Охрана горных выработок
ОХРАНА ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК (а. mine working protection; н. Grubenbauschutz; ф. protection des travaux miniers; и. proteccion de galerias) — комплекс технических мероприятий, направленный на сохранность выработок в эксплуатационном состоянии в течение требуемого периода.
Различают бесцеликовую охрану горных выработок (наиболее прогрессивный и перспективный способ) и охрану горных выработок на основе природных (угольных, сланцевых и т.п.) охранных целиков, оставляемых вдоль выработок, а также искусственных ограждений — бутовых полос, деревянных костров или органных крепей и др., выкладываемых (устанавливаемых) вдоль выработок. На современных шахтах основные средства охраны горных выработок — природные целики и бутовые полосы (обеспечивают охрану подготовительных выработок на протяжении до 90% их общей длины). Вместе с тем применение охранных целиков связано с возрастанием потерь угля, увеличением объёмов проведения выработок (за счёт удлинения сбоек, печей, просеков), снижением безопасности работ.
В свою очередь, бутовые полосы, деревянные костры и органную крепь отличает малая жёсткость, приводящая к большим смещениям горных пород, к быстрому разрушению крепи выработок. При данных средствах охраны горных выработок задача безремонтного поддержания решается использованием крепей с податливостью 600-1000 мм с совместными дополнительными мероприятиями по разгрузке массива, проведением выработок вслед за лавой с двусторонними предохранительными породными полосами различной плотности (конвергенция не превышает 60-70% мощности пласта), разгрузкой массива скважинами, пробуренными по пласту в стенках выработки (снижение конвергенции до 5 раз). Повышение эффективности способов охраны горных выработок на основе искусственных ограждений связывается с механизацией выкладки охранных полос из дешёвых твердеющих материалов, а также нагнетанием укрепляющих растворов в породы.
Источник
Библиотека по теме магистерской работы
Способы и средства охраны выработок
Кошелев К.В., Томасов А.Г. «Поддержание, ремонт и восстановление горных выработок», Москва: «Недра» 1995 г. — 153 с
Под охраной горных выработок, следует понимать комплекс дополнительных специальных мероприятий, направленных на повышение устойчивости породных обнажений и крепи обеспечивающих безопасные и экономичные условия эксплуатации выработки в течение всего срока ее службы.
Проявление горного давления в выработках обусловлены влиянием большого числа естественно-геологических и производственно-технических факторов. Однако устойчивость породных обнажений выработки и прилегающих к ней горных пород зависит, главным образом, от физико-механических свойств горных пород и действующих в них напряжений. Поэтому все способы охраны выработок направлены либо на изменение количественных показателей этих двух групп факторов, либо на использование наиболее благоприятного их сочетания.
С некоторой степенью условности способы охраны могут быть подразделены на три группы: укрепление пород, разгрузка массива и комбинированные способы. Условность этого группирования объясняется тем, что некоторые способы охраны не могут быть однозначно отнесены к определенной группе. По своим результатам или физической сущности, а также по характеру воздействия на основные влияющие факторы они примерно одинаково характеризуют то или иное направление повышения устойчивости породных обнажений в выработке, например, выбор формы поперечного сечения выработок. С одной стороны, — это снижение напряженного состояния, так как при круговом или близком к нему очертании поперечного сечения выработки коэффициент концентрации напряжений меньше, чем при трапециевидном или прямоугольном. С другой стороны, — это укрепление пород, так как, обеспечивая условия, при которых порода работает на сжатие, мы повышаем несущую способность породного обнажения. Аналогичные примеры можно привести и по ряду других способов. Однако эта условность деления не вносит большой погрешности в оценку направления повышения устойчивости породных обнажений, группирование проводится по основному, енаиболее результативному признаку.
Укрепление пород: сущность этой заключается в предупреждении интенсивной деформации массива либо в его искусственном омоноличивании с целью повышения несущей способности. Эта группа называется группой упрочнения пород. Можно говорить об условной прочности, характеризующей возможность породного массива воспринять повышенные напряжения за счет повышения плотности и уменьшения степени трещиноватости. К этой группе могут быть отнесены такие способы, как оставление предохранительных целиков, оставление потолочных и почвенных слоев и укрепление пород нагнетанием вяжущего вещества.
Оставление потолочного и почвенных слоев при разработке угольных месторождений самостоятельно значения не имеет, в редких случаях используется как вспомогательный способ.
