Спосіб заповнення порожнеч за кріпленням підземних виробок

Способ заполнения пустот за крепью подзем ных выработок, включающий установку крепи, укладку затяжки и рукавов с твердеющей смесью, отличающийся тем, что по контуру выработки в пустоту укладывают герметичную пленку, а перед укладкой рукава в него устанавливают размещенные одна в другой внутреннюю емкость с сухой смесью и системой перфорированных труб и внешнюю емкость с сухой смесью, при этом внешняя оболочка рукава изготовлена из упругого сетчатого материала, и производят увлажнение смеси во внешней емкости, а затем контролируют смещение звеньев крепи и при превышении конструктивной податливости крепи увлажняют смесь во внутренней емкости Изобретение относится к горной промышленности, а именно к способам поддержания горных выработок, проведенных на глубоких горизонтах в условиях слабых обводненных боковых пород, характеризующихся повышенным давлением и повышенным смещением пород по контуру крепи выработки Известен способ заполнения пустот за крепью подземных выработок антигидритом (см Шрер Д Заполнение ангидритом закрепного пространства выемочных штреков "Глюкауф" 1972, №22) Сущность способа заключается в том, что подготовленную смесь из ангидрита и активатора доставляют к месту укладки по трубам сжатым воздухом На выходе из трубы выбрасываемую смесь увлажняют На арки крепи, перед заполнением пустоты ангидритом, укладывают мешковину и сетчатую затяжку Способ осуществляют с применением специального технологического оборудования Недостатком способа является то, что его невозможно применять при проведении выработки по обводненным породам, так как вода, стекающая по стенам выработки, смывает ангидрит до его затвердевания Недостатком является и то, что закрепное заполнение, созданное указанным способом, является жестким и при смещении породных стенок разрушается и теряет несущую способность, что исключает достижение постав ленной цели Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ заполнения пустот за рамами штрековой крепи Буллфлекс (см Брайт, Крае, Шроер Заполнение пустот за рамами штрековой крепи методом Буллфлекс "Глюкауф", 1960, № 13, С 12) принят в качестве прототипа Сущность способа заключается в том, что в желоб профиля арки после ее возведения помещают рукав из специального упругого материала, а затем укладывают на арки крепи сетчатую затяжку После этого в рукав нагнетают насосом специальную твердеющую смесь Материал рукава и твердеющая смесь не сцепляются В процессе нагнетания смеси в рукав он расширяется, заполняет желоб профиля крепи, выдавливается из желоба и прижимает сетчатую затяжку к породам за рамами штрековой крепи Так как рукав и сетчатая затяжка прижимаются к боковым породам с определенным усилием, то величина смещения пород уменьшается Недостатком способа Буллфлекс является то, что способ можно применять, если глубина пустот за арками крепи не превышает 37см, так как пустоты с большей глубиной не заполняются расширившимся рукавом, а затяжка не прижимается к породным стенкам выработки и не препятствует смещению пород и способ в этих условиях не эф о 00 о го ю 45308 фективен мосферу подземной выработки ядовитых газов, что запрещено действующими Правилами БезоНедостатком является и то, что рукав заполпасности К недостаткам относится и то, что герняет пустоты только по периметру арки крепи, т е метичные оболочки, заполнившие пустоты и не около 1/5 части пространства между смежными имеющие сцепления между собой, снижают безоарками и поэтому боковые породы имеют возможпасность работ при перекреплении выработки, так ность перемещаться во внутрь полости выработки как они выпадают из пустоты при демонтаже арки в пределах между арками При величине пролета 0,7м и более способ не эффективен, так как сетВ основу изобретения поставлена задача созчатая затяжка при условии ее прижатия к породам дания способа заполнения пустот за крепью подпо контуру арки не препятствует смещению пород земных выработок твердеющим массивом из отРукав, заполненный твердеющей смесью не индельных рукавов и увеличения прочности массива тегрирует с крепью путем интеграции с крепью, что обеспечивает уменьшение величины и скорости смещения поК недостаткам следует отнести и то, что в род и крепи при проведении выработки по обводпроцессе нагнетания твердеющего состава в руненным породам Поставленная задача решается кав, арка крепи испытывает дополнительное потем, что в способе заполнения пустот за крепью вышенное давление, что приводит к проскальзыподземных выработок, включающем установку ванию звеньев в узлах податливости, крепь при крепи, укладку затяжки и рукавов с