Спосіб охорони виробки

Реферат: Спосіб охорони виробки включає проведення виробки, буріння свердловин, підривання в них зарядів вибухових речовин. При цьому визначають розмір зони непружних деформацій, в лежачому боці у пробурені свердловини довжиною, більшою за розмір зони непружних деформацій, але не більше ніж 10 м, встановлюють анкери, при цьому свердловини розташовують в межах сектора, вершина якого сходиться з центром симетрії виробки. Вісь симетрії сектора перпендикулярна нашаруванню порід, а лінії, що обмежують сектор, утворюють з віссю кути, рівні 8-10°, у пробурених зі сторони висячого боку горизонтальній і вертикальній свердловинах довжиною ½-¾ ширини виробки провадять підривання зарядів вибухових речовин. При цьому горизонтальну свердловину бурять нижче за вузол податливості, а вертикальну - на відстані 0,3-0,5 м від стійки кріплення. UA 91181 U (12) UA 91181 U UA 91181 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до гірничої справи і може бути використана для підвищення стійкості виробок глибоких шахт. Відомий "Способ проходки выработки" [1], що включає визначення радіуса зони непружних деформацій (ЗНД), буріння свердловин, підривання у свердловинах камуфлетних зарядів і подальшу проходку виробки. Для підвищення стійкості виробки в розвантаженому від напружень гірському масиві свердловини для камуфлетних зарядів розміщують на відстані від осі виробки, що перевищує радіус ЗНД, яка дорівнює 1,0-1,2 радіуса зони ЗНД. Спосіб має такі недоліки. Відомо, що форма ЗНД, що утворюється навколо виробки - еліпс, велика напіввісь якого розташовується під кутом 90° до лінії нашарування порід і проходить через центр симетрії виробки. Тому, коли розвантажувальні свердловини розташовують по кругу з розміром, рівним 1,0-1,2 радіуса ЗНД, це призводить до додаткового розвантаження порід, що знаходяться за межами вище позначеного еліпса. Як наслідок - зміщення порід у виробку під діянням гравітаційного поля збільшуватимуться, а стан виробки погіршуватиметься. Спосіб-аналог не дозволяє диференційовано вирішувати проблему підвищення стійкості виробки: у місцях діяння підвищених напружень (зі сторони висячого боку) необхідно провадити розвантаження порід, а в місцях їх руйнування від дії розтягальних напружень (зі сторони лежачого боку) - укріплювати. Крім цього у процесі буріння свердловини змінюють свій напрям. Це вимагає наявності спеціального обладнання для виконання бурових робіт, що істотно підвищує витрати на проведення виробки. Найближчим рішенням є "Способ разгрузки горных выработок от напряжений" [2], що включає проведення виробки, буріння свердловин і підривання в них зарядів вибухових речовин (ВР) з утворенням в масиві пластоподібних зон зруйнованих порід, що поширюються в площинах, які не перехрещуються з виробкою, і оточуючих їх зон розвантажених порід. При цьому свердловини бурять з випередженням від центра поперечного перерізу виробки, а зону зруйнованих порід формують у вигляді призми, бічні грані якої утворюються з пластоподібних зон руйнування порід і перехрещуються на вертикальній осі виробки. Грані призми зруйнованих порід розміщують під кутом до горизонту, рівним куту зміщення бічних порід, а найкоротша відстань від них до контура виробки дорівнює 6-10 радіусам руйнування в даному напрямі. Спосіб має такі недоліки. Запропоноване у найближчому аналогу рішення є достатньо складним, вимагає високої культури виробництва, а саме буріння великої кількості свердловин різної довжини під різними кутами. Крім цього, коли виробка проводиться в масиві, в якому породи залягають під деяким кутом падіння (не пологим), використання способу призведе до збільшення розміру виробки в напрямі, перпендикулярному великій напівосі ЗНД у формі еліпса, що збільшить зміщення порід у виробку в цьому напрямі. Спосіб не захищає виробку від можливого здимання порід підошви, оскільки вони не розвантажуються від діючих на них напружень. Це призведе до того, що з часом виробка деформується і втратить стійкість. Найближчий аналог також не дозволяє диференційовано вирішувати проблему підвищення стійкості виробки, розвантажуючи тільки ті породи, в яких діють підвищені напруження, і не укріплюючи ті породи, які цього потребують. В основу корисної моделі поставлено задачу розробки способу охорони виробки, в якому за рахунок можливості керування напрямом найбільших зміщень порід забезпечується технічний результат - підвищення стійкості виробки при зниженні витрат на її підтримання. Поставлена задача