Спосіб охорони підготовчих виробок

1. Спосіб охорони підготовчої виробки, що включає зведення уздовж виробки на границі з виробленим простором від ґрунту до покрівлі охоронної смуги шляхом установки опалубки й заповнення її закладним матеріалом, у процесі заповнення опалубки в закладному матеріалі періодично розміщають циліндричні секційні оболонки, який відрізняється тим, що як закладний матеріал використовують зруйновану гірську породу, після заповнення опалубки закладним матеріалом у секційні оболонки розміщають матеріал, що саморозширюється при твердінні, при цьому об'єм матеріалу, що саморозширюється при твердінні, становить 0,02-0,07 об'єму закладного матеріалу на одиниці об'єму охоронного спорудження, при цьому секційні оболонки виконані з матеріалу, здатного збільшуватися в об'ємі в 1,4-1,6 разу, а опалубка - з матеріалу, що витримує радіальний тиск, який визначають по формулі: R   0,2787 2   R1  1,112e   P1    P2   , МПа, k зм 2 (19) 1 3 них елементів для зведення охоронного спорудження з великою часткою ручної праці і їхньою доставкою з поверхні. Він не забезпечує стійкості підготовчої виробки, оскільки чинить пасивний опір розшаруванню порід. Найбільш близьким по технічній суті є спосіб охорони підготовчих виробок (SU №1719645 А1, E21D 11/00, E21F 15/00, опубл. 15. 03. 1992 p., БИ №10), що включає зведення уздовж виробки на границі з виробленим простором від ґрунту до її покрівлі охоронної смуги шляхом установки опалубки й заповнення її закладним матеріалом. У процесі заповнення опалубки в закладному матеріалі періодично розміщають секційні оболонки, у які після часткового затвердіння закладного матеріалу подають під тиском стиснене повітря, при цьому тиск в оболонках підтримують до остаточного набору міцності закладним матеріалом, після чого тиск у секційних оболонках знімають і заповнюють їхнім матеріалом з міцністю, меншою міцності затверділого матеріалу. Найбільш близький аналог не дозволяє знизити матеріальні й трудові витрати на реалізацію способу, оскільки його реалізація пов'язана із придбанням і обслуговуванням спеціального дорогого устаткування для нагнітання розчину, що твердіє, у формовану смугу, закладного матеріалу, що має високу собівартість. Крім того, реалізується протягом значного часу й характеризується багатоопераційністю процесу зведення, що підвищує трудомісткість його виконання. Він не дозволяє забезпечити стійкість підготовчої виробки через те, що не створює попереднього розпору між покрівлею й ґрунтом пласта, і чинить пасивний опір розшаруванню порід, отже, не відразу включається в роботу по запобіганню розшарування порід покрівлі. У результаті чого в місці його зведення виникає зона часткового розвантаження й підвищення концентрації напруг у зоні опорного тиску, що приводить до розшарування порід покрівлі над охоронним спорудженням і викликає зсув покрівлі й ґрунту підготовчої виробки. А також, для поліпшення контакту смуги з покрівлею й заповнення зазору виникаючого в результаті недоливу й усадки закладного матеріалу, наприклад на 10 % на 1 квадратний метр площі поперечного перерізу смуги діаметр заповненої стисненим повітрям оболонки повинен становити 40 % від площі смуги, що знижує несучу здатність охоронного спорудження, через наявність у ньому порожнин. Крім того, не робить опору процесу розшарування відразу після його спорудження, тому що його несуча здатність досягається після затвердіння закладного матеріалу, що сприяє розшаруванню порід над охоронною смугою. Ознаками найбільш близького аналога, що збігаються з істотними ознаками корисної моделі, що заявляється, є: - зведення уздовж виробки на границі з виробленим простором від ґрунту до покрівлі охоронної смуги шляхом установки опалубки й заповнення її закладним матеріалом, - у процесі заповнення опалубки в закладному матеріалі періодично розміщають циліндричні секційні оболонки. 65441 4 В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення способу охорони підготовчих виробок, у якому за рахунок того, що як закладний матеріал використовують зруйновану гірську породу, заповнюють опалубку закладним матеріалом і розміщають у секційних оболонках матеріал, що саморозширюється при твердінні, досягають технічний результат - забезпечення стійкості підготовчої виробки й зниження трудових і матеріальних витрат на реалізацію способу. Поставлена задача вирішується тим, що в способі охорони підготовчої виробки, що включає зведення уздовж виробки на границі з виробленим простором від ґрунту до покрівлі охоронної смуги шляхом установки опалубки й заповнення її закладним матеріалом, у