Способ ремонта крепи горной выработки и система для ремонта крепи горной выработки
METHOD FOR REPAIRING SUPPORT OF MINING WORK FOR REPAIR OF SUPPORT OF MINING WORK

Группа изобретений относится к проведению ремонтно-восстановительных работ на участках крепи горной выработки и может быть применена в строительной отрасли.
Известна огнестойкая тоннельная бетонная панель, содержащая интегрированные в нее арматурные стержни и канавки, выполненные на ее внутренней поверхности [JP2005113515, дата публикации: 28.04.2005 г., МПК: E21D 11/08; E21D 11/38].
Известна тоннельная дренажная панель с нановакуумной теплоизоляцией, которая состоит из гофрированного корпуса, наружная поверхность которого снабжена клейкой лентой, а внутренняя поверхность которого содержит слой теплоизоляционного материала, при этом внутри корпуса проложен нагревательный кабель [CN110566275, дата публикации: 13.12.2019 г., МПК: B32B 15/02; B32B 15/14; B32B 15/18].
Недостатком известных технических решений является их ограниченная область применения, так как они предназначены для использования при возведении тоннелей и не обеспечивают возможности их использования при осуществлении ремонтных работ.
В качестве прототипа выбран способ ремонта бетонной изоляции тоннеля, который включает идентификацию протечки жидкости в бетонном своде тоннеля, сверление отверстий на участке бетонного свода тоннеля, где была идентифицирована протечка жидкости, после чего нагрев этого участка заранее замурованными внутри бетонного свода тоннеля нагревательными элементами до расплавления находящегося между слоями бетонного свода тоннеля битума, одновременно с чем осуществляется закачивание новых порций расплавленного битума через трубки, установленные в просверленные отверстия [DE1035184, дата публикации: 31.07.1958 г., МПК: E02D 16/19; E21D 11/38].
Преимуществом прототипа является то, что он раскрывает возможность восстановления бетонной изоляции тоннеля и может быть применен при осуществлении ремонтных работ. Однако недостатком прототипа и известных технических решений является отсутствие технологии восстановления крепи горной выработки, разрушаемой при разработке месторождений высоковязкой нефти, которая разжижается закачиваемым через скважину нагретым паром и уже после этого откачивается в более жидком состоянии на поверхность. Зачастую при закачке пара в скважину происходят его локальные выходы в сеть действующих выработок на уровне туффитового горизонта, что приводит к негативным последствиям в виде нагрева атмосферы внутри выработки, а также размокания и отслоения горных пород в условиях повышенной влажности, что впоследствии ведет к разрушению крепи горной выработки, в большинстве случаев состоящей из металлических рам и деревянных затяжек. Операции по ремонту и восстановлению горных выработок при их существенной протяженности имеют высокую материало- и трудозатратность, а при отсутствии своевременного ремонта крепи может произойти обрушение затяжки под массивом намокшей горной породы, что может создать аварийноопасную обстановку в шахте и привести к человеческим жертвам среди персонала. При этом возможно временное устранение такой неисправности путем закачки в интервал нарушения вязкого полимера или смол, однако такое решение носит скорее временный характер, поскольку впоследствии происходит обход паром созданной «пробки», вследствие чего рядом с местом проведенного ремонта происходят новые локальные выбросы пара из горной породы. В связи с этим возникает необходимость в создании технического решения, позволяющего осуществить быстрый и высокоэффективный ремонт крепи горной выработки в сложившихся условиях, обеспечив отвод пара из атмосферы горной выработки в зоне разработки нефтяных месторождений.
Техническая проблема, на решение которой направлена группа изобретений, заключается в необходимости расширения арсенала способов ремонта крепи горной выработки.
Технический результат, на достижение которого направлена группа изобретений, заключается в снижении риска обрушения кровли горной выработки.
Сущность первого изобретения из группы изобретений заключается в следующем.
Способ ремонта крепи горной выработки отличается тем, что идентифицируют зону выделения пара из горной породы, после чего на участке крепи горной выработки, где была идентифицирована зона выделения пара из горной породы, создают затворную конструкцию путем заполнения зазора между рамой крепи и кровлей горной выработки изолирующим материалом, после чего внутреннее пространство затворной конструкции соединяют с элементом пароконденсации.
Сущность второго изобретения из группы изобретений заключается в следующем.
Система для ремонта крепи горной выработки отличается тем, что представляет собой затворную конструкцию, состоящую из рам, затяжки и кровли горной выработки, при этом зазор между рамами и кровлей горной выработки заполнен изолирующим материалом, а внутреннее пространство затворной конструкции соединено с элементом пароконденсации.
Идентификация выделения пара из горной породы на участке крепи горной выработки позволяет визуально или посредством применения тепловизора определить величину интервала нарушения в кровле горной выработки, из которой происходит выход пара.
