Спосіб ремонту гірничих виробок

Реферат: Спосіб ремонту гірничих виробок. Попередньо визначають орієнтацію системи кліважних тріщин у зміщених в порожнину виробки породах. Після посилення кріплення послаблюють замки на рамах деформованого металевого аркового кріплення й проводять відбійку порід, зміщених у порожнину виробки, шляхом буріння шпурів і розміщення в них невибухових руйнуючих речовин. Шпури бурять по лініях, еквідистантних проектному контуру виробки. Після руйнування порід усередині контуру виробки деформовані рами демонтують, а після обвалення порід встановлюють раму нового кріплення по проектному контуру виробки. UA 99208 C2 (12) UA 99208 C2 UA 99208 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до гірничої справи, а саме до способів ремонту виробок, закріплених рамним арковим кріпленням, і відновлення їх експлуатаційного стану, які сполучені з необхідністю присічки бічних порід, у тому числі високої тріщинуватості. Відомий спосіб ремонту гірничих виробок у соляних породах (RU 2405111 С1, E21D11/14, публ. 27.11.2010), що включає буріння горизонтальних свердловин у боках підготовчої виробки, установку верхняків і укладання на верхняки затяжки. У свердловини встановлюють трубчасті консольні опорні вузли, жорстко з'єднані з поздовжніми балками, на які укладають верхняки із затягуванням і заповнюють закріпний простір породою або конструкціями з дерева. При цьому верхняки з однієї сторони жорстко з'єднують із поздовжньою балкою. Спосіб складно реалізувати при необхідності ремонту гірничих виробок малого перетину, через складність буріння горизонтальних свердловин у боках виробки, а також в умовах підземних гірничих виробок глибокого закладення, оскільки породи в боках виробки в цьому випадку є зруйнованими й не можуть служити опорою для консольних опорних вузлів. Крім цього в приведеному способі не передбачена присічка деформованих у виробку бічних порід, тому він не дозволяє забезпечити стійкість виробок, що ремонтуються в умовах зсувів порід у порожнину виробки. Відомий спосіб відновлення й кріплення гірничих виробок поблизу земної поверхні при завалі вміщуючими породами (RU 2005882 С1, E21D11/00, публ. 15.01.1994), що включає заповнення порожнини вивалу зв'язуючими матеріалами, утворення штучної покрівлі й наступну проходку виробки, при цьому попередньо по контуру зони вивалу з земної поверхні масив порід, що зависає, оббурюють свердловинами під кутом, рівним куту зрушення зависаючих порід над вивалом, заряджають їх вибуховою речовиною й проводять розпушення й обвалення зависаючих порід в межах зрушення, потім заповнюючі матеріали засипають у воронку, що утворюється, ущільнюють їх й обурюють породи свердовинами в межах вивалу з земної поверхні, які обсаджують перфорованими в нижній частині трубами, і нагнітають розчин суміші, що твердіє, для зміцнення порід від ґрунту виробки до рівня штучної покрівлі. Пропонований спосіб характеризується багатоопераційністю, необхідністю придбання й експлуатації спеціального устаткування для нагнітання скріплюючої суміші, що твердіє, це не дозволяє забезпечити високі темпи ремонту виробки й вимагає великих матеріальних і трудових витрат на реалізацію. Буріння свердловин в зависаючих породах над вивалом і їхнє обвалення за допомогою вибухових речовин викликає великі енерговитрати на руйнування порід. Крім того спосіб неможливо реалізувати при великій глибині закладення гірничих виробок через неможливість буріння свердловин з земної поверхні і нагнітання скріплюючої суміші, що твердіє. Найбільш близьким по технічній суті є спосіб ремонту гірничих виробок (Борзых А.Ф., Зюков Ю.Е., Княжев С.