EA012289B1 - Шахтная гидроизоляционная перемычка - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к строительству подземных гидротехнических сооружений, и может быть использовано при отработке находящихся в сложных гидрогеологических условиях месторождений полезных ископаемых. Предлагаемая конструкция шахтной гидроизоляционной перемычки позволяет повысить безопасность и эффективность ведения горных работ. Гидроизоляционная перемычка включает переднюю и заднюю армированные бетонные стенки, контактирующие с вмещающими породами, соединенные армированным бетонным коробом-проходом, изолированным от породного массива камерой, заполненной слоем дробленой породы в ее насыщенном водном рассоле, переднюю стенку, выполненную в виде арочной плотины, снабженную самоуплотняющимися за счет давления поступающей в выработку воды двухстворчатыми распашными воротами, заднюю стенку, снабженную одностворчатыми воротами гаражного типа, открывающимися под потолочину короба-прохода с поворотом на 90°, в которой внутренние поверхности проемов обоих ворот, а также торцевые поверхности их створок скошены под расчетными углами к оси короба-прохода и облицованы эластичным химически стойким полимерным материалом.

Description

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к строительству подземных гидротехнических сооружений, и может быть использовано при отработке находящихся в сложных гидрогеологических условиях месторождений полезных ископаемых, в том числе калийных и иных природных солей.

Известна конструкция шахтной гидроизоляционной перемычки, включающая бетонную стенку, контактирующую с вмещающими породами, металлическую трубу-лаз с ограничительными ребрами, стальную пространственную арматуру и кольцевое уплотнение, выполненное из теплоизоляционного эластичного материала в виде секций с П-образной формой профиля и поперечными ребрами жесткости [1].

Недостатками данной конструкции являются отсутствие возможности доставки и эвакуации горного оборудования и других технологических объектов в перекрываемые части выработок и необходимость монтажа-демонтажа крышек трубы-лаза при пользовании им. Эти недостатки существенно осложняют и снижают эффективность ведения технологических, ремонтных и иных подземных работ.

Известна конструкция контактирующей с вмещающими породами гидроизоляционной перемычки, состоящей из двух стенок, металлической трубы-лаза с люком и камеры, заполненной сжатым воздухом [2] - прототип. Недостатками такой конструкции являются наличие трубопроводной арматуры внутри лаза, затрудняющей перемещение материалов, инструментов и оборудования; недостаточно надежная гидроизоляция вследствие утечек из воздушной камеры; слабая несущая способность перемычки, не препятствующая развитию трещиноватости в верхнем пласте, что снижает безопасность ведения горных работ.

Задачей изобретения является повышение безопасности и эффективности ведения горных работ в сложных гидрогеологических условиях.

Поставленная задача достигается тем, что в шахтной гидроизоляционной перемычке, включающей переднюю и заднюю армированные бетонные стенки, контактирующие с вмещающими породами, соединенные армированным бетонным коробом-проходом, изолированным от породного массива камерой, заполненной слоем дробленой породы в ее насыщенном водном рассоле, передняя стенка выполнена в виде арочной плотины, снабженной самоуплотняющимися за счет давления поступающей в выработку воды двухстворчатыми распашными воротами, а задняя стенка снабжена одностворчатыми воротами, открывающимися под потолочину короба-прохода с поворотом на 90°, при этом внутренние поверхности проемов обоих ворот и торцевые поверхности их створок скошены под расчетными углами к оси коробапрохода и облицованы эластичным химически стойким полимерным материалом.

На фигуре представлена шахтная гидроизоляционная перемычка в плане. Она включает переднюю 1 и заднюю 2 бетонные армированные стенки, контактирующие с вмещающими породами 3, бетонный армированный короб-проход 4, две камеры 5, заполненные дробленой породой в ее насыщенном рассоле, двустворчатые распашные ворота 6, внутренние поверхности проемов которых, а также торцевые поверхности их створок скошены под расчетными углами к продольной оси короба-прохода и облицованы эластичным химически стойким полимерным материалом 12, одностворчатые ворота 7, внутренние поверхности проемов которых, а также торцевые поверхности их створок также скошены под расчетными углами к оси короба-прохода 4 и облицованы эластичным химически стойким полимерным материалом 12.

