Конструкция крепи вертикальных стволов с регулируемым режимом работы

Авторы патента:

Масленников Станислав Александрович (RU)

E21D5/11 - комбинации различных материалов, например дерева, металла, бетона (E21D 5/01,E21D 5/012,E21D 5/016 имеют преимущество)

Владельцы патента RU 2433269:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)" (RU)

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к конструкции крепи вертикального ствола, и предназначено для обеспечения полной гидроизоляции ствола. Техническим результатом является увеличение надежности работы крепи, исключение возможности возникновения аварийных ситуаций, связанных с прорывом воды в ствол, обеспечение управляемого режима работы крепи, снижение ее стоимости. Конструкция крепи вертикального ствола с регулируемым режимом работы включает слой бетона, расположенный между слоем бетона и металлической обечайкой промежуточный слой с повышенными водопроводящими свойствами, систему отвода и контроля поступления воды. При этом слой бетона представляет собой полимербетон повышенной плотности, расположенный непосредственно у стенки ствола для восприятия давления со стороны пород, промежуточный слой представляет собой фибробетон, а система отвода и контроля поступления воды включает контрольно-регулирующие элементы, вмонтированные в металлическую обечайку. 2 ил.

Известна конструкция крепи с регулируемым режимом работы (наиболее близкая к предлагаемой [1]). Однако существующее решение имеет ряд недостатков. Не обеспечивается полная гидроизоляция ствола в период эксплуатации, крепь имеет низкую несущую способность, нет возможности управлять гидростатическим давлением подземных вод, под воздействием агрессивной среды, целостность металлической сетки, контроль за состоянием которой невозможен, может быть нарушена, а это увеличивает риск возникновения аварийных ситуаций.

Целью изобретения является создание конструкции крепи, позволяющей существенно увеличить надежность ее работы, исключить возможность возникновения аварийных ситуаций, связанных с нарушением сплошности стальной трубы и прорывом воды в ствол, обеспечить управляемый режим работы крепи, а также снизить ее стоимость.

Для достижения поставленной цели предлагается конструкция трехслойной крепи (см. фиг.1), включающая внутреннюю металлическую обечайку 3, слой высокопрочного фибробетона 2 с искусственно улучшенными водопроводящими свойствами, внешний слой из полимербетона повышенной плотности 1, контрольно-регулирующие элементы 4, а также систему отвода воды (см. фиг.2).

Металлическая обечайка выполняет двойную функцию: грузонесущую, в т.ч. восприятие части гидростатического давления и сдерживающе-накопительного экрана, что предопределяет возможность снижения ее толщины.

Наличие проводящего слоя позволяет исключить неравномерность давления воды по периметру выработки и соответственно обеспечить наиболее благоприятные условия работы, снизить перепады давления при сбросе воды, уменьшить количество необходимых контрольно-регулирующих элементов.

Внешний слой полимербетона в качестве составной части комбинированной крепи предназначен для восприятия давления со стороны пород и части напора подземных вод за счет регулируемого перепада гидростатического давления в массиве и на внутреннем контуре стальной обечайки, при этом он соответственно должен иметь низкую пропускающую способность, быть устойчивым к коррозии в агрессивной среде.

Контрольно-управляющий элемент представляет собой, в общем случае, закрепляемую в теле металлической обечайки конструкцию, обеспечивающую полную гидроизоляцию при давлении воды менее давления - сброса и пропускающую воду после его достижения. Данный элемент помимо управления режимом работы крепи обеспечивает также контроль за состоянием закрепного пространства и позволяет своевременно выявить, локализовать и принять меры по усилению крепи на ослабленных участках. Основными требованиями к конструкции контрольно-управляющего элемента являются: простота, надежность, возможность быстрого регулирования величины давления - сброса, низкая стоимость, ремонтопригодность и возможность замены рабочего элемента.

Система отвода воды (см. фиг.2) монтируется из резиновых шлангов 5, соединительных штуцеров 7 и устанавливаемых отдельно для каждого яруса контрольно-измерительных элементов счетчиков расхода воды 8, информация с которых поступает в поверхностный пункт управления. Из системы отвода вода подается в единый трубопровод 9, по которому откачивается на поверхность.