Н. Содержание, ремонт и ликвидация горных выработок угольных шахт: Монография. - Алчевск: ДонГТУ, 2004. - С. 240-241), що включає посилення кріплення, демонтаж рами деформованого кріплення, оборку шматків нависаючої породи, відбійку породи, деформованої в порожнину виробки, за допомогою буровибухових робіт для забезпечення заданого перерізу виробки, зведення рами нового кріплення. Ударно-динамічний вплив на деформовані в порожнину виробки породи при висадженні шпурових зарядів вибухових речовин, реалізований в найближчому аналозі, приводить до розвитку існуючої системи тріщин, відшаровування, розпушення вміщуючих порід, що спричиняє розвиток вивалів, і зниження міцності порід приконтурної зони, це викликає посилення конвергенції й активізацію здимання ґрунту, що не дозволяє забезпечити стійкість виробки в післяремонтний період. При цьому не враховується орієнтація кліважних тріщин, по яких відбувається зрушення порід у порожнину виробки, не регламентовані параметри робіт, спрямованих на руйнування, що приводить до випадкового характеру розвитку незворотних деформаційних процесів у породах, не дозволяє оптимально використати енергію, спрямовану на руйнування порід, і приводить до великих енерговитрат на руйнування. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення способу ремонту гірничих виробок, у якому за рахунок спрямованого квазістатичного впливу на породи, зміщені в порожнину виробки, досягається їх руйнування й плавне опускання з урахуванням площин ослаблення по кліважних тріщинах, при відсутності розкріплення приконтурних порід, що дозволяє мінімізувати утворення вивалів при розкріпленні виробки, підвищити безпеку робіт, забезпечити стійкість виробки, що ремонтується, зі збереженням темпів її ремонту, й мінімізувати енерговитрати на руйнування порід. Поставлена задача вирішується тим, що в способі ремонту гірничих виробок, що включає посилення кріплення, демонтаж рами деформованого металевого аркового кріплення, відбивання порід, зміщених у порожнину виробки для забезпечення проектного перетину 1 UA 99208 C2 5 виробки, зведення рами нового кріплення по проектному контуру, відповідно з винаходом попередньо визначають орієнтацію системи кліважних тріщин у зміщених в порожнину виробки породах, після посилення кріплення послаблюють замки на рамах деформованого металевого аркового кріплення й проводять відбійку порід, зміщених у порожнину виробки шляхом буріння шпурів і розміщення в них невибухових руйнуючих речовин (НРР), при цьому шпури бурять по лініях, еквідістантних проектному контуру виробки, відстань між контуром зміщених у порожнину виробки порід і лінією першого ряду шпурів, а також відстані між наступними лініями шпурів визначають із умови:  0  Rp 10 Pp раст , м, де Rр - радіус шпуру, м; Pp - тиск саморозширення невибухової руйнівної речовини, МПа;  раст - міцність порід на розтягування, МПа; відстань від осі шпуру до площини найближчої кліважної тріщини визначають із умови:  1 2 p 2  p 2 Rp  Rp   1   0 , м,   раст  2  раст   при цьому відстань між шпурами в області порід між кліважними тріщинами визначають із умови: Y0  15  2  p 2  Rp   1   0 , м,   раст   раст   після руйнування порід усередині контуру виробки деформовані рами демонтують, а після обвалення порід, встановлюють раму нового кріплення по проектному контуру виробки. Попереднє визначення орієнтації системи кліважних тріщин дозволяє врахувати кінетику зрушень порід після їхнього руйнування й мінімізувати енерговитрати на руйнування порід при ремонті виробки. Відбійка вміщуючих порід шляхом буріння шпурів і розміщення в них невибухових руйнуючих речовин дозволяє за рахунок квазістатичного тиску саморозширення НРР одержати руйнування порід по необхідному проектному контуру, при цьому виключити вивалоутворення в покрівлі й боках виробки, мінімізувати розшарування приконтурних порід і забезпечити стійкість