RU2459907C1 - Method for supporting soil of mine workings - Google Patents
Method for supporting soil of mine workings Download PDFInfo
- Publication number
- RU2459907C1 RU2459907C1 RU2011100353/03A RU2011100353A RU2459907C1 RU 2459907 C1 RU2459907 C1 RU 2459907C1 RU 2011100353/03 A RU2011100353/03 A RU 2011100353/03A RU 2011100353 A RU2011100353 A RU 2011100353A RU 2459907 C1 RU2459907 C1 RU 2459907C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- soil
- rocks
- mine
- heat treatment
- thickness
- Prior art date
Links
- 239000002689 soil Substances 0.000 title claims abstract description 60
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 230000003245 working effect Effects 0.000 title claims abstract description 14
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims abstract description 80
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims description 8
- 239000004927 clay Substances 0.000 abstract description 19
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 7
- 238000005065 mining Methods 0.000 abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 abstract 3
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 description 9
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 8
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- 241000256602 Isoptera Species 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000003832 thermite Substances 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 3
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 3
- -1 loam Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- 238000004017 vitrification Methods 0.000 description 3
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000015076 Shorea robusta Nutrition 0.000 description 2
- 244000166071 Shorea robusta Species 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 2
- 239000003999 initiator Substances 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 239000011150 reinforced concrete Substances 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 description 1
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 1
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 1
- 239000011111 cardboard Substances 0.000 description 1
- 230000002925 chemical effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 125000000962 organic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 229910052655 plagioclase feldspar Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Devices Affording Protection Of Roads Or Walls For Sound Insulation (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится преимущественно к горной промышленности и подземному строительству, а именно к проведению и поддержанию горных выработок в условиях залегания пучащих пород. Оно позволяет повысить устойчивость почвы выработок на участках глинистых, суглинистых, песчано-глинистых отложений и органосодержащих пород и грунтов, склонных к пучению при проходке или в процессе эксплуатации.The invention relates mainly to the mining industry and underground construction, namely, to the conduct and maintenance of mine workings in the conditions of occurrence of heaving rocks. It allows you to increase the stability of the soil workings in areas of clay, loam, sand and clay deposits and organo-bearing rocks and soils that are prone to heaving during sinking or during operation.
Известен способ снижения пучения почвы горных выработок (патент RU №2019705, опубл. 15.09.1994), при котором защита горных выработок от пучения почвы достигается тем, что, согласно изобретению, определяют положение в почве выработки слоя горных пород, обладающих максимальной пластичностью, бурят шпуры или скважины в почву выработки и производят камуфлетный взрыв в этом слое, после чего осуществляют обрушение вышележащих пород в полость, образованную этим взрывом.There is a method of reducing heaving soil of mine openings (patent RU No.2019705, publ. 15.09.1994), in which the protection of mine workings from heaving of the soil is achieved by the fact that, according to the invention, the position in the soil of the working layer of rocks with maximum ductility is determined, drilled holes or wells into the production soil and produce a camouflage explosion in this layer, after which the overlying rocks collapse into the cavity formed by this explosion.
Недостатком способа является его низкая эффективность при залегании в почве выработки мощных слоев пород, склонных к пучению, так как после производства камуфлетного взрыва в таких горных породах камуфлетная полость будет заполнена горной массой, обладающей такой же склонностью, как и нижележащие породы почвы. При интенсивном горном давлении эта зона, обладая большой пластичностью, не обеспечивает эффективной защиты выработки от пучения почвы.The disadvantage of this method is its low efficiency when laying in the soil to generate thick layers of rocks prone to heaving, since after the production of a camouflage explosion in such rocks, the camouflage cavity will be filled with rock mass having the same tendency as the underlying rocks of the soil. With intense mountain pressure, this zone, having great ductility, does not provide effective protection of the mine from soil heaving.