Шахтная гидроизоляционная перемычка возводится следующим образом.

Для изоляции обводненных выработок во вмещающих породах 3 создаются клиновидные врубы 8 по периметру поперечного сечения выработки 11, поверхность врубов и стенки выработки 11 защищаются набрызгом бетона 9, а вмещающие покровные и подстилающие породы между клиновидными врубами 8, а также за ними - на расстоянии 2/3 ширины выработки в пределах контура 13, определяемого расчетным путем - обрабатываются тампонирующим раствором через скважины 10, врубы герметизируются эластичным химически стойким полимерным материалом 12.

Между врубами 8 устанавливают опалубку, стальную арматуру и бетонируют монолитный коробпроход 4 с проемами двустворчатых распашных ворот 6 и одностворчатых ворот 7, обеспечивая непосредственный контакт бетона короба с покровной и подстилающей породами. Площадь ворот 6, 7 и поперечного сечения короба-прохода 4 в свету рассчитывается, исходя из технологических требований по перемещению грузов, оборудования и персонала, обеспечения достаточной механической прочности короба-прохода 4, с учетом размещения средств управления открытием и закрытием ворот 6 и 7. Стальная арматура передней 1 и задней 2 стенки монтируется с заделкой ее концов в клиновидные врубы 8, устанавливается опалубка и закладные детали ворот 6 и 7, отливаются передняя и задняя стенки, обеспечивая герметичный контакт с торцевыми стенками короба и заполняя пространство камеры 5 дробленой породой и ее насыщенным рассолом. Наличие камеры 5 предотвращает растворение контактирующих с перемычкой горных пород, повышая ее надежность и долговечность. Внутренние поверхности проемов ворот 6 и 7, скошенные под расчетными углами к оси короба-прохода, облицовываются эластичным химически стойким полимерным материалом 12, а затем монтируются двустворчатые распашные ворота 6 и одностворчатые ворота 7. Все (верхние, нижние и боковые) торцевые поверхности створок ворот 6 и 7, также скошенные под расчетными углами к оси короба-прохода 4 и контактирующие с проемами ворот и между собой, имеют облицовку из эластичного химически стойкого полимерного материала. В качестве эластичного химически стойкого полимерного материала 12 могут быть использованы уретановые эластомеры (Химическая энциклопедия, т. 5, с. 86, например, СКУ-7Л). За счет эластичности материала об

- 1 012289 лицовки 12 при закрытии ворот обеспечивается надежная герметизация мест контакта створок ворот 6 между собой и с проемом ворот 6 и, соответственно, створки ворот 7 с проемом ворот 7.

Внутренние поверхности проемов и все (нижние, верхние, боковые) торцевые поверхности створок ворот 6 и 7 скошены на клин под расчетными углами к продольной оси шахтной гидроизоляционной перемычки, как показано на фигуре. Углы скоса рассчитываются в зависимости от величины гидростатического давления и физико-механических свойств эластичного полимерного материала. Химический состав породы для заполнения каждой камеры 5 выбирается близким к усредненному составу пород, образующих внешнюю стенку камеры 5. Передняя стенка 1 шахтной гидроизоляционной перемычки имеет форму арочной плотины, обращенной выпуклой частью в сторону обводненной части выработки. Такая форма позволяет стенке 1 выдерживать более значительное гидростатическое давление в сравнении с плоской стенкой, выполняя в совокупности с задней стенкой 2, коробом-проходом 4 и заполняющей камеру 5 породой роль искусственного целика. При этом повышается безопасность ведения горных работ, снижается расход бетона, стальной арматуры и уменьшается время возведения стенки 1. Створки ворот 6 в зависимости от величины проема ворот и расчетной величины гидростатического давления могут выполняться плоскими или при высоких значениях расчетного гидростатического давления - выпуклыми в сторону обводненной части выработки. Створка ворот 7 выполняется плоской. Конструкция шахтной гидроизоляционной перемычки позволяет при необходимости автоматизировать открытие и закрытие ворот 6 и 7, исключить трудоемкие операции монтажа-демонтажа крышек трубы-лаза по сравнению с прототипом, а также обеспечивает самоуплотнение поверхностей контакта створок ворот 6 и 7 между собой и проемом ворот.