вирішується тим, що у способі охорони виробки, що включає проведення виробки, буріння свердловин, підривання в них зарядів вибухових речовин, згідно з корисною моделлю, визначають розмір зони непружних деформацій, в лежачому боці в пробурені свердловини довжиною, більшою від розміру зони непружних деформацій, але не більше ніж 10 м, встановлюють анкери, при цьому свердловини розташовують в межах сектора, вершина якого сходиться з центром симетрії виробки, вісь симетрії сектора перпендикулярна нашаруванню порід, а лінії, що обмежують сектор, утворюють з віссю кути, рівні 8-10°, а у пробурених зі сторони висячого боку горизонтальній і вертикальній свердловинах завдовжки ½¾ ширини провадять підривання зарядів вибухових речовин, при цьому горизонтальну свердловину бурять нижче за вузол податливості, а вертикальну - на відстані 0,3-0,5 м від стійки кріплення. Якщо глибина свердловин зі сторони лежачого боку буде менше від розміру ЗНД, то часткове зміцнення порід в її межах не дозволить змінити розташування і форму ЗНД. Також не зміниться напрям найбільших зміщень, що призведе до того, що кріплення у виробці сприйматиме кососпрямовані (спрямовані під кутом) навантаження і з часом деформується. Збільшення глибини свердловин зі сторони висячого боку більше ніж на 10 м недоцільне, оскільки це призведе до необґрунтованого збільшення трудових і матеріальних витрат на використання способу, істотно не вплинувши на поліпшення стану гірничої виробки. 1 UA 91181 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Експериментально підтверджено, що кути між віссю симетрії сектора й обмежуючими його лініями повинні знаходитися в межах 8-10°. Якщо кути будуть менші ніж 8°, то не буде укріплена частина порід в межах ЗНД, в яких діють руйнувальні розтягальні напруження. Внаслідок цього розміри і положення ЗНД істотно не зміняться, що призведе до того, що кріплення у виробці сприйматиме підвищений гірський тиск і, як наслідок, раніше строку вийде з ладу. Якщо кути між віссю симетрії сектора і обмежуючими його лініями будуть більше ніж 10°, це призведе до того, що в межах ЗНД буде укріплена частина порід, що не потребують цього, що збільшить трудові і матеріальні витрати, зменшить темпи проведення виробки. Якщо буде змінено положення сектора, в якому встановлюватимуться анкери, то це призведе до того, що частина порід, в яких діють підвищені руйнувальні розтягальні напруження і які потрібно укріпити для досягнення позитивного технічного ефекту, укріплена не буде. Розміри і положення ЗНД, що формується навколо виробки, й, отже, напрям реалізації найбільших зміщень, не зміняться, а в масиві деформаційні процеси, що відбуваються, з часом призведуть до того, що виробка втратить стійкість. Якщо глибина горизонтальної і вертикальної свердловин, пробурених зі сторони висячого боку, буде менша від половини ширини виробки, то в боці і підошві виробки біля її кута, розташованого у висячому крилі, виникнуть підвищені руйнувальні стискальні зусилля, що призводять до розвитку руйнувальних процесів у цій частині вміщувального масиву. З часом відбудеться руйнування бічних порід і здимання порід підошви. Кріплення буде деформовано, внаслідок чого виробка втратить стійкість. Експериментально підтверджено, що глибина горизонтальної і вертикальної свердловин, пробурених зі сторони висячого боку, не повинна перевищувати ¾ ширини виробки тому, що подальше збільшення глибини свердловин призведе до необґрунтованого збільшення матеріальних і трудових витрат на буріння свердловин, підривання в них зарядів ВР і, як наслідок, до збільшення вартості виробки в цілому. Крім того, збільшення довжини свердловин призведе до необґрунтованого збільшення розміру ЗНД у висячому боці виробки, виникненню підвищеного гірського тиску і деформації кріплення. Також експериментально підтверджено, що якнайкращою для підвищення стійкості виробки є горизонтально розташована свердловина. Зміна її положення у просторі (наприклад буріння свердловини під іншими кутами до лінії нашарування порід, за інших рівних умов (за однакової глибини свердловин), призведе до того, що необхідні для забезпечення тривалого стійкого стану виробки форма, розміри і розташування ЗНД навколо виробки не будуть одержані, недостатньо буде змінено напрям найбільших зміщень порід у виробку, що не дозволить зменшити навантаження на кріплення, а з часом призведе до втрати стійкості виробки. Горизонтальну свердловину необхідно бурити нижче за вузол податливості, оскільки область порід зі