Способ крепления горных выработок

(51)5 Е 21 О 11/00 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ИДЕТЕЛ ЬСТВ ВТ ред возведением крепи 1, б дающей оболочке 2, осуще рительный прогрев смеж породного контура. Затем которой закреплены плазм ют поступательно-вращате Плазменная струя, напра лом к поверхности выраб ет верхний породный с гофрированную поверхно торой формируют прижим 2 ил.(71) Институт угля СО АН СССР(56) Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых, Ь 2, 1989 г., с,74-78, г. Новосибирск, Наука, СО АН,(54) СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК(57) Использование; изобретеНие относитсяк горному делу. Сущность изобретения. пелагодаря огражствляют предваного участка 6 оболочке 2, на отроны 3 придальное движение, е. вленная под уг отки расплавлялой 5, образуя сть, профиль коными валками 4.Формирование гофрированной поверхности происходит по спирали поперек оси выработки. Ширина зоны одновременного оплавления зависит от количества включенных плазменных горелок (плазмотронов). Ширина эоны предварительного прогрева связана с длительность 1 о прогрева зоны оплавления, Зона оплавления должна быть прогрета на глубину, достаточную для прочной связи керамической крепи с массивом пород.Скорость вращательно-поступательного движения установки при заданной мощности плазмотрона определяется скоростью оплавления крепи с необходимой несущей способностью,Скорость поступательного движения можно определить из соотношения скоростей вращательного и поступательного движений, выведенного эмпирически и имеющего такой вид: 40 50 55 Изобретение относится к горному делуи касается способов крепления горных выработок большого сечения, в частности туннелей,Цель изобретения - интенсификация 5процесса формирования крепи и расширениеобласти применения на выработкибольшого сечения.Поставленная цель достигается тем, чтооплавление производят несколькими плазменными потоками, направленными под углом к поверхности породного контура исовершающих вращательно-поступательное движение относительно оси,выработки,формируя при этом гофрированную поверхность с последующей ее обработкой прижимными валками, а предварительныйпрогрев последующего участка осуществляют одновременно с процессом оплавленияпредыдущегоучастказасчеттепловойзнергии, выделяемой при формировании керамической крепи.Сущность предполагаемого изобретения состоит в создании гофрированной поверхности по контуру выработки большого 25сечения, которая обладает достаточной несущей способностью и прочностью. Вогнутая часть волнообразной поверхностинесущего профиля - желоб образуется засчет того, что наклонная перемещающаяся Э 0по спирали плазменная струя расплавляетверхний породный слой и выносит расплавленную массу газо-плазменным потоком наборта впадины, образуя выпуклую частьнесущего профиля керамической крепи, 35четкий профиль которой формируется прижимными валками. Чпостгде Чвр. - скорость вращения установки с закрепленными на ней плазмотронами, т.е. скорость перемещения "пакета" плазмотронов по периметру выработки,Чпост, - скорость перемещения установки вдоль оси выработки.В - радиус выработки.- ширина зоны одновременного оплавления "пакетом" плазмотронов.Скорость вращательного движения Чр, является функцией времени оплавления Ь 1 единицы длины контура выработки ЛЗ;ЛЗЧвр,Время оплавления Л 1 является функ-. цией многих факторов: Л 1=1 Й, Тп й), гдеИп - мощность плазмотрона;Тп - температура предварительного прогрева;А - коэффициент теплоп роводности; и - заданная глубина оплавления или высота крепи.Ввиду сложности этих зависимостей были проведены эксперименты на оплавление образцов песчаника плазмотронами различной мощности. Результаты экспериментов изложены в примерах 1 и 2.К другим параметрам данного технологического процесса относятся расход воздуха, который может меняться в пределах 1,5 - 50 г/сек и скорость плазменного потока 700-900 м/се к.Создаваемая креп ь обеспечивает достаточную статическую и динамическую устойчивость, прочность и несущую способность горной выработки, одинаковую по всему контуру выработки.Кроме крепления выработки придан-. ной технологии обеспечивается надежная поинтервальная облицовка с декоративным внешним видом, блестящая поверхность которой не требует дополнительной отделки. Сопоставительный анализ заявляемого решения и прототипа позволяет выявить отличия, состоящие в новом температурно-временном режиме формирования керамической крепи, в создании несущего слоя волнообразного профиля - гофра путем предварительного нагрева и последующего оплавления горных пород движущимися по спирали, несколькими по-. токами низкотемпературной плазмы, направленными под углом к поверхности выработки большого сечения.