СПОСОБ ПОДАТЛИВОГО КРЕПЛЕНИЯ МЕЖДУКАМЕРНЫХ ЦЕЛИКОВ В СОЛЯНЫХ ПОРОДАХ
METHOD FOR FLEXIBLE FASTENING OF INTER-CHAMBER PILLARS IN SALT ROCKS

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при подземной разработке пологозалегающих рудных тел для поддержания междукамерных целиков в устойчивом состоянии.
Известен способ предохранения междукамерных целиков от разрушения (патент РФ № 2130552, опубл. 20.05.1999). Способ включает создание по внешнему контуру целика у почвы и кровли камеры поддерживающих опор, которые закреплены в кровле или в почве выработки и между собой стяжками, пропущенными по пробуренным сквозь целик горизонтальным скважинам. Использование предлагаемого способа позволит значительно повысить сохранность целиков за счет высокой устойчивости сформированной железобетонной конструкции.
Недостатком данного способа является лишь частичное предохранение целика от разрушения, так как крепление не охватывает весь массив целика по высоте.
Известен способ повышения устойчивости целика (авторское свидетельство СССР № 1536009 опубл. 05.01.1990), предусматривающий крепление целика анкерной крепью с противоположных сторон. Шпуры под анкера забуриваются несоосно из смежных выработок, что позволяет принять длину анкера не менее двух третей ширины целика.
Недостатком данного способа является возможность смещения установленных с противоположных сторон анкеров друг относительно друга.
Известен способ упрочнения целиков (авторское свидетельство СССР № 1305358 опубл. 23.04.1987), предусматривающий бурение в целике сквозных скважин, пропускание через них канатов и натягивание их по периметру целика. Податливость крепления обеспечивается анкерными подхватами, а анкера устанавливаются в кровле и в почве выработки по периметру целика.
Недостатком данного способа является конструктивное ограничение величины податливости крепи и ослабление анкерных подхватов из-за наличия в них прорезей.
Способ возведения двухслойной крепи горной выработки в соляных и соленосных породах (патент РФ № 2531700 опубл. 27.10.2014), предусматривающая создание податливого слоя из пеноматериала, закреплённого анкерами, и последующее возведение бетонного слоя.
Недостатком данного способа является отсутствие визуального контроля смещения породного контура, состояния вмещающих пород арматурной крепи, а также хрупкий и внезапный характер разрушения монолитной бетонной крепи после исчерпания податливости и превышения несущей способности крепи воспринимаемыми нагрузками, поскольку в соляных породах, процесс нарастания нагрузки непрерывен.
Известен способ упрочнения целиков (авторское свидетельство СССР № 1555498 опубл. 23.04.1987), принятый за прототип, который предусматривает бурение в целике сквозных шпуров, пропускание через выбранные пары шпуров вдвое сложенных канатов, их натяжение с последующим огибанием петлёй контура целика. Податливость гибкого кольцевого укрепляющего элемента осуществляется двумя способами: затяжка гайки и взаимное скручивание ветвей каната.
Недостатком данного способа является частичное укрепление целика, конструктивное ограничение величины податливости крепи и использование нестандартных элементов.
Техническим результатом является увеличение несущей способности междукамерных целиков в породах, склонных к проявлению реологических свойств.
Технический результат достигается тем, что работы по монтажу крепи производят одновременно на, распределённых по высоте целика, ярусах крепления целика начиная с сопряжения выработок, через скважины продевают оба конца вдвое сложенных канатов, концы которых предварительно пропускают через опорную плиту с одной стороны целика и жестко закрепляют их на несущей опорной плите с другой стороны целика, между несущей опорной плитой, под петлёй каната поверх арматурной сетки устанавливают арматурный стержень, длина которого и шаг бурения скважин подбирают таким образом, чтобы длина прокатного профиля была кратна шагу бурения, при этом сохраняют предварительное натяжение каната и проводят закрепление на поверхности целика в очистной камере узла податливости, который накапливает поперечные деформации в целике до заданных величин, а по мере исчерпания податливости крепи скорости роста поперечных деформаций и напряжений в целике затухают.
Способ поясняется следующими фигурами:
фиг. 1 – схема закреплённого междукамерного целика;
фиг. 2 – схема крепления боковой поверхности междукамерного целика;
фиг. 3 – схема крепления боковой поверхности междукамерного целика с установленным узлом податливости;
фиг. 4 – график горизонтальных смещений боковой поверхности целика;
фиг. 5 – график оседания целика, где:
1 – очистная камера;
2 – междукамерный целик;
3 – скважина;
4 – арматурная сетка;
5 – стальной канат;
6 –концы канатов;
7 –опорная плита;
8 – несущая опорная плита;
9 – арматурный стержень;
10 – узел податливости.