сторони висячого боку, яку необхідно розвантажувати, знаходиться в боці виробки на відстані 1,0-1,5 м вище за її підошву. Зменшення відстані між вертикальною свердловиною, пробуреною зі сторони висячого боку, неможливо через розміри бурового обладнання. Якщо відстань між вертикальною свердловиною, пробуреною зі сторони висячого боку, і стійкою кріплення буде більше ніж 0,5 м, то це призведе до того, що частина порід, в яких діють підвищені руйнувальні стискальні напруження, розвантажена не буде і, як наслідок, за рахунок руйнування породи підошви видавлюватимуться, а виробка втратить стійкість. Суть способу пояснюється прикладом, який ілюструється кресленням. Гірнича виробка 1 по вугільному пласту 2 проводилася на глибині 800 м. При цьому потужність вугільного пласта 2 складала 1 м, кут падіння пласта а дорівнював 20°, ширина виробки В по підошві 3 складала 5,0 м, висота виробки Н=3,5 м. Було визначено, що середньозважена потужність порід по контуру виробки склала Rc=35 МПа. При цьому щільність установки рамного кріплення КМП-АЗ3, яка була виготовлена із спецпрофілю СВП-33, дорівнювала 1,25 рам на метр. Спочатку розрахували очікуваний розмір ЗНД 4, що утворюється без застосування способу, який склав 7,0 м. Потім визначили вісь симетрії сектора 5, яка знаходилася в лежачому боці і була перпендикулярна нашаруванню порід. При цьому вершина сектора 5 сходилася з центром симетрії виробки. Визначили, що лінії, які обмежують сектор 6, в рамках якого потрібно укріплювати породи, створюють з віссю симетрії кути β, рівні 9°. Далі пробурили в рамках сектора три свердловини 7 завдовжки 8,0 м, в які встановили анкери глибокого закладення. Зі сторони висячого боку пробурили дві свердловини завдовжки 3,0 м: горизонтальну 8 і вертикальну 9. При цьому горизонтальну свердловину бурили нижче за вузол податливості 10 на висоті 1,0 м від підошви виробки. Вертикальну свердловину 9 бурили на відстані 0,5 м від стійки кріплення. Далі у пробурених свердловинах підривали заряди ВР. Очікуваний розмір ЗНД 11, що утворилася при використанні запропонованого способу, зменшився в 1,5 разів у порівнянні в розміром ЗНД 4, який утворився би без застосування 2 UA 91181 U 5 10 15 способу. Змінилося також положення ЗНД 11. Велика напіввісь еліпса розташовувалась вертикально (без застосування способу велика напіввісь еліпса розташовувалась би по лінії, перпендикулярній нашаруванню). Відомо, що напрям найбільших зміщень сходиться з великою напіввіссю еліпса. Рамне кріплення КМП-А33 працює в паспортному режимі, коли напрям найбільших зміщень вертикальний. Завдяки цьому вузли податливості 10 працювали злагоджено, розривів хомутів у вузлах податливості зі сторони висячого боку не відбувалося, зі сторони лежачого боку вузли податливості не прослизали і, за рахунок пробуреної вертикальної свердловини 9 завдовжки 3,0 м, здимання порід підошви не відбувалося. Спосіб охорони виробки, який патентується, дозволяє понизити матеріальні і трудові витрати на підтримання виробки у 2-3 рази в порівнянні з відомими способами і дозволяє забезпечити стійкість виробки. Джерела інформації: 1. А. с. 817253 СССР, Е21С 37/00. Способ проходки выработки [Текст] / Зборщик М.П. и др. (СССР). - - 2761683/22-03; заявл. 03.05.1979; опубл. 30.03.1981, Бюл. № 12. - 5 с. 2. А. с. 1752968 СССР, Е21D 11/00. Способ разгрузки горных выработок от напряжения [Текст] / Кошелев К.В. и др. (СССР). - 4827151/03; заявл. 21.05.1990; опубл. 07.08.1992, Бюл. № 29. - 13 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 Спосіб охорони виробки, що включає проведення виробки, буріння свердловин, підривання в них зарядів вибухових речовин, який відрізняється тим, що визначають розмір зони непружних деформацій, в лежачому боці у пробурені свердловини довжиною, більшою за розмір зони непружних деформацій, але не більше ніж 10 м, встановлюють анкери, при цьому свердловини розташовують в межах сектора, вершина якого сходиться з центром симетрії виробки, вісь симетрії сектора перпендикулярна нашаруванню порід, а лінії, що обмежують сектор, утворюють з віссю кути, рівні 8-10°, а у пробурених зі сторони висячого боку горизонтальній і вертикальній свердловинах довжиною ½-¾ ширини виробки провадять підривання зарядів вибухових речовин, при цьому горизонтальну свердловину бурять нижче за вузол податливості, а вертикальну - на відстані 0,3-0,5 м від стійки кріплення. 3 UA 91181 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 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 4