Укрепление пород нагнетанием вяжущего вещества – основной способ данной группы, по своим результатам он относится к наиболее эффективным способам охраны. К этой группе иногда относят и выбор допустимого радиуса закругления выработки и оценку зон повышенных напряжений в пределах сопряжений и пересечений выработок. Это обязательное мероприятие.
Разгрузка породного массива: сущность мероприятий этой группы заключается в искусственном снижении напряженного состояния вмещающего выработку породного массива. Группа включает следующие способы охраны: проведение выработок широким ходом, увеличение начального сечения выработок, выбор формы поперечного сечения выработки, технологическая податливость крепи, проведение выработки в два этапа, взрывощелевая разгрузка породного массива, надработка породного массива.
Основным назначением сооружения выработок широким ходом первоначально было оставление породы в шахте и в некоторой степени – снижение потерь угля. Вопросы охраны выработок при этом обычно не учитывались. В последние годы оценка состояния выработок, пройденных обычным и широким ходом, показала, что устойчивость выработок в последнем случае выше, чем при сооружении обычным способом. Это дает основание рассматривать его как способ охраны выработок. По конечным результатам все способы этой группы относят к наиболее эффективным, а в ряде случаев являются единственно возможным для обеспечения эксплуатационного состояния выработки.
Комбинированные способы: эта группа предусматривает одновременное использование двух способов охраны: активная разгрузка и последующее укрепление, проведение выработки в два этапа со взрывощелевой разгрузкой.
К третьей группе способов можно отнести практически любое сочетание различных способов охраны. Способы этой группы должны применятся как включение, что связано с достаточно высокими начальными дополнительными затратами, которые, однако, в последствии окупаются снижением расходов на поддержание выработок. Но в подавляющем большинстве случаев обеспечение эксплуатационного состояния выработки может быть достигнуто с меньшими начальными дополнительными затратами путем применения одного правильно выбранного, способа охраны. Как отмечалось выше, способы охраны требуют дополнительных начальных затрат, поэтому важным является правильность выбора охраны.
Источник
Способы охрана горных выработок
11. ОХРАНА ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК
Нормальное функционирование горного предприятия немыслимо при плохом состоянии выработок: по ломах крепи, уменьшенном сечении и т. д. На содержании и ремонте горных выработок в 197G г. по Мин углепрому СССР было занято 60 тыс. человек В Донбассе затраты на охрану выработок ежегодно составляют 250—260 млн. руб. Таким образом, охрана горных выработок от вредного влияния горного давления является для государства делом весьма дорогостоящим. Резко сократить затраты позволит внедрение безремонтного поддержания выработок.
При ведении горных работ в массиве происходит перераспределение напряжений, вызывающих повышенные опорные давления.
Опорное давление зависит от физико-механических свойств и литологического состава пород горного массива, формы, размера и расположения выработки, а также от других условий.
При проектировании горных работ следует исходить из рационального размещения выработок. Капитальные и подготовительные выработки должны обладать высокой устойчивостью, а расходы на их поддержание — быть минимальными. Для этого выработки необходимо располагать в устойчивых породах или в зонах с пониженными напряжениями.
С целью сохранения пластовых выработок применяют различные способы их охраны (рис. 11.1). При охране по способу «массив угля — целик» между выработанным пространством и горной выработкой оставляют полосу невынутого угля (целик). Для со крашения потерь угля целик может быть заменен бутовой полосой, выложенной из породы, полученной от проведения специальной (бутовой) выработки.
В случае, если выработка полностью находится в зоне выработанного пространства, она может охраняться целиками угля с двух сторон. При определенных условиях эти целики могут быть заменены бутовыми полосами. Бывает и такое сочетание, при котором выработка с одной стороны охраняется целиком угля, а с другой — бутовой полосой.
В последние годы все чаще и чаще вместо целика или бутовой полосы создаются искусственные сооружения (в основном из железобетонных тумб). Если породы почвы не склонны к пучению, то наиболее эффективным способом охраны выработки является расположение ее в массиве угля. В этом случае она не подвержена активному воздействию очистных работ и обладает высокой устойчивостью.
Способ охраны горных выработок целиками (от 3 до 100 м) и бутовыми полосами старый и имеет существенные недостатки: необходимость дополнительного проведения выработок для окоптуривания целиков (просеков, печей) и доставки по ним скребковыми конвейерами угля из лав, его большие безвозвратные потери.