твердеющей этом теряет контакт с боковыми породами, что смесью, согласно изобретению, по контуру выраприводит к повышенным смещениям пород по ботки в пустоту укладывают герметичную пленку, контуру крепи и исключает достижение постава перед укладкой рукава в него устанавливают ленной цели и способ не эффективен Кроме эторазмещенные одна в другой внутреннюю емкость го, для использования способа Буллфлекс требус сухой смесью и системой перфорированных ется специальное сложное, дорогостоящее труб и внешнюю емкость при этом внешняя обооборудование лочка рукава изготовлена из упругого сетчатого Известна оболочка для закладки пустот в горматериала и производят увлажнение смеси во ных выработках (см а с СССР № 1155785, Кл Е внешней емкости, а затем контролируют смеще21 F 15/00, Е 21 F15/02, 1984 ) Оболочка для зание звеньев крепи и при превышении конструккладки пустот в горных выработках включает две тивной податливости крепи увлажняют смесь во вкладываемые одна в другую герметичные емковнутренней емкости сти, внутренний объем которых заполнен рабочими компонентами для образования вспениваюНовым по отношению к прототипу является то, щейся, а затем твердеющей смеси Внешняя что способ заполнения пустот за крепью подземгерметичная емкость, выполненная из резины или ных выработок содержит укладку по контуру выполихлорвинила, образует пакет, который снабработки в пустоту герметичной пленки, изготовлежен по периметру ребрами жесткости и заполняние не герметичных рукавов из сетчатого ется смоляным раствором В смоляном растворе материала, сцепляющегося со связующим матерасполагается арматурная сетка, концы которой риалом смеси, установку во внутренней емкости закреплены на стенке внешней оболочки Внутрь системы перфорированных труб, увлажнение сувнешней емкости помещают герметичную емкость хой смеси во внешней емкости, увлажнение сухой в виде полого шнура, заполненного вспенивающесмеси во внутренней емкости Наличие новых суотверждающим продуктом Стенки пологого шнура щественных признаков, совместно с известными выполнены из желатина или другого материала, признаками, обеспечивает решение поставленной растворяющегося под воздействием смоляного задачи раствора При взаимодействии смоляного раствоПроведение выработок с использованием сура и вепенивающв-отверждающего продукта обществующих технологий характерно тем, что за разуется пенопласт, объем которого многократно крепью выработки образуются пустоты, размер превышает первоначальный объем внешнего геркоторых в боках достигает 0,5 - 0,6м, а в кровле метичного пакета, одновременно принимая форму 1,0 - 1,5м Наличие пустот способствует смещезакладываемой пустоты При использовании однию боковых пород, что приводит к увеличению новременно нескольких пакетов обеспечивается давления на крепь Специальными наблюдениями закладка пустот любых размеров Недостатком установлено, что заполнение закрепной пустоты изобретения по а с № 1155785 является то, что вручную мелкой породой уменьшает смещение при одновременном использовании нескольких боковых пород на 10% по сравнению со смещегерметичных емкостей, уложенных одна на другую ниями без заполнения Механизированное заполдля закладки пустоты за крепью, оболочки не нение пустот природным ангидритом уменьшает имеют сцепления между собой и не образуют несмещение на 18 - 20% по сравнению со смещесущей конструкции, воспринимающей косо наниями при ручном заполнении Наибольший эфправленные и горизонтальные смещения пород, фект заполнение закрепной пустоты дает, если что не препятствует их смещению и поэтому обооно осуществляется на расстоянии 15 - 25м от лочки не эффективны проходческого забоя Механизированное заполнение не получило широкого распространения из-за Недостатком является и то, что герметичная сложностей размещения дополнительного оборуоболочка, зажатая между крепью с железобетондования в ограниченном пространстве, а также изной или металлической решетчатой затяжкой с за трудностей в совмещении процесса заполнения одной стороны и смещающимися породами - с с другими процессами в проходческом забое Усдругой, будет проколота породой, что приведет к тановлено существенное влияние прочности маеразгерметизации оболочки и выходу из нее в ат 45308 сива заполнения на смещение пород [см Шильщества, чем смесь для емкости 6 После заполнеман Е А "Повышение устойчивости горных вырания емкости 7 смесью 10 края сетчатой оболочки боток путем безнапорного заполнения заверенно12 сшивают или запаивают Рукава 3 из двух влого пространства тампонажним раствором", женных одна в другую емкостей 6 и 7, заполненШахтнпе строительство, 1982, № 9 , С 1 6 - 1 8 , ных смесью 