PL212071B1 - Sposób drążenia wyrobisk, zwłaszcza chodnikowych, w skałach o niskiej zwięzłości i poliuretanowy środek do wzmacniania skał - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób drążenia wyrobisk, zwłaszcza chodnikowych, w skałach o niskiej zwięzłoś ci i poliuretanowy środek do wzmacniania skał, znajdujący zastosowanie w szczególności w górnictwie podziemnym węgla kamiennego.

Znane są powszechnie sposoby wykonywania chodników w skałach rozluźnionych, względnie w rejonie zaburzeń tektonicznych złoża, polegające na wyprzedzającym w stosunku do czoła przodka chodnikowego mocowaniu na obrysie wyrobiska obudowy wbijanej z prętów stalowych, bądź rur, co jest opisane przykładowo w Poradniku górnika, tom 2, Wydawnictwo Śląsk, Katowice 1975 r., str. 701 i dalsze. W przypadku wykorzystywania rur perforowanych stosować można dodatkowe utwardzanie skał otaczających wyrobisko za pomocą cementacji. Sposoby takie są jednak bardzo pracochłonne i nie dają pewności osiągnięcia zakładanego rezultatu, stąd też ich ewentualne wykorzystanie sprowadza się do wyjątkowych przypadków.

Znany jest ponadto, na przykład ze zgłoszenia patentowego WO 01/57363 i polskiego zgłoszenia patentowego P-355359, sposób stabilizacji rozluźnionych skał w wyrobiskach górniczych za pomocą kotwi iniekcyjnych. Sposób ten polega na tym, że na obrysie przodka chodnika wykonuje się otwory wiertnicze pod niewielkim kątem nachylenia względem powierzchni obrysu wyrobiska, a następnie w otworach tych osadza się kotwie iniekcyjne mocowane za pomocą środka iniekcyjnowiążącego, zwłaszcza żywicy chemoutwardzalnej. Strop i ocios wyrobiska chodnikowego można przy tym dodatkowo wzmacniać kotwiami wklejanymi do górotworu, rozmieszczonymi na obwodzie obrysu chodnika w przybliżeniu prostopadle do tego obrysu. Wykorzystanie kotwi wklejanych żywicami chemoutwardzalnymi w zasadniczy sposób upraszcza znane wcześniej metody, co z kolei wpływa korzystnie na parametry ekonomiczne wykonywania wyrobisk chodnikowych w słabo zwięzłych i spękanych skałach górotworu. Pozostaje jednak problem zasięgu wzmocnienia skał otaczających wyrobisko, jako że sposób ten zapewnia scalenie ograniczonej przestrzeni wokół kotwi iniekcyjnych i powiązanie kotwi ze skałami w tej ograniczonej przestrzeni. Wynika to stąd, że w trakcie osadzania kotwi iniekcyjnych środek wiążący zapełnia tylko szczeliny mające bezpośredni kontakt z otworem kotwiowym. Dodatkową niedogodnością jest również to, że powszechnie stosowane środki chemoutwardzalne mają tendencję do gromadzenia ładunków elektrostatycznych, co stanowi poważne źródło zagrożenia w przypadku wykorzystywania do urabiania przodka materiałów wybuchowych.

Celem wynalazku jest opracowanie takiego sposobu drążenia wyrobisk, zwłaszcza chodnikowych w skałach o niskiej zwięzłości i poliuretanowego środka do wzmacniania skał, który zapewni polepszenie wzmocnienia skał otaczających przy jednoczesnym umożliwieniu bezpiecznego stosowania materiałów wybuchowych.

Istota wynalazku polega na tym, że po wywierceniu na obrysie wyrobiska wyprzedzających ocios otworów dokonuje się w nich dodatkowego wgłębnego szczelinowania, a dopiero po tym zatłacza się do tych otworów bezpośrednio środek iniekcyjno-wiążący i/lub zatłacza się ten środek przez osadzone w tych otworach kotwie iniekcyjne, przy czym do zatłaczania używa się poliuretanowego dwukomponentowego środka iniekcyjno-wiążącego nie gromadzącego elektrycznych ładunków statycznych, w którym pierwszy komponent zawiera antystatyk w postaci mieszaniny soli organicznych w poliolach w ilości 5:15 części wagowych.

Najprostszym jest, gdy szczelinowania dokonuje się za pomocą małych ładunków materiału wybuchowego, wprowadzonych do dna otworu, dzięki czemu w górotworze w sąsiedztwie otworu powstaje kawerna i na jej otoczeniu cały system szczelin umożliwiających wgłębne wprowadzenie środka iniekcyjno-wiążącego.