Известен способ крепления горных выработок, пройденных в породах, склонных к пучению, который включает установку основной крепи технологически заданного профиля, перетяжку крови и анкерное крепление вспучиваемых пород (патент RU, №2134350, опубл. 10.08.1999). В зонах вскрытия или присечки вспучивающих пород, проводимой горной выработкой в почве и (или) бортах, последней производят установку полимерных анкеров с однополимерных анкеров с одновременным нагнетанием быстротвердеющего полимерного состава сразу во все шпуры в соответствии с принятым паспортом крепления, при этом направления шпуров в почве осуществляют с учетом направления смещения вспучиваемых частей контура выработки.A known method of securing mine workings, passed in rocks prone to heaving, which includes the installation of the main lining technologically predetermined profile, blood hauling and anchoring of intumescent rocks (patent RU, No. 2134350, publ. 10.08.1999). In the zones of opening or notching of intumescent rocks, conducted by mining in the soil and (or) sides, the latter install polymer anchors from one-polymer anchors with the simultaneous injection of quick-hardening polymer composition immediately into all holes in accordance with the approved passport, while the direction of the holes in the soil carried out taking into account the direction of displacement of the intumescent parts of the output circuit.
Недостатком этого способа укрепления почвы является сложность и многооперационность технологии, высокая трудоемкость в связи с необходимостью установки анкеров и их низкая эффективность при упрочнении пластичных пород.The disadvantage of this method of strengthening the soil is the complexity and multioperational technology, high complexity due to the need to install anchors and their low efficiency in hardening plastic rocks.
Известен способ крепления горных выработок (авт.свид. SU №1566035, опубл. 23.05.1990), принятый за прототип, по которому сначала определяют необходимую толщину упрочняемого слоя горных пород в приконтурном массиве выработки, которая зависит от степени ослабленности пород их обводнением, бурят по контуру выработки шпуры с перебуром за толщину упрочняемого слоя. Затем в шпуры устанавливают нагревательные элементы и производят упрочнение слоя путем его термообработки. Через шпуры осуществляют предварительный нагрев горной массы по всей длине шпуров при 100-200°С в течение 8 ч. После этого производят обжиг упрочняемого слоя в течение 19-20 ч с постоянным повышением температуры от 200 до 1100°С. При этом достигается необходимая прочность глинистой массы, которая преобразуется упрочняемым слоем и обеспечивает долговечную устойчивость горных выработок.A known method of securing mine workings (autoswid. SU No. 1566035, publ. 23.05.1990), adopted as a prototype, which first determines the required thickness of the hardened rock layer in the near-edge mining array, which depends on the degree of weakening of the rocks by their watering, is drilled along the contour of the production of bore-holes with an excess for the thickness of the hardened layer. Then, heating elements are installed in the bore holes and the layer is hardened by heat treatment. Through the holes, the rock mass is preheated over the entire length of the holes at 100-200 ° C for 8 hours. After this, the hardened layer is fired for 19-20 hours with a constant temperature increase from 200 to 1100 ° C. In this case, the necessary strength of the clay mass is achieved, which is converted by a hardened layer and provides long-term stability of the mine workings.
Основными недостатками такого способа в обводненных глиносодержащих породах являются низкая скорость упрочнения пород в массиве вокруг скважин. Кроме того, вследствие взаимодействия скважин между собой при нагревании массива на первой стадии возможно осыпание стенок скважин, что исключает их использование на второй стадии - стадии обжига.The main disadvantages of this method in flooded clay-containing rocks are the low rate of rock hardening in the array around the wells. In addition, due to the interaction of the wells with each other when heating the array in the first stage, the walls of the wells can be shed, which excludes their use in the second stage - the firing stage.
Технической задачей изобретения является защита горных выработок от пучения почвы за счет сооружения в почве выработки обратного грузонесущего свода.An object of the invention is the protection of mine workings from heaving of the soil due to the construction in the soil of the development of a reverse load-bearing arch.
