Матеріал для кріплення й охорони гірничих виробок

Застосування легких коміркових бетонів як матеріалу для кріплення й охорони гірничих виробок Пропонований винахід відноситься до гірничої справи, зокрема, до кріпильних матеріалів, які застосовуються для охорони гірничих виробок і керування гірським тиском в очисних вибоях, і може бути використаний на підприємствах вугільної, сланцевої, золотодобувної промисловості при розробці пластових родовищ корисних копалин Відоме застосування як кріпильного матеріалу для охорони гірничих виробок і керування гірським тиском дерева [1,2] У залежності від виду й призначення кріпильної конструкції дерево може використовуватися у ВИДІ стояків, брусів, балок і дощок Основним недоліком цього матеріалу, стосовно до задач охорони гірничих виробок і керування гірським тиском, Б незадовільні деформаційні характеристики дерев'яних конструкцій (фіг 1) висока жорсткість при навантаженні стояків уздовж подовжньої оо і повільне сприйняття навантажування з боку бічних порід, що зміщаються, при навантаженні дерев'яних елементів поперек волокон У першому випадку додаток навантаження, що перевищує опір стояка стиску, приводить до нього практично миттєвого деформування з падінням опору до нуля (фіг 1а, кущ із дев'яти стояків) При навантаженні дерев'яних стояків (фіг 16, звичайний костер) чи брусів (фіг 1у, костер із шпального бруса) поперечним навантаженням відбувається повільне наростання опору кріплення, що незадовільно позначається на стані гірничих виробок бгчних порід, і руйнуються за рахунок високих контактних напружень Цей недолік матеріалу переборюється за рахунок виготовлення з нього складних конструкцій що володіють необхідними стосовно бічних порід деформаційними характеристиками Недоліком такого підходу є висока вартість металевого кріплення (гідравлічних стояків, тумб і т д ), що виключає можливість й залишення у виробленому просторі, а виходить, - обмежує область застосування Наприклад, виключається використання гідравлічних стояків для охорони гірничих виробок Крім того, в умовах шарів крутого падіння серйозним недоліком такого кріплення є велика вага кріпильних елементів Відомо також застосування як кріпильного матеріалу сталі [1, 2] Цей матеріал широко використовується в гірничій промисловості, однак МОНОЛІТНІ вироби з нього не мають піддатливості, необхідної для забезпечення заданих умов зсуву Найбільш близьким по призначенню до передбачуваного винаходу є бетон (залізобетон), кріплення з якого знайшло застосування для охорони гірничих виробок і керування гірським тиском в очисних вибоях [2, 3] Сутність цього технічного рішення складається у використанні бетону як матеріалу для виготовлення елементів залізобетонних тумб (БЗБТ) Зазначені елементи являють собою блоки з розмірами 500 х 400 х 100мм, вагою 50кг і максимальною МІЦНІСТЮ на стиск 50МПа Використання БЗБТ у якості кріплення в гірничих виробках припускає укладення їх один на одного по потужності шару з метою створення опор у виді тумб чи смуг для бічних порід, що зближаються Тому що бетонні блоки мають високу МІЦНІСТЬ І жорсткість, для забезпечення необхідно) піддатливості тумб чи смуг між блоками укладають прокладки з матеріалу, що може деформуватись, наприклад із дерева Недоліками бетону (залізобетону) як матеріалу спеціального кріплення, що використовується 00 ГО 46387 нається безпосередньо після постановки кріплендля охорони гірничих виробок і керування гірським тиском є велика вага елементів кріплення і незаня з легких коміркових бетонів і продовжується довільні деформаційні характеристики бетону протягом усього часу функціонування кріплення, зокрема - швидкий набір гранично припустимого що забезпечує задані умови зближення бічних навантаження (фіг 1г) із наступним руйнуванням порід за рахунок залишкового опору стиску, що або бетонних блоків або бічних порід (якщо МІЦНІскладає для легких коміркових бетонів 70% від стні характеристики останніх будуть нижче, ніж у