Korzystnym jest ze względów praktycznych, gdy w otworach kotwiowych po wykonaniu szczelinowania osadza się kotwie iniekcyjne, przez które zatłacza się do górotworu środek iniekcyjno-wiążący.

Dla polepszenia efektu wnikania środka iniekcyjno-wiążącego do uszczelinowanego na końcu otworu górotworu korzystnie różnicuje się ciśnienie zatłaczania środka iniekcyjno-wiążącego w ten sposób, że w pierwszej fazie dokonuje się zatłaczania tego środka pod ciśnieniem wyższym, a w drugiej fazie, przy mocowaniu kotwi iniekcyjnej, ciśnienie podawania środka iniekcyjno-wiążącego obniża się.

Dodatkowo korzystnym jest w takiej sytuacji, gdy w pierwszej fazie zatłaczania stosuje się środek iniekcyjno-wiążący o wydłużonym okresie wiązania, co umożliwia jeszcze głębszą penetrację tego środka w szczeliny górotworu.

PL 212 071 B1

Pożądanym jest również, aby po wykonaniu wyprzedzającego przodek chodnika wzmocnienia i/lub kotwienia wykonywać według założonej dla konkretnych warunków górniczych wsteczne wiązanie skał ociosowo-stropowych, za pomocą kotwi o długości większej od grubości strefy pierwotnie wzmocnionej, osadzanych w otworach skierowanych przeciwnie do przodka chodnika, których nachylenie jest nie mniejsze od 10° w stosunku do linii wyłomu chodnika.

Najlepiej jest, gdy kotwie wstecznego wiązania osadza się pod kątem zbliżonym do kąta prostego względem osi wzdłużnych kotwi wyprzedzającego wzmacniania, co pozwala na optymalizację długości kotwi wstecznego wiązania przy założeniu ich wchodzenia w górotwór powyżej strefy wzmocnienia osiąganego w wyprzedzającym wzmocnieniu.

Również w takim przypadku korzystnym jest, gdy w sąsiedztwie dna otworu wstecznego wiązania, wystającego powyżej wyprzedzającego wzmocnienia, dokonuje się dodatkowego szczelinowania, zwłaszcza za pomocą małych ładunków materiału wybuchowego.

Pożądanym jest również, gdy w otworach wstecznego wiązania osadza się kotwie iniekcyjne, przez które dokonuje się w pierwszej fazie iniekcji górotworu środkiem iniekcyjno-wiążącym, a w drugiej fazie zamocowuje się tą kotew iniekcyjną w otworze.

Dla podwyższenia stopnia penetracji środka iniekcyjno-wiążącego w górotwór korzystnie w pierwszej fazie zatłaczania środka iniekcyjno-wiążącego stosuje się środek o wydłużonym czasie wiązania i podaje się go pod zwiększonym ciśnieniem.

Istota poliuretanowego środka do wzmacniania skał polega na tym, że pierwszy komponent zawiera bazę o postaci triolu polioksyalkilenowego w ilości 63 - 36,5 części wagowych, antystatyk o postaci mieszaniny soli organicznych w poliolach w ilości 5 - 15 części wagowych i katalizator potasowy w ilości 0,5 - 2,5 części wagowych, przy antypirenie w ilości 30 - 40 części wagowych, stabilizatorze w iloś ci 0,5 - 2 części wagowych i pigmencie w iloś ci 1 - 4 części wagowych. Stosunek pierwszego komponentu do drugiego komponentu zawiera się w granicach od 60 - 120 części wagowych do 120 - 60 części wagowych.

Zasadniczą zaletą sposobu według wynalazku jest to, że dzięki dodatkowemu szczelinowaniu górotworu osiąga się zdecydowanie głębszą penetrację środka iniekcyjno-wiążącego do skał górotworu, a więc wokół wykonywanego wyrobiska chodnikowego powstaje odpowiednio gruba i wytrzymała warstwa wzmocnionych skał. Umożliwia to urabianie przodka chodnikowego pod zrekonsolidowaną, odpowiednio wytrzymałą warstwą, bez obawy oberwania się skał otaczających. Zaletą wstecznego wiązania jest dodatkowe przypięcie zrekonsolidowanej warstwy do górotworu, co zasadniczo poprawia stabilność wykonywanego chodnika i wydłuża jego okres trwałości. Zastosowanie środka iniekcyjno-wiążącego nie gromadzącego ładunków elektrostatycznych umożliwia prowadzenie w chodniku robót strzałowych bez obawy przypadkowego zainicjowania wybuchu, a więc zasadniczo poprawia stan bezpieczeństwa robót.

