Способ обеспечения податливости крепи вертикального ствола, расположенного в соляных породах

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано при креплении вертикальных стволов в соляных породах. Способ включает возведение внешнего податливого слоя крепи и предохранительный клапан, который настраивают на давление, не превышающее несущей способности крепи. При том чугунную тюбинговую крепь сооружают с применением тюбингов с предохранительным клапаном, в качестве податливого слоя используют соляной раствор, который не позволяет растворить стенки соляного массива и препятствует развитию реологических процессов массива, смещение соляного массива приводит к увеличению давления на несжимающийся соляной рассол, который в свою очередь передает давление на клапанный механизм, при достижении заданного давления соляной рассол сбрасывают вовнутрь сечения ствола. Далее происходит падение давления со стороны соляного рассола, закрытие клапанного механизма и канала для сброса рассола. При этом происходит затухание интенсивности роста напряжения в жесткой чугунной тюбинговой крепи. Техническим результатом является уменьшение трудоемкости при креплении вертикального ствола за счет легкости создания податливого слоя крепи, обеспечение устойчивости тюбинговой крепи ствола. 5 ил.

 

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано при креплении вертикальных стволов в соляных породах.

Известна крепь шахтного ствола (Paweł Kamiński, Piotr Czaja New structure of shafts constructed in rock mass with significantly strong rheological properties, статья [Электронный ресурс] – режим доступа: https://www.researchgate.net/publication/321295865_New_structure_of_shafts_constructed_in_rock_mass_with_significantly_strong_rheological_properties. Яз. Англ. (дата обращения 05.10.2020)), предусматривающая компенсационную оболочку, состоящую из пористого материала, через который пропускается раствор, растворяющий деформированные породы.

Недостатком данного способа является сложность создания сооружения конструкции за счет реализации механизма подачи раствора и внедрения систем мониторинга деформаций соляного массива, что сложно реализовать в производственных условиях.

Известен способ крепления шахтного ствола (Заславский Ю.З. Крепление подземных сооружений / Ю.З. Заславский, В.М. Мостков - М., Недра, 1979. - С.138-146, рис.45), предусматривающая первостепенное крепление ствола анкерами и последующим созданием податливого слоя из пеноматериала и слоя бетона.

Недостатком данного способа является создание податливого слоя из пеноматериала путем набрызга или заливки его в опалубку, что приводит к увеличению затрат времени и средств при сооружения крепи и требует применения дополнительного оборудования для воссоздания податливого слоя.

Известна крепь шахтного ствола (авторское свидетельство №1747704, опубл. 15.07.1992), предусматривающая компенсационную оболочку с разделенными ребрами жесткости вертикальными каналами, заполненными податливым вспененным материалом.

Недостатком данного способа является сложность создания вертикальных каналов в теле крепи, а также предотвращение разрушения каналов под действием горного давления, что может привести к уменьшению податливости крепи.

Известен способ защиты сопряжений шахтных стволов с выработками от горного давления (авторское свидетельство СССР № 1368438, опубл. 23.01.1988), принятый за прототип. Способ включает в себя монтаж эластичных баллонов с жидкостью, оснащенных предохранительными клапанами с настраиваемыми параметрами давления, не превышающего несущую способность крепи.

Недостатком данного способа является трудоемкость создания податливого слоя крепи, состоящего из анкеров, сетки и баллонов, оснащенных предохранительным клапаном. А также поддержание рабочего состояния эластичных баллонов на всем сроке эксплуатации.

Техническим результатом является уменьшение трудоемкости при креплении вертикального ствола за счет легкости создания податливого слоя крепи.

Технический результат достигается тем, что чугунную тюбинговую крепь сооружают с применением тюбингов с предохранительным клапаном, в качестве податливого слоя используют соляной раствор, который не позволяет растворить стенки соляного массива и препятствует развитию реологических процессов массива, смещение соляного массива приводит к увеличению давления на несжимающийся соляной рассол, который в свою очередь передает давление на клапанный механизм, при достижении заданного давления соляной рассол сбрасывают вовнутрь сечения ствола, далее происходит падения давления со стороны соляного рассола, закрытие клапанный механизма и канала для сброса рассола, при этом происходит затухание интенсивности роста напряжения в жесткой чугунной тюбинговой крепи.

Способ поясняется следующими фигурами:

фиг. 1 – схема тюбинга с предохранительным клапаном;

фиг. 2 – схема тюбинга с выжатым предохранительным клапаном при деформации соляного массива;

фиг. 3 – схема принципа работы предохранительного клапана;

фиг. 4 – схема конструкции герметичной перемычки из податливого материала;

фиг. 5 – схема расположения чугунных тюбинговых колец крепи, где:

1 – соляной массив;

2 – соляной рассол;

3 – тюбинг с предохранительным клапаном;

4 – деформированный соляной массив;

5 – клапанный механизм;

6 – канал для сброса соляного раствора;

7 – анкер;

8 – герметичная перемычка;

9 – чугунные тюбинги без предохранительного клапана.