Технический результат достигается тем, что в способе крепления почвы горных выработок, включающем определение необходимой толщины упрочняемого слоя горных пород в почве, бурение шпуров на толщину упрочняемого слоя, установку в них нагревательных элементов и термообработку пород упрочняемого слоя, в упрочняемом слое формируют обратный грузонесущий свод, опирающийся на устойчивые породы боков выработки, при этом толщину обратного грузонесущего свода принимают равной глубине распространения зоны пучения в почве выработки, определяемой по формулеThe technical result is achieved by the fact that in the method of fixing the soil of the mine workings, including determining the required thickness of the hardened layer of rocks in the soil, drilling holes for the thickness of the hardened layer, installing heating elements in them and heat treatment of the rocks of the hardened layer, form a reverse load-bearing arch in the hardened layer, based on stable rocks of the sides of the mine, and the thickness of the return load bearing arch is taken equal to the depth of propagation of the heaving zone in the mine soil, defined according to the formula
где H1 - высота зоны, создающей пригрузку почвы, приведенная к объемному весу пород почвы,where H 1 - the height of the zone creating the soil load, reduced to the volumetric weight of soil rocks,
φ - угол внутреннего трения пород почвы, град.φ - angle of internal friction of soil rocks, deg.
Достигается тем, что шпуры после термообработки, при необходимости, армируют анкерами.This is achieved by the fact that the bore holes after heat treatment, if necessary, are reinforced with anchors.
Способ позволяет за счет термического воздействия на склонные к пучению породы приконтурного массива в почве выработки перевести их в состояние, обеспечивающее возможность формирования грузонесущего свода (достаточную прочность пород в своде после их термообработки). Известно увеличение прочности глин при нагревании до 200°С и формировании «киринга» при температуре 500-800°С. При увеличении температуры до 1300°С происходит упрочнение глин до спекания. Такая термообработка возможна путем применения термоизлучателей, установленных в шпурах, пробуренных в толще глиносодержащих пород, что позволит воздействовать на них, сначала прогревая, а затем превращая в клинкерную массу или остекловывая.The method allows to transfer them to a state providing the possibility of forming a load-bearing arch (sufficient strength of the rocks in the arch after heat treatment) due to the thermal effect on the heaving rocks of the marginal mass in the excavation soil. It is known to increase the strength of clays when heated to 200 ° C and the formation of "kiring" at a temperature of 500-800 ° C. With an increase in temperature to 1300 ° C, hardening of clays to sintering occurs. Such heat treatment is possible by using heat emitters installed in holes drilled in the thickness of clay-containing rocks, which will allow you to act on them, first warming up and then turning into a clinker mass or vitrification.
Несущая способность обратного грузонесущего свода определяется, исходя из ожидаемой прочности пород в своде после их упрочнения, которая зависит от технологических параметров термоупрочнения (расстояния по глубине шпура, на которое распространяется спекание пород при их термообработке rT, и густоты сетки шпуров для термообработки). При этом расстояние между скважинами в рядах (∂) принимают по условию смыкания зон упрочнения (спекания), образующихся у скважин при их термообработке. Этот параметр определяют, исходя из результатов испытаний пород при действии на них высоких температур и характеристик применяемого термитного топлива. Для большинства глинистых и глиносодержащих грунтов и пород по имеющимся данным этот параметр может достигать от 1 до 2 м (А.С.Тишкинов, А.А.Таюрский, Е.В.Гончаров, А.Т.Карманский «Упрочнение неустойчивых массивов горных пород на основе термического и газотермохимического воздействия», «Вестник Кузбасского государственного технического университета». Научно-технический журнал, №1, 2006 г., стр.74-76).The bearing capacity of the reverse load-bearing arch is determined based on the expected strength of the rocks in the arch after their hardening, which depends on the technological parameters of heat strengthening (the distance along the depth of the borehole, which extends the sintering of the rocks during their heat treatment r T , and the density of the mesh of holes for heat treatment). In this case, the distance between the wells in the rows (∂) is taken according to the condition of closing the zones of hardening (sintering) formed at the wells during their heat treatment. This parameter is determined based on the test results of the rocks under the action of high temperatures and the characteristics of the thermite fuel used. For most clay and clay-containing soils and rocks, according to the available data, this parameter can reach 1 to 2 m (A.S. Tishkinov, A.A. Tayursky, E.V. Goncharov, A.T. Karmansky “Hardening of unstable rock masses based on thermal and gas-thermal chemical effects "," Bulletin of the Kuzbass State Technical University. Scientific and Technical Journal, No. 1, 2006, pp. 74-76).
Указанные выше параметры определяют требуемую схему расположения шпуров для термообработки (паспорт термообработки почвы) и формирования обратного грузонесущего свода, который должен опираться на приконтурный массив боков выработки и снизу замыкать крепь выработки.The above parameters determine the required pattern of drilling holes for heat treatment (passport of soil heat treatment) and the formation of a reverse load-bearing arch, which should rely on the contour array of the sides of the excavation and close the support of the excavation from below.
