Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ ДВУХСЛОЙНОЙ КРЕПИ ГОРНОЙ ВЫРАБОТКИ В СОЛЯНЫХ И СОЛЕНОСНЫХ ПОРОДАХ

Изобретение относится к горному делу, а именно к креплению горных выработок и их сопряжений в соляных и соленосных породах, в частности, при сооружении ответственных подземных сооружений, не допускающих образование трещин в бетонной крепи, например водосборников для ненасыщенных солями вод или сопряжений шахтных стволов с подходными выработками и дозаторными камерами.

Известен способ возведения двухслойной крепи при проведении горизонтальных выработок методом набрызгивания пеноматериала на стенки выработки с последующим возведением бетонного слоя с использованием опалубки [схема II стр.143].

Однако этот способ неэффективен при сооружении горных выработок по причинам сложности технологического процесса и необходимости применения специального оборудования.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ строительства двухслойной крепи с первоначальным креплением выработки анкерами, возведением слоя пеноматериала и слоя бетона [рис.45 стр.144].

Этот способ предусматривает возведение податливого слоя из пенополистирола с применением метода набрызгивания или укладки пеноматериала с помощью опалубки. Способ также является весьма трудоемким и требует применения специального оборудования.

Технический результат заключается в упрощении и снижении трудоемкости работ по возведению двухслойной крепи и повышении эффективности крепления за счет контролируемости толщины податливого слоя.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе возведения двухслойной крепи горной выработки в соляных и соленосных породах, включающем проходку горной выработки, создание податливого слоя из пеноматериала и последующее возведение бетонного слоя, первоначально на основании горно-геологических и горнотехнических условий проектируемой выработки определяют толщину податливого слоя крепи, затем проходят выработку, крепят ее кровлю и стенки временной анкерной крепью, после чего возводят податливый слой из пенополистирольных плит, устанавливая их вплотную с породой горной выработки, а затем возводят монолитную бетонную крепь, при этом толщину податливого слоя крепи определяют из соотношения:

L=V·T/K_сж

где - толщина податливого слоя крепи;

- скорость смещения породного контура горной выработки, мм/год;

- срок службы выработки, год;

- коэффициент сжимаемости материала податливого слоя.

Стержневую часть крепежного элемента располагают по нормали к внутренней поверхности выработки, при этом податливый слой возводят из пенополистирольных плит типа ПЕНОПЛЭКС и податливый слой на кровле и стенках выработки возводят либо с использованием крепежных элементов, либо подвешивают на анкерную крепь.

Задача предлагаемого изобретения заключается в следующем. На больших глубинах (более 600 м) в результате ползучести соляных пород происходит смещение породного контура горной выработки

При использовании двухслойной крепи происходит деформация (сжатие) податливого слоя в кровле и боках выработки без разрушения монолитной бетонной крепи выработки. В результате ползучести каменной соли смещение приконтурных пород приводит к сжатию податливого слоя, деформирование которого с уменьшенной нагрузкой передается на монолитную бетонную крепь.

В случае, когда горная выработка, располагаемая в соляных или соленосных породах, обладающих ползучестью, закрепляется двухслойной крепью, монолитный бетонный слой крепи является несущим, а податливую функцию выполняет слой из пенополистирольных плит.

Прочностные характеристики податливого и несущего слоев должны находиться в соотношении, обеспечивающем заданный режим работы крепи, то есть прочность податливого слоя должна быть в 80-120 раз ниже прочности несущего бетонного слоя для обеспечения сохранности крепи.

Способ поясняется чертежами, где на фиг.1 - поперечный разрез горной выработки, располагаемой в соленосных породах; на фиг.2 - пример крепления пенополистирольных плит.

На рисунках обозначено: 1 - податливый слой из пенополистирольных плит; 2 - монолитный бетонный слой крепи; 3 -временная анкерная крепь; 4 - соляные породы; 5 - соленосные породы; 6 - горная выработка; 7 - шпур; 8 - деревянная пробка; 9 - пенополистирольные плиты; 10 - шайба; 11 - металлический пруток.

Способ осуществляется следующим образом.