Крепь горной выработки состоит из рам, которые могут быть представлены профилем СВП (специальным взаимозаменяемым профилем), и закрепленных между ними горизонтальных затяжек, обеспечивающих полное закрытие кровли горной выработки, выполненных из разных видов конструкционных материалов, в том числе из металла или дерева.
Изолирующий материал для создания затворной конструкции должен обеспечивать высокие адгезионные и гидроизоляционные свойства и может быть выбран в зависимости от температуры пара или интенсивности его выделения из интервала нарушения. Например, могут быть использованы одно- или многокомпонентные полимерсодержащие растворы, которые могут быть напылены на участок крепи горной выработки, либо она может быть получена из бетонного раствора, в частности из торкретированного бетона, который может быть нанесен при помощи установки сухого или мокрого торкретирования. При этом именно процесс торкретирования является предпочтительным, поскольку за счет него может быть получена не только затворная конструкция, но и дополнительно обработан отдельный участок крепи горной выработки или вся крепь, присутствующая в горной выработке. За счет этого происходит создание инертного защитного слоя, обладающего негорючими свойствами, и обеспечивается соответствие полученной крепи горной выработки требованиям ≪Федеральных норм и правил при разработке нефтяных месторождений шахтным способом≫, в соответствии с которым горная выработка, содержащая электрооборудование, должна иметь огнестойкую крепь.
Затворная конструкция обеспечивает возможность предотвращения попадания пара из интервала нарушения в среду горной выработки и представляет собой герметичный замкнутый контур. Затворную конструкцию создают путем заполнения зазора между кровлей горной выработки и рамой крепи, расположенной с одной и другой стороны интервала нарушения, изолирующим материалом, что исключает попадание пара в среду горной выработки через указанные зазоры. Ширина такого слоя выбирается исходя из величины зазора между рамой и кровлей горной выработки и не должна быть менее 15% величины этого зазора. В случае если величина этого зазора будет менее 15%, то может быть нарушена целостность герметичного контура затворной конструкции, вследствие чего может произойти попадание пара в среду горной выработки. При этом допускается попадание некоторого объема изолирующего материала в зарамное пространство затворной конструкции, что с точки зрения герметичности конструкции не приведет к негативному эффекту, однако может привести к перерасходу материала. В случае если интервал нарушения кровли горной выработки имеет большую протяженность (превышает два и более шага (межрамных расстояния) крепи горной выработки), то перед созданием затворной конструкции фланги интервала нарушения заполняют полимером или смолой. Таким образом обеспечивается концентрирование области паровыделения в одном межрамном расстоянии крепи горной выработки, что снижает трудоемкость и материалоемкость создания затворной конструкции и, соответственно, процесса ремонта крепи горной выработки.
В случае если места стыковки затяжек, а также места их соединения с рамой крепи не обеспечивают герметичности затворной конструкции, то дополнительно осуществляют покрытие изолирующим материалом поверхностей затяжки и рамы крепи, что исключает попадание пара в среду горной выработки через зазоры между вышеупомянутыми элементами. Толщину слоя в таком случае также выбирают исходя из величины зазоров, однако преимущественно она составляет не менее 100 мм, что обеспечивает герметичность затворной конструкции, а также препятствует перерасходу изолирующего материала.
Также для повышения прочностных характеристик затворной конструкции, и дополнительного усиления крепи горной выработки, в межрамном расстоянии крепи могут быть установлены промежуточные рамы, за счет чего, в некоторых случаях, достигается уменьшение шага крепи горной выработки в два и более раза, тем самым еще и дополнительно снижается материалоемкость изолирующего материала.
Для повышения прочностных свойств затворной конструкции она может содержать слой из армирующего материала, выполненный из металлической, пластиковой или композитной сетки, который закрепляют на поверхности рамы и/или затяжки перед нанесением материала для создания затворной конструкции.
Элемент пароконденсации обеспечивает возможность преобразования паровой фазы, накопленной во внутреннем пространстве затворной конструкции, в жидкую фазу с сопутствующим снижением ее температуры. Элемент пароконденсации может быть представлен трубкой, материал которой выбирается исходя из температуры, химических и антикоррозийных свойств, например это может быть металл или пластик. Размер трубки подбирают таким образом, чтобы при ее длине и интенсивности выделяющегося из интервала нарушения пара обеспечивался фазовый переход собранного пара в жидкость. Внутреннее пространство элемента пароконденсации может быть соединено с внутренним пространством затворной конструкции через изолирующий материал, и/или через раму, и/или через затяжку или другими подходящими для этого способами. При этом элемент пароконденсации может быть снабжен элементами запорной арматуры для регулирования интенсивности вывода пара из внутреннего пространства затворной конструкции. При этом для повышения эффективности прохождения фазового перехода в элементе пароконденсации в случае высокой интенсивности паровыделения из интервала нарушения он может быть снабжен средством охлаждения с циркулирующим теплоносителем, выполненным в виде корпуса, в который может быть погружен змеевик. При этом в качестве теплоносителя может выступать вода из магистрали трубопровода технической воды, имеющегося в каждой выработке в исполнении пожарно-оросительного трубопровода. При этом отвод сконденсированной жидкости может обеспечиваться за счет подключения элемента пароконденсации к элементам и устройствам отвода жидкости из горной выработки.