Внешняя граница формируемого обратного грузонесущего свода устанавливается глубиной распространения зоны пучения (выдавливания) пород x0 или величиной пластической зоны под выработкой, которую определяют по известному методу проф. Цимбаревича П.М. (Механика горных пород. - М.: Углетехиздат. - 1948. - 184 с.)The external boundary of the formed reverse load-bearing arch is set by the depth of propagation of the heaving (extrusion) zone of rocks x 0 or the size of the plastic zone under the excavation, which is determined by the known method of prof. Tsimbarevich P.M. (Mechanics of rocks. - M.: Ugletekhizdat. - 1948. - 184 p.)
H1 - высота пригрузки почвы, приведенная к объемному весу пород почвы, м;H 1 - soil loading height, reduced to the volumetric weight of soil rocks, m;
где h0 - высота сводовой части выработки при сводчатой форме сечения выработки;where h 0 is the height of the vaulted part of the mine with the vaulted form of the section of the mine;
h0=b при γк=γб;h 0 = b for γ k = γ b ;
b - высота свода обрушения в кровле; по формуле П.М.Цимбаревичаb - the height of the arch caving in the roof; according to the formula of P.M. Tsymbarevich
а - полупролет выработки в проходке, м; a - half-span of development in the sinking, m;
h - высота стен выработки, м;h is the height of the walls of the mine, m;
φ1 - угол внутреннего трения пород кровли, град.;φ 1 - the angle of internal friction of the rocks of the roof, deg .;
f - коэффициент крепости пород по шкале проф. М.М.Протодьяконова;f - rock strength coefficient according to the prof. M.M. Protodyakonova;
γк - объемный вес пород кровли, т/м3;γ to - volumetric weight of roof rocks, t / m 3 ;
γб - объемный вес пород боковых пород, т/м3;γ b - volumetric weight of rocks of lateral rocks, t / m 3 ;
γп - объемный вес пород почвы, т/м3;γ p - volumetric weight of soil rocks, t / m 3 ;
φ - угол внутреннего трения пород почвы, град.φ - angle of internal friction of soil rocks, deg.
На фиг.1 показана схема расположения шпуров для термообработки почвы выработки в процессе ее эксплуатации и грузонесущий обратный свод из термоупрочненных пород.Figure 1 shows the location of the holes for heat treatment of the soil of the excavation during its operation and the load-bearing reverse arch of heat-strengthened rocks.
1 - массив устойчивых пород;1 - an array of resistant rocks;
2 - породы почвы, склонные к пучению;2 - soil rocks prone to heaving;
3 - грузонесущий свод из упрочненных пород после их термообработки;3 - load-bearing vault of hardened rocks after heat treatment;
4 - шпуры для термообработки (обжига) пород.4 - holes for heat treatment (firing) of rocks.
При проявлении пучения почвы в процессе эксплуатации выработки термообработка пород почвы может обеспечить устойчивость выработки без существенных затрат и без вывода ее из эксплуатации.With the manifestation of soil heaving during the operation of the mine, the heat treatment of soil rocks can ensure the stability of the mine without significant costs and without decommissioning it.
На фиг.3 представлена одна из конструкций скважинного термоизлучателя (см. А.С.Тишкинов, А.А.Таюрский, Е.В.Гончаров, А.Т.Карманский «Упрочнение неустойчивых массивов горных пород на основе термического и газотермохимического воздействия», «Вестник Кузбасского государственного технического университета», Научно-технический журнал, №1, 2006 г., стр.74-76).Figure 3 presents one of the designs of the downhole heat radiator (see A.S. Tishkinov, A.A. Tayursky, E.V. Goncharov, A.T. Karmansky "Hardening of unstable rock masses based on thermal and gas-chemical effects", “Bulletin of the Kuzbass State Technical University”, Scientific and Technical Journal, No. 1, 2006, pp. 74-76).