процесі заповнення опалубки в закладному матеріалі періодично розміщають циліндричні секційні оболонки, згідно з корисною моделлю, як закладний матеріал використовують зруйновану гірську породу, після заповнення опалубки закладним матеріалом у секційні оболонки розміщають матеріал, що саморозширюється при твердінні, при цьому об'єм матеріалу, що саморозширюється при твердінні, становить 0,02-0,07 об'єму закладного матеріалу на одиницю об'єму охоронного спорудження, при цьому секційні оболонки виконані з матеріалу, здатного збільшуватися в об'ємі в 1,4-1,6 разу, а опалубка - з матеріалу, що витримує радіальний тиск, який визначають по формулі: R  0,2787 2   R1  1112e ,    P1     , МПа P2  k зм P2 - тиск зруйнованої породи на опалубку, МПа; R 2 - найкоротша відстань (радіус опалубки) між секційною оболонкою й опалубкою, м; P1 - тиск матеріалу, що саморозширюється, у секційній оболонці, МПа; R1 - радіус секційної оболонки, м; k зм - коефіцієнт, який враховує зміну передачі тиску між секційною оболонкою й опалубкою при різних фізико-механічних властивостях закладного матеріалу. Бажано секційні оболонки встановлювати нормально до нашарування порід або паралельно нашаруванню, при цьому початковий діаметр секційної оболонки повинен становити 0,1-0,3 потужності пласта, а відстань між секційними оболонками повинна становити 0,6-2,4 м. Бажано як опалубку використовувати порожнину, отриману в результаті відшивки дерев'яних стійок дошкою. Бажано як опалубку використовувати металеву циліндричну обойму. Бажано як опалубку використовувати стійки кострового кріплення. Бажано як матеріал, що саморозширюється при твердінні, використовувати невибуховий руйнуючий матеріал, наприклад НРВ-80. 5 65441 Істотні ознаки становлять суть корисної моделі, оскільки є необхідними й достатніми для досягнення технічного результату - забезпечення стійкості підготовчої виробки й зниження трудових і матеріальних витрат на реалізацію способу. Причинно-наслідковий зв'язок ознак, які складають суть із його технічним результатом, досягається наступними поясненнями. Менший об'єм закладного матеріалу на одиницю об'єму охоронного спорудження зменшує ефективність способу, більший - збільшує вартість. Здатність секційних оболонок збільшуватися в 1,4-1,6 рази відповідає збільшенню в об'ємі матеріалу, що саморозширюється при твердінні. Залежність для визначення радіального тиску отримана експериментально й характеризується кореляційним відношенням не нижче 0,95. Менший діаметр секційної оболонки зменшує ефективність способу, більший - збільшує вартість. Більша відстань між секційними оболонками зменшує ефективність способу, менше збільшує вартість. Суть корисної моделі пояснюється кресленням. На фіг. 1 представлений план першого варіанта реалізації способу охорони, на фіг. 2 - уточнюючий розріз до першого варіанта реалізації способу охорони, на фіг. 3 - план другого варіанта реалізації способу охорони, на фіг. 4 - уточнюючий розріз до другого варіанта реалізації способу охорони, на фіг. 5 - план третього варіанта реалізації способу охорони, на фіг. 6 - уточнюючий розріз до третього варіанта реалізації способу охорони, де 1 - підготовча виробка, 2 - опалубка, 3 - дерев'яна стійка, 4 - закладний матеріал, 5 - циліндрична секційна оболонка, 6 - матеріал, що саморозширюється при твердінні, 7 - порожнина, отримана в результаті відшивки дерев'яних стійок дошкою, 8 металева циліндрична обойма, 9 - стійки кострового кріплення. Приклад 1. На сполученні очисного вибою з підготовчою виробкою 1 при потужності пласта 1,1 м зводили опалубку 2, за яку використовували порожнину, отриману в результаті відшивки дерев'яних стійок 3 дошкою 7. Ширина відшитої порожнини 7 2-5 м. Опалубка 2 витримувала радіальний тиск, який визначали по формулі: R  0,2787 2  R1 , 1112e  P2   k зм     P1    0,47  0,2787  0,08 1112e ,    k зм     50    5,4 МПа. P2 - тиск зруйнованої породи на опалубку, МПа; R 2 - найкоротша відстань (радіус опалубки) між секційною оболонкою й опалубкою, м, ( R 2 = 0,47м ); P1 - тиск матеріалу, що саморозширюється, у секційній оболонці, МПа ( P1 =50МПа); 6 R 1 - радіус секційної оболонки, м ( R 1 = 0,08л*); k зм - коефіцієнт, що враховує зміну передачі тиску між секційною оболонкою й опалубкою при різних фізико-механічних властивостях закладного матеріалу, ( k зм = 2). Для того, щоб співвідношення об'єму матеріалу, що саморозширюється при твердінні 6, склало 0,03 об'єму закладного матеріалу 4 на одиницю об'єму охоронного спорудження, закладнийматеріал 4 укладали шаром 47 см, потім на цьому шарі паралельно нашаруванню розміщали