КРЕПЬ ВЕРТИКАЛЬНОГО СТВОЛА
LINING OF VERTICAL WELL BORE

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к конструкциям крепи вертикальных стволов, и может быть использовано в стволах угольных шахт и рудников, а также вертикальных выработках подземной инфраструктуры городов.
Известна конструкция крепи с регулируемым режимом работы [1], обеспечивающая полную гидроизоляцию вертикального ствола и снижение давления на внутреннюю стальную оболочку. Однако существующее решение имеет ряд недостатков:
- большой расход стали. По опыту эксплуатации стволов в сложных гидрогеологических условиях с подобной крепью толщина слоя стали может достигать 160 мм;
- большая часть давления воды и породного массива воспринимается сталью, наиболее дорогостоящей составляющей крепи, в то время как несущая способность бетона используется не в полной мере;
- величина критического давления интенсивно снижается по мере увеличения диаметра ствола и значительно меньше значения, определяемого прочностью стали;
- низкое давление сброса, которое не должно превышать величины критического давления, определяет большой объем фильтрующейся воды, что ведет к размыву бетона крепи и вмещающих пород;
- возведение слоя бетона в стесненных условиях ствола не позволяет осуществить его качественную укладку и уплотнение;
- крепь чувствительна к деформациям изгиба, во внешнем слое бетона образуются трещины, открывающие прямой доступ воде к стальной оболочке.
Целью изобретения является создание конструкции крепи, позволяющей повысить несущую способность крепи, снизить расход стали, обеспечить возможность эксплуатации ствола при его изгибе во время подработки.
Для достижения поставленной цели предлагается конструкция крепи с регулируемым режимом работы (см. фиг.1), включающая внешний слой набрызгбетона (поз.1), слой высокопрочного фибробетона (поз.2) с искусственно улучшенными водопроводящими свойствами, стальную оболочку (поз.3), основную грузонесущую конструкцию из железобетонных блоков (поз.4), контрольно-регулирующие элементы (поз.5) и систему отвода воды.
Использование в качестве внешнего слоя набрызгбетона позволяет механизировать процесс крепления, добиться высокой плотности бетона, укрепить зону прилегающих пород на глубину до 5-10 см. Также этот слой выполняет функцию временной крепи, что позволяет возводить предложенную конструкцию в условиях, где оставлять породные стенки (поз.6) незакрепленными на сколько-нибудь значительную высоту нельзя.
Слой высокопрочного фибробетона с искусственно улучшенными водопроводящими свойствами предназначен для передачи давления от породного массива на внутренние слои крепи, а также для выравнивания гидростатического давления на стальную оболочку во время ее сброса через контрольно-регулирующие элементы.
Стальная оболочка выполняет функцию водонепроницаемого экрана, воспринимающего давление воды и передающего его на внутренний грузонесущий слой.
Использование в качестве основного грузонесущего слоя колонны из железобетонных блоков имеет следующие преимущества:
- основным несущим элементом становится железобетон, толщина слоя стали радикально сокращается и не превышает нескольких миллиметров;
- железобетонные блоки, изготовленные в заводских условиях, обеспечивают с высокой степенью надежности требуемую прочность и механические характеристики;
- отсутствие связи между кольцами блоков по вертикали и возможность деформирования стальной оболочки без нарушения сплошности позволяет эксплуатировать ствол при подработке.
Крепь предложенной конструкции возводится в следующей последовательности. После разрушения массива на глубину заходки отбитую породу грузят на высоту 1,5-2 м, после этого на породные стенки ствола наносят набрызгбетон, далее процессы повторяют. Стальная оболочка наращивается в направлении сверху вниз со специального полка. До возведения основной грузонесущей оболочки контрольно-регулирующие элементы выставлены на нулевое давление, т.е. дренируют воду. Это позволяет в процессе строительства избежать выпучиваний стальной оболочки.
Внутренний слой из железобетонных блоков возводится в направлении снизу вверх на всю высоту закрепляемого ствола, либо участками, со специально сооружаемых фундаментов. Блоки (см. фиг.2) в кольце скрепляются металлическими шпильками (поз.7). После установки всех блоков кольца в оставшийся зазор вводятся домкраты, которыми кольцо разжимается в стальную оболочку. Далее выпуски арматуры (поз.8) двух замковых блоков сваривают, а оставшийся зазор бетонируют. Доступ к регулирующим элементам осуществляется через оставленные отверстия (поз.9).
Предлагаемая конструкция может использоваться как для крепления всего ствола, так и отдельных его участков, пересекающих водоносные горизонты.
Литература
1. Пат. 2433269 Российской Федерации, МПК E21D 5/11. Конструкция крепи вертикальных стволов с регулируемым режимом работы / Страданченко С.Г., Масленников С.А., Шинкарь Д.И.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)». №2009142187/03; заявлено 16.11.2009; опубл. 10.11.2011, Бюл. №15.