Способ осуществляется следующим образом. После проходки ствола в соляном массиве 1(фиг. 1) на величину заходки не менее 10 м. На почве выработки сооружается герметичная перемычка 8 (фиг. 4) из податливого материала, закрепленная анкерами 7 в соляном массиве 1 и осуществляется монтаж колонны из чугунной тюбинговой крепи (фиг. 5), после установки первого сборного кольца тюбинговой крепи, зазор между перемычкой и кольцом герметизируется. После герметизации перемычки продолжается возведение тюбинговой колонны крепи на величину заходки. Тюбинговая колонна крепи на величину заходки состоит из десяти колец, девять из которых без предохранительного клапана 9, а одно кольцо собрано с использованием чугунных тюбингов с предохранительными клапанами 3. Кольцо с тюбингами с предохранительным клапаном 3 (фиг. 1) устанавливаются девятыми с отчетом от почвы. Кольцо чугунной тюбинговой крепи, с тюбингами с предохранительным клапаном 3, представляет собой сборную конструкцию, состоящую из тюбингов без клапанного механизма и двух диаметрально противоположно расположенных тюбингов с предохранительным клапаном 3 (фиг. 3) один из которых является основным, а второй предохранительный. Предохранительный клапан состоит из клапанного механизма 5 и канала для сброса соляного рассола 6. После создания тюбинговой колонны на величину заходки, закрепное пространство заполняется соляным рассолом 2 (фиг 1). При реализации деформаций соляного массива 4 (фиг. 2) соляной рассол 2 давит на клапанный механизм 5, расположенный в тюбинге с предохранительным клапаном 3. После того, как клапанный механизм 5 под действием соляного рассола 2 прожимается, открывается канал для сброса соляного рассола 6 вовнутрь ствола. После падения давления со стороны соляного рассола 2 клапанный механизм 5 закрывается, закрывая канал для сброса рассола 6. Таким образом податливость крепи обеспечена, до полного исчерпания запаса соляного рассола 2 в закрепном пространстве тюбинговой крепи ствола. За счет сброса соляного рассола 2 через предохранительный клапан происходит затухание интенсивности роста напряжения в жесткой чугунной тюбинговой крепи.

Способ поясняется следующим примером. При проведении вертикальных стволов в сильвинитовом пласте Красный II на Усть-Яйвинском руднике Верхнекамского месторождения калийных солей, принимается вариант крепления вертикального ствола на глубинах 400-500 м диаметром 7 м. Величина давления со стороны породного контура на жесткую крепь ствола составляет 5,2 МПа. Величина конвергенции контура ствола без крепления составляет 136 мм за 30 лет. Данный способ позволяет обеспечить устойчивость жесткой тюбинговой крепи ствола, выполненной из чугуна СЧ25 на период эксплуатации за счет предохранительного клапана рассчитанного исходя из ожидаемого расхода соляного рассола в сутки, основываясь на полученном значении, определяется оптимальная скорость сброса рассола при диаметре отверстия клапана 1 см.

Площадь поперечного сечения ствола:

где r – радиус ствола в черне, м.

Площадь поперечного ствола после реализации деформаций:

где – величина конвергенции, м.

Объем вытесненного соляного рассола за весь период эксплуатации:

где l – величина заходки, м.

Определение расхода соляного рассола в месяц:

где t – время эксплуатации ствола, лет.

Исходя из суточного расхода определяется скорость сброса соляного раствора:

где n – количество клапанов, конструктивно 2 клапана; , при диаметре клапана 1 см.

Полученная скорость сброса показывает работоспособность клапанного механизма и обеспечивает отбор породному массиву, в связи с тем, что соляной рассол является несжимаемым нагрузка будет равномерно распределена на клапаны, расположенные в одном сечении, и позволит равномерному сбросу рассола в ствол до полного его исчерпания.

Использование заявляемого способа по сравнению с известными аналогами обладает рядом преимуществ таких как значительно снижает затраты времени и средств на сооружение комбинированной крепи, а также за счет несжимаемости соляного раствора создает отпор соляному массиву, что сдерживает развитие реологических свойств массива.

Способ обеспечения податливости крепи вертикального ствола, расположенного в соляных породах, включающий возведение внешнего податливого слоя крепи и предохранительный клапан, который настраивают на давление, не превышающее несущей способности крепи, отличающийся тем, что чугунную тюбинговую крепь сооружают с применением тюбингов с предохранительным клапаном, в качестве податливого слоя используют соляной раствор, который не позволяет растворить стенки соляного массива и препятствует развитию реологических процессов массива, смещение соляного массива приводит к увеличению давления на несжимающийся соляной рассол, который в свою очередь передает давление на клапанный механизм, при достижении заданного давления соляной рассол сбрасывают вовнутрь сечения ствола, далее происходит падение давления со стороны соляного рассола, закрытие клапанного механизма и канала для сброса рассола, при этом происходит затухание интенсивности роста напряжения в жесткой чугунной тюбинговой крепи.