максимально можливого бетону) Таким чином, при використанні легких коміркових бетонів у якості матеріалу для кріплення Зазначений недолік бетону в якомусь ступені усувається дерев'яними прокладками що розтагірничих виробок використовується нова, раніше шовуються між суміжними блоками (фіг 1д) Одне відома, властивість - збереження високого занак як показує досвід необхідну піддатливість лишкового опору при значному деформуванні таке комбіноване кріплення здобуває у випадку, Ця властивість проілюстрована на фіг 2, на якщо сумарна потужність дерев яних прокладок якій приведена деформаційна характеристика зраскладає не менш 30% вертикального розміру тумзка газобетону (один із видів легких коміркових би бетонів) 3 фіг 2 видно, що максимальний тиск, що витримується даним матеріалом без руйнування В основу винаходу поставлена задача розшискладає 4,9МПа Саме в цьому діапазоні навантарення арсеналу матеріалів що використовуються для охорони гірничих виробок і керування гірським жень і в режимі навантаження АВ (фіг 2) працюють тиском в очисних вибоях (З поліпшеними навантабудівельні конструкції у яких використовується жувальними характеристиками кріплення газобетон даної марки Стосовно до кріплення гірничих виробок осноПоставлена задача зважується шляхом використання у якості кріпильного матеріалу легких вною характеристикою газобетону є його залишкоміркових бетонів що представляють собою сукова МІЦНІСТЬ (ділянка кривої ВС фіг 2), що визнаміш неорганічного в'язкого, заповнювача та води, чає опір кріплення при його позамежному яка твердіє в присутності речовининавантаженні Як видно з фіг 2, залишкова МІЦпороутворювача Отриманий у такий спосіб штучНІСТЬ розглянутого зразка газобетону стабілізуєтьний камінь володіє зниженою об'ємною масою, ся на рівні 3,5МПа і зберігається при його дефорособливо високою міцністю на стиск, гарною тепмуванні до 40% первісного розміру Після цього ло - і звукоізоляцією Завдяки своєму чисто мінепочинається пресування матеріалу зі зміною його ральному складу, легкій комірковий бетон відрізвнутрішньої структури, що супроводжується підняється високою вогнестійкістю і сприяє вищенням несучої здатності зразка локалізації вогнищ загоряння, не виділяє токсичТехнічна сутність застосування легких комірних газів і інших шкідливих речовин кових бетонів по новому призначенню показана на В даний час легкі коміркові бетони застосовуфіг 1е, на якій приведена деформаційноються винятково в будівництві які стіновий матерінавантажувальна характеристика кріплення з гаал чи утеплювач [4J зобетону Як видно з фіг 1, газобетонне кріплення Запропоноване технічне рішення відповідає має максимальний опір 1800кН і по цьому показкритерію «винахідницький рівень», тому що застонику уступає тільки залізобетонному кріпленню сування легких коміркових бетонів як шахтного (фіг 1г) що має дуже малу піддатливість По великріплення не відомо і засновано на використанні чині залишково; о опору в широкому діапазоні підінших у порівнянні з традиційними областями задатливості газобетонне кріплення не має собі рівстосування, властивостей цього матеріалу них У будівельній промисловості використовуютьНа фіг 1 представлені деформаційнося високі теплоізоляційні властивості легких комірнавантажувальні характеристики різних кріпильних кових бетонів і їхня здатність сприймати механічне матеріалів навантаження в припустимих межах без руйнувана) дерево, кущ із дев'яти стояків, ня Функція легких коміркових бетонів як стінового б) дерево, звичайний костер матеріалу складається в підтримці без деформав) дерево, костер із шпального бруса, ційного стану будівельних конструкцій що спираг) залізобетон, тумба з бетонних блоків, ються на них При цьому основною характеристид) залізобетон, бетонна тумба з дерев'яними кою легких коміркових бетонів є межа МІЦНОСТІ на прокладками, одноосьовий стиск є) легкий комірковий бетон (газобетон) На відміну від будівельних конструкцій функція На фіг 2 представлена деформаційна