Способ осуществляется следующим образом. Работы по монтажу крепи производят одновременно на, распределённых по высоте целика, ярусах крепления целика начиная с сопряжения выработок. После проходки очистных камер 1 (фиг. 1-3) в соляном массиве по всей длине целика 2 с определённым шагом пробуриваются в нормальной к оси целика плоскости насквозь горизонтальные скважины 3 на каждом ярусе крепления. На боковых поверхностях целика 2 закрепляют арматурную сетку 4. Через скважины 3 продевают оба конца вдвое сложенных канатов 5. Концы канатов 6 предварительно пропускают через опорную плиту 7 с одной стороны целика 2 и жестко закрепляют их на несущей опорной плите 8 с другой стороны целика 2. Между несущей опорной плитой 8, под петлёй каната поверх арматурной сетки 4 устанавливают арматурный стержень 9.  Шаг бурения скважин 3 в ярусе крепления и длина арматурного стержня 9 подбираются таким образом, чтобы длина прокатного профиля была кратна шагу бурения. Производят предварительное натяжение каната 5, обеспечивая тем самым обжатие всех элементов крепи. Сохраняя предварительное натяжение каната 5, закрепляют на поверхности целика 2 в очистной камере 1 узел податливости 10, который предварительно зафиксирован на канате 5.
Нагруженные междукамерные целики 2 с течением времени деформируются расширяясь, что приводит к увеличению натяжения канатов 5. При достижении заданного усилия происходит реализация податливости крепи посредством проскальзывания каната 5 в узле податливости 10, тем самым породный контур целика 2 смещается – накапливаются поперечные деформации в целике до заданных величин, а по мере исчерпания податливости крепи скорости роста поперечных деформаций и напряжений в целике затухают. Таким образом, податливость крепи обеспечивается до полного исчерпания длины зафиксированной петли каната 5 в узле податливости 10.
Способ поясняется следующим примером. При проходке очистных камер в сильвинитовом пласте АБ на руднике БКРУ-4 Верхнекамского месторождения калийных солей принимается вариант разработки пласта на глубине 350 м с шириной и высотой междукамерных целиков 5 м. Величина смещения породного контура незакреплённого целика составляет 0.226 м за 100 лет. Данный способ позволяет увеличить несущую способность междукамерных целиков за счет установки податливого крепления на трёх ярусах. Крепь состоит из каната диаметром 12 мм, выполненного из стали марки 50 с предел текучести 330 МПа; арматурной сетки, выполненной из стали марки А500 с диаметром продольной и поперечной арматуры 16 мм и шагом 200 мм; арматуры диаметром 80 мм, выполненной из стали марки А500. Величина смещений породного контура целика в период податливого режима принимается 0.11 м. Величина предварительного натяжения каната и сопротивления крепи в податливом режиме принимается 30 кН. По результатам численного моделирования определено время работы представленной крепи в податливом режиме 12 лет, в жёстком режиме – 16 лет, построены графики горизонтальных смещений боковой поверхности закреплённого и незакреплённого целика (фиг. 4) и вертикальных смещений (фиг. 5). Полученные графики показывают уменьшение поперечных и продольных деформаций, накапливаемых на расчетном временном периоде, что свидетельствует об улучшении состояния устойчивости междукамерных целиков в породах, склонных к проявлению реологических свойств.
Данный способ позволяет регулировать сопротивление податливости крепи за счет того, что узел податливости 10 расположен в камере 1. Регулировка сопротивление податливости происходит изменением силы зажатия каната 5 в узле податливости 10. По мере исчерпания податливости происходит затухание скорости роста поперечных деформаций и напряжений в целике 2. После исчерпания податливости нагрузка в полной мере передаётся на канаты 5 - крепь работает жёстко. При достижении нагрузки на крепь, превышающей её несущую способность, канаты 5 пластически деформируются и разрываются, что сопровождается исчезновением отпора крепи.
Способ за счет уменьшения величины поперечного деформирования междукамерных целиков вследствие создания отпора вдоль их оси, который позволяет увеличить несущую способность междукамерных целиков в породах, склонных к проявлению реологических свойств.