В зависимости от способа возведения связь металлической обечайки с внутренними слоями крепи обеспечивается либо приваренными к ее поверхности и замоноличиваемыми во внешний слой бетона короткими анкерами (см. фиг.1 позиция 6), либо длинными, пересекающими слой бетона и закрепляемыми в породе.

Принцип работы крепи предлагаемой конструкции заключается в следующем. Вода под давлением проникает через внешний слой 1 и попадает в слой бетона с искусственно повышенными фильтрующими свойствами 2, где равномерно распределяется, стремясь повысить гидростатическое давление до его величины в породном массиве. При достижении давлением значений, близких к критическим, срабатывают контрольно-регулирующие элементы, часть воды стравливается внутрь ствола, где стекает по системе шлангов 5, аккумулируется и по трубопроводу 9 выдается на поверхность. Таким образом, в предлагаемой конструкции благодаря возможности регулирования раздельного восприятия гидростатического давления слоем стали и бетоном реализуется принцип «управляемой работы крепи». При этом доля нагрузки, которую несет тот или иной слой, определяется выбором давления - сброса на контрольно-регулирующих элементах. Объем откачиваемой воды будет незначительным, ввиду мощности внешнего слоя бетона, его низкой фильтрующей способности, а также относительно небольшого перепада давлений.

Основные достоинства предлагаемой конструкции по сравнению с обычной двухслойной крепью, включающей металлическую обечайку и слой бетона, заключаются в следующем: значительно более высокое критическое давление; исключение возможности возникновения аварийных ситуаций, связанных с отрывом металлической обечайки от бетона и ее вспучиванием; обеспечение полной гидроизоляции; возможность снижения давления воды на стальной слой крепи, что необходимо при ведении ремонтных и профилактических работ, обеспечения постоянного контроля уровня гидростатического давления и уменьшения толщины стальной оболочки.

По сравнению с трехслойной крепью, включающей две металлические обечайки и слой бетона между ними, помимо перечисленных выше, преимуществом является существенное снижение стоимости за счет исключения внешней стальной оболочки, упрощение технологии работ по возведению крепи, снижение рисков, связанных с возможностью нарушения сплошности внешнего стального слоя и восприятия внутренним полного гидростатического давления.

Предлагаемая конструкция может использоваться как для крепления всего ствола, так и для отдельных его участков, пересекающих водоносные горизонты.

Литература

1. А.с. SU 1624168 A1, E21D 5/00. Способ крепления шахтного ствола в обводненных породах и гелеобразующий раствор на основе неорганического вяжущего для его осуществления / Д.И.Могилевский, П.П.Гальченко, Е.В.Новик, А.В.Моисеев, В.В.Левит (СССР) - Заяв. 20.09.88; Опубл. 30.01.1991. Бюл. №4.

Конструкция крепи вертикальных стволов с регулируемым режимом работы, включающая слой бетона, расположенный между слоем бетона и металлической обечайкой промежуточный слой с повышенными водопроводящими свойствами, систему отвода и контроля поступления воды, отличающаяся тем, что слой бетона представляет собой полимербетон повышенной плотности, расположенный непосредственно у стенки ствола для восприятия давления со стороны пород, промежуточный слой представляет собой фибробетон, а система отвода и контроля поступления воды включает контрольно-регулирующие элементы, вмонтированные в металлическую обечайку.

Похожие патенты:

Элемент шахтной крепи // 2168637

Изобретение относится к горному делу, в частности к элементам крепления горизонтальных горных выработок при строительстве подземных сооружений, особенно в условиях агрессивных сред.

Устройство для бетонирования крепи горной выработки // 1479656

Изобретение относится к шахтному строительству. .