хараккріплення гірничих вироблень складається в затеристика зразка газобетону, на фіг 3 - паспорт безпеченні заданої швидкості зближення бічних кріплення сполучення лави з конвеєрним штреком, порід що вміщають Якщо матеріал кріплення чи на фіг 4 - ЗОВНІШНІЙ вигляд кріплення з коміркових його конструкція не мають здатність деформуванбетонів (газобетонних блоків) у шахті ня зі збереженням достатнього опору стискаючим Кріпильні конструкції з комірковобетонних блонавантаженням то відбувається або руйнування ків відносяться до типу податливого кріплення кріплення, або обвалення бічних порід у випадку постійного опору, що по своїх характеристиках у коли їхні МІЦНІСТНІ характеристики нижче ВІДПОВІДзначно більшому ступені, чим кріплення наростаНИХ характеристик кріплення ючого опору, відповідають механізму зсуву бічних Тому що в гірничих виробках деформацГі досяпорід і краще перешкоджають їх розшаруванню гають 5% у добу [2] (із максимумом 2 - 3% у годину При використанні в якості охоронного кріплення ці відразу після виїмки), то процес руйнування почиконструкції здатні забезпечити 6 46387 - надійний рівномірний контакт із бічними породами, що виключає утворення небезпечних концентраторів напруги, - швидке наростання опору, що перешкоджає дезинтеграці порід у при контурній зоні; - піддатливість, достатню для розшарування порід безпосередньої покрівлі; - підтримка порід безпосередньої* покрівлі, що відшарувалися, і їхнє обвалення за межами охоронюваного простору. Кріпильні конструкції з газобетонних блоків у п/п залежності від співвідношення їхніх ЛІНІЙНИХ розмірів (Ь - ширина, І - довжина, h - висота) підрозділяються на наступні види: тумби - n, = b /1 10. Іспити матеріалу в якості шахтного кріплення проводилися на дванадцятьох шахтах п'яти виробничих об'єднань Донецького вугільного басейну. Основні об'єкти й обсяги впровадження газобетонних кріпильних конструкцій представлені в таблиці. Таблиця Кут падіння, фад Шахта, пласт, виробка товщина пласта, м Протяжність ДІЛЬНИЦІ, м 1 «Зуевсхая» {Жовтеньвугілля) 10-й західний конвеєрний штрек пласта к5 17-21 0.9-1,0 148 17-19 1,0-1,2 120 3 «Зуевская» (Жовтеньвугілля) 9-й східний конвеєрний штрек пласта к5 «Красногвардейская» (Маюіавуппля) 15-й східний вентиляційний штрек пласта її 16-17 1,9-2,1 342 4 «Комиссаровская» (Луганськвуплля), 5-й східний конвеєрний штрек пласта І 6 2-3 1.2-1,5 273 5 «Комиссаровская» (Лугаяськвуплля), 2-й західний бремсберг 1-ої західної лави пласта Ь 6-8 0,8-1,0 67 4-6 0,9-1,0 72 4-6 0,9-1,1 338 2 7 їм XIX з'їзду КПРС (Луганськвуплля), 4-й західний бремсберг 3-ої західної лави пл. її їм. ХІХ з'їзду КПРС (Луганськвуплля), 4-й східний уклон 3-ої східної лави пл h в «Центральная» ш/у «Луганское» (Лутанськвуппля), 3-й західний конвеєрний ходок пл її 3-8 0,9-1,0 110 9 «Мащинская» щ/у «Луганское» (Луганськвуплля), 3-й захщний бортовий хідник 1-ої зах. лави пласта І* 3-8 0,7 - 0,8 60 4-6 0,6-0,9 66 їм К А Румянцева (Артемвуппля), вентиляцій11 ний штрек пласта I T -схід гор 970 м 2 55-56 0,5 25 12 їм. К.А. Румянцева (Артемауплля), вентиляційний штрек пласта ку1"6 - захід, гор 1090 м 54-56 0,7 - 0,8 38 13 їм. А І. Гаєвого (Артемвугілля) веит штрек пласта iris1 - захід, гор. 975 м 63 0,6-0,8 53 64-65 0,5 - 0,6 35 64 1,6-1,7 70 1,6-2,0 38 1.5-1.8 32 6 «Перевальская» (Луганськвуплля). 10 східний бремсберги пласта к / 5-й \л 6-й «Красный Профинтерн» (Орджонікідзевугілля), 14 відкаточний штрек пласта kj - схід гор 975м 15 «Красный Профинтерн» (Ордконікідзевуплля), вент. скат пласта к3 - захід, гор 975м им Карла Маркса (Орджонікідзевугілля), венти16 ляційний скат пласта к - схід, гор 875м 64-66 3 «Кочегарка» (Артемвуплля), монтажна піч щи17 тової лави пласта Ь- схід, гор 1080 м 54-56 Як видно з таблиці, кріпильні конструкції з газобетонних блоків у різних своїх модифікаціях (окремі тумби, короткі й довгі смуги) використовувалися при розробці вугільних шарів із кутами падіння, що змінюються в діапазонах 2 - 8, 16 - 21 