RU2685365C1 - Method of mine shaft construction and a shaft-penetrating combine - Google Patents
Method of mine shaft construction and a shaft-penetrating combine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2685365C1 RU2685365C1 RU2018131076A RU2018131076A RU2685365C1 RU 2685365 C1 RU2685365 C1 RU 2685365C1 RU 2018131076 A RU2018131076 A RU 2018131076A RU 2018131076 A RU2018131076 A RU 2018131076A RU 2685365 C1 RU2685365 C1 RU 2685365C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- trunk
- level
- rock
- walls
- lining
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
- E21D1/00—Sinking shafts
- E21D1/03—Sinking shafts mechanically, e.g. by loading shovels or loading buckets, scraping devices, conveying screws
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
- E21D5/00—Lining shafts; Linings therefor
Abstract
Description
Группа изобретений относится к области горного дела, а именно к технологии строительства вертикальных шахтных стволов горных предприятий и горнопроходческому оборудованию для ее осуществления.The group of inventions relates to the field of mining, namely to the technology of construction of vertical shafts of mining enterprises and mining equipment for its implementation.
Строительство горных выработок и подземных сооружений приводит к нарушению существовавшего в массиве пород равновесия. В окрестности обнажений происходят процессы деформирования и разрушения пород. Нормальную и безопасную эксплуатацию горных выработок и подземных сооружений обеспечивает крепь, которая препятствует смещениям и обрушению пород внутрь выработок. Смещающиеся породы встречают ее сопротивление, происходит взаимодействие крепи с массивом пород, в результате которого устанавливается новое состояние равновесия. Величина возникающих на контакте крепи с массивом напряжений и величина перемещений пород зависят как от свойств и начального напряженного состояния пород, так и от типа конструкции, механических характеристик крепи и технологии ее возведения [Булычев Н.С. Механика подземных сооружений. Учебник для вузов. - М., Недра, 1982, 270 с.]. По традиции напряжения на контакте крепи с массивом пород часто называют нагрузками на крепь.Construction of mine workings and underground structures leads to disruption of the equilibrium existing in the rock mass. In the vicinity of the outcrops occur the processes of deformation and destruction of rocks. Normal and safe operation of the mine workings and underground structures provides lining, which prevents displacement and collapse of rocks inside the workings. The shifting rocks meet its resistance, the lining interacts with the rock mass, as a result of which a new equilibrium state is established. The magnitude of the stresses arising at the contact with an array of stresses and the magnitude of movements of the rocks depend both on the properties and the initial stress state of the rocks, and on the type of structure, the mechanical characteristics of the lining and the technology of its construction [Bulychev N.S. Mechanics of underground structures. Textbook for universities. - M., Nedra, 1982, 270 p.]. By tradition, the stresses on the contact lining with an array of rocks are often called the loads on the lining.
Очевидно, что напряженно-деформированное состояние горного массива в равновесном состоянии статично. Но при сооружении ствола происходит частичная разгрузка его поверхности от радиальных напряжений, что вызывает упругие деформации и смещение пород внутрь выработки. При этом давление на крепь вследствие ползучести пород, вызванной этим процессом, развивается во времени и зависит от истории нагружения, то есть от последовательности и продолжительности технологических операций. Причем непосредственно вблизи забоя изменение напряжений и, как следствие, деформации стенок ствола проявляются наиболее интенсивно. На данном участке незначительное приращение аргумента функции приводит к существенному приращению значения функции. Однако, по мере удаления от забоя функция выполаживается (стремится к прямой линии), то есть даже существенное приращение аргумента не приводит к значительному увеличению значения функции. Применительно к рассматриваемой задаче выполаживание функции в заданных условиях означает условную стабилизацию конвергенции породных стенок.It is obvious that the stress-strain state of a rock mass in an equilibrium state is static. But during the construction of the trunk, there is a partial unloading of its surface from radial stresses, which causes elastic deformations and displacement of rocks into the inside of the mine. In this case, the pressure on the support due to the creep of the rocks caused by this process develops over time and depends on the loading history, that is, on the sequence and duration of the technological operations. Moreover, immediately near the bottom of the face, the change in stresses and, as a result, the deformations of the walls of the trunk appear most intensely. In this area, a slight increment of the function argument leads to a significant increment of the function value. However, as the distance from the bottom is reduced, the function flattens out (tends to a straight line), that is, even a significant increment of the argument does not lead to a significant increase in the value of the function. In relation to the problem in question, flattening a function under given conditions means conditional stabilization of the convergence of rock walls.
