Способ формирования полостей в твердеющем закладочном массиве

(51) 5 Е 21 Е 15/00 11 ОЦЯ ПРИ ГКНТ СССРОПИСАН И ЗО БР ЕТЕ Н И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ 1(71) Московский геологоразведочный институт им;Серго Орджоникидзе(56) Авторское свидетельство СССР М 909223, кл. Е 21 Е 15/ОО, 1982.Авторское свидетельство СССР . М 1465602, кл. Е 21 Е 15/00, 1989, (54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ПОЛОСТ 1:Й В ТВЕРДЕЮЩЕМ ЗАКЛАДОЧНОМ МАССИВЕ(57) Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при отработке месторождений полезных ископаемых сис- г темами с твердеющей закладкой. Целью. изобретения является снижение материальных и трудовых затрат на образование полости в закладке за счет снижения обьемов работ по возведению изолирующих перемычек при выполнении сквозных полостей необходимой длины из ранее сформированной.полости. Для этого при монтаже эластичную емкость (ЭЕ) располагают таким образом, что ее торцы заводятся в полость (П) 4, ранее сформированную в затвердевшем закладочном массиве, и в выработку(В) 3 на длину, превышающую половину диаметра формируемой полости, остальная часть ЭЕ подвешена в выработанной пространстве на тросе 2. Одновременно с подачей закладочной смеси (ЗС) в выработанное пространство(ВП) под ЭЕ в последнюю подГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИ 745977 А 11745977 3 ают сжатый воздух 10 до создания в ней давления, превышающего давление жидкой ЗС на нижнюю часть ЭЕ, чем обеспечивают герметизацию ранее образованной полости и В. До достижения ЗС уровня половины проектной высоты формируемой П одновременно с продолжением подачи закладки в ВП в ЭЕ подают воду 11, вытесняя из нее Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при отработке месторождений полезных ископаемых системами с твердеющей закладкой.Известен способ монтажа опалубки для 5формирования полости в твердеющем закладочном массиве, заключающийся в том, что перед подачей закладочного материала в выработанном пространстве подвешивают на месте формирования выработки вер хний и два нижних продольных троса, причем верхний трос зафиксирован в кровле или стенках выработки, а нижние прикреплены анкерами в почве; навешивают поперечные крепежные приспособления, 15 выполненные в виде строп с якорями на концах, жестко соединенные с продольными тросами и расположенные равномерно вдоль них. Выработанное пространство заполняют твердеющей смесью до основания 20 формируемой выработки с погружением концов строп с якорями в смесь, После твердения последней через закрепленные стропы протягивают эластичную водо- и воздухонепроницаемую оболочку, заполня емую жидкостью до необходимого давления. Затем выработанное пространство полностью заполняют твердеющей смесью и после набора прочности закладочным массивом жидкость из оболочки сливают и 30 извлекают последнюю для повторного использования.Недостатками данного способа являются сложность и трудоемкость монтажа крепежных приспособлений в связи с большим 35 количеством крепежных элементов; повышенная материалоемкость вследствие необходимости использования тросов, крепежных приспособлений для компенсации выталкивающих усилий, действующих 40 на заполненную оболочку со стороны жидкой закладки; необходимость изготовления. оболочки из эластичного и прочного материала вследствие значительных нагрузок на воздух, при этом количество подаваемой в ЭЕ воды и вытесняемого из нее воздуха регулируют таким образом, чтобы давление в ЭЕ оставалось превышающим давление жидкости ЗС на нижнюю часть ЭЕ и к моменту прекращения подачи закладки в выработанное пространство ЭЕ была полностью заполнена водой. 6 ил,нее, обусловленныхдействием выталкивающих сил; высокие материальные и трудовые затраты на формирование выработок; конечная длина которых превышает длину оболочки.Известен способ формирования полости в твердеющем закладочном массиве, .