Способ восстановления горных выработок

 

Изобретение относится к горной промышленности, может быть использовано при ремонтно-восстановительных работах в горных выработках и позволяет улучшить условия работы новой крепи и повысить безопасность ведения ремонтных работ. Вокруг выработки определяют границы зоны нарушенных пород, степень трещиноватости пород и выявляют зоны одинаковой трещиноватости. Устанавливают остаточную прочность массива в пределах зоны нарушения пород и рассчитывают подпор, создаваемый деформированной крепью. Бурят тоннажные шпуры до внешней границы зоны нарушенных пород и позонно, начиная с донной части шпуров, нагнетают в их скрепляющий раствор. Породы в пределах проектного контура не упрочняют, а извлекают вместе с деформированной крепью после набора раствором требуемой прочности, которую определяют из аналитического выражения. Созданная грузонесущая оболочка имеет подпор, эквивалентный суммарному подпору, создаваемому до перекрытия извлекаемой частью области нарушенных пород в пределах проектного контура и деформированной крепи. В тампонажных шпурах за проектным контуром выработки можно устанавливать анкеры, которые закрепляют по всей длине путем повторного нагнетания скрепляющего раствора. 1 з.п.ф-лы, 7 ил.

союз сОВетских

СОЦИАЛИСТИЧECKИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 21 О 11/00, 13/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4423611/23-03 (22) 12.05.88 (46) 15.07.90. Бюл. ¹ 26 (71) Макеевский инженерно-стреительный институт (72) В.В.Ковшов, С.Г.Лунев, Е.П.Пирогов, И,А.Портман и А.Г.Шарабарин (53) 622.281.5 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1024592, кл, Е 21 D 13/02, 1981.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1167340, кл. Е 21 О 11/00, 1984. (54) СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ГОРНЫХ

ВЫРАБОТОК (57) Изобретение относится- к горной промышленности, может быть использовано при ремонтно-восстановительных работах в горных выработках и позволяет улучшить условия работы новой крепи и повысить безопасность ведения ремонтных работ. Вокруг выработки определяют границы зоны нарушенных пород, степень трещиноватости пород и выявляют зоны одинаковой треИзобретение относится к горной промышленности, а именно к ремонту горных выработок с использованием глубинного упрочнения пород, Цель изобретения — улучшение условий работы новой крепи и повышение безопасности ремонтных работ.

На фиг,1 схематически изображена последовательность работ по восстановлению выработки, продольный разрез; на фиг.2— сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 — сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.4- сечение В-В на фиг.1; на фиг.5 — сечение Г-Г на фиг.1: на фиг.6— конструкция анкера для подшивки оболочки,;„Sly „„1578407 А1 щиноватости. Устанавливают остаточную прочность массива B пределах зоны нарушения пород и рассчитывают подпор, создаваемый деформированной крепыш, Бурят тоннажные шпуры до внешней границы зоны нарушенных пород и позонно, начиная с донной части шпуров, нагнетают в них скрепляющий раствор..Породы в преде-. лах проектного контура не упрочняют, а извлекают вместе с деформированной крепыш после набора раствором требуемой . прочности, которую определяют из аналитического выражения. Созданная грузонесущая оболочка имеет подпор, эквивалентный суммарному подпору, создаваемому до перекрытия извлекаемой частью области нарушенных пород в пределах проектного контура и деформированной крепи. В тампонажных шпурах за проектным контуром выработки можно устанавливать анкеры, которые закрепляют по всей длине путем повторного нагнетания скрепляющего раствора. 1 з.п. ф-лы, 7 ил, из упрочненных пород к ненарушенному породному массиву; на фиг.7 — сечение Д-Д на фиг,6, На чертежах обозначены: восстанавливаемая выработка 1, контур 2 выработки до проведения ремонтно-восстановительных работ, проектный контур 3 выработки, прогнозные шпуры 4 для определения размера области 5 нарушенных пород, прибор 6 для определения размера области нарушенных пород и степени их трещиноватости, иньектор 7 многоразового использования с рукавом 8 подачи скрепляющего раствора, шпуры 9 для нагнетаний скрепляющего

1578407 раствора, анкерный стержень 10 с фиксирующим элементом 11, в конструкции которого предусмотрены разжимные манжеты 12 и обратный клапан 13, оболочка 14 упрочненных пород, Способ восстановления горных выработок реализуется следующим образом, Выработка штрекового типа расположена в породах, вмещающих пласт 1 мощностью 1,2 — 1,4 м. В непосредственной кровле пласта залегает склонный к обрушению глинистый сланец мощностью 1,2 — 1,5 м и прочностью 53 — 55 МПа, а почвопесчаный сланец с лийзами скольжения и прочностью

34-35 МПа.