гірничої виробки після ремонту, що дозволяє скоротити трудові й матеріальні витрати на забезпечення експлуатаційного стану виробки. При цьому зруйновані породи плавно опускаються на рами деформованого кріплення з послабленими замками, що забезпечує безпеку й запобігає утворенню вивалу. Буріння шпурів по лініях, еквідистантних проектному контуру виробки, забезпечує почергове обвалення порід від деформованого контуру виробки до проектного, при цьому визначення відстані між шпурами з урахуванням радіуса шпуру, тиску саморозширення НРР, міцності порід на розтягування, щільності кліважних тріщин дозволяє врахувати природні лінії ковзання в приконтурних породах, закономірність передачі тиску від саморозширення НРР у шпурі вглиб масиву, відстань до відкритої поверхні, забезпечити руйнування породи від розтягуючих напруг, при цьому законтурна область порід залишається непорушеною, що сприяє забезпеченню стійкості гірничої виробки, що ремонтується. Суть способу пояснюється кресленням, де на кресленні показана схема реалізації способу ремонту гірничої виробки. На кресленні: 1 - гірнича виробка, 2 - кліважні тріщини, 3 - деформовані породи, 4 деформовані рами кріплення, 5 - кріплення посилення, 6 - замок деформованої рами кріплення, 7 - шпур, 8 - проектний контур виробки, 9 - контур зміщених у порожнину виробки порід, 10 невибухова руйнуюча речовина, 11 - рама нового кріплення. При ремонті гірничої виробки 1 попередньо візуально визначають орієнтацію й щільність кліважних тріщин 2 у деформованих породах 3, що присікаються. Після цього підсилюють рами деформованого кріплення 4, шляхом установки кріплення посилення 5, і послаблюють замки 6 на деформованих рамах 4. Потім бурять шпури 7 по лініях, еквідистантних проектному контуру виробки 8, при цьому відстань між контуром 9 зміщених у порожнину виробки порід і лінією першого ряду шпурів, а також відстані між наступними лініями шпурів визначають із умови 2 Y  Rp 20 25 30 35 40 45 50 p 2 UA 99208 C2  0  Rp p раст , м, де R p - радіус шпуру, м; Pp - тиск саморозширення НРР, МПа; 5  раст - міцність порід на розтягування, МПа, а відстань від осі шпуру 7 до площини найближчої кліважної тріщини 2 визначають із умови  1 2 p 2  p 2 Rp  Rp   1   0 , м,   раст  2  раст   при цьому відстань між шпурами 7 в області порід між кліважними тріщинами 2 приймають із умови Y0   2  p 2  Rp   1   0 .   раст   раст   Після чого в пробурені шпури 7 розміщують НРР 10 на довжину не менше 0,9 довжини шпуру. У процесі протікання реакції гідратації відбувається ріст структурних новоутворень у НРР 10, що створює квазістатичний тиск на стінки шпуру 7. Ріст тиску саморозширення НРР приводить до поетапного руйнування деформованих порід від контуру зміщених порід 9 до проектного контуру виробки 8 і їхнього зрушення переважно по площинах кліважних тріщин 2 у порожнину виробки 1. Після чого деформовані рами 4 демонтують, що приводить до обвалення зруйнованих деформованих порід 3, і встановлюють рами нового кріплення 11 по проектному контуру виробки 8. Потім зруйновані породи навантажують на засоби транспорту і прибирають з місця ведення робіт. Приклад Спосіб був реалізований при ремонті вентиляційного штреку на глибині 810 м. Деформовані в порожнину виробки породи покрівлі були представлені піщаним сланцем потужністю 2,4 м і міцністю 4 по шкалі проф. М.