СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ ДВУХСЛОЙНОЙ КРЕПИ ГОРНОЙ ВЫРАБОТКИ В СОЛЯНЫХ И СОЛЕНОСНЫХ ПОРОДАХ
ERECTION METHOD OF TWO-LAYER SUPPORT OF MINE WORKING IN SALIFEROUS AND SALINIFEROUS ROCKS

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:
сж
L=V·T/K
<mtext>L</mtext>
где
- толщина податливого слоя крепи;
<mtext>V</mtext>
- скорость смещения породного контура горной выработки, мм/год;
<mtext>T</mtext>
- срок службы выработки, год;
<mrow><msub><mtext>K</mtext><mrow><mtext>сж</mtext></mrow></msub></mrow>
- 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.
2
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/м) 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:
сж
L=V·T/K
<mtext>L</mtext>
где
- толщина податливого слоя крепи;
<mtext>V</mtext>
- скорость смещения породного контура горной выработки, мм/год;
<mtext>T</mtext>
- срок службы выработки, год;
<mrow><msub><mtext>K</mtext><mrow><mtext>сж</mtext></mrow></msub></mrow>
- коэффициент сжимаемости материала податливого слоя.
<mrow><msub><mi>K</mi><mrow><mi>с</mi><mi>ж</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mn>0,8</mn><mo>−</mo><mn>0,85.</mn></mrow>
Для ПЕНОПЛЭКСа:
Скорость смещения породного контура определяют на основании результатов мониторинговых наблюдений и установления зависимости вида:
<mrow><mi>V</mi><mo>=</mo><mi>f</mi><mo>⋅</mo><mo stretchy="false">(</mo><mi>S</mi><mo>,</mo><mi>H</mi><mo>,</mo><msub><mi>K</mi><mrow><mi>и</mi><mi>з</mi><mi>р</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>σ</mi><mrow><mi>с</mi><mi>ж</mi></mrow></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>,</mo></mrow>
<mi>S</mi>
где
- площадь поперечного сечения горной выработки;
<mi>H</mi>
- глубина расположения выработки;
<mrow><msub><mi>K</mi><mrow><mi>и</mi><mi>з</mi><mi>р</mi><mo>.</mo></mrow></msub></mrow>
- коэффициент изрезанности массива выработки;
<mrow><msub><mi>σ</mi><mrow><mi>с</mi><mi>ж</mi></mrow></msub></mrow>
- прочность соляных пород;
<mi>f</mi>
- 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.