СПОСОБ ЗАПОЛНЕНИЯ ШПУРА ПОД АНКЕР, ПРОБУРЕННОГО В КРОВЛЕ ВЫРАБОТКИ, КАРТРИДЖАМИ СО СМОЛОЙ
METHOD OF FILLING HOLE UNDER ANCHOR, DRILLED IN ROOF OF MINE WORKING CARTRIDGES WITH RESIN

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к способу заполнения картриджами со смолой, в частности к способу заполнения пробуренных шпуров под анкеры в кровле выработки в местах, где породная толща имеет трещины, а высота выработки составляет 3,0 метра или более.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В Китае способы анкерного крепления используются в выработках в горной породе на угольных шахтах в течение более 50 лет с 1956 года. Усовершенствование этих способов выразилось в переходе от использования анкеровки с низкой прочностью к анкеровке с высокой прочностью, а затем к широкому использованию анкеровки с высоким предварительным напряжением. Впервые анкерное крепление было успешно применено в Китае на угольных шахтах для выработок в горной породе, при этом методы крепления на основе торкрет-бетона и анкеров для горной породы, представленные использованием трех небольших объектов (′′three small′′), получили широкое распространение и применение для выработок горной породы. Анкерное крепление начало применяться в горных выработках в 1960-х годах. Поскольку окружающие породы выработок в угольных пластах являются относительно рыхлыми, имеют разломы и подвергаются воздействию при ведении горнорудных работ, они могут иметь серьезные деформации; вследствие этого требования к способам анкеровки являются очень строгими. Способы анкерного крепления, ранее используемые в Китае, имели такие недостатки, как низкая прочность и низкая жесткость, и указанный принцип анкеровки относился к пассивному креплению; кроме того, не были достаточно разработаны теория анкерного крепления, способ проектирования, материалы для анкеровки, строительная техника, инструменты мониторинга и т.д. Следствием этого было очень медленное развитие методов анкерного крепления для угольных выработок. В 1990 году анкерное крепление угольных выработок применялось для 3%-5% крупных государственных угольных шахт в Китае, а крепления пропластка в основном использовалось для крепления угольных выработок.
В период осуществления девятого пятилетнего плана способ анкерного крепления был указан в качестве основного предмета исследования для бывшего Министерства угольной промышленности, и были проведены углубленные, подробные и всесторонние исследовательские и опытно-конструкторские работы. В частности, в 1996-1997 годах из Австралии был заимствован способ анкерного крепления, который был представлен на сайте Горнорудного управления Синтай (Xingtai Bureau of Mines). При этом в Китае благодаря совместным усилиям со стороны научно-исследовательских институтов, высших учебных заведений и угледобывающих предприятий способ анкерного крепления угольных выработок был значительно усовершенствован. Новые методы, новые материалы и новые способы, такие как использование высокопрочных деформированных стальных стержней, закрепленных с использованием смолы на увеличенную или полную длину, способ проектирования на основе динамического крепления и использование небольших шпуров с анкерами, смолой и предварительно напряженными анкерными канатами и т.п., были приняты и широко применяются в суровых условиях, например в угольных выработках сверху и выработках со сложной и имеющей разломы кровлей, и позволили добиться хорошего крепежного эффекта, технических и экономических преимуществ.
