СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ ЗАКЛАДОЧНОГО МАССИВА ИЗ ТВЕРДЕЮЩЕЙ ЗАКЛАДКИ В ПОДЗЕМНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ
METHOD TO ERECT FILLING MASS FROM CONSOLIDATING STOWING IN SUBSURFACE MINES

Изобретение относится к области горного дела, в частности к подземной разработке месторождений полезных ископаемых с твердеющей закладкой выработанного пространства.
Известен способ возведения закладочного массива из твердеющей закладки посредством заполнения горизонтальных заходок через трубопровод, введенный в заходку [1]. Недостатком данного способа является недозаклад верхней части пространства заходки на стадии возведения закладочного массива, обычно в размере 2-5% от заполняемого объема, и усадка закладочного массива после его твердения, что приводит к снижению несущей способности закладочного массива, к нежелательным геомеханическим последствиям во вмещающих породах.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ возведения закладочного массива с уменьшением недозаклада за счет наклона продольной оси закладываемых заходок [2]. Недостатком данного способа является снижение несущей способности закладочного массива за счет усадки закладочного материала при твердении, а также сохранение частичного эффекта недозакладки объема прирезки, пропорционально углу наклона ее продольной оси.
Целью изобретения является повышение несущей способности закладочного массива, возводимого в горных выработках - камерах или заходках - за счет устранения недозаклада объема и компенсации усадки в процессе твердения материала закладки.
Указанная цель достигается тем, что в закладываемой горной выработке до начала процесса ее заполнения твердеющей закладкой размещают герметичную емкость переменного объема из эластичного материала, которую после завершения закладочных работ, до отвердевания закладочного массива, заполняют инородным флюидоподобным веществом в количестве, определяемом по формуле
П
З
НЗ
УЗ
V≥V(K+K),
V
П
З
НЗ
УЗ
3
3
где  - объем герметичной емкости переменного объема из эластичного материала, м; V - объем выработки, заполняемой закладочным материалов, м; K - коэффициент недозаклада, ед.; К - коэффициент усадки закладочного материала при твердении, ед.
Увеличение размеров герметичной емкости переменного объема из эластичного материала внутри закладочного массива приводит к тому, что закладочный материал заполняет все пустоты на контакте со стенками выработки, устраняя, тем самым, явление недозаклада при любых углах наклона закладываемой выработки, а воздействие давления, под которым подается флюидоподобное вещество в герметичную емкость, определяемое по формуле
ИВ
ЗК
З
УЗ
P≥γh(1+K),
ИВ
2
где P - давление инородного вещества в емкости, Н/м;
ЗК
3
γ - объемный вес закладочного материала, Н/м;
З
h - высота закладываемой горной выработки, м,
создает усилия, компенсирующие усадку закладочного материала при его отвердении. В результате обеспечивается постоянный и эффективный контакт закладочного массива и вмещающих пород по всему периметру закладываемой горной выработки. Поэтому устраняются все нежелательные геомеханические последствия, обычно связанные с наличием незаложенных объемов при традиционных технологиях возведения закладочного массива.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена принципиальная схема размещения герметичной емкости переменного объема из эластичного материала в отработанной заходке на стадии ее заполнения закладочным материалом, а на фиг.2 - в отработанной камере. На фиг.3 показана незаполненная инородным веществом герметичная емкость переменного объема в неотвердевшем закладочном массиве, а на фиг.4 - заполненная инородным веществом герметичная емкость переменного объема в набравшем прочность закладочном массиве.
Способ возведения закладочного массива из твердеющей закладки в подземных горных выработках содержит нарезную выработку 1, закладываемую выработку - заходку 2 или камеру 3, изолирующую перемычку 4, закладочный трубопровод 5, жидкий закладочный материал 6, герметичную емкость переменного объема из эластичного материала 7 с креплением 8, подводящий трубопровод 9 инородного вещества 10, недозаклад заложенной заходки 11, объем усадки закладочного массива при твердении 12.
Способ реализуется следующим образом. На сопряжении нарезной выработки 1 с отработанной закладываемой выработкой - заходкой 2 или камерой 3, устанавливают изолирующую перемычку 4 с трубопроводом 5 для подачи жидкого закладочного материала 6. Перед началом закладочных работ в закладываемой выработке - заходке 2 или камере 3, устанавливают герметичную емкость переменного объема из эластичного материала 7 и закрепляют ее одним из известных способов, например, с использованием растяжек из тросов 8. Монтируют подводящий трубопровод 9 инородного вещества 10 для заполнения герметичной емкости переменного объема из эластичного материала 7. Затем начинают заполнение закладываемой выработки - заходки 2 или камеры 3 - жидким закладочным материалом 6 через закладочный трубопровод 5. После завершения закладочных работ, но до отвердевания закладочного массива, в герметичную емкость переменного объема из эластичного материала 7 по подводящему трубопроводу 9 начинают подавать инородное флюидоподобное вещество 10 (например, сжатый воздух, воду, водоцементную смесь и т.п.) под давлением, определяемым по формуле
ИВ
ЗК
З
УЗ
P≥γh(1+K),
ИВ
ЗК
З
2
3
где P - давление инородного вещества в емкости, Н/м; γ - объемный вес закладочного материала, Н/м; h - высота закладываемой горной выработки, м; до тех пор, пока объем заполненной емкости переменного объема из эластичного материала 6, определяемой по формуле
П
З
НЗ
УЗ
V≥V(K+K),
П
З
НЗ
УЗ
3
3
где V - объем герметичной емкости переменного объема из эластичного материала, м; V - объем выработки, заполняемой закладочным материалов, м; K - коэффициент недозаклада, ед.; K - коэффициент усадки закладочного материала при твердении, ед.;
не станет равным суммарной величине объемов недозаклада 11 и усадки закладочного массива 12.
При традиционных способах возведения закладочного массива из твердеющих смесей практически всегда есть недозаклад объема в верхней части закладываемых выработок, а после твердения закладочного материала незаполненный объем еще возрастает за счет явления усадки. Создание в закладочном материале при использовании способа дополнительной полости, имеющей объем больше или равный суммарному объему недозаклада и усадки закладки и заполненной каким-либо известным материалом под давлением, компенсирующим вес закладки и сжимающие усилия, возникающие в процессе укладки закладочного материала, устраняет причины известных негативных геомеханических явлений, связанных с неполным заполнением объема горной выработки закладочным материалом и будет способствовать сохранению устойчивости налегающей толщи пород и безопасности ведения горных работ.
Источники информации
1. Закладочные работы в шахтах: Справочник // под ред. Д.М.Бронникова, М.Н.Цыгалова. - М.: Недра, 1989. - 400 с. (с.122-127).
2. Требуков А.Л. Применение твердеющей закладки при подземной добыче руд. - М.: Недра, 1981. - 172 с. (с.135) (прототип).