Способ защиты сопряжений шахтных стволов с выработками от горного давления // 1368438

Способ сооружения радиально-податливой железобетонной крепи вертикального шахтного ствола // 1229353

Многослойная крепь для горных выработок круглого сечения // 775325

Способ изготовления шахтной крепи типа "сталь-бетон-сталь" и устройство для его осущевления // 768991

Форма для изготовления сборных железобетонныхэлементов // 212924

Способ скоростной проходки вертикальных стволов с постоянным креплением железобетонными тюбингами // 111579

Способ формования предварительной стенной крепи // 89200

Опускное железобетонное крепление для шахт // 63736

Устройство для сопряжения и стыковки стволов подземных сооружений метрополитена // 2474694

Изобретение относится к тюбинговой крепи стволов подземных выработок, проходимых кессонным способом при строительстве метрополитенов

Способ комбинированной забутовки закрепного пространства // 2498072

Изобретение относится к области строительства горных выработок в сложных инженерно-геологических условиях с повышенными смещениями массива или со значительным горным давлением, а также тоннелей различного назначения в аналогичных условиях. Технический результат направлен на повышение устойчивости выработки за счет снижения действия смещений массива и горного давления на крепь, а также равномерного распределения нагрузки. Способ комбинированной забутовки включает заполнение пространства между крепью и вмещающими горную выработку породами сыпучими и твердеющими материалами. После проходки и крепления выработок производят забутовку пустот сыпучими материалами. По мере заполнения пустот в закрепное пространство устанавливают перфорированные трубки на расстоянии 1-2 метра друг от друга, так чтобы их свободный конец выступал в пространство выработки. Через установленные трубки в закрепное пространство нагнетают вспенивающуюся податливую пену для связи элементов сыпучей забутовки и заполнения пустот между ними. 1 ил.

Обделка шахтного ствола, комплекс для ее сооружения и способ ее сооружения // 2502873

Изобретение относится к области подземного строительства шахтных стволов большого диаметра для метро, фундаментов мостов и фундаментов строительных конструкций. Техническим результатом является повышение прочности несущей конструкции обделки, а также повышение эффективности, безопасности и скорости ее возведения. Сталебетонная обделка цилиндрического шахтного ствола выполнена поплавковой из двух концентрично расположенных стальных цилиндров с герметичным дном. Цилиндры смонтированы из двухкольцевых стальных секций, закрепленных между собой по длине стальной обделки. Дно обделки, заобделочное пространство и пространство между стальными стенками внешнего и внутреннего цилиндров этой обделки забетонировано для формирования цельного сталебетонного цилиндра повышенной прочности и гидроизоляции. В строительный комплекс входит автокран, передвижная по рельсам буровая установка, эрлифтная система для бурения, система многократной очистки от шлама и подачи в ствол промывочной жидкости, лебедка для подъема и спуска стальных конструкций, монтажный стол и центрирующий кондуктор для монтажа кольцевых секций и стальной обделки, вальцовочный станок для стальных листов в цилиндрические сегменты и электросварочная аппаратура или станция. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Крепь вертикального ствола // 2519279

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к конструкциям крепи вертикальных стволов, и может быть использовано в стволах угольных шахт и рудников, а также вертикальных выработках подземной инфраструктуры городов. Технический результат направлен на повышение несущей способности крепи, снижение расхода стали, обеспечение возможности эксплуатации ствола при подработке. Указанный технический результат достигается тем, что внешний слой возводят из набрызгбетона, основную грузонесущую конструкцию собирают из железобетонных блоков, без соединения колец между собой, элементы системы отвода воды пропускают через отверстия в железобетонных блоках, а стальную оболочку размещают между слоем высокопрочного фибробетона и основной грузонесущей конструкцией. 2 ил.

Крепь вертикального ствола // 2521105

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к конструкциям крепи вертикальных стволов, и может быть использовано в стволах угольных шахт и рудников, а также вертикальных выработках подземной инфраструктуры городов. Целью изобретения является создание конструкции крепи, позволяющей существенно снизить трудоемкость возведения, стоимость, повысить несущую способность и надежность крепи с управляемым режимом работы. Указанный технический результат достигают тем, что внутренний водонепроницаемый слой собирают из чугунных тюбингов, внешний грузонесущий слой изготавливают из твердеющей смеси с активированными хвостами обогащения в качестве вяжущего и классифицированными отходами горного производства в качестве крупного и мелкого заполнителя, а внешний грузонесущий слой связывают с породным массивом системой анкеров. 2ил.

