Спосіб зниження водоприпливу у гірничу виробку із застосуванням анкерного кріплення

Реферат: Спосіб зниження водоприпливу у гірничу виробку із застосуванням анкерного кріплення включає збір гірничо-геологічних даних, визначення фізико-механічних властивостей вміщуючих порід, проведення виробки. Проводять розрахунок схеми розміщення анкерів, при якій тріщинуватість приконтурних порід залишається мінімальною протягом терміну експлуатації виробки. Бурять шпури і установлюють сталеві анкери з полімерним закріпленням. 3 За умови слабообводнених вміщуючих порід (водоприплив у виробку до 5 м /год.) анкери установлюють в площині перерізу виробки перпендикулярно поздовжній осі, за умови 3 середньо-обводнених порід (водоприплив у виробку 5-10 м /год.) частину анкерів установлюють з нахилом на вибій виробки, а за умови сильнообводнених порід (водоприплив у виробку 3 більше 10 м /год.) частину анкерів установлюють з нахилом на вибій виробки, частину - в протилежний напрямок. UA 111059 U (54) СПОСІБ ЗНИЖЕННЯ ВОДОПРИПЛИВУ У ГІРНИЧУ ВИРОБКУ ІЗ ЗАСТОСУВАННЯМ АНКЕРНОГО КРІПЛЕННЯ UA 111059 U UA 111059 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до гірничої справи, а саме до проходки підземних гірничих виробок у складних гідрогеологічних умовах, гідроізоляції гірничих виробок. Відомі способи захисту гірничих виробок від припливу підземних вод, які включають буріння осушувальних свердловин на потужність покривних порід для зниження в них гідростатичного напору та нагнітальних свердловин довжиною, що сягає першої водоносної зони, нагнітання в масив тампонажного розчину під тиском для формування протифільтраційної завіси навколо виробки [1,2]. Необхідно відзначити, що при розробці даного способу необхідний великий об'єм витрат: на буріння чималої кількості тампонажних та осушувальних свердловин великої довжини (до 50 м); тампонажний розчин; обладнання для його нагнітання під тиском; утилізацію дренованих вод. Крім цього, при подальшій експлуатації виробки, відбувається деформування та розшарування порід, які її вміщують, що призводить до розтріскування затверділого тампонажного розчину внаслідок його недостатньої несучої здатності. Тому розглянуті способи гідроізоляції гірничих виробок не є достатньо ефективними. Найбільш близьким по технічній суті і результату, що досягається (прототип), є спосіб охорони і підтримки гірничих виробок в обводнених породах, що включає проведення виробки, зведення кріплення, буріння тампонажних свердловин і нагнітання через них в породи навколо виробки закріплюючих розчинів, причому спочатку формують гідроізоляційну завісу шляхом нагнітання пластичного тампонажного розчину за межі зони впливу гірничопрохідницьких робіт, а після стабілізації розчину проводять нагнітання тампонажного розчину підвищеної міцності всередині зони впливу прохідницьких робіт [3]. В даному випадку проводять буріння значно коротших свердловин, тому що радіус зони впливу гірничопрохідницьких робіт складає 2-5 м в залежності від розмірів виробки і фізикомеханічних властивостей порід, що її вміщують. По суті даним способом передбачається зміцнення зони впливу гірничої виробки різними тампонажними розчинами на основі цементної суміші для зменшення фільтраційної проникності гірських порід. Але і в цьому випадку при подальшій експлуатації виробки відбувається деформування затверділого тампонажного розчину внаслідок його недостатньої несучої здатності на зсув і розтяг, фільтраційна проникність зростає, водоприплив у виробку збільшується. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалити спосіб зниження водоприпливу у гірничу виробку із застосуванням анкерного кріплення, у якому за рахунок армування зони впливу виробки сталево-полімерними анкерами зменшується кількість води, що надходить у гірничу виробку з обводнених гірських порід в її околі. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в способі зниження водоприпливу у гірничі виробки із застосуванням анкерного кріплення, який включає збір гірничо-геологічних даних, визначення фізико-механічних властивостей вміщуючих порід, проведення виробки, згідно з корисною моделлю, проводять розрахунок схеми розміщення анкерів, при якій тріщинуватість приконтурних порід залишається мінімальною протягом терміну експлуатації виробки, бурять шпури і установлюють сталеві анкери з полімерним закріпленням, при цьому за 3 умов слабообводнених вміщуючих порід (водоприплив у виробку до 5 м /год.) анкери установлюють в площині перерізу виробки перпендикулярно поздовжній осі, за умов 3 середньообводнених порід (водоприплив у виробку 5-10 м /год.) частину анкерів установлюють з нахилом на вибій виробки, а за умов сильнообводнених порід (водоприплив у виробку більше 3 10 м /год.) частину анкерів установлюють з нахилом на вибій виробки, частину - в протилежний напрямок. Рівень водоприпливу у гірничі виробки великою мірою залежить від проникності порід, що її оточують. Якщо навколо виробки знаходиться водонепроникний шар, процес фільтрації води у виробку не відбуватиметься. Полімерний закріплювач не піддається впливу обводненого середовища, металеві штанги мають велику межу міцності на розтяг (р = 500 МПа). Анкерне кріплення зберігає гірські породи в природному, монолітному стані [4], тому фільтраційна проникність навколо виробки не збільшується з часом, при її експлуатації, що дозволяє зменшити водоприплив у виробку та уникнути витрат на її гідроізоляцію [5], тому що анкерне кріплення одночасно виконує дві функції: підтримання гірничої виробки у стійкому стані та її гідроізоляції. Створення породно-анкерної конструкції, яку формують за рахунок просторового розташування сталевополімерних анкерів, надає можливість керувати рівнем монолітності, а отже і проникності гірських порід навколо виробки у різних гідрогеологічних умовах. При використанні анкерного кріплення як гідроізоляцію в сприятливих умовах слабообводнених вміщуючих порід, у виробках з невеликим водоприпливом до 5 м /год. застосовують просту анкерно-породну конструкцію, яка передбачає установку анкерів в площині 1 UA 111059 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 перерізу виробки перпендикулярно поздовжній осі. У зазначеному випадку рівень проникності, що досягається застосуванням простої анкерно-породної конструкції, є достатнім для гідроізоляції виробки протягом усього терміну її експлуатації. При використанні анкерного кріплення як гідроізоляцію в більш складних гірничо-геологічних умовах, у виробках із водоприпливом до 5-10м /год., застосовують посилену анкерно-породну конструкцію, яка передбачає установку частини анкерів з нахилом на вибій виробки, що значно посилює взаємодію між рядами анкерів, поліпшує стан покрівлі і боків виробки, протидіючи початку розвитку непружних деформацій і розшарування порід, що забезпечує більш високий рівень монолітності оточуючих порід. При використанні анкерного кріплення як гідроізоляцію при умові сильнообводнених порід, у 3 виробках із водоприпливом більше 10 м /год., застосовують потужну анкерно-породну конструкцію, яка передбачає установку частини анкерів з нахилом на вибій виробки, частини - в протилежний напрямок, що сприяє більш жорсткому обмеженню зміщень порід у виробку, зберігаючи їх природну монолітність, та забезпечує необхідний рівень проникності порід навколо виробки на період її експлуатації. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 - зображено приклад поздовжнього розрізу виробки 1 при застосуванні простої анкерно-породної конструкції при 3 умові водоприпливу до 5 м /год.; на фіг. 2 - поперечний розріз виробки 1 при застосуванні простої анкерно-породної конструкції; на фіг. 3 - приклад поздовжнього розрізу виробки 1 при 3 застосуванні посиленої анкерно-породної конструкції при умові водоприпливу 5-10 м /год.; на фіг. 4 - поперечний розріз виробки 1 при застосуванні посиленої анкерно-породної конструкції; на фіг. 5 - приклад поздовжнього розрізу виробки 1 при застосуванні потужної анкерно-породної 3 конструкції при умові водоприпливу більш 10 м /год.; на фіг. 6 - поперечний розріз виробки 1 при застосуванні потужної анкерно-породної конструкції. На кресленні наведено наступні позначення: 1 - гірнича виробка; 2 - вибій виробки; 3 сталевополімерний анкер; 4 - сталевополімерний анкер з нахилом на вибій виробки; 5 сталевополімерний анкер з нахилом на устя виробки; а - відстань між рядами анкерів; b величина відставання установки ряду анкерів від площини вибою; l - довжина частини анкера, що знаходиться у шпурі і закріплюється полімерним закріплювачем;  - кут нахилу анкера на вибій виробки,  - кут