Ка фиг. 1 - разрез вдоль оси выработки; на фиг. 2 - поперечный разрез выработки,где 1 - керамическая крепь 2 - цилиндрическая оболочка, имеющая рубашку охлаждения 3 - плазмотроны 4 - валок для формирования гофра 5 - породный контур 6 - зона предварительного нагрева пород 7 - зона охлаждения керамической крепи,Возведение керамической крепи 1 (фиг, 1) осуществляют следующим образом.В рубашку оболочки 2, плазмотроны 3, валок 4 подают охлаждающую жидкость, затем включают плазмотроны 3, которые устанавливают под углом 35-65 к контуру 5 10 15 20 таким образом, чтобы поток плазмы погружался в породу на глубину, равную высоте гофра, Прогрева ют породный контур до температуры 800 С, а затем оболочке 2, на которой закреплены плазмотроны 3, придают поступательйо-вращательное движение с таким соотношением скоростей этих движений, чтобы осуществлять сплошное образование гофра керамической крепи на контуре выработки 5. При этом скорость перемещения плазмотронов 3 по контуру составляет, как минимум, 12 смlмин, причем ширина желоба, образуемого одним плазмотроном мощностью 50 кВт, составит 4 см. Плазмотроны 3 устанавливают с таким расчетом,чтобы промежуток между смежными жело бами составил также 4 см. При движении плазмотронов 3 по контуру 5 расплавленная масса выносится газовым потоком на борта желобов, из которой формируют выпуклый несущий профиль керамической крепи путем придания расплаву пород необходимой формы, прокатывая валок 4 (фиг. 2). Огражаю ая оболочка в оль и о ольной оси выд щ д Р дработки имеет длину, позволяющую одновременно с оплавлением производить предварительный прогрев контура выработки на смежном участке выработки 6, так 40 же участок 7, на котором происходит постепенное остывание керамической крепи.Предлагаемый способ возведения керамической крепи прошел экспериментальную проверку в лабораторных условиях.П р и м е р 1. Плазмотрон мощностью 14 45 кВт, установленный под углом 45 к образцу песчаника, включали и перемещали со скоростью 1,5 - 2 см(мин Чвр. При этом высота оплавленного слоя или толщина крепи составила 1,5-2 см, Температура предварительного нагрева образца составила 800 С. 55 П р и м е р 2, При той же температуре предварительного прогрева и том же угле наклона плазмотрона установили мощность плазмотрона 50 кВт, скорость Ч,р,=25 см/м. Получилась высота оплавленного. слоя (толщина крепи) 2-2,5 см.Эксперименты позволили произвести расчеты и сделать выводы, что при оплавлении контура пород плаэмотроном мощностью 50 кВт может быть достигнута производительность 15 - 20 см/мин при толщине крепи 1,5-2 см.При работе одновременно 4-х плазмотроновпо предлагаемой технологии производительность возведения керамической крепи составит 4 - 6 часов одного погонного метра выработки площадью 20 м 2.Предлагаемое изобретение, благодаря новой форме поверхности волнообразного профиля, которая создается с помощью нескольких плазменных горелок, формирующих плазменные потоки, направленные под углом к поверхности выработки и совершающих вращательно-поступательное движение, вместо одной зафиксированной плазменной горелки, создающей поток вдоль оси выработки в прототипе, обеспечивает создание устойчивой крепи и декоративной облицовки по контуру горной вырабстки, большого сечения. Кроме того такая технология является малооперационной, а следовательно возможной для автоматизации и роботизации процесса с полным исключением ручного труда.Формула изобретения Способ крепления горных выработок, включающий предварительный прогрев приконтурного слоя вмещающих пород и последующее его оплавление с помощью плазменного потока отдельными участками, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью интенсификации процесса за счет использования нескольких плазменных потоков в выработках большого сечения, плазменные потоки направляют под углом к поверхности породного контура и придают вращательно-поступательное движение относительно оси выработки, формируют при этом гофрированную поверхность, затем обрабатывают ее прижимными валками, а предварительный прогрев последующего участка осуществляют одновременно с оплавлением предыдущего участка выделяемой при этом тепловой энергией,1803571 Составитель Е. Игнатовактор Е. Полионовэ Техред М. Моргентал Коррект О. Густ эдательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 о ств Заказ 1040 Тираж . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5