ПОДЗЕМНАЯ МЕШКОВИДНАЯ ЗАПОЛНЯЮЩАЯ КОНСТРУКЦИЯ ДЛЯ УГОЛЬНОЙ ШАХТЫ И СПОСОБ ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
UNDERGROUND BAG-LIKE FILLING STRUCTURE FOR COAL MINE AND METHOD OF ITS USE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к профилированной конструкции заполняющего массива, используемой в обратной засыпке при горных работах или при удержании входа со стороны отработанной породы, и, в частности, относится к подземной мешковидной заполняющей конструкции для угольной шахты и к способу ее использования.
Уровень техники
В угледобывающей промышленности применительно к заполняющему материалу для удержания входа со стороны отработанной породы в Китае в качестве конструктивного массива сначала выбирали подвижную стальную матрицу. Впоследствии, по мере развития технологии, для замены стальной матрицы начали использовать эластичный заполняющий мешок, а также использовать его в способе заполнения выработанного пространства, основанном на материале с чрезвычайно высоким содержанием воды, и применять для удержания входа со стороны отработанной породы с использованием материала с высоким содержанием воды, служащего в качестве заполняющего конструктивного массива.
При реализации на месте после завершения формирования заполняющей конструкции с использованием эластичного заполняющего мешка оказалось, что профилированный заполняющий массив легко расширяется и деформируется под давлением верхней и нижней поверхностей на проезжей части, что ведет к неудовлетворительному заполнению. Кроме того, размер эластичного заполняющего мешка должен быть задан перед использованием в соответствии с условиями на конкретной угольной шахте, а его изготовление на месте занимает много времени из-за отсутствия унифицированной стандартной модели.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Для преодоления недостатков предшествующего уровня техники в настоящем изобретении предложена подземная мешковидная заполняющая конструкция для угольной шахты и способ ее использования. Мешковидная заполняющая конструкция имеет высокую прочность и стандартную модель, а способ ее использования может ускорить реализацию проекта и снизить затраты.
Технические решения, используемые настоящим изобретением для решения технических проблем, следующие.
Подземная мешковидная заполняющая конструкция для угольной шахты содержит решетчатую ферму-стенку, поверхностный герметизирующий слой мешковидной конструкции и днищевую конструкцию. Решетчатая ферма-стенка сформирована путем установки друг на друга решетчатых рам, причем каждая решетчатая рама сформирована путем соединения комплектов ячеек решетчатой фермы, совместимых по четырем сторонам встык друг с другом, и каждый комплект ячеек решетчатой фермы сформирован путем соединения множества ячеек решетчатой фермы параллельно в ряд. Ячейка решетчатой фермы образована основанием, представляющим собой прямоугольник, и четырьмя боковыми гранями, представляющими собой треугольники. Четыре треугольника пересекаются в одной точке, проекция которой на прямоугольник основания совпадает с пересечением двух диагоналей прямоугольника, а две другие вершины каждого треугольника совпадают с соответствующими вершинами прямоугольника последовательно на основании. Каждый прямоугольник 1-1 имеет только одно диагональное соединение, а прямоугольники смежных ячеек решетчатых ферм имеют противоположные направления диагонального соединения. Решетчатая ферма-стенка жестко зажата между внутренним поверхностным герметизирующим слоем и наружным поверхностным герметизирующим слоем поверхностного герметизирующего слоя мешковидной конструкции и смонтирована на днищевой конструкции.
Способ использования подземной мешковидной заполняющей конструкции для угольной шахты содержит следующие рабочие этапы:
1) выравнивание основания под землей в том месте, где должна быть смонтирована мешковидная заполняющая конструкция, и затем устойчивое размещение днищевой конструкции; 2) установка комплекта ячеек решетчатой фермы на днищевой конструкции, затем последовательный монтаж комплектов ячеек решетчатой фермы вкруговую так, чтобы сформировать решетчатую раму, и установка друг на друга множества таких решетчатых рам так, чтобы сформировать ярусы, образующие, в конечном итоге, решетчатую ферму-стенку; и 3) ввод заполняющего материала через предусмотренное для этого заливочное отверстие, после того как решетчатая ферма-стенка достигнет верхней поверхности угольного пласта и соприкоснется с нею, и затвердевание заполняющего материала, завершающее весь процесс.