С начала 21-го века в связи с быстрым развитием и применением полностью механизированных метода обрушения угля сверху с образованием пустот и метода добычи с выемкой пласта сразу на всю мощность для мощных пластов, к способам анкеровки угольных выработок предъявляются более высокие требования. В полностью механизированных забоях обрушения угля сверху с образованием пустот и в забоях для добычи с выемкой пласта сразу на всю мощность, выработка при горнорудных работах обычно должна вестись вдоль подошвы пласта, поскольку кровля выработки представляет собой разломанный угольный пласт; иногда выработка при ведении горнорудных работ также представляет собой угольную выработку с добычей сразу на всю мощность. Кроме того, при значительном увеличении интенсивности добычи угля и его выхода поперечное сечение выработки должно быть значительно увеличено. Для уменьшения потерь угля все более и более широко применяется проходка с входом по завальной стороне (gob-side entry). Все это очень усложняет создание крепления для выработки. Чтобы решить эту проблему, были проведены исследования, испытания, внедрение и применение методов полного анкерного крепления угольных выработок в таких добывающих областях, как Яньчжоу (Yanzhou), Луан (Luan), Жинченг (Jincheng), Сишань (Xishan), Хуайнань (Huainan), Хуайбэй (Huaibei), Синьвэнь (Xinwen), Лункоу (Longkou), Кайлуань (Kailuan), Тифа (Tiefa), Сюйчжоу (Xuzhou), Хуатин (Huating) и т.п. Оказалось, что анкерное крепление успешно применяется в тяжелых условиях, например в крупносекционных выработках, выработках при добыче сверху или с выемкой пласта сразу на всю мощность, выработках при проходке с входом по завальной стороне и выработках с рыхлыми и имеющими разломы окружающими породами и т.п., что может значительно улучшить эффективность крепления для выработки, уменьшить затраты на крепление, а также создать благоприятные условия для быстрого продвижения очистного забоя и эффективного производства на угольных шахтах.
В последние годы для осуществления крепления в сложных и тяжелых условиях, например в глубоких выработках, испытывающих напряжение земной толщи, выработках с очень крупными секциями, выработках, подвергаемых серьезному воздействию при ведении горнорудных работ и выработках с входом по завальной стороне (gob-side entry) и т.п., в Китае был разработан метод анкеровки на основе интенсивного использования анкеров высокого предварительного напряжения и крепежных канатов, этот метод позволяет активно и своевременно осуществлять анкеровку и позволяет полностью использовать крепежную функцию анкеров. Способ обеспечивает возможность значительного уменьшения деформации и разрушения окружающих пород выработки, когда его применяют под землей, и существенно изменяет ситуацию с креплением и безопасностью в выработках. Кроме того, в нем реализуется современная конструкторская концепция анкерного крепления, которая включает высокую прочность, высокую жесткость, высокую надежность и низкую плотность крепления (которую для простоты можно выразить как ′′три высоких элемента и один низкий элемент (three high and one low)) и обеспечивает возможность значительного увеличения скорости проходки и ее производительности при обеспечении эффективного крепления.
Годы исследований и практики привели к созданию в настоящий момент системы, полностью разработанной в Китае с точки зрения технологии, для анкеровки угольных выработок в угольных шахтах в Китае, и анкерное крепление стало предпочтительным, безопасным, эффективным и преобладающим средством крепления для угольных выработок в угольных шахтах в Китае. Однако при бурении шпуров в кровле под анкеры вокруг стенок шпуров часто возникают местные полости, поскольку в горной породе кровли образуются зоны разрушений, во время выемки, осуществляемой в выработке, и развиваются вертикальные трещины. Следствием этого является сложность заполнения днищ шпуров картриджами со смолой; кроме того, в некоторых выработках перед проведением анкеровки рабочие часто встречались с установленными металлическими сетками, затрудняющими глубокое заполнение шпуров картриджами со смолой, поскольку металлические сетки этому мешают; кроме того, выработки в некоторых шахтах имеют широкий размах по вертикали, рабочие должны использовать вспомогательные инструменты, такие как стремянки или табуретки, чтобы поместить картриджи со смолой в шпуры в кровле под анкера, и в этом случае могут потребоваться совместные усилия нескольких рабочих для выполнения задачи по заполнению шпуров; следствием этого является уменьшение эффективности работы и уменьшение скорости проходки. Все вышеперечисленные проблемы вызывают серьезные отклонения от первоначального плана по безопасной и эффективной работе в выработках.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Техническая проблема
Задачей настоящего изобретения является преодоление недостатков предшествующего уровня техники и обеспечение простого, безопасного, надежного и высокоэффективного способа заполнения пробуренных шпуров под анкеры в кровле выработки картриджами со смолой.