В кровле выработки залегает песчаный сланец с R = 34 — 35 МПа. Остаточное сечение выработки составляло 9,4 м . Проектное сечение выработки в свету S<, = 12,5 м, в

2 пооходке Sr p = 16,6 м, Перед началом ремонтно- восстановител ьн ых работ и ро водят изучение вмещающего выработку массива с целью получения достоверной информации для выбора оптимальных параметров нагнетания и перекрепления. Для этого по пе. риметру на наиболее характерных участках восстанавливаемой выработки 1 бурят прогнозные шпуры 4 и через них любым известным методом. (например, при помощи прибора 6 контроля трещиноватости массива) определяют расстояние от контура 2 выработки до внешней границы области нарушенных пород 5 и степень трещиноватости массива (количество и расположение трещин, их раскрытие) в пределах этой области, а также остаточную прочность массива, Определяют отпор деформированной крепи аналогично недеформированной со следующими отличиями: во-первых, для деформированной крепи известная схема нагружения (равностороннее обжатие); во-вторых, для определения отпора деформированной крепи в расчетную схему вводятся дополнительные шарниры, количество которых определяется для каждого конкретного случая (в зависимости от геометрии деформированной крепи).

Расстояние от контура 2 выработки до внешней границы области 5 нарушенных пород составило 3,2 м. Прибавив к этому расстоянию радиус выработки до перекрепления Го = 1,7 м, находим радиус области нарушенных пород (Г<): Г> =- 3,2+ 1,7 = 4,9 м.

В результате определения степени трещиноватости массива выявлено четыре характерные зоны с наибольшими количеством трещин и степенью их раскры- тия: первая зона на границе области нарушенных пород с ненарушенным породным массивом — зона с единичными трещинами с раскрытием 1-2 мм;

5 вторая эона — на удалении 1,8 м от проектного контура 2 выработки — на контакте глинистого сланца с песчаным; третья эона — на расстоянии 0,9 — 1,0 м от проектного контура 2 выработки — с количе10 ством трещин 4 — 6 на метр и раскрытием до 5мм; четвертая зона — на проектном контуре выработки с интенсивностью трещиноватости 10 — 12 трещин на метр и наибольшим

15 раскрытием до 6 — 8 мм.

Таким образом, определены четыре перестановки иньектора в зонах наиболее интенсивной трещиноватости.

Затем по периметру выработки 1 бурят

20 шпуры 9 для нагнетания скрепляющего раствора длиной 3,2 м. Шпуры 9 бурят с неснижаемым опережением работ по нагнетанию скрепляющего раствора, величина которого определяется в процессе

25 ведения работ с расчетом недопущения их пережатия к моменту начала проведения работ по упрочнению. Для упрочнения могут быть использованы ранее пробуренные прогнозные шпуры 4.

30 . Скрепляющий раствор для создания груэонесущей оболочки выбирается из расчета того, чтобы созданная оболочка имела отпор, эквивалентный суммарному подпору, создаваемому до перекрепления извле35 каемыми частью области нарушенных пород и крепыш, Для обеспечения такого подпора прочность упронняющего раствора после отверждения определяют выражением

40 2(цо + (--) 2- —

Re Г R*

R т.к — (1) (Гп ) 2

ri

45 где оо — подпор, создаваемый деформированной крепыш., МПа;

R* — остаточная прочность массива в пределах области нарушенных пород (R *= 0,5-0,1R), МПа;

50 Я- прочность вмещающих пород, МПа; 2sinð

1-sinp где р — угол внутреннего трения вмещающих пород, (р - 20+ 30 );

Г< — внешний радиус области нарушенных пород (радиус внешней границы зоны упрочнения), м; . Го - существующий радиус выработки до перекрепления, м;

1578407

10

25

35

Г p — проектный радиус перекрепляемой выработки, м, Исследования последующего нагружения разрушенных и упоочненных скрепляющим раствором породных образцов показали, что их повторное разрушение наблюдается по тем же плоскостям, что и первичное, т.е, при неизменной схеме нагружения породного массива последующее разрушение упрочненной оболочки происходит аналогично. При этом прочность, а следовательно, и несущая способность упрочненной оболочки, в первую очередь, определяются прочностью раствора. Поэтому в приведенной формуле прочность упрочненной оболочки отождествляется с прочностью раствора, т.е.

2 (Π08 + 18) (1 7 ) — 2 1 8

Й т.к (2,бр

4,9

= тт- = 34,26 МПа .

Таким образом, для нагнетания принимается раствор на основе магнезиальнчх вяжущих, конечная прочность которого достигает 40 МПа.

Работы по нагнетанию скрепляющего раствора осуществляют в следующей последовательностии.