заключающийся в размещении в выработанном пространстве эластичной емкости, подаче закладочного материала в выработанное пространство до уровня, превышающего нижнюю границу проектного контура будущей выработки на величину не менее половины проектной высоты формируемой выработки, заполнении эластичной емкости и наполнителем с обьемным весом не более чем в два раза меньшим объемного веса закладочной смеси до принятия емкостью заданной формы выработки, герметизации линии стыков заполненной емкости и затвердевшей закладки, подаче закладочного материала до полного заполнения выработанного пространства и извлечения емкости после набора прочности закладочным массивом,Недостатком известного способа являются высокие материальные и трудовые затраты на формирование полостей, конечная длина которых превышает длину эластичной емкости, так как каждый раз весь цикл работ осуществляют заново, а закладочные перемычки, возводимые в выработках, последовательно демонтируют.Цель изобретения - повышение эффективности способа путем снижения материальных и трудовых затрат, на образование полости в закладке за счет снижения объемов работ по возведению изолирующих перемычек при выполнении сквозных полостей необходимой длины из ранее сформированной полости.Поставленная цель достигается тем, что при способе формирования полостей в твердеющем закладочном массиве, включаюачи закладочной смеси, что доСтигается регулированием Количества подаваемой воды и вытесняемого воздуха; поддерживать емкость в проектном положении во время подачи закладки за счет компенсации выталкивающих усилий весом подаваемой в емкость воды; обеспечить полное заполнение емкости водой к моменту прекращения подачи закладочной смеси в выработанное 0 пространство, когда ее уровень достиг половины. проектной высоты формируемой полости.На фиг. 1 изображена емкость, размещенная в выработанном пространстве и за-.полненная сжатым воздухом; на фиг. 2 - положение емкости в момент подачи в нее воды и продолжения подачи в выработанное пространство твердеющей смеси; на фиг. 3 - разрез А - А на фиг, 2; на фиг. 4 - положение заполненной водой емкости в момент прекращения подачи закладочной смеси; на фиг.5 - разрез Б - Б на фиг. 4; на фиг. 6 - положение емкости при полном заполнении выработанного пространства твердеющей смесью.Способ осуществляют следующим образом.После отработки полезного. ископаемого через выработанное пространство 1 перебрасывают трос 2, который фиксируют в кровле горной выработки З.и в кровле полости 4, ранее сформированной в затвердевшем закладочном массиве (фиг.1). На трос за пределами выработанного пространства подвешивают эластичную емкость 5 в свернутом состоянии. С помощью фалов, переброшенных через выработанное пространство, емкость по тросу перемещают в проектное положение. При этом емкость располагают таким образом, что ее торцы находятся один - в ранее сформированной полости 4, другой - в выработке 3.Величина, на которую торцы емкости заводятся в полость 4 и выработку 3, превышает половину диаметра формируемой полости, Такое расположение торцов емкости позволяет обеспечить герметичность линий сопряжения ранее образованной полости и выработки с выработанным пространством при подаче в последнее твердеющей закладочной смеси. К емкости присоединяют подводящий.6 и отводящий 7 шланги, а также аппаратуру 8 контроля (манометр).Одновременно с подачей в выработанное пространство под емкостью закладочной смеси 9 в емкость подают сжатый воздух 10 до создания в ней давления, определяемого из соотношения (1) и превышающего давление жидкой закладочной смеси на нижнюю часть емкости, но не превышащем монтаж в выработанном пространстве эластичной емкости, заполнение ее наполнителем до принятия емкостью заданного сечения полости, подачу закладочной смеси до уровня половины проектной высоты фор мируемой полости, герметизацию линии стыка заполненной емкости с контурами горной вырабогки и полостью, ранее образованной в затвердевшем закладочном массиве, дальнейшую подачу закладочной смеси до 1 полного заполнения выработанного пространства, прекращение подачи закладочного материала и извлечение емкости после набора прочности закладочным массивом, при монтаже торцы эластичной емкости 15 располагают в горной выработкеи полости; ранее сформированной в затвердевшем закладочном массиве, на длину, превышающую половину диаметра формируемой полости, первоначально в качестве напол нителя используют сжатый воздух, Э до достижения закладочной смесью уровня половины проектной высоты полости одновременно с.