Техническое решение
Способ заполнения пробуренных шпуров под анкеры в кровле выработки картриджами со смолой в соответствии с настоящим изобретением включает этапы, согласно которым пробуривают шпур в кровле выработки с использование пневматической машины для постановки анкерной крепи, прочищают шпур промывкой водой или продувкой воздухом, при этом используют телескопическую трубу в сочетании с многосекционной обсадной трубой, вытягивают телескопическую трубу на необходимую высоту в соответствии с глубиной шпура, пробуренного в кровле, вставляют верхнее отверстие телескопической трубы в указанный шпур на определенную глубину и затем множество картриджей со смолой помещают последовательно в телескопическую трубу через нижнее отверстие телескопической трубы; после этого вставляют толкающий стержень в телескопическую трубу и проталкивают картриджи со смолой вдоль стенки телескопической трубы в самое глубокое положение в шпуре и выдавливают вверх и перемешивают картриджи со смолой, так что картриджи со смолой оказываются скреплены посредством связующего со стенками шпура в породной толще; затем вынимают толкающий стержень из телескопической трубы, отводят телескопическую трубу и затем вынимают ее из пробуренного шпура, и в завершении вставляют анкер и перемешивают картриджи со смолой.
Диаметр а верхнего отверстия телескопической трубы больше, чем диаметр с толкающего стержня, a диаметр b нижнего конца телескопической трубы меньше, чем диаметр d пробуренного шпура.
Достигаемые технические результаты:
поскольку телескопическую трубу вставляют в пробуренный шпур заранее до того, как картриджи со смолой размещают в кровле, возникает проблема, заключающаяся в том, что рабочим сложно протолкнуть картриджи со смолой к днищам пробуренных шпуров в случае, когда в кровле образованы полости или заранее наложены металлические сетки; кроме того, в случае, когда высота выработки больше 3 м, рабочим не обязательно использовать такие инструменты, как стремянки или табуретки; вместо этого рабочие могут вытянуть телескопическую трубу соответственно в зависимости от высоты выработки; таким образом может быть уменьшена трудоемкость заполнения смолой, может быть повышена эффективность работы и устранены угрозы безопасности, связанные с размещением картриджей со смолой для анкеров в кровле. Предлагаемый способ прост в использовании, безопасен, надежен и эффективен и имеет высокую практичность и широкую применимость.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фиг. 1 схематически изображено проталкивание картриджей со смолой телескопической трубой в состоянии растяжения в соответствии с настоящим изобретением.
На чертеже:
1 - толкающий стержень,
2 - телескопическая труба,
3 - картридж со смолой,
4 - породная толща кровли,
5 - пробуренный шпур,
а - диаметр верхнего отверстия,
b - диаметр нижнего отверстия,
с - диаметр толкающего стержня,
d - диаметр пробуренного шпура.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Далее настоящее изобретение будет подробно описано на примере варианта реализации со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Способ заполнения пробуренных шпуров под анкеры в кровле выработки картриджами со смолой в настоящем изобретении заключается в следующем: для крепления кровли выработки пробуривают шпур 5 в кровле выработки с использованием пневматической машины для постановки анкерной крепи, прочищают пробуренный шпур 5 промывкой водой или продувкой воздухом, используют телескопическую трубу 2 в сочетании с многосекционной обсадной трубой, при этом телескопическую трубу 2 вытягивают на необходимую высоту в соответствии с глубиной шпура, пробуренного в кровле, вставляют верхнее отверстие телескопической трубы 2 в пробуренный шпур 5 на определенную глубину и затем множество картриджей 3 со смолой помещают в телескопическую трубу 2 последовательно через нижнее отверстие телескопической трубы 2; после этого вставляют толкающий стержень 1 в телескопическую трубу 2 и картриджи 3 со смолой медленно проталкивают толкающим стержнем 1 вдоль стенки телескопической трубы 2 в самое глубокое положение в пробуренном шпуре 5, и выдавливают картриджи 3 со смолой вверх и перемешивают, так что картриджи 3 со смолой оказываются скрепленными посредством связующего со стенками шпура в породной толще 4; затем толкающий стержень 1 вынимают из телескопической трубы 2, телескопическую трубу 2 отводят и затем вынимают из пробуренного шпура, и в завершении вставляют анкер и картриджи со смолой перемешивают.
Диаметр а верхнего отверстия телескопической трубы 2 больше, чем диаметр с толкающего стержня 1, a диаметр b нижнего конца телескопической трубы 2 меньше, чем диаметр d пробуренного шпура 5.