцнених самотвердіючою в'яжучою речовиною, C2 2 82396 1 3 залізобетонний полок перекриття, що знижує надійність тривалого стійкого функціонування ізолюючого пристрою, що зводиться. Відомі пристрій і спосіб ізоляції ліквідованого вертикального ствола, що має вихід на земну поверхню, які полягають у спорудженні на певнім видаленні від устя ствола з опорою на корінні породи у формі усіченого конуса по діаметру й висоті, що перевищує діаметр ствола, розпірної монолітної залізобетонної "пробки" з наступним засипанням до рівня земної поверхні закладним сипучим матеріалом, що опирається на це перекриття, і зведенням плоского полка, що перекриває устя ствола [Проектирование опор в ликвидируемых стволах угольных шахт и расчет их параметров / И. Цыганок, И.Ф. Ярембаш, Н.Г. Ворхлик и др. // Вести горн. ин-та Донецкого ГТУ. 1999. -№9. - С. 36-40]. Недоліками відомих пристрою й способу ізоляції ліквідованого вертикального ствола, що має вихід на земну поверхню, є ті ж, що й вищевказані, а також складність спорудження в стволі монолітної конічної форми "пробки"перекриття висотою, що перевищує діаметр ствола, при повнім видаленні по його периметру кріплення, підсікання якого знижує її стійкість вище цього перекриття. Найбільш близьким за технічною сутністю та досягаємому результату, є пристрій для ізоляції ліквідованого глибокого ствола шахти, що складається із залізобетонного перекриття, розташованого на опорі з газовідвідною трубою, що проходить через перекриття [Цыганек И., Ярембаш И.О., Пилюгин В.И. Проблеми ліквідації вертикальних стовбурів вугільних шахт // Вугілля України. - 1998. - №2. - С. 54-56]. Найбільш близьким способом спорудження перекриття є спосіб, що включає зведення перекриття й засипання його до рівня земної поверхні самотвердіючим закладним матеріалом. [Цыганек И., Ярембаш И.Ф., Пилюгін В.И. Проблеми ліквідації вертикальних стовбурів вугільних шахт // Вугілля України. - 1998. - № 2. С. 54-56]. Недолік відомих пристрою (перекриття) і способу його зведення полягає в незабезпеченні за досить тривалий період часу високої надійності ізоляції ліквідованого вертикального ствола від земної поверхні, тому що ваги закладки, що самотвердіє, у межах її висоти разом із кріпленням протидіють тільки реакція плоского опорного перекриття в стволі й сила бічного опору їх вертикальному переміщенню, що послабляє контакт із породами, що уміщується, і забутуванним матеріалом за рахунок проникнення по них ґрунтових вод. При досить тривалій експлуатації розглянутого ізолюючого спорудження під впливом активізації зрушення приробленого масиву порід, який оточує ствол, через втрату їх міцності під впливом води затопленої шахти, накопичуються осідання цього спорудження, які при досягненні критичної величини приводять до утворення навколо ліквідованого ствола небезпечної зони провалу земної поверхні. В основу винаходу покладене завдання вдосконалення пристрою для ізоляції ліквідованого вертикального глибокого ствола 82396 4 шахти від земної поверхні й способу його спорудження шляхом створення на місці з розпушених вибухом і зміцнених составом скріплюючих речовин порід масивної монолітної бутобетонної саморозклинюванної «пробки», при цьому підвищення несучої здатності досягається збільшенням тривалості її надійного функціонування за рахунок зниження проникнення ґрунтових вод через «пробку» і по поверхні контакту з породним масивом, що знижують тривалу міцність цього ізолюючого пристрою. Поставлене завдання вирішується тим, що пристрою для ізоляції ліквідованого вертикального глибокого ствола шахти від земної поверхні, що містить залізобетонне перекриття, розташованого на опорі з газовідвідною трубою, що проходить через нього, відповідно до винаходу, складається із саморозпірного перекриття курінноподібної форми, демпферного шару із сипучого матеріалу, конусоподібної монолітної бутобетонної «пробки», утвореної зі зруйнованих буропідривним способом кріплення ствола й порід коло нього, зміцнених самовердіючою в'яжучою речовиною, металевими штангами й перфорованоютрубою для нагнітання скріплюючого розчину, з розташованою в ній меншого діаметра газовідвідної труби, а в способі його спорудження, що включає зведення перекриття й засипання його до рівня земної поверхні самотвердіючим закладним матеріалом, відповідно до винаходу, спочатку нижче устя ствола в корінних породах зводять курінноподібне саморозпірне перекриття, що опирається на ці породи й кріплення ствола, на якому встановлюють і зміцнюють газовідвідну трубу усередині перфорованої труби більшого діаметра й створюють шар, що демпфірує, із сипучого матеріалу, а потім вище його навколо ствола буропідривним способом руйнують його кріплення й розпушують породи з утворенням конусоподібної порожнини з наступним їхнім зміцненням скріплюючим розчином, створюючи тим самим конусоподібну монолітну бутобетонну "пробку", а навколо вертикальної осі ствола бурять похилі убік її під кутом контрольні