Конструкция термоизлучателя 5 довольно проста (фиг.3). Термоизлучатель имеет полый цилиндрический корпус 7, выполненный из легкого разрушающегося материала (например, фольги, жести, картона, полиэтилена и т.п.) Корпус закреплен на торцах с дном 8 и крышкой 9, а внутренний объем корпуса заполнен набором шашек термитного топлива 10. На нижний торец корпуса навинчен направляющий конус 11. На верхнем торце расположен гермоввод 12 с инициатором 13. Дно, шашки термотоплива и крышка с гермовводом собираются на стержне 14 и крепятся натяжной гайкой 15. Дно и гермоввод герметизируются уплотнительными резиновыми прокладками 16 и 17.The design of the
Запуск термореакции осуществляется подачей напряжения постоянного тока на инициатор, который запускает экзотермическую реакцию разложения термитного состава с выделением тепла и газа.The start of the thermoreaction is carried out by applying a DC voltage to the initiator, which starts the exothermic decomposition of the thermite composition with the release of heat and gas.
В качестве безгазового термитного топлива используют железоалюминиевомагниевый термит, горение которого обеспечивается в водной среде, как один из наиболее экономичных видов.As gas-free termite fuel, iron-aluminum-magnesium termite is used, the combustion of which is provided in the aquatic environment, as one of the most economical types.
Обычный состав такого термитного топлива:The usual composition of such thermite fuel:
Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.
По трассе выработки с признаками пучения почвы бурят вертикальные разведочные скважины и анализируют физико-механические свойства пород почвы, по которым предстоит проведение упрочнения, используя испытания керновых проб, отобранных при разведочном бурении, обращая внимание на прочностные свойства, трещиноватость и обводненность пород. При этом дополнительно испытывают породы на теплопроводность, определяют температуру спекаемости (упрочнения при глинистом компоненте) и остекловывания (при песчанистом). По результатам испытания проб определяют параметры бурения шпуров в почве выработки и производят бурение вееров шпуров для термообработки почвы. По окончании бурения размещают термоизлучатели 5 и инициируют процесс термообработки пород почвы (электрическим, ударным или огневым способом). При оборудовании шпуров термоизлучателями, их устья заполняют забойкой, изолируя таким образом термитную реакцию от выработки.Vertical exploration wells are drilled along the production route with signs of soil heaving and the physical and mechanical properties of the soil rocks are analyzed, along which hardening is to be carried out, using core samples taken during exploratory drilling, paying attention to the strength properties, fracturing and watering of the rocks. In this case, the rocks are additionally tested for thermal conductivity, the temperature of sintering (hardening with a clay component) and vitrification (with sandy) are determined. According to the test results, the parameters of drilling holes in the soil of the mine are determined and the fans of holes are drilled for heat treatment of the soil. At the end of drilling,
При этом расстояние между шпурами в рядах принимают по условию смыкания границ зон упрочнения (спекания или остекловывания) 6, образующихся вокруг шпуров после их термообработки (см. фиг.2). Этот параметр определяют, исходя из результатов испытаний пород при действии на них высоких температур и характеристик применяемого термитного топлива.The distance between the holes in the rows is taken by the condition of closing the boundaries of the zones of hardening (sintering or vitrification) 6, formed around the holes after their heat treatment (see figure 2). This parameter is determined based on the test results of the rocks under the action of high temperatures and the characteristics of the thermite fuel used.
Все или часть шпуров (4 на фиг.1 и 2) после термообработки пород почвы могут быть также использованы для дополнительного упрочнения сформированного обратного свода в почве анкерами, например железобетонными.All or part of the holes (4 in FIGS. 1 and 2) after heat treatment of soil can also be used to further strengthen the formed back arch in the soil with anchors, for example reinforced concrete.
Пример. При подземной разработке месторождений алмазов в Архангельской области подержание капитальных и подготовительных выработок часто приходится вести в условиях залегания в почве слабых обводненных глиносодержащих пород средней прочностью от 2 до 5 МПа, относящихся к категории неустойчивых вследствие склонности пород к пучению. При длительной эксплуатации выработок это требует наряду с возведением постоянной капитальной крепи применения специальных мер по защите выработок от пучения почвы.Example. During underground mining of diamond deposits in the Arkhangelsk region, the maintenance of capital and preparatory workings often has to be carried out under the conditions of the occurrence of weak watered clay-containing rocks with an average strength of 2 to 5 MPa, which are classified as unstable due to the tendency of the rocks to heave. With long-term operation of the workings, this requires, along with the construction of permanent capital support, the use of special measures to protect the workings from heaving of the soil.