10, причем во внутренней емкости 6 Брайт Ф , Крае Ю , Шроер Д "Заполнение пустот установлена система перфорированных труб 9, за рамами штрековой крепи методом Буллфлекс" доставляют в контейнерах к месту укладки Перед Глюкауф, 1980, № 13, С 12-17, Амусин Г "Влияукладкой, рукава 3 в закрепную пустоту 1, его ние забутовки закрепного пространства и контактопускают на несколько секунд в воду В рукаве 3 ных условий на несущую способность крепи ", Фисухая смесь 10 увлажняется на глубину 3 - 5см зико-технические проблемы разработки полезных Рукава с увлажненным, и поэтому превративископаемых, 1989, № 3, С 61 - 66] шимся из сыпучего в пластичный, слоем 13 между стенками 11 и 12 емкостей 6 и 7 легко заполняют Сущность изобретения поясняется чертежапустоты 1 любых размеров и конфигураций (фиг ми, на которых изображены на фиг 1 ~ схема спо5,6) Для заполнения закрепной пустоты рукава соба заполнения закрепной пустоты твердеющими укладывают один на один в несколько рядов При рукавами, общий вид ( на чертеже условно заукладке рукавов часть раствора вытекает через крепная пустота с одной стороны выработки не сетчатую оболочку и рукава сцепляются с крепью заполнена рукавами, фиг 2 - то же, разрез по А-А, и между собой, образуя после затвердевания мофиг 3 - рукав после установки системы перфоринолитное металло-бетонное заполнение закрепрованных труб и заполнения сухой смесью, разрез ной пустоты Прочность заполнения зависит от по В-В, фиг 4 - то же, разрез по Б-Б, фиг 5 - рукав прочности каждого рукава В каждом рукаве 3 увпри применении после растрескивания и образолажненный слой 13 между стенками емкостей 11 и вания ядра, разрез по Г-Г, фиг 6 - то же, разрез по 12 затвердевает в течение 3 - 4 часов и по контуру Д-Д рукава образуется жесткая прочная стенка 13, Пример Применение предлагаемого способа толщиной 3 - 5см Сетчатые оболочки 11 и 12 сцезаполнения закрепной пустоты 1 между смежными пляются со связующим материалом смеси, что арками 2 твердеющими рукавами 3 рассматривазначительно увеличивает прочность слоя 13 Коется применительно к горизонтальной выработке эффициент сцепления смеси с оболочкой рукава 4, проведенной по слабым обводненным породам равен 0,6 - 0,7 Образовавшийся жесткий рукав 3 5 Выработку 4 проводят с применением проходсодержит сухую легкую сыпучую смесь 10 внутри ческого комбайна емкости 6 Прочность на сжатие рукава 3 с жестПосле установки арок 2 за ними образуется кими стенками 13 через 3 - 4 часа после укладки пустота 1 Глубина закрепной пустоты 1 по перисоставляет 4 - бМПа в зависимости от толщины метру выработки 4 и в пределах между смежными оболочек 11,12 и толщины стенки 13 арками 2 колеблется от 0,4 до 0,5м, фиг 1 Объем пустоты 1, подлежащий заполнению, колеблется Таким образом использование сетки позволяот 1 до 2,5м3 на 1м выработки Для заполнения ет создать заполнение закрепной пустоты, прочзакрепной пустоты 1 на поверхности шахты изгоность которого определяется не только прочнотавливают из упругой сетчатой оболочки, напристью вяжущего вещества, но и наличием мер, капрона рукава 3 Каждый рукав 3 состоит из армировки, роль которой выполняет стальная емкости 6, вложенной в емкость 7 Емкости 6 и 7 крепь и сетчатые оболочки, сцепляющиеся с масоединимы между собой внутренними упругими териалом заполнения в процессе его затвердевасвязями 8, которые фиксируют определенное расния стояние между стенками емкостей 6 и 7 и опредеВ выработках 4, проводимых по слабым и обляют толщину слоя между оболочками 11 и 12 Во водненным породам 5, пустоту 1 за крепью 2 завнутреннюю емкость 6 помещают систему перфополняют рукавами 3, предварительно уложив на рированных труб 9 Сухой легкой смесью 10 снаарки крепи 2 железобетонную или решетчатую чала заполняют внутреннюю емкость 6 Затем затяжку 14 Между рукавами 3 и породной стенкой заполняют внешнюю емкость 7 Емкости имеют 5 укладывают пленку 15, которая защищает рукапрямоугольную форму, размеры 0,5 х 0,40 х 0,2м ва на период их затвердевания от размывания или 0,4 х 0,35 х 0,1м, фиг 3,4 Возможны и другие водяными струями, стекающими по породным размеры рукава Перфорированные трубы могут стенкам 5 При необходимости закрепный массив быть переносными из сцепившихся между собой рукавов 3 прикрепляют к породным стенкам 5 анкерами Легкая сухая смесь состоит из связывающего вещества, например, цемента или фосфогипса и Возведение закрепного заполнения из отнаполнителя, например, керамзита или древесных дельных рукавов, сцепившихся между собой и с опилок Соотношение связывающего и наполникрепью, позволяет применять герметичную пленку теля в смеси зависит от требуемой прочности на в