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
Способы охраны подготовительных 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
Способы охраны выработок при расположении их по пласту
Общие положения
Подготавливающие выработки являются основными транспортными артериями шахты, в значительной степени обусловливающими ее нормальное функционирование. Плохое состояние выработок затрудняет работу подземного транспорта, ухудшает проветривание забоев и, как следствие, снижает технико-экономические показатели работы шахты.
Основной причиной, приводящей к деформированию подготавливающих выработок, является то обстоятельство, что они в процессе эксплуатации подвергаются вредному влиянию очистных работ, ведущихся в непосредственной близости от них. На устойчивость выработок также существенное влияние оказывают способ их проведения, тип конструкции и работоспособность возводимых в ней крепей и др. Однако решающим является способ защиты выработок от влияния очистных работ.
Подготавливающие выработки могут располагаться как непосредственно по разрабатываемому пласту, так и по пустым породам. При этом пластовое расположение допускается для одиночных несближенных тонких и средней мощности пластов, а также для таких же пластов в свитах в условиях отнесения этих пластов к неопасным по самовозгоранию, горным ударам, выбросам угля и газа и взрывам угольной пыли. Для мощных же пластов и свит сближенных пластов, как правило, подготавливающие выработки должны проводиться полевыми и располагаться в крепких породах почвы пласта на расстоянии не менее 10 и не более 40 м. При расстоянии менее 10 м сказывается влияние очистных работ, а при более 40 м получается большая длина соединительных выработок.
Охрана подготавливающих выработок при их расположении по пласту осуществляется следующими способами:
– массивом обрушенных и уплотненных пород.
Охрана целиками угля применяется при проведении выработок узким забоем (рис. 18.1).
Рисунок 18.1 – Способ охраны пластовых подготавливающих выработок целиками угля
1 – вспомогательный бремсберг; 2 – транспортный бремсберг;
3 – вентиляционный ходок; 4 – эпюра горного давления
Размер (ширина) целика в первом приближении рассчитывается по формуле:
| lц ³ (1,1..1,2)lоп, | (18.1) |
где lоп – ширина зоны опорного давления очистного забоя, м.
 | (18.2) |
где H – глубина расположения выработки, м; m – мощность пласта, м.
Основным преимуществом способа охраны целиками угля является его технологическая простота, благодаря которой он имеет довольно широкое применение при разработке пластов на небольшой глубине. Недостатки способа кроются в больших потерях угля в охранных целиках, которые из-за целого ряда трудностей выемки и затрат на восстановление и проведение выемочных выработок для их отработки практически редко извлекаются.
Условия применения способа: тонкие и средней мощности пласты с устойчивыми боковыми породами при небольшой глубине залегания. При залегании пласта в свите возникают дополнительные ограничения, указанные в п. 18.1.
Сущность способа охраны двусторонними бутовыми полосами состоит в том, что подготавливающие выработки проводятся по пласту широким забоем, а получаемая от подрывки порода размещается в двусторонние раскоски, создавая охранные бутовые полосы (рис. 18.2).
Рисунок 18.2 – Способ охраны подготавливающих выработок бутовыми полосами
Ширина бутовых полос определяется из расчета размещения в них всей породы, получаемой от проведения выработки, но не должна быть менее 12m, где m — вынимаемая мощность пласта. Для предупреждения восстановления горного давления на закладочный массив в результате ведения очистных работ рекомендуется оставлять барьерные целики угля размером 20m, но не более 40 м. Если такие целики не оставлять, то бутовые полосы после восстановления горного давления будут работать как штампы, концентрируя большие опорные нагрузки, что отрицательно будет сказываться на устойчивости выработок.
Указанные рекомендации справедливы для случаев, когда отработка этажа (яруса) ведется прямым ходом, т. е. от барьерного целика к границам шахтного поля или панели. При отработке лав обратным ходом барьерные целики должны быть намного шире, что снижает эффективность данного способа.
Достоинства способа охраны двусторонними бутовыми полосами:
– порода от проведения выработок остается в шахте;
– сравнительно небольшие потери угля в барьерных целиках благодаря их сравнительно малым размерам;
– хорошие условия поддержания выработок даже в условиях слабых боковых пород пласта в связи с тем, что они находятся в разгруженной зоне.
Недостатки вышеуказанного способа:
– более сложное проведение выработок широким забоем по сравнению с проведением узким забоем, что ведет к удорожанию и снижению темпов их проведения; особенно большие сложности возникают в период строительства шахты;
– возможные утечки воздуха между воздухоподающими и вентиляционными выработками через недостаточно уплотненную в разгруженной зоне закладку. Этот недостаток относится к уклонному полю. В бремсберговых полях с восходящим проветриванием он отсутствует.
Условия применения способа охраны двусторонними бутовыми полосами — пологие пласты (в основном до 12°) мощностью до 1,0..1,2 м с пучащими почвами и кровлями не ниже средней устойчивости, поскольку при слабых кровлях возникают сложности с возведением бутовых полос. При проведении выработок по восстанию пласт может быть любой обводненности, по падению — не обводненным.
Сущность способа охраны выработок массивом обрушенных пород (рис. 18.3) заключается в том, что на участке расположения подготавливающих выработок производится предварительная отработка пласта, а после слёживания (уплотнения) пород по ним проводятся выработки, благодаря чему вблизи контура выработок отсутствуют концентраторы напряжений — целики угля, бутовые полосы, что и обеспечивает им хорошую устойчивость. Выработки располагаются в разгруженной зоне пород кровли пласта или с небольшой подрывкой пород почвы. Отставание забоев выработок от забоя лавы должно быть не менее 0,6..0,8 длины лавы. Как и в предыдущем способе, для сохранения разгруженной зоны должны оставляться барьерные целики таких же размеров как и при охране бутовыми полосами или определяться по формуле (18.1).
Рисунок 18.3 – Способ охраны подготавливающих выработок
расположением их в массиве обрушенных и уплотненных пород
Достоинства способа охраны выработок массивом обрушенных пород:
– повышается устойчивость выработок даже в тяжелых условиях залегания пластов в связи с отсутствием повышенных напряжений в окружающем их массиве;
– возрастают темпы проведения выработок комбайнами, поскольку нарушается природная монолитность породного массива.
Недостатки данного способа:
– сложность предварительной отработки пласта в период строительства шахты, когда осуществляется проведение подготавливающих выработок и отсутствует очистное оборудование и угольный комплекс на поверхности;
– ограниченность условий применения.
Условия применения способа охраны выработок массивом обрушенных пород — пологие пласты мощностью до 1,2..1,5 м со слеживающимися, как правило, породами непосредственной кровли (предел прочности на одноосное сжатие Rс
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Источник