При охране бутовыми полосами, особенно двусторонними, выработки находятся в зоне пониженных напряжений. Однако высокая трудоемкость работ по возведению бутовых полос, необходимость проведения выработок завышенного сечения по высоте и применения только крепей повышенной податливости создают определенные трудности.
В 1962 г. Коммунарский горно-металлургический институт предложил новый бесцелнковый способ охраны подготовительных выработок опорами высокой прочности и ограниченной податливости. В качестве опор применяются тумбы из железобетонных блоков, а при сравнительно небольшом сроке службы выработок (до 2 лет) — ограниченно-податливые органные ряды из деревянных стоек диаметром 200—300 мм. Достоинство нового способа — высокая устойчивость выработок и небольшие расходы на их охрану. Этот способ применяется на шахтах Донецкого и других бассейнов страны.
Каковы же тенденции совершенствования способов охраны горных выработок? Исследования и практика в нашей стране и за рубежом показали, что наиболее эффективны бесцеликовые способы охраны с применением искусственных ограждений. При сравнительно небольших дополнительных затратах обеспечивается высокая устойчивость выработок, что в конечном счете значительно уменьшает затраты. В качестве искусственных сооружений применяют ограниченно-податливые органные ряды, тумбы из железобетонных блоков, околоштрековые полосы из ангидрида или бетона. Особенно перспективны околоштрековые полосы, так как их сооружение можно полностью механизировать.
Хорошее состояние горных выработок — залог успешной работы шахты.
Источник
Способы охрана горных выработок
На Горном факультете ДонНТУ разработан ряд технологий по укреплению и проведению горных выработок:
1. Способ охраны подготовительных выработок: патент Украины на изобретение № 99054, E21D 11/00; / Сахно И.Г., Малышева Н.Н.; ДонНТУ — заяв. № a 2011 04658 от 15.04.2011г.; опубл. 10.07.2012, бюл. № 13.
кафедра Разработки месторождений полезных ископаемых
Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для охраны подготовительных выработок, которые поддерживаются после прохождения очистного забоя.
Способ охраны подготовительной выработки включает возведение вдоль выработки на границе с выработанным пространством от грунта до кровли охранной полосы путем установки опалубки и заполнения ее закладочным материалом. В процессе заполнения опалубки в закладочном материале периодически размещают цилиндрические секционные оболочки. В качестве закладочного материала используют разрушенную горную породу. После заполнения опалубки закладочным материалом в секционные оболочки помещают саморасширяющийся материал, при отвердении, объем которого составляет 0,02-0,07 объема закладочного материала на единице объема охранного сооружения. Секционные оболочки выполнены из материала, способного увеличиваться в объеме в 1,4-1,6 раза, а опалубка — из материала, который выдерживает радиальное давление, которое определяют по эмпирической формуле.
За счет достижения активного противодействия расслоению пород кровли над охранным сооружением обеспечивается устойчивость подготовительной выработки и снижаются трудовые и материальные затраты на реализацию способа.
2. Способ охраны подготовительной выработки: патент Украины на изобретение № 100191, E21D 11/00; E21F 15/00; / Сахно И.Г., Малышева Н.Н.; ДонНТУ — заяв. № a 2011 05795 от 10.05.2011г.; опубл. 26.11.2012, бюл. № 22.
кафедра Разработки месторождений полезных ископаемых
Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для охраны подготовительных выработок, которые поддерживаются после прохождения очистного забоя, с породами грунта, которые имеют прочность на вдавливание не меньше 30 МПа.
Способ охраны подготовительной выработки включает возведение двухслойной полосы расчетной ширины. В качестве закладочного материала нижнего слоя используют бетон с добавлением ускорителей затвердения. В качестве закладочного материала верхнего слоя используют бетон с добавлением саморасширяющегося раствора. При этом толщина верхнего слоя составляет 20-30 % от мощности пласта и время введения его в работу соответствует моменту набора 68-72 % от конечной прочности материала нижнего слоя.
За счет создания активного противодействия расслоению пород кровли над охранным сооружением обеспечивается устойчивость подготовительной выработки.
3. Способ охраны горных выработок: патент Украины на изобретение № 96512, E21D 11/00; / Касьян Н.Н., Сахно И.Г.; ДонНТУ — заяв. № a 2010 04575 от 19.04.2010г.; опубл. 25.10.2011, бюл. № 21.