шпари до перетинання ними мезозойських відкладень, нагнітають у них скріплюючу речовину й вставляють металеві штанги. Фіг.1 зображено у загальному вигляді На пропонований пристрій; на Фіг.2 - вертикальний переріз пропонованого пристрою, проміжний етап його спорудження; на Фіг.3 - вертикальний переріз кінцевого етапу спорудження пристрою. Пристрій для ізоляції ліквідованого вертикального глибокого стовбура 1 з устям 2 складається з тимчасового робочого полку 3, що опирається на розстріли 4, кріплення 5 стовбура та корінні породи 6, і містить каркас 7 у вигляду куреня, що складається з похило 8 і горизонтально 9 розташованих металевих балок. На опалубці 10 та додатковій арматурі 11 з опорою на горизонтальні балки по центру стовбура 1 встановлена та за допомогою знімних канатних розтяжек 12, натяжних пристосувань і розпірок 13 зафіксована у вертикальному положенні перфорована труба 14 з розташованою усередині її газовідвідною металевою трубою 15 і 5 прикріплених до неї навісних відрізків каната 16, до труби 14 підведений штуцер 17 для нагнітання скріплюючої речовини. Над каркасом 7 після затвердіння бетону утворюють бутобетонне саморозпірне перекриття 18 із демпфірувальним шаром 19, а навколо стовбура 1 розміщають серії шпар 20. У ліквідованому стовбурі 1 діаметром Dc на глибину Нр> ADC від його устя 2 видаляють його розстріли, встановлюють тимчасовий робочий полок З, що опирається на залишені розстріли 4 стовбура 5 і корінні породи 6, споруджують із похило 8 і горизонтально 9 розташованих металевих балок, що з'єднуються між собою, каркас 7 у вигляді куреня, на який після зведення опалубки 10 і додаткової арматури 11 з опорою на центральні горизонтальні балки встановлюють по центру стовбура та фіксують за допомогою з'ємних канатних розтяжек 12, розпірок 13 у вертикальному положенні перфоровану 14 і розташовану в ній меншого діаметра газовідвідну 15 металеві труби, а також навішують навколо них відрізки канатів 16, укладають бетон на максимальну висоту hn³0,8Dcfgμ (μ - кут нахилу поперечних балок). Після закінчення часу затвердіння бетону, утворюють залізобетонне саморозпірне перекриття 18, на якому зводять із сипучого матеріалу демпфірувальний шар 19 висотою hв>0,5Dc . Від його рівня в межах частини глибини ствола Нр установлюють величини потужностей корінних порід hk, мезозойських відкладень hM і наносів hH, відповідно межові кути їх стійких природних укосів β,1 (див. Фіг.2) із земної поверхні Коло стовбура δ і γ. на різному видаленні від нього та один від одного бурять серії радіально розташованих шпар 20, глибина яких з видаленням від стовбура зменшується, починаючи від максимального значення Нр залежно від потужності складових порід і кутів їх стійкого природного укосу. Потім роблять заряджання шпар 20 та їх наступне серійне висадження з сповільненням (див. Фіг.3), тим самим утворюють розпушену масу в порожнині 21, обмеженої поверхнями у вигляді усіченого конусу з діаметрами мінімальним Dc унизу, максимальним Do вгорі та конусоподібного укосу 22 розпушених порід, що виступає над рівнем землі, на висоту 82396 6 h0 = 2Hp(Hpctgy ´ Kp - Дc ) 2Hpctgy - Дc Тоді кут нахилу цієї конусоподібної поверхні буде x0 = arctg h0 /( 0,5 Дc + Hpctgy ) [ ] де ψ й Кр - середньозважені величини відповідно кута стійкого укосу порід і коефіцієнта їхнього розпушення вибухом. Через штуцер 17 перфорованої труби 14 нагнітають скріплюючу речовину до повного заповнення порожнеч розпушених порід, для додаткового зміцнення розпушених порід наносів бурять навколо вертикальної осі стовбура 1 похилі в її сторону під кутом φ контрольні шпари 23 до перетинання ними мезозойських відкладень, через які також нагнітають скріплюючу речовину та по закінченні цього вставляють в них армовані металеві штанги. Споруджене таким способом масивне монолітне перекриття, що ізолює від земної поверхні стовбур, що ліквідується, частину своєї ваги Q у вигляді складової N = Qctgy передає на шорстку конусоподібну поверхню недоторканого цільного породного масиву, по якій виникає разом з реакцією саморозпірного перекриття у вигляді куреня в стовбурі протидіюча його осіданню сила F=P=NKn (Кn - коефіцієнт опору бутобетонного матеріалу по поверхні породного масиву). При виготовленні перекриття, яке ізолює стовбур, що ліквідується від земної поверхні, має місце використання ефекту розклинення опорної конструкції. Така технологія дозволяє застосовувати механізований спосіб виготовлення перекриття, зменшити витрати на повне засипання глибокого стовбура закладним матеріалом. Застосування запропонованих пристрою для ізоляції ліквідованого вертикального глибокого стовбура та способу його спорудження дозволить підвищити надійність його тривалого функціонування як ізолюючого засобу від впливів, що виникають при активізації зрушення масиву земної поверхні навколо цієї виробки, і впливу води. 7 Комп’ютерна верстка В. Клюкін 82396 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601