закрепной пустоте для предохранения рукавов сжатие затвердевшего рукава 3 и колеблется от 1 от размывания их водой до затвердевания увлаж3 до 1 5 После заполнения емкости 6 смесью ненной смеси как при проведении, так и при пере10 края сетчатой оболочки 11 сшивают или запаикреплении выработки, проведенной по обводненвают Смесь во внутренней емкости 6 содержит ным породам повышенное количество связывающего вещества Возможно также в выработке 4, проводимой - 1 3 После заполнения емкости 6 заполняют смепо слабым обводненным породам 5, укладывать в сью 10 внешнюю емкость 7 Смесь для емкости 7 закрепную пустоту 1 рукава 3, в которых пластичсодержит меньшее количество связывающего веный слой 13 не полностью затвердел В этом слу 45308 8 дают по системе перфорированных труб 9, устачае перед укладкой очередного рукава на ранее новленных во внутренней емкости 6 Воду подают уложенный рукав наносят слой увлажненного мапод давлением 0,2 - 0,5атм (фиг 5,6) териала 10 с целью повышения сцепления между Вода вытекает из системы труб 9 и смачивает рукавами смесь 10 во внутренней емкости 6 Смоченная При проведении выработок по сухим породам смесь 10 через 3 - 4 часа затвердевает по контуру рукава 3 с пластичным слоем 13 между внутренсистемы труб 9, после чего образуется во внутней 11 и внешней 12 оболочками укладывают в ренней оболочке 6 ядро 18, соединяющееся с закрепное пространство так, чтобы они распиравнешней жесткой оболочкой 13 стенками 19 лись между боковыми передними стенками 5, креПрочность ядра 18 выше, чем прочность стенок пью 2 и металлической решетчатой затяжкой 14, 13, так как смесь во внутренней емкости 6 содеруложенной на арки крепи 2 Через 3 - 4 часа, в жит повышенное количество связывающего вещезависимости от типа связывающего вещества в ства После образования ядра 18 закрепное засмеси 10, пластичный слой 13 затвердевает и обполнение из блоков 3 оказывает повышенное разуются жесткие рукава 3, имеющие сцепление с сопротивление смещающимся породам 5 и великрепью и препятствующие смещению боковых чина смещения пород 5 уменьшается на 20 - 25 % пород 5, что обеспечивает уменьшение смещения по сравнению со смещениями без заполнения арок крепи 2 закрепной пустоты рукавами 3 Податливость закрепного массива из рукавов 3 обеспечивается за счет уплотнения рукавов 3 под влиянием давления пород 5 При больших величинах давления на рукава 3, превышающих их прочность на сжатие, жесткие стенки 13 рукава 3 растрескиваются с появлением трещин 16 без разрыва упругого материала оболочек 11 и 12 При растрескивании жестких стенок 13 отмечается повышение величин смещения звеньев крепи 2, что контролируют по величине проскальзывания сегментов в замках податливости 17 (фиг 1) Следовательно применение рукавов из двух емкостей, заполненных сыпучим материалом, позволяет регулировать податливость закрепного заполнения путем образования различной толщины жесткой стенки во внешней емкости после затвердевания увлажненной смеси, что достигается при различной продолжительности увлажнения рукава перед его помещением в закрепную пустоту Для уменьшения величины смещения крепи 2 закрепное заполнение из рукавов 3 упрочняют путем увлажнения сыпучего материала внутренней емкости 6 Воду во внутреннюю емкость 6 по І7 Фиг. 1 Наличие системы перфорирования труб для подачи воды позволяет увлажнить сыпучую смесь во внутренней емкости, что увеличивает прочность закрепного заполнения после затвердевания увлажненной смеси Таким образом закрепный массив из рукавов 3, заполнивший пустоту 1 за крепью 2, повышает устойчивость выработки, что позволяет уменьшить площадь поперечного сечения выработки на 25 - 30% при ее проведении За счет уменьшения площади поперечного сечения выработки уменьшаются затраты на ее проведение Закрепный массив из рукавов 3 исключает точечные нагрузки на арку крепи и ее несущая способность повышается в 1,5 - 2 раза Использование предлагаемого способа заполнения пустоты за крепью выработок твердеющими, периодически упрочняемыми рукавами из упругих сетчатых оболочек, сцепляющихся со связывающим материалом сыпучей смеси рукава при ее увлажнении и с арками крепи, уменьшает смещение пород и крепи, что сокращает затраты на проведение и поддержание 1м выработки на 200 - 300 тыс рублей в год 45308 10 ПВ т ; — іл . і.'- Я й ** , К "її J '• ґ і: j і' ., и; • J k • •-: Е ! г IU " " .І "t ч 1 •• •ч. і '. .; С • і 4 "•і .' л?ЛГ 2 • f i . ї" Фиг. 5 Фиг. 2 Фиг. 6 Фиг. 3 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул СІМІХОХЛОВИХ 15 м Київ 04119 Україна (044)456-20- 90 ТОВ Міжнародний науковий комітет вул Артема 77 м Київ 04050 Україна (044)216-32-71