RU2498073C1

RU2498073C1 - Method to create rock support of mine

Info

Publication number: RU2498073C1
Application number: RU2012123664/03A
Authority: RU
Inventors: Леонид Павлович Понасенко; Сергей Леонидович Понасенко; Вениамин Анатольевич Хямяляйнен; Игорь Леонидович Понасенко; Анастасия Николаевна Илюшкина
Priority date: 2012-06-07
Filing date: 2012-06-07
Publication date: 2013-11-10

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: method consists in plugging with quick-hardening resins, for instance, polyurethane, of a contour layer of the rock via blast holes with depth of 0.4-0.5 m. Injection of resin into the blast hole is stopped after its extrusion to the surface of the rock at the distance of 0.7-0.8 of the distance between adjacent blast holes within the rock support stage. Drilling of additional blast holes of design depth for plugging of the rock massif with mobile hardening mixes.

EFFECT: reduced cost of strengthening of rock massif around a mine due to reduced volume of plugging of expensive quick-hardening resins, possibility to withdraw and repeatedly use blast holes drilling heads, simplified injection equipment.

1 dwg

Description

Изобретение относится к горному делу, а именно к строительству подземных сооружений, в частности, к созданию крепи горных выработок в трещиноватых породах.The invention relates to mining, and in particular to the construction of underground structures, in particular, to the creation of lining of mine workings in fractured rocks.

Известны способы создания (возведения) породной крепи горной выработки (см. авторские свидетельства СССР №№629347, 985304, МПК E21D 11/00), включающие возведение в горной выработке временной крепи-опалубки, бурение через нее шпуров в трещиноватом породном массиве, нагнетание через шпуры цементного раствора (тампонаж), образование облицовочно-несущей оболочки в заопалубном пространстве из излившейся через трещины на поверхности контура выработки цементного раствора с высоким водоцементным соотношением и удаление через отверстия в опалубке жидкой фазы (воды) излившегося цементного раствора.Known methods for creating (erecting) rock support for mining (see USSR author's certificate No. 629347, 985304, IPC E21D 11/00), including the construction of temporary formwork roof support in the mine, drilling holes through it in a fractured rock mass, pumping through cement mortar holes (grouting), formation of a facing-bearing shell in the after-deck space from a cement mortar with high water-cement ratio poured through cracks on the surface and removal of liquid through the holes in the formwork phase (water) of the poured cement mortar.

Недостаток известных способов заключается в сложной технологии их осуществления, необходимости монтажа и демонтажа крепи-опалубки, что увеличивает стоимость крепления горной выработки.A disadvantage of the known methods lies in the complex technology of their implementation, the need for mounting and dismantling the formwork lining, which increases the cost of securing the mine.

Известен способ создания породной крепи горной выработки (см. авторское свидетельство СССР №953213, МПК E21D 11/10), включающий закупоривание трещин поверхности выработки путем набрызга скрепляющего раствора слоем расчетной толщины, нанесение на слой набрызга синтетической пленки в виде латексного покрытия, бурение скважин и тампонаж приконтурного массива.There is a method of creating rock support for mining (see USSR author's certificate No. 953213, IPC E21D 11/10), which includes plugging cracks in the surface of a mine by spraying a bonding solution with a layer of the calculated thickness, applying a synthetic film in the form of a latex coating on the spray layer, drilling wells and grouting of a contour massif.

Недостаток такого способа заключается в незначительной закупорке развитых трещин поверхности выработки и возможности локального проникновения жидкой фазы (воды) тампонажного раствора под давлением до 80-90 бар под слой набрызга скрепляющего материала и отделение его плитами большого размера от поверхности породы выработки с последующим дренажем тампонажного раствора в горную выработку.The disadvantage of this method is a slight blockage of developed cracks in the surface of the mine and the possibility of local penetration of the liquid phase (water) of the cement slurry under pressure up to 80-90 bar under the spray layer of the bonding material and its separation with large plates from the surface of the rock of the mine with subsequent drainage of the cement mining