кафедра Разработки месторождений полезных ископаемых
Способ охраны горных выработок включает бурение в боках выработки по угольному пласту или пустым породам разгрузочных буровых скважин и их крепление, путем установки составной трубы, в отдельных секциях которой выполнены расположенные осесимметрично продольные прорези с кумулятивными выемками. Вглубь составной трубы помещают патроны со взрывчатыми веществами (ВВ) и доставляют их по ней к месту разгрузки массива. Разгрузку массива осуществляют с помощью подрывания зарядов ВВ много раз, в направлении от донной до устьевой части скважины, очередной патрон ВВ подрывают после прекращения эффекта разгрузки, вызванного подрыванием предыдущего патрона.
Реализация способа позволяет поэтапно образовывать в породном массиве локальные зоны разгрузки, при этом одновременно противодействовать разрушению пород вблизи подготовительной выработки, что позволяет повысить устойчивость охраняемой горной выработки.
4. Способ крепления горных выработок анкерной крепью: патент Украины на изобретение № 95155, E21D 11/00; E21D 20/00; / Касьян Н.Н., Новиков А.О., Петренко Ю.А., Плетнев В.А., Гладкий С.Ю., Шестопалов И.Н.; ДонНТУ — заяв. № a 2009 13566 от 25.12.2009г.; опубл. 11.07.2011, бюл. № 13.
кафедра Разработки месторождений полезных ископаемых
Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при креплении горных выработок анкерной крепью.
Способ крепления выработок анкерной крепью включает бурение шпуров в выработке, установку и закрепление анкерных штанг в шпуры. Материал и диаметр анкерной штанги, расстояние между соседними анкерными штангами, угол наклона анкерной штанги к поверхности породного оголения выбирают таким образом, чтобы отношение приведенного модуля упругости армопородной конструкции к модулю упругости анкерованных пород находилось в пределах от 1 включительно до 1,25 включительно.
Реализация способа позволяет подобрать такие параметры анкерования, которые устраняют возможность образования областей концентрации напряжения в породах с различным модулем упругости.
5. Способ охраны горных выработок: патент Украины на изобретение № 94327, E21D 11/00; E21С 41/18; / Касьян Н.Н., Негрий С.Г., Мокриенко В.Н., Хазипов И.В.; ДонНТУ — заяв. № a200911242 от 05.11.2009; опубл. 26.04.2011, бюл. № 8.
кафедра Разработки месторождений полезных ископаемых
Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для охраны пластовых выработок при безцеликовой отработке угольных пластов.
Способ охраны горных выработок включает установку защитных сооружений вдоль горных выработок. Охранные сооружения выполняют в форме прямоугольного параллелепипеда с отношением длины к ширине основания параллелепипеда не менее 2:1. Длина основания параллелепипеда перпендикулярна продольной оси выработки, а между защитными сооружениями создают компенсационную полость, ширина которой равняется 0,5÷2,0 ширины основания параллелепипеда, а глубина тождественна длине основания параллелепипеда.
Использование способа обеспечивает устойчивость пластовых выработок, расширяет область применения жестких охранных сооружений, что повышает эффективность охраны выработок от негативного влияния горного давления.
6. Устройство для возведения монолитного бетонного крепления шахтного ствола: патент Украины на изобретение № 76043, МПК Е21D 5/00; /Шевцов Н.Р., Борщевский С.В., Левит В.В., Усаченко В.Б.; ДонНТУ, заявка №a 2004 1109514, заявл. 19.11.2004, опубл.15.06.2006, бюл. № 6.
кафедра Строительства шахт, подземных сооружений и геомеханики
Изобретение относится к горному делу, в частности, где существует потребность в создании качественных и сверхпрочных сооружений из монолитного бетона. Устройство преимущественно может использоваться для возведения монолитного бетонного крепления шахтного ствола с использованием переносной опалубки.
Устройство имеет бетонопровод с гасителем скорости, который ориентирован в заопалубочное пространство. На дне гасителя скорости расположен бронированный вкладыш, внешняя поверхность которого армирована стержнями. К стержням прикреплены не меньше двух рядов наклонных к продольной оси и друг к другу коротких стержней, установленных елочкой с направлением меньшего зазора между ними в сторону заопалубочного пространства. Каждый такой стержень смещен относительно противоположного.
Такая конструкция вкладыша обеспечивает интенсивное воздействие на бетонную смесь, которая проходит через гаситель скорости. Вследствие этого повышается ее активность, что способствует повышению качества бетонного крепления и снижению стоимости работ.