В настоящем изобретении предложена подземная мешковидная заполняющая конструкция для угольной шахты и способ ее использования. По сравнению с предшествующим уровнем техники мешковидная заполняющая конструкция согласно настоящему изобретению образована из комплектов ячеек решетчатой фермы. В частности, ячейки решетчатой фермы соединяют друг с другом, формируя комплект ячеек решетчатой фермы, затем соединяют друг с другом эти комплекты, формируя решетчатую раму, и, наконец, множество решетчатых рам устанавливают друг на друга, формируя решетчатую ферму-стенку. Решетчатая ферма-стенка расположена в поверхностном герметизирующем слое мешковидной конструкции и смонтирована на днищевой конструкции, таким образом, в конечном итоге, образуя мешковидную заполняющую конструкцию согласно настоящему изобретению. Ячейки решетчатой фермы после ввода заполняющего материала в мешковидную конструкцию создают усилие расширения наружу под действием силы от заполняющей массы в верхней части (а именно, внутри). Под действием натяжения анкерных стержней или анкерных тросов, расположенных внутри поперек решетчатой фермы-стенки, ячейки решетчатой фермы создают направленную внутрь противодействующую силу снаружи внутрь. В результате направленное наружу усилие расширения и направленная внутрь противодействующая сила компенсируют друг друга. Таким образом на профилированной конструкции заполняющего массива могут быть эффективно предотвращены расширение и деформация под давлением. Можно видеть, что настоящее изобретение обеспечивает профилированную конструкцию подходящего заполняющего массива, которая имеет высокую прочность и стандартную модель, тем самым способствуя распространению и эффективному применению процесса удержания входа со стороны отработанной породы и процесса обратной засыпки при горных работах, а также уменьшению затрат на применение вышеуказанных процессов в угольной промышленности.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Настоящее изобретение далее описано со ссылкой на прилагаемые чертежи и варианты осуществления.
Фиг. 1 показывает принципиальную схему конструкции ячейки решетчатой фермы в варианте осуществления настоящего изобретения;
фиг. 2 показывает принципиальную схему конструкции комплекта ячеек решетчатой фермы в варианте осуществления настоящего изобретения;
фиг. 3 показывает принципиальную схему конструкции решетчатой фермы-стенки и поверхностного герметизирующего слоя мешковидной конструкции в варианте осуществления настоящего изобретения;
фиг. 4 показывает принципиальную схему днищевой конструкции в варианте осуществления настоящего изобретения; и
фиг. 5 показывает принципиальную схему конструкции варианта осуществления настоящего изобретения, в которой добавлены анкерные стержни или анкерные тросы.
На прилагаемых чертежах показано следующее:
1. Ячейка решетчатой фермы, 1-1. Прямоугольник, 1-2. Треугольник, 2. Комплект ячеек решетчатой фермы, 3. Решетчатая ферма-стенка, 4. Днищевая конструкция, 4-1. Опора, 4-2. Боковой вырез, 5. Анкерный стержень или анкерный трос, 6. Мешковидная заполняющая конструкция, 7. Внутренний поверхностный герметизирующий слой, 8. Наружный поверхностный герметизирующий слой
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Чтобы сделать задачу, технические решения и преимущества настоящего изобретения более понятными, технические решения вариантов осуществления настоящего изобретения ясно и полностью описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи вариантов осуществления настоящего изобретения. Очевидно, что описаны лишь некоторые, а не все варианты осуществления настоящего изобретения. Все другие варианты осуществления на основе описанных вариантов осуществления настоящего изобретения, созданные специалистами в данной области техники без творческих усилий, относятся к объему защиты настоящего изобретения.