циліндричні секційні оболонки 5 діаметром 16 см і довжиною 5 м із кроком 0,8 м. Циліндричні секційні оболонки 5 були здатні збільшуватися в об'ємі в 1,5 рази. Циліндричні секційні оболонки 5 заповнювали матеріалом, що саморозширюється при твердінні 6, у якості котрого використовували НРВ-80. Потім циліндричні секційні оболонки 5 із НРВ-80 накривали другим шаром закладного матеріалу 4 товщиною 47 см. Приклад 2. На сполученні очисного вибою з підготовчою виробкою 1 при потужності пласта 2,2 м зводили опалубку 2, за яку використовували металеву циліндричну обойму 8. Металева циліндрична обойма 8 складалася з 11 кілець висотою 20 см і діаметром 60 см і витримувала радіальний тиск, який визначали по формулі: R  0,2787 2  R1 , 1112e  P2   k зм     P1    0,22   0,2787  0,08   50 , 1112e       12,9 k зм МПа, P2 - тиск зруйнованої породи на опалубку, МПа; R 2 - найкоротша відстань (радіус опалубки) між секційною оболонкою й опалубкою, м ( R 2 = 0,22м ); P1 - тиск матеріалу, що саморозширюється, у секційній оболонці, МПа ( P1 =50МПа) R1 - радіус секційної оболонки, м ( = 0,08м ); R1 k зм - коефіцієнт, що враховує зміну передачі тиску між секційною оболонкою й опалубкою при різних фізико-механічних властивостях закладного матеріалу, ( k зм = 2). Для того, щоб співвідношення об'єму матеріалу, що саморозширюється при твердінні 6, склало 0,07 об'єму закладного матеріалу 4 на одиницю об'єму охоронного спорудження, у центр обойми 8 перпендикулярно нашаруванню розміщали циліндричну секційну оболонку 5, діаметром 16 см і довжиною 2,2 м, яку заповнювали матеріалом, що саморозширюється при твердінні 6, у якості которого використовували НРВ-80. Вільний простір, що залишився, усередині обойми 8 заповнювали закладним матеріалом 4. Циліндричні секційні оболонки 5 були здатні збільшуватися в об'ємі в 1,5 разу. Металеві циліндричні обойми 8, наповнені 7 65441 закладним матеріалом 4, у центрі якого розташовані секційні оболонки 5 із НРВ-80, установлювали із кроком 0,8 м. Приклад 3. На сполученні очисного вибою з підготовчою виробкою 1 при потужності пласта 2,2 м зводили опалубку 2, за яку використовували стійки кострового кріплення 9 діаметром 16 см і довжиною 2 м, які витримували радіальний тиск, який визначали по формулі: R  0,2787 2  R1 1,112e   P2  k зм     P1   0,42  0,2787  0,08 1,112e    k зм     50    6,4 , МПа, R 1 - тиск зруйнованої породи на опалубку, МПа; R 2 - найкоротша відстань (радіус опалубки) = між секційною оболонкою й опалубкою, м ( R 2 0,42м); P1 - тиск матеріалу, що саморозширюється, у секційній оболонці, МПа ( P1 =5MПа); R 1 - радіус секційної оболонки, м ( R 1 = 0,08л/); k зм - коефіцієнт, що враховує зміну передачі тиску між секційною оболонкою й опалубкою при різних фізико-механічних властивостях закладного матеріалу, ( k зм = 2). Для того, щоб співвідношення об'єму матеріалу, що саморозширюється при твердінні 6, склало 0,02 об'єму закладного матеріалу 4 на одиницю 8 об'єму охоронного спорудження, у центр вільного простору усередині стійок кострового кріплення 9 перпендикулярно нашаруванню розміщали циліндричну секційну оболонку 5, діаметром 16 см і довжиною 2,2 м, яку заповнювали матеріалом, що саморозширюється при твердінні 6, у якості котрого використовували НРВ-80. Вільний простір, що залишився, усередині стійок кострового кріплення 9 заповнювали закладним матеріалом 4. Циліндричні секційні оболонки 5 були здатні збільшуватися в об'ємі в 1,5 рази. Опалубки зі стійок кострового кріплення 9, наповнені закладним матеріалом 4, у центрі якого розташовані секційні оболонки 5 із НРВ-80, установлювали із кроком 2,4 м. При всіх трьох варіантах реалізації способу охорони, твердіння матеріалу 6 в оболонці 5 здійснювалося в умовах обмеженого розширення, що приводило до росту його тиску на закладний матеріал 4. Відбувалося зменшення порожнеч у закладному матеріалі 4, збільшення його твердості, а, отже, і несучої здатності охоронного спорудження. Максимальне значення тиску усередині закладного матеріалу 4, а, отже, максимальна несуча здатність, була досягнута через 12 годин після викладення охоронного спорудження. Із цього моменту охоронне спорудження експлуатувалося в робочому режимі. Реалізація пропонованого способу охорони підготовчих виробок за рахунок створення активної протидії розшаруванням порід покрівлі над охоронним спорудженням дозволила забезпечити стійкість підготовчої виробки й знизити трудові й матеріальні виграш на реалізацію способу. 9 65441 10 11 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 65441 Підписне 12 Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601