7. Способ крепления горных выработок: патент Украины на изобретение № 40943А, МПК Е21D21/00, / Николин В.И., Подкопаев С.В., Мордасов В.И., Савченко П.И./, ДонНТУ, заяв. № 200116770 от 28.11.2000г.,опубл. 15.08.2001, бюл. №7.
кафедра Охраны труда и аэрологии
Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано при креплении горных выработок, в частности при креплении осадочных горных пород.
Способ крепления горных выработок включает установку временного крепления, оставление слоя расслоенных пород, бурение шпуров, укрепление пород путем их тампонажа через инжекторы, и установку в них анкеров. Новизна заключается в том, что слой расслоенных пород оставляют на 180-200 суток до завершения протекания деформаций генетического возвращения. Анкеры со скрепляющим раствором, находящимся в ампулах, устанавливают накрест протяженности пласта, причем центральные анкеры устанавливают длиной не менее 0,3 ширины выработки, а боковые анкеры устанавливают с возможностью размещения их внутреннего конца на расстоянии не менее чем удвоенная длина скрепляющей части анкера от контакта массива со слоем расслоенных пород.
Изобретение обеспечивает полное заполнение трещин, что приводит к повышению крепости слоя расслоенных пород и позволяет повысить надежность и безопасность крепления.
8. Способ установки анкера: патент Украины на изобретение № 38247, МПК E21D20/00 /Клюев А.П., Касьян Н.Н., Дрипан П.С., Москаленко А.И.; ДонНТУ, заявка № 2000063409, заявл. 12.06.2000, опубл.15.05.2001, бюл. № 4.
кафедра Разработки месторождений полезных ископаемых
Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при креплении горных выработок анкерной крепью.
Способ установки анкера включает бурение шпура, предварительную сборку замкового устройства, введение анкера в шпур и его закрепление, измерение радиального смещения стенок шпура, закрепление анкера в донной части шпура путем впрессовывания во втулку.
Применение способа обеспечивает быстрое введение анкера в работу, за счет использования процесса впрессовывания анкера в эластичную втулку с меньшим внутренним диаметром, чем диаметр анкера, а соблюдение условий определенного соотношения между радиусом шпура, радиусом анкера и величиной радиальных смещений стенок шпура обеспечивает использование деформацийних сил для закрепления анкера по всей длине, за счет чего повышается надежность установки анкера.
9. Способ усиления горного массива: патент Украины на изобретение № 38226, МПК E21D 11/00 / Касьян Н.Н., Клюев А.П., Худолей О.Г., Азаматов Р.И.; ДонНТУ, заявка № 2000063368, заявл. 09.06.2000, опубл.15.05.2001, бюл. № 4.
кафедра Разработки месторождений полезных ископаемых
Изобретение относится к горному делу, а именно к способам усиления горного массива.
Способ усиления горного массива включает бурение шпуров с расположением их на контуре горного массива, зарядку шпуров ампулами с упрочняющим раствором и патронами взрывчатого вещества, подрыв шпуровых зарядов. Зарядка шпуров ведется чередующимися рядами, один из которых заряжается ампулами с упрочняющим раствором и патронами взрывчатого вещества, а другой заряжается патронами взрывчатого вещества.
Применение предлагаемого способа позволяет за счет повышения качества выполнения работ по укреплению окружающих горную выработку пород , обеспечить ее безремонтное поддержание.
10. Способ крепления горной выработки: патент Украины на изобретение № 35169, МПК E21D 11/00 / Зборщик М.П., Касьян Н.Н., Клюев А.П., Азаматов Р.И.; ДонНТУ, заявка № 99084816, заявл. 26.08.1999, опубл.15.03.2001, бюл. № 2.
кафедра Разработки месторождений полезных ископаемых
Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для крепления выработок в условиях глубоких шахт.
Способ включает определение глубины зоны расслоения вмещающих пород и направление вектора их максимальных смещений, бурение скважины, размещение в ней опорного элемента, установку рамного крепления и установку усиливающего стояка. Новизна способа заключается в том, что определение глубины и направления вектора максимальных смещений, а также бурение скважин и установку опорных элементов проводят в межрамном пространстве после установки рамного крепления, а усиливающие стояки располагают в сторонах выработки. Кроме того передачу усилий на опорные элементы осуществляют через установленный дополнительно арочный сегмент.
Реализация способа позволяет за счет новых технологических операций и изменения времени и места их выполнения повысить сопротивление массива пород, который смещается без загромаждения рабочего пространства выработки и обеспечить ее безремонтное поддержание.
Источник