Экспериментально установлено, что в период проходки ствола нагрузка на крепь резко возрастает. Так, например, при возведении монолитной бетонной крепи вслед за подвиганием забоя возникают значительные деформации за счет конвергенции вмещающих пород, которые неблагоприятно влияют на еще не совсем затвердевшую крепь и приводят к ее деформированию или разрушению. Для снижения действующих напряжений в крепи необходимо, чтобы она находилась на определенном расстоянии от забоя и была нагружена в пределах нормативной прочности [Боликов В.Е., Рыбак С.А., Озорнин И.Л. К вопросу о проведении стволов в тектонически-напряженном горном массиве // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). - 2014. - №10. - С. 163-171]. При этом крепь не обязательно сразу обладает максимальной для нее несущей способностью, а наоборот, как правило, ей требуется некоторое время для приобретения необходимой прочности. Аналогичные процессы, хоть и в меньшей степени, характерны и для тюбинговой крепи, в основном, за счет необходимости тампонажа затюбингового пространства. Характер и продолжительность приобретения крепью своей нормативной прочности зависят от свойств и типа крепи.It has been established experimentally that during the period of penetration of the trunk, the load on the lining increases dramatically. For example, during the construction of monolithic concrete lining, following the movement of the face, significant deformations occur due to the convergence of host rocks, which adversely affect the not yet completely hardened lining and lead to its deformation or destruction. To reduce the operating stresses in the lining, it is necessary that it be at a certain distance from the face and be loaded within the limits of the standard strength [Bolikov V.E., Rybak S.A., Ozornin I.L. On the issue of conducting trunks in a tectonically-tense mountain massif // Gorny information and analytical bulletin (scientific and technical journal). - 2014. -
Важно, чтобы в начальный момент монтажа (установки) крепи нагрузка на нее не превышала ее начальной прочности и при дальнейшей проходке возрастающие напряжения также не превышали несущей способности крепи, которую она успела приобрести к данному моменту. Принимая во внимание, что деформации ползучести вызываются только дополнительными (снимаемыми) напряжениями, обусловленными сооружением ствола (см. Булычев Н.С. Механика подземных сооружений), при расчете следует учитывать не полную, а остаточную деформацию (на уровне условной стабилизации остаточной деформации породных стенок). То есть такую деформацию, которая возникает вследствие проявления дополнительных напряжений при приращении расстояния от забоя на условную величину (условную единицу). Расстояние от забоя, на котором остаточная деформация не превышает величины текущей несущей способности крепи заданного типа с известными свойствами в заданных горнотехнических условиях, является уровнем условной стабилизации остаточной деформации породных стенок.It is important that at the initial moment of installation (installation) of a lining the load on it does not exceed its initial strength and with further penetration, the increasing stresses also did not exceed the bearing capacity of the lining, which she managed to acquire by that moment. Taking into account that creep deformations are caused only by additional (removed) stresses caused by the construction of the trunk (see NS Bulychev. Underground structures mechanics), the calculation should take into account not complete, but residual deformation (at the level of conditional stabilization of residual deformation of the rock walls ). That is, such a deformation, which occurs as a result of the appearance of additional stresses when the distance from the face is incremented by a conventional value (conventional unit). The distance from the bottom, at which the residual deformation does not exceed the value of the current bearing capacity of the lining of a given type with known properties in specified mining conditions, is the level of conditional stabilization of the residual deformation of the rock walls.