Группа изобретений может быть выполнена из известных материалов с помощью известных средств, что свидетельствует о ее соответствии критерию патентоспособности ≪промышленная применимость≫.
Группа изобретений характеризуется ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, что свидетельствует о ее соответствии критериям патентоспособности ≪новизна≫ и ≪изобретательский уровень≫.
Группа изобретений связана между собой и образует единый изобретательский замысел, заключающийся в том, что система для ремонта крепи горной выработки предназначена для осуществления способа ремонта крепи горной выработки, что свидетельствует о соответствии группы изобретений требованию ≪единства изобретения≫.
Группа изобретений поясняется следующими фигурами.
Фиг.1 – Крепь, установленная на участке горной выработки, с интервалом нарушения в кровле между рамами крепи, изометрия.
Фиг.2 – Крепь горной выработки с демонтированными секциями затяжки, зазор между рамами и кровлей горной выработки заполнен изолирующим материалом для получения затворной конструкции, изометрия.
Фиг.3 – Крепь горной выработки с демонтированными секциями затяжки, внутреннее пространство затворной конструкции соединено с элементом пароконденсации, представленным змеевиком, подключенным шлангом к трубке, установленной в изолирующий материал, изометрия.
Фиг.4 – Крепь горной выработки по фиг.3, продольный разрез.
Для иллюстрации возможности реализации и более полного понимания сути группы изобретений ниже представлен вариант ее осуществления, который может быть любым образом изменен или дополнен, при этом настоящая группа изобретений ни в коем случае не ограничивается представленным вариантом.
В процессе строительства подземных горных выработок для добычи высоковязкой нефти производилось бурение технологических скважин из проводимых буровых галерей с последующей подачей теплоносителя в пласт для его разогрева, снижения вязкости нефти и увеличения ее текучести. В качестве теплоносителя использовали водяной пар, температура которого в зависимости от давления закачки в технологические скважины достигала С.
В процессе закачки пара через скважины наблюдали его локальный выход на уровне туффитового горизонта в одной из действующих горных выработок, находящихся в зоне технологических скважин.
В процессе проведения ремонта крепи горной выработки идентифицировали зону выделения пара из горной породы под сплошной затяжкой 1 из досок, закрепленной между рам 2 и 3. Производили демонтаж затяжек 4 и 5, закрепленных с двух сторон от металлических рам 2 и 3 СВП профиля с шагом 1 м. После этого к рамам 2 и 3 и наружной поверхности затяжки 1 крепили сетку-рабицу (не показана на фигурах).
Готовили изолирующий раствор торкет-бетона, исходя из расчета 350-400 кг цемента (ГОСТ–22236-76) на 1  смеси с добавлением в него песка, щебня и гравия крупностью до 20 мм. После этого полученный изолирующий раствор равномерно наносили в зазор между рамами 2 и 3 и кровлей 6 с применением установки для мокрого торкретирования до получения изолирующих слоев 7 и 8. После этого в слой 8 изолирующего материала устанавливали медную трубку 9, к концу которой подключали полипропиленовый шланг 10. В свою очередь к шлангу 10 подключали охлаждаемый проточной водой из системы пожарно-оросительного трубопровода медный змеевик (не показан на фигурах), способствующий конденсации пара, а змеевик, в свою очередь, подключали к отводу технической воды из зоны горной выработки. После этого дополнительно покрывали наружную поверхность затяжки 1 составом до получения слоя 11 толщиной не менее 100 мм.
Таким образом на участке крепи горной выработки устанавливали затворную конструкцию, состоящую из рам 2 и 3, затяжки 1 и кровли 6 горной выработки, зазор между которыми был заполнен изолирующим материалом 8 и 9, а внутреннее пространство затворной конструкции соединено с элементом пароконденсации через трубку 9 и шланг 10. При этом слоем 11 дополнительно герметизировали зазоры в затяжке 1 и повышали прочность крепи горной выработки.
Таким образом восстанавливали герметичность на участке горной выработки, снижали температуру и влажность на этом участке, снижая риск обрушения кровли горной выработки, тем самым расширяли арсенал способов ремонта крепи горной выработки.