Рассмотрим применение предлагаемого способа в условиях проведения капитального квершлага шириной 4,5 м и высотой 3 м горизонта - 600 м при разработке алмазного месторождения им. В.Гриба.Consider the application of the proposed method in the conditions of conducting a capital cross-turn with a width of 4.5 m and a height of 3 m of the horizon - 600 m when developing a diamond deposit named after V. Griba.
По данным обследования, в выработке отмечены признаки пучения почвы, при этом по сведениям геологической службы рудника, выявлено залегание в почве выработки влажных неустойчивых глинистых пород.According to the survey, signs of soil heaving were noted in the excavation, while, according to the geological service of the mine, the occurrence of moist unstable clay rocks in the soil was revealed.
По данным исследований, определяют необходимые прочностные характеристики пород и влияния термического воздействия на прочностные и деформационные свойства этих пород при естественной степени их обводненности, в частности определены параметры этого воздействия. В таблице приведены результаты термического воздействия на глину и глиносодержащие породыAccording to the research, the necessary strength characteristics of the rocks and the influence of thermal effects on the strength and deformation properties of these rocks with a natural degree of water cut are determined, in particular, the parameters of this effect are determined. The table shows the results of thermal effects on clay and clay-bearing rocks.
Установлено, что в почве квершлага залегают глинистые сланцы следующих характеристик: γп=2,12 т/м3; f=2,5; φ=26°. В кровле и боках выработки - песчанистые сланцы с γк=γб=2,4 т/м3; φ1=36°. Выработка сводчатого сечения закреплена монолитным бетоном по кровле и бокам; высота выработки h=3 м; ширина 2a=4 м. Высота подъема свода равна одной трети ширины выработки в проходке hc≈1,33 м.It has been established that clay shales of the following characteristics lie in the soil of the crosshairs: γ p = 2.12 t / m 3 ; f = 2.5; φ = 26 °. In the roof and sides of the mine are sandy shales with γ k = γ b = 2.4 t / m 3 ; φ 1 = 36 °. The development of the vaulted section is fixed with monolithic concrete along the roof and sides; working height h = 3 m; width 2 a = 4 m. The height of the vault is equal to one third of the width of the excavation in the sinking h c ≈1.33 m.
Высота пригрузки почвы, приведенная к объемному весу пород по формуле (2)The height of soil loading, reduced to the volumetric weight of the rocks according to the formula (2)
Глубина зоны пучения пород почвы по формуле (1)The depth of the heap zone of soil rocks according to the formula (1)
Эту величину принимают за толщину обратного свода, а подъем свода в почве по внутренней его границе выполняют примерно равным 1/4 от ширины выработки в проходке.This value is taken as the thickness of the return arch, and the rise of the arch in the soil along its inner boundary is approximately equal to 1/4 of the width of the excavation in the penetration.
По данным испытаний образцов породы почвы на воздействие термоизлучателей устанавливают функциональную связь между температурой при термообработке и свойствами пород, исходя из которой определяют параметры бурения шпуров для термообработки почвы.According to tests of soil rock samples on the effect of heat emitters, a functional relationship is established between the temperature during heat treatment and the properties of the rocks, based on which the drilling parameters for the soil heat treatment are determined.
Так, например, установлена эмпирическая связь между основными параметрами. Она отражается следующей формулой:For example, an empirical relationship has been established between the main parameters. It is reflected by the following formula:
где rT - радиус влияния скважинного термоэлемента на окружающие породы, м;where r T is the radius of influence of the downhole thermoelement on the surrounding rocks, m;
A и B - эмпирические коэффициенты, устанавливаемые для разных типов пород по данным испытаний. Для глиносодержащих пород, согласно экспериментальным данным, установлено A=330, B=100;A and B are empirical coefficients established for different types of rocks according to test data. For clay-bearing rocks, according to experimental data, A = 330, B = 100;
T - температура, создаваемая термоизлучателем.T is the temperature generated by the thermal emitter.