Известна ступенчато-многослойная крепь [Описание полезной модели к патенту РФ №134216 от 23.04.2013, МПК E21D 11/00, E21D 5/00, опубл. 10.11.2013, Бюл. №31], являющаяся последовательно нанесенными на закрепляемые породные обнажения и друг на друга слоями из крепежного материла (бетона, железобетона, набрызг-бетона, полимеров), причем количество и/или толщина ступенчатых слоев меньше в направлении забоя выработки, а количество слоев равно числу ступеней, при этом длина каждого слоя, последовательно нанесенного после очередной уходки забоя, равна протяженности зоны сдерживающего влияния забоя, а длина ступени в слое равна длине очередной уходки забоя.Known step-multilayer lining [Description of the utility model to the patent of the Russian Federation No. 134216 from 04.23.2013, IPC E21D 11/00, E21D 5/00, publ. 10.11.2013, Bull. No. 31], which is sequentially applied to fixed breeding outcrops and at each other by layers of fastening material (concrete, reinforced concrete, sprayed concrete, polymers), with the number and / or thickness of the stepped layers being smaller in the direction of the bottomhole generation, and the number of layers is equal to steps, while the length of each layer, consistently applied after the next removal of the face, is equal to the length of the zone of the deterrent effect of the face, and the length of the step in the layer is equal to the length of the next removal of the face.
Недостатком данной крепи является довольно узкая сфера применения. Например, в условиях сильной конвергенции породных стенок наиболее близкие к забою слои, обладающие небольшой толщиной, будут деформироваться, не успевая набирать достаточную для противодействия создаваемым напряжениям прочность. Таким образом, область применения крепи должна быть ограничена относительно устойчивыми породами на объектах с хорошо известной геологией и отработанной технологией проходки горных выработок. В других же условиях использование данного технического решения небезопасно и снижает надежность и долговечность шахтного ствола.The disadvantage of this lining is a fairly narrow scope. For example, in conditions of strong convergence of the rock walls, the layers closest to the face, having a small thickness, will deform, not having time to gain strength enough to counteract the stresses created. Thus, the field of application of lining should be limited to relatively stable rocks at sites with well-known geology and proven technology of excavation of mine workings. In other conditions, the use of this technical solution is unsafe and reduces the reliability and durability of the shaft.
Известен способ проходки вертикальных шахтных стволов в обводненных неустойчивых породах [Описание изобретения к патенту РФ №2398967 от 23.07.2009, МПК E21D 1/00, E21D 1/12, опубл. 10.07.2010, Бюл. №25], включающий замораживание пород и проведение буровзрывных работ, при этом при выполнении буровзрывных работ определяют зоны положения забоя с предельно возможной силой воздействия упругих волн на замораживающие колонки относительно границ контакта двух пород с различными физико-механическими свойствами, после чего осуществляют разрушение пород в этих зонах в режиме, обеспечивающем величину напряжений в замораживающих колонках, создаваемых упругими волнами, равную или меньшую максимально допустимого значения.The known method of driving vertical shafts in flooded unstable rocks [Description of the invention to the patent of Russian Federation №2398967 from 07.23.2009, IPC E21D 1/00, E21D 1/12, publ. 10.07.2010, Bull. No. 25], including freezing of rocks and carrying out drilling and blasting operations, while performing drilling and blasting operations, determine the position of the bottom hole with the maximum possible force of the impact of elastic waves on the freezing columns relative to the contact boundaries of two rocks with different physical and mechanical properties, after which they destroy the rocks in these zones in a mode that provides the magnitude of the stresses in the freezing columns generated by elastic waves equal to or less than the maximum allowable value.
Недостатком данного способа является строгая привязка к технологии замораживания горных пород, что сужает область его применения. Кроме того, в рассматриваемом способе в качестве основного способа разрушения горных пород применяется буровзрывной способ, обладающий рядом существенных недостатков, среди которых выделяются низкая производительность, опасность, принципиальная невозможность точного определения характера и величины деформаций выработки, то есть сохранность замораживающих колонок в случае применения буровзрывного способа не может быть гарантирована. Это в свою очередь, снижает надежность, безопасность и экономическую эффективность проходки ствола.The disadvantage of this method is strict binding to the technology of freezing rocks, which limits the scope of its application. In addition, in the method under consideration, a drilling and blasting method is used as the primary method of rock destruction, which has a number of significant drawbacks, among which are low productivity, danger, the impossibility of accurately determining the nature and magnitude of developmental deformations, that is, the safety of freezing columns in the case of drilling and blasting method cannot be guaranteed. This, in turn, reduces the reliability, safety and economic efficiency of the borehole penetration.