К тампонажным растворам на основе синтетических смол и применяемых для упрочнения грунтов и пород предъявляются многообразные требования: растворы должны обладать высокой проникающей способностью в трещины и поры породы; сроки схватывания раствора (гелеобразование) должны быть в известных пределах; растворы должны переходить в твердое состояние при нормальных и пониженных положительных температурах в течение непродолжительного промежутка времени; закрепленные смолами породы должны быть прочными и долговечными, устойчивыми в агрессивной среде и водонепроницаемыми; растворы должны быть нетоксичными, безопасными в обращении и неспособными воспламеняться; растворы должны хорошо растворяться в воде и не обладать коррозионной способностью по отношению к частям и материалам инъекционного оборудования; тампонажные растворы не должны заражать подземную воду.To grouting mortars based on synthetic resins and used for hardening soils and rocks, diverse requirements are imposed: mortars must have high penetration into cracks and pores of the rock; the setting time of the solution (gelation) should be within certain limits; solutions should become solid at normal and low positive temperatures over a short period of time; rocks fixed with resins must be strong and durable, stable in an aggressive environment and waterproof; solutions must be non-toxic, safe to handle and incapable of ignition; solutions should be well soluble in water and not possess corrosion ability in relation to parts and materials of injection equipment; cement slurries should not infect groundwater.

Отвечающий всем перечисленным требованиям и наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ создания породной крепи путем тампонажа породного массива вокруг выработки смолами со временем отвердения 40÷180 сек слоя выступившей на поверхности выработки смолы, например, полиуретановой или эпоксидной.Meeting all of the above requirements and closest to the proposed invention in terms of technical nature and the achieved result is a method of creating rock support by tamping the rock mass around the production of resins with a hardening time of 40 ÷ 180 sec. Of the layer of the resin protruding on the surface, for example, polyurethane or epoxy.

Ближайший к изобретению способ создания породной крепи горной выработки заключается в следующем.Closest to the invention, a method of creating rock support of a mine is as follows.

В пределах очередной заходки создания породной крепи длиной 3 или 6 м бурят шпуры глубиной 2,5 м. Шпуры бурят рядами через 1,5 м. В соседних рядах шпуры располагают в шахматном порядке. Расстояние между шпурами в ряду 1,5 м. В шпуры устанавливают пластиковые трубки и герметизаторы. К загрузочной пластиковой трубке подключают нагнетательное оборудование и производят нагнетание полиуретановой смолы, которая образуется путем смешивания перед герметизатором двух жидких компонентов, которые в объемном соотношении 1:1 при помощи насоса подаются раздельно по шлангам.Within the next setting to create a pedigree lining 3 or 6 m long, boreholes are drilled 2.5 m deep. Boreholes are drilled in rows after 1.5 m. In adjacent rows, boreholes are staggered. The distance between the holes in the row is 1.5 m. Plastic pipes and sealants are installed in the holes. Pressure equipment is connected to a loading plastic tube and polyurethane resin is injected, which is formed by mixing two liquid components in front of the sealant, which in a 1: 1 volume ratio are pumped separately via hoses.

Один из компонентов может представлять смесь различных полиолов и присадок, другой - полизоциант на основе дифинилметандиизоцианта. Полиуретановая смола нагнетается в породный массив под давлением 80-90 бар. Но вначале смола под небольшим давлением заполняет шпур и по развитым трещинам в приконтурном слое породы устремляется к поверхности породы и во все стороны перпендикулярно оси шпура. Выдавленная на поверхность породы смола (полиуретан) практически мгновенно затвердевает, образуя расползающийся от шпура слой затвердевшей смолы толщиной (1÷15)·10^-3 м, препятствующий в силу больших сил сцепления с породой выдавливанию смолы на поверхность породы.One of the components can be a mixture of various polyols and additives, the other is a diphinylmethanediisocyanate-based polyisociant. Polyurethane resin is injected into the rock mass under a pressure of 80-90 bar. But first, the resin fills the hole under slight pressure and rises along the developed cracks in the contour layer of the rock to the surface of the rock and in all directions perpendicular to the axis of the hole. The resin (polyurethane) extruded onto the rock surface hardens almost instantly, forming a layer of hardened resin spreading from the hole with a thickness of (1 ÷ 15) · 10 ^-3 m, which prevents the extrusion of resin onto the rock surface due to the large adhesion forces to the rock.