М. Протодьяконова, зсув деформованого контуру становив 0,55 м. Візуально визначили, що відстань між тріщинами у вибої деформованих порід становить 0,6 м, при цьому кліважні тріщини переважно нахилені під кутом 70 градусів до горизонталі. Після цього під рами деформованого кріплення встановлювали дерев'яні стійки посилення діаметром 0,18 м, і послаблювали замки на рамах деформованого кріплення. Потім за допомогою перфоратора ПП-50 бурили шпури діаметром 43 мм довжиною 1 м, при цьому шпури розташовували по лініях, еквідистантних проектному контуру виробки, при цьому відстань між контуром зміщених у порожнину виробки порід і лінією першого ряду шпурів, а також відстані між наступними лініями шпурів X 0 визначали з умови 2 Y  Rp 10 15 20 25 30 X0  Rp p p , м, раст де R p - радіус шпуру, 0,043 м; Pp - тиск саморозширення НРР, 80 МПа; 35  раст - міцність порід на розтягування, 4 МПа; 80 =0,19м, 4 а відстань від осі шпуру Y0 до площини найближчої кліважної тріщини визначали із умови X 0  0,043 Y0  40  1 2 p 2  p 2 Rp  Rp   1   0 , м,   раст  2  раст   Y0  1 80  80  0,043 2  0,043 2   1  0,19 2 =0,1 м, 2 4 4   при цьому відстань між шпурами Y в області порід між кліважними тріщинами приймали із умови 3 UA 99208 C2  2  p 2  Rp   1  X 0 =0,2 м.   раст   раст   Оскільки присічка покрівлі становила 0,55 м, відстані між контуром і першою лінією еквідистантною контуру приймали 0,19м, між двома іншими 0,18 м. Після чого в пробурені шпури на довжину 0,9 м розміщали невибухову руйнуючу речовину НРР-80. В процесі протікання реакції гідратації відбувався ріст структурних новоутворень у невибуховій руйнуючій речовині, що створювало квазістатичний тиск на стінки шпуру. Ріст тиску саморозширення НРР привів до поетапного руйнування й відшарування деформованих порід від контуру зміщених порід до проектного контуру виробки і їхнього зрушення по площинах кліважних тріщин у порожнину виробки. Після чого деформовані рами демонтували за допомогою лебідки ЛВ-25, після обвалення деформованих порід, встановлювали рами нового кріплення по проектному контуру виробки. Потім прибирали породу й навантажували її вручну у вагонетки ВГ-3,3. Реалізація пропонованого способу ремонту гірничих виробок за рахунок квазістатичного тиску на деформовані в порожнину виробки породи дозволяє досягти їхнього руйнування, і при цьому виключити вивалоутворення в покрівлі й боках виробки й зберегти природну міцність порід приконтурної зони, це дозволяє забезпечити стійкість гірничої виробки, що ремонтується. 2 Y  Rp 5 10 15 p ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 25 30 Спосіб ремонту гірничих виробок, що включає посилення кріплення, демонтаж рами деформованого металевого аркового кріплення, відбивання порід, зміщених у порожнину виробки, для забезпечення проектного перерізу виробки, зведення рами нового кріплення по проектному контуру, який відрізняється тим, що попередньо визначають орієнтацію системи кліважних тріщин у зміщених в порожнину виробки породах, після посилення кріплення послаблюють замки на рамах деформованого металевого аркового кріплення й проводять відбійку порід, зміщених у порожнину виробки, шляхом буріння шпурів і розміщення в них невибухових руйнуючих речовин, при цьому шпури бурять по лініях, еквідистантних проектному контуру виробки, відстань між контуром зміщених у порожнину виробки порід і лінією першого ряду шпурів, а також відстані між наступними лініями шпурів Х0 визначають із умови p , м,  0  Rp  раст де Rp - радіус шпуру, м; Рр - тиск саморозширення невибухової руйнівної речовини, МПа; раст - міцність порід на розтягування, МПа; відстань Y0 від осі шпуру до площини найближчої кліважної тріщини визначають із умови 35  1 2 p 2  p 2 Rp  Rp   1   0 , м,   раст  2  раст   при цьому відстань між шпурами Y в області порід між кліважними тріщинами приймають із умови Y0   2  p 2  Rp   1   0 , м,   раст   раст   після руйнування порід усередині контуру виробки деформовані рами демонтують, а після обвалення порід встановлюють раму нового кріплення по проектному контуру виробки. 2 Y  Rp 40 p 4 UA 99208 C2 Комп’ютерна верстка М. Ломалова 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 5