і 54 - 66°. Потужність вугільних шарів була представлена практично всім діапазоном робочих потужностей шарів Донецького басейну. На крутих шарах вона змінювалася від 0,5 до 2,0м, на положистих - від 0,75 до 2,1 м. Бічні породи були представлені всіма основними категоріями по стійкості й обрушуваністі. По гірничотехнічним умовах упровадження газобетонного кріплення вироблялося в пічах щитових лав, у відкаточних і вентиляційних штреках із варіантами їхнього проведення перед очисних вибоїв і з відставанням від лави, у конвеєрних виробках при стовпових системах розробки з варіантами відпрацьовування стовпів по простяганню й повстанню. Елементи кріплення виготовлялися у виді бло 8 46387 більш ніж на 35%, а трудомісткість монтажних років розмірами 600 х 300 х 200мм із газобетону мабіт зменшується не менш чим у 2,6 раза рки «35» ДСТ 25485-82 виробництва ДокучаєвсьПозитивні результати шахтних ІСПИТІВ І привекого заводу ЖБВ Загальна довжина гірничих видена на фіг 1 деформаційно-нзвантажувальна робок, що охоронялися кріпильними конструкціями характеристика газобетонних тумб, свідчать про з газобетонних блоків склала 1890м широкі принципові можливості застосування легІнструментальні спостереження в гірничих виких коміркових бетонів як матеріал для кріплення й робках, і візуальні обстеження кріпильних конструохорони гірничих виробок. кцій з газобетонних блоків показали, що ці конструкції починають сприймати навантаження з боку Джерела інформації покрівлі через 6 Б годин після установки Зовні це 1 Крутые и крутонаклонные пласты, управление виражається в затисненні блоків газобетону й погорным давлением и крепление в очистных и подяві в них окремих тріщин, орієнтованих по нормалі готовительных выработках на больших глубинах до нашарування 3 видаленням від вибою лави на Инструкция Утв. 18 августа 1997 г - Горловка. 60 - 100м принципових змін у стані газобетонного Горл, типография, 1997 -241 с кріплення не відбувається Спостерігається збіль2 Кошелев К В , Томасов А. Г, Самойлов В Л , шення тріщинуватості окремих блоків і КІЛЬКІСТЬ Бурма И И Крепление и охрана выработок в зруйнованих блоків, але всі розколені частини сложных горно-геологических условиях - К Техніщільно притиснуті друг до друга і не відшаровука, 1986 - 1 1 1 с ються, за винятком окремих кутів Відносна дефо3 Указания по рациональному расположению, рмація конструкцій у міру видалення від вибою охране и поддержанию горных выработок на лави збільшується на 10 - 20% Аналіз цих даних угольных шахтах СССР Утв Минуглепромом дозволяє зробити висновок що газобетонне кріпСССР 26 12 1984г - Л ВНИМИ, 1986 - 222 с лення працює в режимі «заданих деформацій», 4 Бетоны ячеистые Технические условия - ГОСТ забезпечуючи постійний опір, рівний залишкової 25485-89, М Гос ком СССР по делам строительМІЦНОСТІ газобетонних блоків Вагові й габаритні ства, 1989 -20 с характеристики стандартних газобетонних блоків 5 Пособие по проектированию бетонных и железабезпечують можливість зведення охоронних зобетонных конструкций из ячеистых бетонов (к кріпильних конструкцій у привибійному просторі СниІІ 2 03 01 - 84 Бетонные и железобетонные без застосування якого-небудь допоміжного устатконструкции) / НИИЖБ ЦНИИСК им Кучеренко кування і вантажопідйомних пристосувань ПорівГосстроя СССР - М ЦИТП Госстроя СССР, 1986 няння даних, отриманих при хронометраж) техно-92 с логічних операцій по зведенню охоронних смуг з 6 Пенобетонные блоки для внутренних стен // газобетонних блоків і БЗБТ, показало, що у випадPARTY POLITICS building - 1990 - № 29 June S ку використання газобетонних блоків витрати часу P 8 на монтаж кріпильних конструкцій скорочуються 10 20 30 40 відносні деформації, t " &hfh, % 1.2 ФІГ I 08 відносна деформація Фіг. 1 46387 10 ДП «Український інститут промислової впаскості» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Киш, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комгтет" вул Артема, 77, м Київ, 04050 Україна (044)216-32-71