нахилу анкера на устя виробки. Спосіб здійснюється наступним чином. До початку проведення гірничої виробки 1 визначають гірничо-геологічні та геомеханічні умови, рівень водоприпливу, спосіб проведення виробки, визначають фізико-механічні властивості вміщуючих порід, проводять розрахунок схеми розміщення анкерів в околі виробки. Одержавши розрахункові дані, складають паспорт кріплення виробки, згідно з яким проводять буріння шпурів та установку сталевих анкерів 3-5 з полімерним закріпленням у шпурах на повну їх довжину l з відстанню між рядами анкерів а. Розмітку розміщення анкерів 3-5 та їх орієнтацію у приконтурному просторі рекомендується проводити з допомогою шаблонів. Уточнюють величину відставання b установки ряду анкерів від площини вибою 2 в залежності від способу її проведення. При цьому роботи по зведенню виробки з анкерним кріпленням проводяться безупинно так, щоб технологічні перерви не встигали приводити до розвантаження гірських порід у зоні вибою 2. Конструкція анкерного кріплення враховує гірничо-геологічні та гідрогеологічні умови її застосування, розташування анкерів у схемах базується на закономірностях формування з анкерів і масиву гірських порід конструкції, що блокує можливість самовільного руйнування порід в околі виробки. Так, наприклад, при застосуванні анкерного кріплення при умові сильнообводнених порід, у виробках із водоприпливом більше 10 3 м /год., (схеми на фіг. 5 та 6) застосовують потужну анкерно-породну конструкцію, яка передбачає установку одних анкерів 4 з нахилом під кутом  на вибій виробки, а других анкерів 5 - під кутом  в протилежний напрямок, на устя виробки, що сприяє більш жорсткому обмеженню зміщень порід у виробку 1. Таким чином, за допомогою анкерів навколо виробки створюється непроникний породноанкерний шар, у якому збережено природну монолітність масиву, що забезпечує зменшення рівня водоприпливу із розташованих вище обводнених порід у гірничу виробку. Дієвість даного способу було доведено на вугільних шахтах Західного Донбасу. Джерела інформації: 1. Патент України по заявці 3949577/SU МПК E21D 11/38; заявник і власник патенту Спеціалізоване виробниче геологічне об'єднання по тампонажним та геологоразвідувальним роботам "Спецтампонажгеологія". - № 11577; 25.12.1996.-Бюл. №4. 2. Патент України по заявці u201111111 МПК E21D 11/38; заявник і власник патенту Дєньгін А.П. - № 64242; 25.10.2011. - Бюл. № 20. 2 UA 111059 U 5 10 3. Патент України по заявці 4099384/SU МПК E21D 11/38; заявник і власник патенту Спеціалізоване виробниче геологічне об'єднання по тампонажним та геологоразвідувальним роботам "Спецтампонажгеологія". - № 11582; 25.12.1996.-Бюл. №4. 4. Круковський О.П. Наукові основи технології опорно-анкерного кріплення гірничих виробок вугільних шахт: дис. … докт. техн. наук: 05.15.02; захист 26.06.12: затв. 26.09.2012 / Круковський Олександр Петрович. - Дніпропетровськ, 2012. - 375 с 5. Виноградов Ю.А. Исследование водопритока в горную выработку в зависимости от способа ее крепления // Сучасні ресурсоенергозберігаючі технології гірничого виробництва. Науково-виробничий збірник: Кременчуцький національний університет імені Михайла Петроградського. - Кременчук: КрНУ, 2015.-Вип. 1(15).-С 89-95. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 Спосіб зниження водоприпливу у гірничу виробку із застосуванням анкерного кріплення, що включає збір гірничо-геологічних даних, визначення фізико-механічних властивостей вміщуючих порід, проведення виробки, який відрізняється тим, що проводять розрахунок схеми розміщення анкерів, при якій тріщинуватість приконтурних порід залишається мінімальною протягом терміну експлуатації виробки, бурять шпури і установлюють сталеві анкери з полімерним закріпленням, причому за умови слабообводнених вміщуючих порід (водоприплив у 3 виробку до 5 м /год.) анкери установлюють в площині перерізу виробки перпендикулярно 3 поздовжній осі, за умови середньо-обводнених порід (водоприплив у виробку 5-10 м /год.) частину анкерів установлюють з нахилом на вибій виробки, а за умови сильнообводнених порід 3 (водоприплив у виробку більше 10 м /год.) частину анкерів установлюють з нахилом на вибій виробки, частину - в протилежний напрямок. 3 UA 111059 U 4 UA 111059 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5