Температура спекаемости глиносодержащих пород кровли, по данным испытаний, составила 300°, тогда исходя из условия смыкания зон спекаемости расстояние между шпурами с термоизлучателями по формуле (3) должно быть не болееAccording to the test data, the sintering temperature of clay-containing roof rocks was 300 °, then, based on the conditions for sintering zones to be closed, the distance between the boreholes and thermal emitters according to formula (3) should be no more
Следуя полученным данным, в почве выработки бурят ряды шпуров, в которых после окончания бурения размещают термоизлучатели, производят забойку устьев скважин глиной и монтируют запальную схему. Далее инициируют процесс горения термотоплива одновременно во всех шпурах, в результате чего вокруг шпуров происходит обжиг и спекание глиносодержащих пород с образованием у каждого шпура ареала упрочнения.Following the data obtained, a series of holes are drilled in the excavation soil, in which, after the completion of drilling, heat emitters are placed, the mouths of the wells are clogged with clay, and the ignition circuit is mounted. Then, the process of burning thermal fuel is simultaneously initiated in all bore holes, as a result of which firing and sintering of clay-containing rocks occurs around the bore holes with the formation of a hardening area for each borehole.
Для контроля за уровнем температуры в массиве между шпурами, смыканием зон упрочнения пород между ними и прочностью пород в зонах используют контрольные шпуры.To control the temperature level in the massif between the bore holes, the closure of the zones of rock hardening between them and the strength of the rocks in the zones, control holes are used.
Контроль за уровнем температуры производят с помощью термопар. Качество упрочнения пород определяют экспресс-методом по вдавливанию пуансонов в стенки шпуров.Temperature control is carried out using thermocouples. The quality of the hardening of the rocks is determined by the express method of pressing punches into the walls of the holes.
Дополнительное упрочнение пород почвы железобетонными анкерами производят после остывания пород до температуры не выше 40°С.Additional hardening of soil rocks with reinforced concrete anchors is carried out after cooling the rocks to a temperature not exceeding 40 ° C.
Claims (2)
где H1 - высота зоны, создающей пригрузку почвы, приведенная к объемному весу пород почвы,
φ - угол внутреннего трения пород почвы, град.1. The method of fixing the soil of mine workings, including determining the required thickness of the hardened layer of rocks in the soil, drilling holes for the thickness of the hardened layer, installing heating elements in them and heat treatment of the rocks of the hardened layer, characterized in that the reverse load-bearing arch is formed in the hardening layer by heat treatment based on stable rocks of the sides of the mine, while the thickness of the arch is taken equal to the depth of propagation of the heaving zone in the soil of the mine, determined by the well-known formula:
where H 1 - the height of the zone creating the soil load, reduced to the volumetric weight of soil rocks,
φ - angle of internal friction of soil rocks, deg.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011100353/03A RU2459907C1 (en) | 2011-01-11 | 2011-01-11 | Method for supporting soil of mine workings |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011100353/03A RU2459907C1 (en) | 2011-01-11 | 2011-01-11 | Method for supporting soil of mine workings |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2459907C1 true RU2459907C1 (en) | 2012-08-27 |
Family
ID=46937811
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011100353/03A RU2459907C1 (en) | 2011-01-11 | 2011-01-11 | Method for supporting soil of mine workings |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2459907C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2662836C2 (en) * | 2016-11-10 | 2018-07-31 | Общество с ограниченной ответственностью "Партнер" | Method for construction of foundation on soil of mine opening in coal and shale mine |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU711297A1 (en) * | 1976-12-27 | 1980-01-25 | Днепропетровский Ордена Трудового Красного Знамени Горный Институт Им.Артема | Mine roof support |
| SU881319A1 (en) * | 1979-03-05 | 1981-11-15 | Коммунарский Горно-Металлугический Институт | Method of fighting bulging of rock in underground workings |
