Патент на изобретение №2215151

(54) СПОСОБ ОХРАНЫ КАМЕР ОТ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение направлено на повышение устойчивости и долговечности камер. Задачей изобретения является повышение устойчивости выработок за счет более равномерной разгрузки контура от деформаций и напряжений. Способ охраны камер от горного давления включает возведение внутренней жесткой оболочки крепи, проведение разгружающих выработок с обеих сторон камеры на уровне свода, одной выработки под днищем камеры и выбуривание из выработок полых скважин параллельно стенкам и днищу камеры. В приконтурном массиве под углом к оси каждой из вертикальных и горизонтальных скважин выбуривают с обеих сторон по наклонной скважине, создают вокруг стенок и днища камеры податливый пояс из рядов веерно-пучковых скважин с раскрытием вееров не больше расстояния между рядами, а необходимое количество рядов с учетом совместного разгрузочного эффекта от выработок и скважин определяют из приведенной формулы. 3 ил.

Изобретение относится к области охраны выработок, в частности камер, от воздействия горного давления.

Существуют способы охраны выработок и камер с помощью многослойной крепи, включающей внутреннюю жесткую оболочку из бетона или железобетона и внешний податливый слой из различных материалов – деревянных стоек, опилок, полимеров, бетонитов. Многослойные крепи обладают недостаточным запасом податливости. Таким же недостатком обладает и взрывополостной способ (авт. свид. 1364736 кл. E 21 D 20/00, 1046523 кл. E 21 D 11/00), способы с проведением разгружающих выработок в своде (авт. свид. 875075 кл. E 21 D 13/02, 812931 кл. E 21 D 11/14), не обеспечивают полную разгрузку камер.

Наиболее близким к предлагаемому является способ охраны камер от горного давления, предложенный в заявке 95092397 (кл. E 21 D 13/02, 11/02, 11/00 от 16.05.1995. Украина, БИ, 1998, 3).Сущность состоит в том, что разгрузка контура камеры большого сечения осуществляется с помощью двух разгружающих выработок в своде камеры, выработки под днищем камеры, вертикальных и горизонтальных скважин, выбуриваемых из этих выработок. Необходимое количество рядов скважин с учетом разгрузочного эффекта от выработок и скважин определяется из полученного аналитического выражения.

Недостаток этого способа состоит в ограниченном запасе податливости для камер с большим сроком службы, неравномерная разгрузка стенок и днища камер. Изобретение направленно на создание способа охраны выработок большого сечения – камер, повышающего их устойчивость, обеспечивающего длительный эксплуатационный режим, более равномерную разгрузку контура от деформаций и напряжений.

Поставленная цель достигается тем, что в способе охраны камер от горного давления, включающем возведение внутренней жесткой оболочки крепи и проведение разгружающих выработок с обеих сторон камеры на уровне свода, одной выработки под днищем камеры, выбуривание из выработок полых скважин параллельно стенкам и днищу камеры, в приконтурном массиве под углом к оси каждой из вертикальных и горизонтальных скважин выбуривают с обеих сторон по наклонной скважине, создают вокруг стенок и днища камеры податливый пояс из рядов веерно-пучковых скважин с раскрытием вееров не больше расстояния между рядами, причем необходимое количество рядов с учетом совместного разгрузочного эффекта от выработок и скважин определяют из формулы

где j – количество рядов веерно-пучковых скважин, шт.; L – длина камеры, м; Т – время устойчивого существования камеры, лет; h – высота камеры, м; b – ширина камеры, м; v – скорость ползучести приконтурного массива пород, мк/сут; D – диаметр разгружающих выработок, м; – степень смыкания сечения разгружающих выработок; d – диаметр скважин, м; l₁ -длина вертикальных скважин, м; l₂ – длина горизонтальных скважин, м; – угол расположения дополнительных наклонных скважин в вертикальном веере, град; – угол расположения дополнительных наклонных скважин в горизонтальном веере, град.

Способ повышает устойчивость камеры и увеличивает безремонтный срок поддержания жесткой оболочки крепи за счет более равномерного поглощения деформации приконтурного массива пород рядами веерно-пучковых скважин и разгружающими выработками.

На фиг. 1 представлен поперечный разрез по камере большого сечения с разгружающими выработками и скважинами. На фиг. 2 представлен продольный разрез по разгружающей выработке в своде камеры с расположением скважин в вертикальном веере. На фиг. 3 представлен горизонтальный разрез податливого слоя с разгружающей выработкой и расположением скважин в горизонтальном веере.