В настоящем изобретении предложена подземная мешковидная заполняющая конструкция для угольной шахты, содержащая решетчатую ферму-стенку 3, поверхностный герметизирующий слой мешковидной конструкции и днищевую конструкцию 4. Решетчатая ферма-стенка 3 сформирована путем установки друг на друга решетчатых рам, каждая решетчатая рама сформирована путем соединения комплектов 2 ячеек решетчатой фермы, совместимых по четырем сторонам встык друг с другом, и каждый комплект 2 ячеек решетчатой фермы сформирован путем соединения множества ячеек 1 решетчатой фермы параллельно в ряд. Ячейка 1 решетчатой фермы образована основанием, представляющим собой прямоугольник 1-1, и четырьмя боковыми гранями, представляющими собой треугольники 1-2. Четыре треугольника 1-2 пересекаются в одной точке, проекция которой на прямоугольник 1-1 основания совпадает с пересечением двух диагоналей прямоугольника 1-1, а две другие вершины каждого треугольника 1-2 совпадают с соответствующими вершинами прямоугольника последовательно на основании. Каждый прямоугольник 1-1 имеет только одно диагональное соединение, а прямоугольники смежных ячеек 1 решетчатых ферм имеют противоположные направления диагонального соединения. Решетчатая ферма-стенка 3 жестко зажата между внутренним поверхностным герметизирующим слоем 7 и наружным поверхностным герметизирующим слоем 8 поверхностного герметизирующего слоя мешковидной конструкции и смонтирована на днищевой конструкции 4. Таким образом, решетчатая ферма-стенка 3 и поверхностный герметизирующий слой мешковидной конструкции согласно настоящему изобретению собраны как одно целое, формируя подземную мешковидную заполняющую конструкцию для угольной шахты в форме составной матрицы. Готовое изделие собирают и применяют непосредственно под землей как стандартный компонент, что облегчает строительство.
Фиг. 1-5 представляют собой принципиальные схемы конструкции одного предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения.
Как показано на фиг. 1, основание ячейки решетчатой фермы представляет собой прямоугольник 1-1, имеющий размеры 548 мм в длину и 216 мм в ширину. Вершина ячейки решетчатой фермы расположена непосредственно над центром ее основания, а высота решетчатой фермы от вершины до прямоугольника 1-1 составляет 250 мм. Ячейка решетчатой фермы имеет четыре боковые грани, представляющие собой треугольники 1-2. Четыре треугольника 1-2 пересекаются в одной точке, в которой проекция на прямоугольник 1-1 основания совпадает с пересечением двух диагоналей прямоугольника 1-1, а две другие вершины каждого треугольника 1-2 совпадают с соответствующими вершинами прямоугольника 1-1 последовательно на основании. Каждый прямоугольник 1-1 имеет только одно диагональное соединение, а прямоугольники смежных ячеек 1 решетчатой фермы, составляющих комплект 2 ячеек решетчатой фермы, имеют противоположные диагональные направления соединения. Ячейка решетчатой фермы может быть стальной конструкцией, но не только ею, а может быть использован также материал с более высокой прочностью.
Как показано на фиг. 2, множество ячеек 1 решетчатой фермы, показанных на фиг. 1, расположено в ряд и соединено параллельно, образуя комплект 2 ячеек решетчатой фермы. Ячейки решетчатой фермы в каждом ряду могут быть непосредственно соединены сваркой, поскольку выбранным здесь материалом является сталь. Если выбран другой легкий композитный материал требуемой прочности, то ячейки 1 решетчатой фермы присоединены друг к другу склеиванием. Чтобы наглядно показать исходную форму конструкции, здесь представлена конструкция из шести ячеек 1 решетчатой фермы. Стандартная матрица в последующем описании сформирована комбинацией таких конструкций. Таким образом, окончательную матрицу создают, укладывая такие конструкции друг на друга в ярусы и формируя стенку, что облегчает перемещение под землей. Эти матрицы соединяют под землей в соответствии с фактическими условиями, чтобы, в конечном счете, выполнить задачу заполнения.
Как показано на фиг. 3 и фиг. 4, на основе анализа вышеупомянутых двух конструкций, решетчатая ферма-стенка 3, представленная на структурной схеме фиг. 3, окончательно сформирована после сборки. Решетчатая ферма-стенка 3 сформирована путем установки друг на друга решетчатых рам, а решетчатая рама образована путем соединения комплектов 2 ячеек решетчатой фермы, которые являются совместимыми по четырем сторонам встык друг с другом. Решетчатая ферма-стенка 3 жестко зажата между внутренним поверхностным герметизирующим слоем 7 и наружным поверхностным герметизирующим слоем 8 поверхностного герметизирующего слоя мешковидной конструкции (как показано на фиг. 3). Решетчатая ферма-стенка 3 может быть соединена с поверхностным герметизирующим слоем мешковидной конструкции посредством склеивания или клепки, но также могут быть использованы другие средства соединения, применимые во время фактического производства и эксплуатации. Дополнительно решетчатая ферма-стенка 3 установлена на днищевой конструкции 4. В дальнейшем при реализации уплотняющий материал для конечного изделия должен быть непроницаемым для воды, гладким, плоским и жестким, таким как, например, жесткий пластик или фанера.