Известен способ проходки глубоких шахтных стволов в слабых обводненных породах [Описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1126698 от 29.09.1983, МПК E21D 1/12, опубл. 30.11.1984, Бюл. №44], включающий предварительное определение упругих и прочностных характеристик горных пород в замороженном состоянии, искусственное замораживание горных пород для создания временного ледопородного ограждения, проходку ствола заходками и возведение крепи, при этом в процессе проходки ствола контролируют величину смещения ледопородного ограждения таким образом, чтобы оно не превышало заданной предельной величины, зависящей от толщины ледопородного ограждения, величины заходки, горного давления, реологических параметров замороженного горного массива и некоторых технологических особенностей. По достижении предельной величины смещения ледопородного ограждения возводят постоянную крепь.The known method of penetration of deep shafts in weak watered rocks [Description of the invention to the author's certificate of the USSR No. 11166698 from 09/29/1983, IPC E21D 1/12, publ. 11.30.1984, Byul. No. 44], which includes a preliminary determination of the elastic and strength characteristics of rocks in a frozen state, artificial freezing of rocks to create a temporary ice fence, shaft penetration and lining, while controlling the size of the ice fence in the process of penetration in such a way that did not exceed the specified limit value, depending on the thickness of the ice fence, the size of the entry, the rock pressure, the rheological parameters of the frozen mountain range and some technological features. Upon reaching the maximum value of the displacement of the ice fence, a permanent roof support is erected.
Недостатком способа является узкая область применения, вызванная привязкой к технологии замораживания горных пород. Кроме того, для реализации способа необходимо предварительно в лабораторных условиях определять характеристики горных пород в замороженном состоянии, что также выражается в необходимости детального изучения геологии объекта, без которого способ не может считаться безопасным, а сооруженный шахтный ствол - надежным и долговечным.The disadvantage of this method is the narrow scope, caused by binding to the technology of freezing rocks. In addition, to implement the method, it is necessary to preliminarily determine the characteristics of rocks in a frozen state in the laboratory, which is also expressed in the need for a detailed study of the geology of the object, without which the method cannot be considered safe, and the constructed shaft shaft is reliable and durable.
Известен способ проходки шахтного ствола [Описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1286774 от 20.08.1985, МПК E21D 1/00, E21D 1/12, опубл. 30.01.1987, Бюл. №4], включающий образование ледопородного ограждения при помощи замораживающих колонок, размещенных за контуром ствола, цикличную углубку забоя на величину заходки, установку крепи в пределах заходки после определения момента начала снижения несущей способности ледопородного ограждения, который определяется при помощи акустических датчиков, размещаемых в предварительно пробуренных шпурах в ледопородном ограждении, путем наблюдения за развитием в ледопородном ограждении пластической области, причем момент начала снижения несущей способности ледопородного ограждения определяют, как момент достижения пластической областью замораживающих колонок.The known method of penetration of the shaft shaft [Description of the invention to the author's certificate of the USSR No. 1286774 from 20.08.1985, IPC
Недостатком способа является узкая область применения вследствие привязки к технологии замораживания горного массива, а также необходимость проведения предварительных операций (бурение шпуров для размещения акустических датчиков), что снижает производительность работ, а также наличие дополнительных приборов и устройств для проведения многочисленных измерений.The disadvantage of this method is the narrow scope due to binding to the freezing technology of the rock mass, as well as the need for preliminary operations (drilling holes to accommodate acoustic sensors), which reduces the productivity of work, as well as the availability of additional instruments and devices for numerous measurements.
Известен способ измерения нагруженности вертикального ствола [Описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1288302 от 30.12.1984, МПК E21D 5/00, опубл. 07.02.1987, Бюл. №5], заключающийся в оценке разности интенсивности деформаций в момент отрыва опалубки и окончания схватывания бетона и сравнении этой величины с допустимым значением.The known method of measuring the loading of the vertical shaft [Description of the invention to the author's certificate of the USSR No. 1288302 from 12/30/1984, IPC
Недостатком способа является необходимость в дополнительном оборудовании для проведения измерений. Кроме того, нагруженность ствола определяют уже после крепления выработки, то есть отсутствует возможность оперативного реагирования на внештатные ситуации. Таким образом, способ применим для ведения горнопроходческих работ на объектах с хорошо известной геологией и отработанной технологией проходки горных выработок.The disadvantage of this method is the need for additional equipment for measurement. In addition, the loading of the trunk is determined after the fixing of production, that is, there is no possibility of a rapid response to emergency situations. Thus, the method is applicable for mining at sites with well-known geology and proven mining technology.