Wynalazek został bliżej objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku przedstawiającym schematyczne wyrobisko chodnikowe w przekroju podłużnym prowadzone w skałach o niskiej zwięzłości.

Wyrobisko chodnikowe 1 prowadzone jest w górotworze 2 zbudowanym ze skał spękanych o niskiej zwię z ł o ś ci z uż yciem odrzwi 3 obudowy podporowej. Do urabiania czoł a przodka 4 uż ywa się materiałów wybuchowych umożliwiających zabiór z przodka 4 o odpowiedniej dla warunków górniczych głębokości. Po załadowaniu urobku z poprzedniego zabioru 2 wykonuje się w odkrytej przestrzeni odrzwia 3 obudowy podporowej, po czym przystępuje się do wiercenia w ociosach na obrysie wyrobiska chodnikowego 1 otworów 5 wzmocnienia wyprzedzającego, o długości h znacznie większej od zabioru z przodka 4, nachylonych pod kątem α nie mniejszym niż 10° do linii obrysu 6 wyrobiska chodnikowego. Następnie do otworów tych załadowuje się małe ładunki materiału wybuchowego i powoduje się ich wybuch, co tworzy na dnie otworów 5 niewielkie kawerny i siatkę spękań górotworu. Po tej czynności do otworów 5 wkłada się kotwie iniekcyjne 7 i przez nie w pierwszej fazie zatłacza się środek iniekcyjno-wiążący nie gromadzący ładunków elektrostatycznych, będący środkiem dwukomponentowym, charakteryzującym się zawartością w pierwszym komponencie antystatyku o postaci mieszaniny soli organicznych w poliolach, o szczegółowym składzie podanym dalej, pod ciśnieniem zbliżonym do wytrzymałości skał na rozrywanie. Po zakończeniu pierwszej fazy zatłaczania przez kotew iniekcyjną 7 podaje się środek iniekcyjno-wiążący, o którym mowa wyżej, nie gromadzący ładunków elektrostatycznych pod ciśnieniem odpowiednim dla charakterystyki kotew iniekcyjnych i o czasie wiązania około 5-10 min. W wyniku zatłaczania takiego środka iniekcyjno-wiążącego uzyskuje się w rejonie każdego z otworów 5 strefę wzmocnienia 8, przy czym strefy wzmocnienia 8

PL 212 071 B1 przy sąsiednich otworach 5, przy dobrze dobranej do warunków górniczych siatce wiercenia, nakładają się na siebie. Po wykonaniu wzmocnienia wyprzedzającego z rejonu czoła przodka 4 przystępuje się do wykonania wstecznego wiązania polegającego na tym, że zgodnie z odpowiednią dla warunków górniczych siatką wierceń wykonuje się w ociosach wyrobiska chodnikowego 1, otwory 9, skierowane przeciwnie względem usytuowania czoła przodka 4, nachylone pod kątem β zbliżonym do 90° względem kotwi iniekcyjnych 7 wzmocnienia wyprzedzającego i o długości 1 tak dobranej, że wychodzą one powyżej grubości g warstwy wzmocnienia wyprzedzającego. Po wykonaniu tych otworów 9 w ich wgłębnych końcach dokonuje się dodatkowego szczelinowania małymi ładunkami wybuchowymi, a następnie w tych otworach 9 osadza się kotwie iniekcyjne 7 i zatłacza się, identycznie jak w otworach 5, ś rodek iniekcyjno-wiążący nie gromadzą cy ł adunków elektrostatycznych. Po zakoń czeniu wykonania wstecznego wiązania przystępuje się do następnego zabioru przodka 4 wyrobiska chodnikowego 1. Do zatłaczania i osadzania kotwi iniekcyjnych 7 stosuje się poliuretanowy środek do wzmacniania skał, który nie gromadzi ładunków elektrycznych. Jest to środek dwukomponentowy, którego pierwszy komponent ma bazę w postaci triolu polioksyalkilenowego w ilości 47,5 części wagowych, antystatyk w postaci mieszaniny soli organicznych w poliolach w ilości 12 części wagowych, antypiren w postaci fosforanu (V) tris (2-chloro-1-metyloetylu) w ilości 34 części wagowych, stabilizator w postaci polisiloksanu modyfikowanego w ilości 1,5 części wagowych, katalizator potasowy w ilości 2,0 części wagowych i pigment rozpuszczalny w poliolach w ilości 3,0 części wagowych. Drugi komponent stanowią izomery i homologi difenylometyleno diizocyjanianu. Stosunek ilościowy pierwszego komponentu i drugiego komponentu wynosi po 100 części wagowych.