Производится проходка горной выработки 6 или ее части с установкой временной анкерной крепи 3 (фиг.1).

Затем возводят податливый слой из пенополистирольных плит 9 с помощью крепежных элементов (Фиг.2).

В общем виде крепежный элемент представляет собой, например, металлический пруток 11, который одним концом забивают в ранее установленные деревянные пробки 8, размещенные в коротких шпурах 7, или его прикрепляют непосредственно к возведенной временной анкерной крепи 3. На другой конец металлического прутка 11 навешивают пенополистирольные плиты 9, надевают шайбу 10 и изгибают его на угол около 90°. При этом стержневую часть крепежного элемента располагают по нормали к внутренней поверхности выработки (Фиг.2), что обеспечивает надежное крепление. Стержневую часть могут оснастить механическими устройствами для фиксации податливого слоя, например резьбовыми соединениями.

С помощью крепежных элементов пенополистирольные плиты 9 прикрепляют к породной стенке без оставления зазоров с ней (в зазор может попасть бетон, что приведет к нарушению конструкции крепи).

Затем возводят монолитный бетонный слой крепи 2 (фиг.1) при помощи опалубки. При возведении монолитного бетонного слоя 2 в процессе его уплотнения обеспечивают плотное прижатие податливого слоя 1 к породному контуру выработки.

Расположение охраняемой выработки одновременно в соляных породах 4 и соленосных (карбонатных) породах 5 при использовании крепи предлагаемой конструкции не вызывает каких-либо осложнений в обеспечении устойчивости горной выработки.

В качестве материала для создания податливого слоя использованы пенополистирольные плиты.

Пример расчета приведен для пенополистирольных плит «ПЕНОПЛЭКС», характеризуемые сжимаемостью до уровня деформаций 90-95%, практически постоянной сопротивляемостью уплотнению 0,25-0,3 МПа (2,5-3,0 т/м²) при деформировании на 50-60% и способностью к релаксации напряжений.

Это обеспечивает дополнительное поддержание боковых пород наряду с временной анкерной крепью. Использование пенополистирольных плит обеспечивает защиту внутреннего монолитного бетонного слоя крепи от разрушения в результате ползучести соляных пород.

Толщину податливого слоя крепи (пенополистирольных плит) определяют до начала проходки выработки исходя из горно-геологических и горнотехнических условий по расчетной формуле:

L=V·T/K_сж

где - толщина податливого слоя крепи;

- скорость смещения породного контура горной выработки, мм/год;

- срок службы выработки, год;

- коэффициент сжимаемости материала податливого слоя.

Для ПЕНОПЛЭКСа:

Скорость смещения породного контура определяют на основании результатов мониторинговых наблюдений и установления зависимости вида:

где - площадь поперечного сечения горной выработки;

- глубина расположения выработки;

- коэффициент изрезанности массива выработки;

- прочность соляных пород;

- функция.

Результаты испытания пенополистирола ПЕНОПЛЭКС показали, что влияние скорости сжатия и количества пластин на сопротивление пенополистирола ПЕНОПЛЭКСа несущественно, а коэффициент сжимаемости является величиной постоянной (выявлено в ходе эксперимента), а толщина податливого слоя напрямую зависит от времени службы выработки.

Поскольку реальное нагружение податливого слоя является достаточно длительным, то релаксация напряжений при уровне деформаций 20% составляет около 38%, а при уровне деформаций 80% - около 44%.

Испытания пенополистирола, марки типа 35 ПЕНОПЛЭКС в виде одной или нескольких пластин на сжатие показали, что подобный материал по механическим характеристикам наилучшим образом подходит в качестве материала для создания податливого слоя в соляных и соленосных породах.

Применение данного способа возведения двухслойной крепи обеспечивает контролируемую толщину податливого слоя, его плотные контакты с бетонным слоем и боковыми породами и дополнительное их поддержание с усилием 0,25-0,3 МПа, а также технологичность выполняемых работ.

Литература

1. Заславский Ю.З. Крепление подземных сооружений/ Ю.З. Заславский, В.М. Мостков - М.: Недра, 1979. - С.138-146.