Как показано на фиг. 4, днищевую конструкцию 4 используют для стабильного крепления решетчатой фермы-стенки 3, и она является стандартным компонентом. Эта конструкция может быть конкретно реализована следующим образом: днищевая конструкция 4 имеет опоры 4-1 в нижней части и боковые вырезы 4-2 соответственно на двух сторонах верхней части. Между опорами 4-1 сформирован нижний вырез, а решетчатая ферма-стенка 3 расположена в боковых вырезах 4-2 днищевой конструкции 4. Расположение решетчатой фермы-стенки 3 в боковых вырезах 4-2 днищевой конструкции 4 облегчает последующий монтаж, который модифицирует существующий сложный процесс сборки сетки и монтажа мешков. Дополнительно использование днищевой конструкции 4 в качестве дна заполняющего массива предотвращает потерю материала.
Способ использования подземной мешковидной заполняющей конструкции для угольной шахты содержит следующие рабочие этапы:
1) По результатам измерения на месте необходимо определить, подходит или нет стандартная днищевая конструкция 4, имеющаяся в настоящее время. Если "да", то процесс проводят дальше. Если "нет", то размер имеющейся стандартной днищевой конструкции 4 своевременно изменяют в соответствии с условиями на месте.
2) Основание под землей там, где должна быть смонтирована мешковидная заполняющая конструкция, должно быть выровнено. Затем на выровненном основании прокапывают две надлежащие траншеи в соответствии с положением нижнего выреза днищевой конструкции 4 мешковидной заполняющей конструкции. В завершение днищевую конструкцию 4 устойчиво устанавливают на выровненном основании с прорытыми траншеями.
3) Решетчатую ферму-стенку 3 монтируют после того, как уложены днищевые конструкции надлежащей длины. В частности, сначала комплект 2 ячеек решетчатой фермы вставляют в боковой вырез 4-2 днищевой конструкции 4 так, что комплект 2 ячеек решетчатой фермы точно входит в этот боковой вырез 4-2. Затем комплекты 2 ячеек решетчатой фермы последовательно устанавливают вкруговую, формируя решетчатую раму. Решетчатые рамы укладывают друг на друга в ярусы, чтобы сформировать, в конечном итоге, решетчатую ферму-стенку.
Фиг. 5 показывает предпочтительную схему конструкции настоящего варианта осуществления. Как показано на фиг. 5, множество анкерных стержней или анкерных тросов 5 расположено внутри поперек мешковидной заполняющей конструкции 6. Во время использования мешковидной заполняющей конструкции 6 количество анкерных стержней или якорных тросов 5, подлежащих размещению внутри, определяют в соответствии с данными исходных измерений и с формулой расчета несущей способности анкерного стержня, обычно используемой в угольных шахтах, чтобы выполнить требование по прочности заполняющего массива. Анкерные стержни или якорные тросы 5 добавляют, чтобы, с одной стороны, обеспечить активное усилие для действующей и противодействующей силы между заполняющим массивом и мешковидной заполняющей конструкцией 6, благодаря чему требования всех применений настоящего изобретения могут быть удовлетворены, а, с другой стороны, увеличить прочность заполняющего массива, чтобы этот заполняющий массив мог противостоять сильному давлению верхней и нижней поверхностей в угольном пласте, не допуская расширения и деформации под давлением.
Изложенное выше просто описывает предпочтительные варианты осуществления настоящей заявки, но не предназначено для ограничения настоящей заявки. Любые модификации, эквивалентные замены или усовершенствования, сделанные в соответствии с духом и принципом настоящей заявки, должны входить в объем защиты настоящей заявки.