Claims (11)

1. Sposób drążenia wyrobisk, zwłaszcza chodnikowych, w skałach o niskiej zwięzłości, polegający na wyprzedzającym ocios wzmacnianiu skal otaczających za pomocą środków iniekcyjno-klejących i/lub kotwi wklejanych na głębokości większej od zabioru przodka, znamienny tym, że po wywierceniu w stropie wyrobiska (1) bezpośrednim sąsiedztwie ociosów przodka (4) otworów (5) w pierwszej kolejnoś ci dokonuje się dodatkowego szczelinowania stropu na wgłębnym odcinku otworów (5), a dopiero po tym zatłacza się bezpośrednio i/lub przez kotwie iniekcyjne (7) do tych otworów (5) środek iniekcyjno-wiążący, przy czym używa się poliuretanowego dwukomponentnego środka iniekcyjno-wiążącego nie gromadzącego elektrycznych ładunków statycznych, którego pierwszy komponent zawiera antystatyk w postaci mieszaniny soli organicznych w poliolach w ilości 5:15 części wagowych.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że szczelinowania wykonuje się poprzez odpalanie małych ładunków środków wybuchowych wprowadzonych do dna otworu kotwiowego (5).

3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że w otworach kotwiowych (5) mocuje się kotwie iniekcyjne III i przez nie dokonuje się wtłaczania środka iniekcyjno-wiążącego.

4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że różnicuje się ciśnienie wtłaczania środka iniekcyjno-wiążącego tak, że w pierwszej fazie wtłacza się ten środek pod ciśnieniem wyższym, a w drugiej fazie mocowania kotwi iniekcyjnej (7) ciśnienie obniża się.

5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że do wtłaczania w pierwszej fazie stosuje się środek iniekcyjno-wiążący o wydłużonym okresie wiązania.

6. Sposób według jednego z zastrz. 1 do 5, znamienny tym, że po wykonaniu wyprzedzającego przodek (4) wzmacniania i/lub kotwienia wykonuje się w rejonie przodka (4) wsteczne wiązanie skał stropowo-ociosowych za pomocą kotwi (7) o długości (L) większej od grubości (h) strefy wzmocnionej, osadzanych w otworach (9) skierowanych przeciwnie względem czoła przodka (4) o nachyleniu (β) nie mniejszym niż 10° w stosunku do linii obrysu (6) chodnika (1).

7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że kotwie (7) wstecznego wiązania osadza się pod kątem (β) zbliżonym do prostego względem osi wzdłużnych kotwi iniekcyjnych (7) wyprzedzającego wzmacniania.

8. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że w sąsiedztwie dna otworu (9) wstecznego wiązania dokonuje się dodatkowego szczelinowania, zwłaszcza za pomocą małych ładunków materiału wybuchowego.

9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że w otworach (9) wstecznego wiązania osadza się kotwie iniekcyjne (7), przez które dokonuje się iniekcji górotworu (2) środkiem iniekcyjno-wiążącym.

PL 212 071 B1

10. Sposób według zastrz. 8 albo 9, znamienny tym, że w pierwszej fazie zatłaczania środka iniekcyjno-wiążącego podaje się środek iniekcyjno-wiążący o wydłużonym czasie wiązania pod zwiększonym ciśnieniem.

11. Poliuretanowy środek do wzmacniania skał, stanowiący mieszaninę dwukomponentową, w której pierwszy komponent ma bazę w postaci poliolu, antypiren w postaci fosforanu (V) tris (2-chloro-1-metyloetylu), stabilizator w postaci polisilikonu modyfikowanego, pigment rozpuszczalny w poliolach i katalizator oraz antystatyk, a drugi komponent stanowi mieszaninę izomerów i homologów difenylometyleno diizocyjanianu, znamienny tym, że bazę w pierwszym komponencie stanowi triol polioksyalkilenowy w ilości 63 - 36,5 części wagowych, antystatyk ma postać mieszaniny soli organicznych w poliolach w iloś ci 5 - 15 części wagowych, a katalizatorem jest katalizator potasowy w ilości 0,5 - 2,5 części wagowych, przy czym antypiren zawiera się w ilości 30 - 40 części wagowych, stabilizator w iloś ci 05, - 2,0 części wagowych i pigment w iloś ci 1,0 - 4,0 cz ęści wagowych, natomiast stosunek ilościowy pierwszego komponentu i drugiego komponentu zawiera się w granicach od 60 - 120 części wagowych do 120 - 60 części wagowych.