В шпур 9 вводится инъектор 7 многоразового использования, в конструкции которого . предусмотрена возможность герметизации любого отрезка шпура (например, с помощью разжимных резиновых тампонов). Первоначально инъектор устанавливают в данной части шпура 9 {первая зона) и нагнетание ведут через рукав 8 подачи в режиме заданного давления, При насыщении массива в первой зоне (о чем свидетельствует повышение давления на манометре нагнетательного оборудования свыше 5,0 МПа) нагнетание прекращают, инъектор 7 перемещают на 0,5 м во вторую зону интенсивной трещиноватости, и процесс повторяется. Проведя таким образом позонное нагнетание скрепляющего раствора, последнюю перестановку иньектора

7 осуществляют с расчетом, чтобы его герметизирующее устройство находилось на проектном контуре 3 выработки (четвертая зона).

После проведения работ по нагнетанию инъектор 7 извлекают из шпура 9. При этом скрепляющий раствор изливается из него. Вслед за этим в шпур 9 вставляется анкер 10, снабженный фиксирующим элементом 11, и при помощи инъектора 7 проталкивается в шпур 9 до упора.

Анкер (фиг.6) представляет собой металлический стержень 10 из периодической стали, у которого на одном конце имеется резьба для навинчивания фиксирующего элемента 11, По резьбе с двух противоположных сторон сделаны два выреза (фиг.7).

Вырезы предназначены для проникновения скрепляющего раствора через инъектор 7 и фиксирующий элемент 11 в шпур 9 и заполнения его по всей длине анкера. В конструкции фиксирующего элемента 11 предусмотрены разжимные манжеты 12, обеспечивающие фиксацию анкера в заданной точке массива, и обратный клапан 13, предотвращающий вытекание раствора из шпура после прекращения нагнетания. Длина анкера принимается в 1,1 — 1,2 раза больLUe расстояния от проектного контура 3 перекрепляемой выработки до внешней границы (радиуса) зоны 5 нарушенных пород: 2,3. 1,1 = 2,53, В процессе повторного нагнетания раэжимной элемент 11 расклинивается, зафиксировав анкер 10 за проектным контуром 3, клапан 13 открывается и раствор заполняет полость шпура 9, омоноличивая таким образом установленный в нем анкерный стержень 10 и закрепляя его по всей длине.

После прекращения подачи раствора в шпур обратный клапан 13 закрывается, герметизируя участок шпура с установленным в нем анкером 10, а инъектор 7 извлекается из шпура.

В результате выполнения указанных работ за проектным контуром 3 выработки 1 образуется оболочка из упрочненных пород

14, подшитая посредством анкеров 10 к не40 нарушенному породному массиву. При этом породы, предназначенные к выпуску, остаются в нарушенном состоянии.

К перекреплению можно приступить после набора скрепляющим раствором тре45 буемой прочности RT к., что свидетельствует о loM, что оболочка из упрочненных пород обладает требуемой несущей способностью.

Предлагаемый способ может быть реализован на любой строящейся или эксплуатационной шахте, а наиболее зффективно— в сложных горно-геологических условиях, когда существует реальная опасность значительных вывалообразований.

Использование данного способа обеспечивает по сравнению с известными следующие преимущества: повышение безопасности ремонтно-восстановительных работ за счет создания устойчивого породного контура на момент перекрепления, а

1578407!

С Ю 1/Я У

В

Фиг f также уменьшеннв трудоемкости работ за счет сокращения доли ручного труда (чеканка швов, расширение выработки отбойным молотком, выкладка клетей и костров, уборка породы и т.д.).

Формула изобретения

1. Способ восстановления горных выработок, включающий бурение тампонажных шпуров до внешней границы зоны упрочнения, нагнетание через них в зону нарушенных пород скрепляющего раствора за проектный контур выработки, извлечение после его схватывания деформированной крепи и породы в пределах проектного контура выработки и установку новой крепи, отличающийся тем, что, с целью улучшения условий работы новой крепи и повышения безопасности ремонтных работ, определяют границы зоны нарушенных пород, остаточную прочность массива в пределах этой зоны и подпор, создаваемый деформированной крепыш, а для нагнетания используют скрепляющий раствор, прочность R,к. которого после отверждения не ниже

R Г1 R*

Го. ">- г)< —. -"-г

R т.к (МПа), 1 (гп )2

\ где q0 — подпор, создаваемый деформированной крепыш,МПа;

R* — остаточная прочность массива в пределах области нарушенных пород (й = 0,05 —.

5 0,1 R), МПа; R — прочность вмещающих пород, МПа;

2в пр

1 — sinp

10 где p — угол внутре н него трен ия вме щающих пород;

Г1 — внешний радиус области нарушен15 ных пород (радиус внешней границы зоны упрочнения), м;

Го — существующий радиус выработки до перекрепления, м;

20 Гпр — проектный радиус перекрепляемой выработки, м.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что до извлечения деформированной

25 крепи и породы в тампонажные шпуры за проектным контуром выработки устанавливают анкера, которые закрепляют по всей . длине.

1578407

1578407

1578407

Фиг.б

Соста вител ь С. Бачурин

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор И.Муска

Редактор М.Келемеш

Заказ 1902 Тираж 387 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101