Характерной особенностью тампонажа быстротвердеющих смесей является резкое, скачкообразное увеличение давления нагнетания при заполнении смолой трещин приконтурного слоя породы на расстоянии 1-1,2 м от оси шпура, после чего начинается тампонаж породного массива по всей длине шпура при давлении нагнетания до 80-90 бар. Время смолизации (тампонажа смолами) горных пород через один шпур определяют исходя из объема трещин на определенном расстоянии от шпура, длины шпура и производительности применяемого насоса.A characteristic feature of the grouting of quick-hardening mixtures is a sharp, spasmodic increase in the discharge pressure when the resin fills the cracks of the contour layer of the rock at a distance of 1-1.2 m from the axis of the hole, after which the grouting of the rock mass begins along the entire length of the hole at an injection pressure of up to 80-90 bar. The time of resinization (grouting with resins) of rocks through one hole is determined based on the volume of cracks at a certain distance from the hole, the length of the hole and the performance of the pump used.

К недостаткам прототипа следует отнести высокую стоимость упрочнения породного массива быстротвердеющими смолами, обусловленную высокой стоимостью смолы, большим количеством неизвлекаемых (замоноличенных) герметизаторов шпуров, применением специального инъекционного оборудования высокого давления.The disadvantages of the prototype include the high cost of hardening the rock mass with quick-hardening resins, due to the high cost of the resin, a large number of unrecoverable (monolithic) hole sealants, and the use of special injection equipment of high pressure.

Недостатком прототипа является и то, что после скачкообразного повышения давления нагнетания происходит не только тампонаж породного массива вокруг шпура, но и тампонаж приконтурного слоя вокруг соседних завоздушенных шпуров с попаданием в них смолы, твердение которой исключает качественный тампонаж отдельных участков породного массива вокруг выработки.The disadvantage of the prototype is that after an abrupt increase in the injection pressure, not only the rock mass is grouted around the hole, but also the edge layer is grouted around adjacent airborne holes with the ingress of resin, hardening of which eliminates the high-quality grouting of individual sections of the rock mass around the mine.

Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение «Способ создания породной крепи горной выработки», следует считать уменьшение стоимости упрочнения породного массива вокруг выработки за счет уменьшения объема тампонажа дорогих быстротвердеющих смол, возможность извлечения и повторного использования герметизаторов (пакеров) шпуров, упрощения инъекционного оборудования.The technical result to which the invention is directed, “A method for creating rock support for mining”, should be considered as reducing the cost of hardening the rock mass around the mine by reducing the volume of grouting of expensive quick-hardening resins, the possibility of extracting and reusing hole sealers (packers), and simplifying injection equipment.

В «Способе создания породной крепи горной выработки», включающем известные признаки: бурение сетки шпуров в пределах отдельных заходок, установку герметизаторов шпуров, последовательное нагнетание в шпуры смол со временем твердения на воздухе в течение (45÷180) сек, например, полиуретана, технический результат достигается за счет того, что шпуры для нагнетания быстротвердеющей смолы бурят на глубину 0,4-0,5 м, а нагнетание смолы прекращают после выдавливания ее на поверхность выработок от шпура на расстояние 0,7-0,8 расстояния между соседними шпурами, а после тампонажа приконтурного слоя заходки бурят дополнительные шпуры для тампонажа породного массива подвижными твердеющими смесями.In the “Method for creating rock support for mining”, which includes well-known features: drilling a grid of holes within individual runs, installing sealants for holes, sequential injection of resins into holes with hardening time in air for (45 ÷ 180) sec, for example, polyurethane, technical the result is achieved due to the fact that the holes for injection of quick-hardening resin are drilled to a depth of 0.4-0.5 m, and the injection of resin is stopped after extruding it onto the surface of the workings from the hole at a distance of 0.7-0.8 of the distance between adjacent urami and after plugging the marginal layer stope additional drilled holes for grouting the rock mass moving hardening mixtures.