продолжением подачи закладки в емкость в качестве наполнителя нагнета ют воду давлением, превышающим давле.ние жидкой фазы закладочной смеси на нижнюю часть емкости, при этом к моменту прекращения подачи закладки водой заполняют всю емкость. 30Расположение торцов эластичной емкости в горной выработке и в полости, ранее сформированной в затвердевшем закладочном массиве, на длину, превышающую по. ловину диаметра формируемой полости, и 35 использование первоначально в качестве наполнителя сжатого воздуха позволяет обеспечить герметизацию линий сопряже ния выработанного пространства с ранее сформированной полостью и выработ кой за счет увеличения радиальных размеров емкости под действием давления наполнителя. Одновременно ато позволяет зафиксировать наполненную емкость в проектном положении как за счет 45 фиксации ее торцов, так и за счет того, что вес заполненной воздухом емкости практически равен ее весу в незаполненном состоянии, следовательно, смещения емкости в вертикальном направлении не произойдет, 50Нагнетание в емкость воды до достижения закладочной смесью уровня половины проектной высоты полости одновременно с продолжением подачи закладки позволяет за счет вытеснения воздуха из емкости постоянно поддерживать в емкости давление; обеспечивающее герметизацию линий сопряжения выработанного пространства с ранее сформированной полостью и выработкойна протяжении всего периода под1745977 10 20 25 30 40 45 50 си. ющего разрушающую емкость давления наполнителя 20 йн К Тяас р р р- разнз =О,д7 Ф Ц2 где Рн - давление напалнителя емкости, Па;Рз - давление жидкой закладочной смеси на нижнюю часть емкости, Па;Рраз - разрушающее емкость давление наполнителя, Па;Трас - расчетное сопротивление материала емкости нагрузкам, Н/м;.20 йн - нормативное сопротивление на разрыв 1 п.м материала емкости, Н;К - коэффициент запаса прочности; уз; - плотность материала закладочной смеси, кг/мэ;р - ускорение свободного падения, м/с .Так как вес материала наполнителя емкости (сжатого воздуха 10) близок к нулю, то воздействие со стороны наполненной емкости на трос 2. практически равно воздействию на него незаполненной емкости, и, следовательно, емкость не сместится от проектного положения в вертикальной плоскости. При этом на свободном участке (в выработанном пространстве 1) емкость йадвешена на тросе 2, а.на участках, где расположены ее торцы, емкость прилегает к стенкам выработки 3 и полости 4, обеспечивая изоляцию существующей выработки 3 и ранее образованной полости 4 эа счет напряжений, возникающих в материале емкости из-за разности радиальных расширений последней под действием избыточного давления наполнителя на свободном участке и на участках выработки и полости,При достижении закладочной смесью 9 нижнего контура формируемой полости (фиг. 2 и 3) в емкость по шлангу б, одновременна с продолжением подачи закладочной смеси в выработанное пространство, начинают подавать воду 11, вытесняя находящийся в ней воздух по шлангу 7, Количество подаваемой в емкость воды и.вытесняемага из нее воздуха регулируют в зависимости от количества подаваемой в выработанное пространства закладочной смеси таким образом, чтобы во-первых, давление в емкости постоянно оставалось превышающим давление жидкой закладочной смеси на нижнюю часть емкости, во-вторых, чтобы выталкивающие усилия, действующие на заполненную емкость со стороны жидкой закладочной смеси, компенсировались весом воды, подаваемой в емкость, Выполнение второго условия, учитывая соотношение объемных весов воды и материала закладки,приблизительно равное 0,5; достигается5 поддержанием высоты столба воды в емкости, в два раза превышающимуровеньжидкой закладки. Емкость, заполняемая водой,при соблюдении вышеназванных условий,плавает на поверхности жидкой закладочной смеси в проектном положении, Проникновения закладочной смеси в выработку 3 и полость.4 не происходиг, так как постоянно поддерживаемое в емкости давление наполнителя препятствует смятию нижней части емкости 5, а ееторцы не смещаются. так как они зафиксированы в выработке и полости,а емкость не смещается от проектного положения,Подачу закладочной смеси в выработанное пространство прекращают в тат момент, когда уровень ее достиг половины проектной высоты формируемой полости(фиг,4 и 5). Для соблюдения условия сохранения горизонтальности (проектного положения) емкость в этот момент должна быть полностью заполнена водой и плавать на поверхности жидкой закладочной смеси, погруженная.