Конструкция крепи вертикального ствола с регулируемым режимом работы // 2524082

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к конструкциям крепи вертикальных стволов, и может быть использовано в стволах угольных шахт и рудников, а также в вертикальных выработках подземной инфраструктуры городов. Технический результат направлен на создание конструкции крепи, позволяющей существенно снизить нагрузку на внутреннюю стальную оболочку и слой бетона, исключающей фильтрацию значительных объемов воды через слой грузонесущего бетона, уменьшив за счет этого материалоемкость и стоимость крепи, увеличив долговечность и надежность. Указанный технический результат достигают тем, что водопроводящий слой, включающий гранулы вспененного полистирола, располагают между грузонесущим слоем, состоящим из бетона с активированными в дезинтеграторе хвостами обогащения в качестве вяжущего, и затампонированными породами, а также наличием установленных в прилегающий массив анкеров. 1 ил.

Крепь шахтного ствола // 2535554

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при строительстве шахтных стволов в соляных и соленосных породах. Технический результат направлен на обеспечение безаварийной работы бетонной части крепи шахтного ствола, расположенной в ползучих солевых породах в течение расчетного срока, а также на повышение эффективности крепления шахтного ствола за счет исключения крепления шахтных стволов дорогостоящей чугунной тюбинговой крепью. Крепь шахтного ствола состоит из несущей внутренней бетонной оболочки и внешней компенсационной оболочки из податливого вспененного материала. Компенсационная оболочка сформирована из пенополистирольных плит и размещена ровным слоем вокруг бетонной оболочки цилиндрической части ствола. Расстояние между опорными венцами определяют в зависимости от длительности сцепления каменной соли, внутреннего и внешнего радиусов границ контакта опорного венца с каменной солью, внутреннего радиуса ствола, коэффициента запаса, веса опорного венца, удельного веса бетона, толщины бетонной крепи ствола. Опорные венцы из бетона усилены тюбинговыми кольцами и отделены от основной части бетонной крепи деформационными швами из дерева, а компенсационная оболочка из пенополистирольных плит прикреплена к породному массиву монтажными анкерами. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Крепь подземного сооружения // 2583800

Изобретение относится к подземному строительству, в частности к конструкциям крепи заглубленных сооружений, и может быть использовано в стволах метрополитенов, угольных шахт и рудников, а также в вертикальных выработках подземной инфраструктуры городов. Задачей изобретения является создание конструкции крепи, позволяющей исключить проникновение воды из водонапорного слоя через водоупоры в слои пород содержащие растворимые минералы, при этом не допуская существенного увеличения объема поступающей в ствол воды. Указанный технический результат достигают тем, что выше и ниже водонапорного слоя в водоупорах бурят комплект скважин глубиной не менее чем на 0,5 м больше максимальной ширины зоны влияния взрывных работ в массиве, скважины оснащают водозаборными элементами, состоящими из последовательно помещенных одна в другую труб с регулирующим клапаном на конце каждой; давление сброса на клапанах устанавливают равным разнице между величиной гидростатического давления водонапорного слоя и величиной гидравлического сопротивления на участке от места установки клапана до кровли, или почвы слоя водоупора. 2 ил.

Крепь заглубленного сооружения // 2584174

Изобретение относится к подземному строительству, в частности к конструкциям крепи выработок, и может быть использовано в стволах шахт и рудников, а также в вертикальных выработках подземной инфраструктуры городов. Технический результат заключается в создании конструкции крепи, позволяющей избежать проникновения воды по плоскости соприкосновения крепи с массивом, а также по зоне нарушенных в ходе БВР пород в ранее не обводненные слои, повысить эффективность использования материалов крепи и за счет этого снизить ее материалоемкость. Крепь состоит из обделки и гидрозатвора в виде незатвердевающей вязкой жидкости, находящейся под давлением, превышающим давление подземных вод. Гидрозатвор размещают между породными стенками и крепью. Приствольный массив упрочняют анкерами, на которые навешивают металлическую сетку. Выше и ниже горизонта напорных подземных вод устраивают кольцевые противофильтрационные завесы. В крепи и прилегающем массиве монтируют систему мониторинга, включающую: датчики давления жидкости в гидрозатворе, датчики смещения породного массива, датчики давления и скорости фильтрации воды. 2 ил.