Способ поясняется чертежом, на котором схематично показано продольное сечение горной выработки.The method is illustrated in the drawing, which schematically shows a longitudinal section of a mine working.

Сущность способа заключается в следующем.The essence of the method is as follows.

При нагнетании быстротвердеющей смеси (полиуретана) через короткие шпуры 1 глубиной 0,4-0,5 м в первую очередь происходит заполнение развитых трещин приконтурного слоя 2 породы и выдавливание на поверхность выработки небольшого количества смолы 3, которая практически мгновенно твердеет.When a quick-hardening mixture (polyurethane) is injected through short boreholes 1 with a depth of 0.4-0.5 m, first of all, the developed cracks of the contour layer 2 of the rock are filled and a small amount of resin 3 is extruded onto the surface of the mine, which hardens almost instantly.

Таким образом, происходит тампонаж (смолизация) вокруг шпура приконтурного слоя 2 толщиной до 0,5 м с определенным радиусом распространения смолы. После выдавливания смолы на поверхность породы на расстояние l_c от шпура, равное 0,7÷0,8 расстояния l между соседними шпурами, прекращают нагнетание смолы и приступают к нагнетанию смолы (полиуретана) через соседний шпур. После нагнетания быстротвердеющей смолы через все шпуры заходки l₃ образования породной крепи в ее пределах образуется качественно затампонированный приконтурный слой 2 породы незначительной толщины, на образование которого расходуется небольшой объем дорогой быстротвердеющей смолы (например, полиуретана).Thus, grouting (resinization) occurs around the hole in the edge layer 2 up to 0.5 m thick with a certain radius of resin distribution. After extruding the resin onto the surface of the rock at a distance l _c from the borehole equal to 0.7 ÷ 0.8 of the distance l between adjacent boreholes, the injection of resin is stopped and injection of resin (polyurethane) through the adjacent borehole is started. After injection of quick-hardening resin through all drill holes l _{3 of} formation of rock support, a qualitatively mapped edge layer 2 of rock of small thickness is formed within it, the formation of which consumes a small amount of expensive quick-hardening resin (for example, polyurethane).

Затем через затампонированный приконтурный слой 2 породы бурят дополнительные шпуры 4 глубиной 2,5-3,0 м и расстоянием между шпурами до 3 м. Эти шпуры используют для тампонажа породного массива вокруг выработки различными твердеющими дешевыми смесями с высокой степенью подвижности, например, цементами. При этом исключается дренаж подвижных твердеющих смесей в выработку и обеспечивается качественное тампонирование породного массива за приконтурным слоем породы.Then, additional boreholes 4 are drilled through the plugged layer 2 of the rocks 2 to a depth of 2.5-3.0 m and a distance between boreholes of up to 3 m. These boreholes are used to grout the rock mass around the production of various hardening cheap mixtures with a high degree of mobility, for example, cement. This eliminates the drainage of mobile hardening mixtures into the mine and ensures high-quality plugging of the rock mass beyond the marginal layer of the rock.

Нагнетание смолы под небольшим давлением и в течение короткого промежутка времени исключает плотное замоноличивание герметизаторов, что позволяет извлечь их из использованных шпуров для дальнейшего применения.Injection of the resin under low pressure and for a short period of time eliminates the tight filling of the sealants, which allows them to be removed from the used holes for further use.

Способ создания породной крепи горной выработки прост в осуществлении технологических процессов и использовании дешевых материалов и инъекционного оборудования.The method of creating rock support for mining is simple in the implementation of technological processes and the use of cheap materials and injection equipment.

Claims

A method of creating rock support of a mine working, including drilling a grid of holes within individual runs, installing sealants, sequentially injecting resins into the holes with the time of hardening in air for 45-180 s, for example, polyurethane, characterized in that the holes are drilled to a depth of 0, 4-0.5 m, the injection of resin into the hole is stopped when extruding resin onto the surface of the rock at a distance from the hole equal to 0.7-0.8 of the distance between adjacent holes, and then additional holes are drilled to plug the rock mass with mobile good mixes.