| SU1305365A1 (en) * | 1985-11-25 | 1987-04-23 | Коммунарский горно-металлургический институт | Method of preventing bulging of soil |
| SU1566035A1 (en) * | 1988-07-12 | 1990-05-23 | Д.Г. Гудушаури, М.Ш. Гудушаури, Б.Я. Гогуа и А.Ио Чаладзе | Method of securing mine workings |
| RU2019705C1 (en) * | 1991-04-02 | 1994-09-15 | Красноярский отдел Института горного дела СО РАН | Method for control of heaving of mine working floor |
| RU2371544C1 (en) * | 2008-06-20 | 2009-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" | Strengthening method of rocks massif |
-
2011
- 2011-01-11 RU RU2011100353/03A patent/RU2459907C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU711297A1 (en) * | 1976-12-27 | 1980-01-25 | Днепропетровский Ордена Трудового Красного Знамени Горный Институт Им.Артема | Mine roof support |
| SU881319A1 (en) * | 1979-03-05 | 1981-11-15 | Коммунарский Горно-Металлугический Институт | Method of fighting bulging of rock in underground workings |
| SU1305365A1 (en) * | 1985-11-25 | 1987-04-23 | Коммунарский горно-металлургический институт | Method of preventing bulging of soil |
| SU1566035A1 (en) * | 1988-07-12 | 1990-05-23 | Д.Г. Гудушаури, М.Ш. Гудушаури, Б.Я. Гогуа и А.Ио Чаладзе | Method of securing mine workings |
| RU2019705C1 (en) * | 1991-04-02 | 1994-09-15 | Красноярский отдел Института горного дела СО РАН | Method for control of heaving of mine working floor |
| RU2371544C1 (en) * | 2008-06-20 | 2009-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" | Strengthening method of rocks massif |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2662836C2 (en) * | 2016-11-10 | 2018-07-31 | Общество с ограниченной ответственностью "Партнер" | Method for construction of foundation on soil of mine opening in coal and shale mine |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Gao et al. | The location optimum and permeability-enhancing effect of a low-level shield rock roadway | |
| Cao et al. | CO2 gas fracturing: A novel reservoir stimulation technology in low permeability gassy coal seams | |
| RU2763266C2 (en) | Method for determining internal stresses of solid excavation and laying material | |
| WO2011103620A1 (en) | A method of reducing subsidence or windblast impacts from longwall mining | |
| CN106150501B (en) | The method for weakening master control coal rock layer using Overburden gob area situ waste water | |
| CN112832768A (en) | A method of road protection based on small coal pillars | |
| Wei et al. | Simultaneously improving ROP and maintaining wellbore stability in shale gas well: A case study of Luzhou shale gas reservoirs | |
| Liu et al. | A novel short‐wall caving zone backfilling technique for controlling mining subsidence | |
| Zhang et al. | Control technology of direct passing karstic collapse pillar in longwall top-coal caving mining | |
| Yuan et al. | The effect of burnt rock on inclined shaft in shallow coal seam and its control technology | |
| RU2459907C1 (en) | Method for supporting soil of mine workings | |
| Yu et al. | Innovative Control Technique for the Floor Heave in Goaf‐Side Entry Retaining Based on Pressure Relief by Roof Cutting | |
| CN109098711A (en) | It is a kind of to block the heavily stressed method in ore body top using pressure relief groove | |
| Zhang et al. | Field and numerical investigations on pumpable standing supports failure analysis in the longwall pre-driven recovery room | |
| RU2681796C1 (en) | Method for developing super-viscous oil reservoir with clay bridge | |
| EP3658745B1 (en) | Method and sealing medium for plugging of a well | |
| RU2468207C1 (en) | Method for reinforcement of mines soil | |
| Shao et al. | Hydraulic fracturing method for relieving stress concentration in remaining coal pillar in overlying goaf | |
| RU2449088C2 (en) | Method to strengthen landslide-hazardous boards of opencast mines | |
| RU2061169C1 (en) | Method for preventing oil/gas/water manifestation and inter- stratum cross over in beyond string space | |
| RU2490461C1 (en) | Method to mine thick steep deposits of unstable ores | |
| Slashchova | Water effect on the rocks and mine roadways stability | |
| CN215413445U (en) | High temperature resistant PA sleeve pipe loaded constitution | |
| RU2405938C1 (en) | Method for supporting mine workings with thermal strengthening of unstable rocks | |
| RU2531410C1 (en) | Method of forming waterproof screen in cracked watercut mountain arrays using bridging |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130112 |