Шахтная гидроизоляционная перемычка работает следующим образом.

В случае прорыва подземных вод или рассолов в изолированную часть горной выработки 11 и последующего повышения их уровня возрастает гидростатическое давление на стенку 1 и двустворчатые ворота 6 шахтной гидроизоляционной перемычки, что создает потенциальную опасность прорыва вод или рассолов в зону ведения горных работ. Однако вместе с ростом силы давления на створки ворот 6 происходит их расклинивающее вдавливание в проем ворот 6 и центрирование, благодаря податливости эластичного химически стойкого полимерного материала 12, при этом пропорционально вырастают силы, направленные перпендикулярно поверхностям соприкосновения створок и проема ворот 6, обеспечивающие их более плотный и герметичный контакт. Таким образом, с ростом величины гидростатического давления на створки ворот 6 происходит самоуплотнение ворот 6. Кроме того, благодаря наличию вертикальных составляющих сил, перпендикулярных к поверхностям соприкосновения створок и проема ворот 6, повышается сопротивление стенки 1 разрушающему действию горного давления и обеспечивается более надежное поддержание кровли выработки.

В случае аварийного прорыва вод или рассолов в пространство между стенками 1 и 2 шахтной гидроизоляционной перемычки по такому же механизму произойдет самоуплотнение ворот 7 и повысится сопротивление стенки 2 горному давлению.

При пользовании перемычкой доставка и эвакуация горного оборудования и других технологических объектов в перекрываемые части выработок осуществляется без длительных и трудоемких в подземных условиях операций монтажа и демонтажа элементов шахтной гидроизоляционной перемычки.

Для снижения возможной фильтрации в обход перемычки, по ее контактной поверхности с породой, на всем протяжении перемычки устраивается тампонажная завеса путем нагнетания специальных растворов с помощью скважин 10.

Таким образом, предлагаемая конструкция шахтной гидроизоляционной перемычки позволяет повысить безопасность и эффективность ведения горных работ, а совокупность ее существенных признаков может быть многократно использована при ведении горных работ в сложных гидрогеологических условиях.

Источники информации

1. Патент ИИ 2219350, опубл. 20.12.2003.

2. А.С. 8И 317809, опубл. 15.03.1978 - прототип.

Claims (2)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Шахтная гидроизоляционная перемычка, включающая переднюю и заднюю армированные бетонные стенки, контактирующие с вмещающими породами, соединенные армированным бетонным коробом-проходом, изолированным от породного массива камерой, заполненной дробленой породой в ее насыщенном водном рассоле, отличающаяся тем, что передняя стенка выполнена в виде арочной плотины, снабженной самоуплотняющимися за счет давления поступающей в выработку воды двустворчатыми распашными воротами, а задняя стенка снабжена одностворчатыми воротами гаражного типа, открывающимися под потолочину короба-прохода с поворотом на 90°, при этом внутренние поверхности проемов обоих ворот и торцевые поверхности их створок скошены под расчетными углами к оси коробапрохода и облицованы эластичным химически стойким полимерным материалом.
2. 2. Шахтная гидроизоляционная перемычка по п.1, отличающаяся тем, что двустворчатые распашные ворота выполнены выпуклыми в сторону обводненной выработки.