в нее на половину своего диаметра(исходя из соотношения объемных весов воды и материала закладки)..После схватывания закладочного массива 12 производят герметизацию линии 13 стыков заполненной емкости 5 и затвердевшей закладки 12 дополнительной подачей 35 воды в емкость до.создания в ней избыточного давления, определяемого из саотношения (2) и превышающего давление столба .жидкой Закладки, но не превышающего разрушающего емкость давления напалнителя, определяемого в соотношении (1)РразРн 7 зН Ц, (2) где Н - высота столба жидкой закладки, м.За счет повышения избыточного дав- ления емкость увеличит свои радиальные размеры; за счет чего. осуществляют герметизацию линии 13 стыков и дополнительную герметизацию линий сопряжения .вырабатаннога пространства 1 с выработкой 3 и полостью 4.После этого в выработанное пространство подают жидкую закладочную смесь до уровня, не превышающего уровень, определяемый из соотношения (2), Проникновения закладочного материала в выработку и ранее образованную полость не произойдет, так как избыточное давление напалнителя емкости препятствует смятию .верхней части емкости весом жидкой закладочной сме1745977 ЯПосле набора необходимой прочности закладочным массивом воду из емкости удаляют. За счет сокращения радиальных размеров емкость отделится ат закладочного массива и упадет на почву сформирован ной полости, откуда ее извлекают для по-вторного использования, Затем производят полное заполнение выработан ного пространства закладочной смесью.Последовательное выполнение выше изложенных операций по мере движения фронта горных работ позволяет формировать полость необходимой длины.. За счет сокращения обьемов работ при образовании полостей, длина которых 15 превышает длину эластичной емкости, достигаются основные преимущества предлагаемого способа.Формула изобретенияСпособ формирования полостей в твер деющем. закладочном массиве, включающий монтаж в выработанном пространствеэластичной емкости, заполнение ее наподнителем до принятия емкостью заданного сечения полости, подачу закладочной смеси 25 до уровня половины проектной высоты формируемой полости, герметизацию линии стыка заполненной емкости с контурами горной выработки и полостью, ранее обраэованной в затвердевшем закладочном массиве, дальнейшую подачу закладочной смеси до полного. заполнения выработанного пространства, прекращение подачи закладочного материала и извлечение емкости после набора прочности закладочным мас-. сивом,отл ича ющийся тем,чта,с целью снижения материальных и трудовых затрат на образование полости в закладке за счет снижения абьемов работ по возведению изолирующих перемычек при выполнении сквозных полостей необходимой длины из ранее сформированной полости, при монтаже торцы эластичной емкости располагают. в горной выработке и полости, ранее сформированной в затвердевшем закладочном массиве, на длину, превышающую половину диаметра. формируемой полости, первоначально в качестве наполнителя используют сжатый воздух, а да дости- жения закладочной смесью уровня половины проектной высоты полости одновременно с продолжением подачи закладки в емкость нагнетают воду давлением, превышающим давление жидкой фазы закладочной смеси на нижнюю часть емкости, при этом к моменту прекращения подачи закладки водой заполняют всю емкость.1745977 2 2 ИГ Составитель Н, ЧертоваТехред М;Моргентал Корректор М. Демчи едэктор Н, Т а зводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарин Заказ 237 б Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раущская наб., 4/5