Осуществляется способ следующим образом. На уровне свода параллельно продольной оси камеры 1 проходят две разгружающие выработки 2 на расстоянии не менее 3 м от обнаженного контура (стенок камеры). На расстоянии не менее 3 м от днища камеры проходят третью разгружающую выработку 3. В камере 1 возводят жесткую оболочку крепи, а из разгружающих выработок 2 выбуривают параллельные вертикальные 4 и наклонные к ним скважины 5 под углом . Последний выбирается из условия, чтобы раскрытие веера не превышало расстояние между пучками. Из выработки 3 выбуривают горизонтальные скважины 6 и наклонные 7 под углом с обеих сторон. Диаметр разгружающих скважин 200-400 мм. Расстояние между рядами веерно-пучковых скважин можно определить из выражения
r =(L-5)/j
где 2,52=5 м – расстояние от крайних рядов до границ камеры.

Во избежание нарушения сплошности приконтурного массива пород разгружающие выработки и камеры необходимо проходить с помощью безвзрывной технологии – комбайновым способом.

Механизм разгрузки камеры от горного давления на жесткую крепь состоит в поглощении образованными техногенными полостями – разгружающими выработками и скважинами – деформации приконтурного массива горных пород. Проведение выработки 3 под днищем камеры предупреждает пучение пород почвы. Поле повышенных напряжений переносится с контура в глубину вмещающего породного массива.

Необходимое количество рядов веерно-пучковых разгружающих скважин определяют из условия равенства возможного объема смещаемых породных масс внутрь камеры за определенный период времени и объема поглощающих техногенных полостей.

Способ обеспечивает долговечность жесткой оболочки крепи в камере, обладает возможностью регулирования запаса податливости демпферного слоя путем повторного разбуривания скважин и восстановления сечения разгружающих выработок в процессе эксплуатации объекта.

Предложенный способ применим на действующих и строящихся шахтах и рудниках для охраны камер большого сечения – разгрузки (опрокидывателей), дробления, загрузки скипов (дозаторных), камер специального назначения – подземных механических мастерских, гаражей для самоходного оборудования, складов закладочных и других материалов, хранилищ нефте- и газопродуктов, различных отходов, а также подземных сооружений ГЭС, АЭС, горно-обогатительных комплексов и т.п.

Пример. В условиях калийного рудника Ново-Голынь для охраны камеры дробления на гор. + 40 м длиной L=47 м, высотой h=11 м и шириной b=7 м в течение 30 лет необходимо было пройти разгружающие выработки диаметром 3 м и выбурить соответствующее количество рядов веерно-пучковых скважин диаметром d= 400 мм. Длина вертикальных скважин l₁=12 м, горизонтальных l₂=5 м, наклонных в вертикальном веере l₁/Sin (=75^o), в горизонтальном веере – l₂/Sin ; степень смыкания сечения разгружающих выработок диаметром D=3 м =0,2; скорость деформации приконтурного массива пород v=15,2 мк/сут.

В соответствии с вышеуказанными параметрами разгрузки для сохранения устойчивого существования камеры в течение заданного срока необходимо выбурить рядов веерно-пучковых скважин

Расстояние между рядами веерно-пучковых скважин:
r = (L – 5)/j= (47-5)/6 = 7 м.

Формула изобретения

Способ охраны камер от горного давления, включающий возведение внутренней жесткой оболочки крепи, проведение разгружающих выработок с обеих сторон камеры на уровне свода, одной выработки под днищем камеры, выбуривание из выработок полых скважин параллельно стенкам и днищу камеры, отличающийся тем, что в приконтурном массиве под углом к оси каждой из вертикальных и горизонтальных скважин выбуривают с обеих сторон по наклонной скважине, создают вокруг стенок и днища камеры податливый пояс из рядов веерно-пучковых скважин с раскрытием вееров не больше расстояния между рядами, причем необходимое количество рядов с учетом совместного разгрузочного эффекта от выработок и скважин определяют из формулы

где j – количество рядов веерно-пучковых скважин, шт.;
L – длина камеры, м;
t – время устойчивого существования камеры, лет;
h – высота камеры, м;
b – ширина камеры, м;
v – скорость ползучести приконтурного массива пород, мк/сут;
D – диаметр разгружающих выработок, м;
– степень смыкания сечения разгружающих выработок;
d – диаметр скважин, м;
l₁ – длина вертикальных скважин, м;
l₂ – длина горизонтальных скважин, м;
– угол расположения дополнительных наклонных скважин в вертикальном веере, град;
– угол расположения дополнительных наклонных скважин в горизонтальном веере, град.

РИСУНКИ

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 15.03.2004

Извещение опубликовано: 27.04.2006 БИ: 12/2006