Известен способ строительства вертикальной выработки буровзрывным способом [Описание изобретения к патенту РФ №2493367 от 06.07.2012, МПК E21D 1/03, опубл. 20.09.2013, Бюл. №26], включающий бурение грунта или горной породы с использованием бурового агрегата на манипуляторе, взрывание пород, экскавацию грунта или горной породы с использованием ковша, сооружение тюбинговой крепи с использованием самоходного полка проходческого.The known method of construction of the vertical generation of drilling and blasting method [Description of the invention to the patent of Russian Federation №2493367 from 06.07.2012, IPC E21D 1/03, publ. 09/20/2013, Bull. No. 26], including the drilling of soil or rock with the use of a drilling unit on the manipulator, blasting of rocks, excavation of soil or rock using a bucket, the construction of tubing lining using a self-propelled driving tunnel.
Недостатком способа является использование для разрушения горных пород буровзрывной технологии, что снижает надежность, безопасность и экономическую эффективность проходки ствола. Как правило, настоящая и ей подобные технологии разработаны для теоретических, рафинированных условий проходки, которые не учитывают, в частности, негоризонтальность пластов горных пород с разными физико-механическими свойствами, когда ствол в одном уровне проходит через соседствующие легкодеформируемые и весьма устойчивые породы или через их выраженное наклонное расположение. Возведенная в таких геологических условиях крепь испытывает своеобразное нагружение и потенциально подвержена преждевременному износу.The disadvantage of this method is the use of drilling and blasting technology for the destruction of rocks, which reduces the reliability, safety and economic efficiency of the penetration of the barrel. As a rule, the present and similar technologies have been developed for theoretical, refined conditions of penetration, which do not take into account, in particular, the non-horizontal nature of rock formations with different physicomechanical properties, when the trunk in one level passes through adjacent easily deformable and very stable rocks. pronounced oblique arrangement. Built in such geological conditions, the lining is experiencing a kind of loading and is potentially subject to premature wear.
Известен стволопроходческий комбайн, включающий монтажную раму для возведения армирующей крепи и забойную раму, щитовую распорную податливую оболочку в виде ряда установленных по периметру монтажной и забойной рамы шандор, связанных с ними посредством распорных гидродомкратов, исполнительный орган обработки сечения (диаметра) ствола, выполненный с возможностью осевого и радиального перемещения относительно забойной рамы, и систему управления [Описание изобретения к патенту РФ №2600807 от 29.09.2015, МПК E21D 1/03, опубл. 27.10.2016, Бюл. №30].A well-known borehole harvester, including a mounting frame for the erection of reinforcing lining and a downhole frame, a shield shield pliable sheath in the form of a series of shandor installed along the perimeter of the mounting and downhole frame, connected with them by means of hydraulic jacks, an executive body for processing the cross-section (diameter) of the trunk, configured to axial and radial movement relative to the downhole frame, and a control system [Description of the invention to the patent of Russian Federation №2600807 from 09.29.2015, IPC E21D 1/03, publ. 10.27.2016, Bull. No. 30].
Недостатком комбайна является невозможность контроля процесса возведения армирующей тюбинговой и/или бетонной крепи в зависимости от оперативного изменения горно-геологических условий или при их несоответствии ранее произведенным геологическим изысканиям.The disadvantage of the combine is the inability to control the process of construction of reinforcing tubing and / or concrete lining, depending on the operational changes in mining and geological conditions or if they are inconsistent with previous geological surveys.
Задача, на решение которой направлена группа изобретений и достигаемый технический результат заключаются в повышении надежности и безопасности работ по возведению таких ресурсоемких и сложных инженерных сооружений, как шахтные стволы, в широком диапазоне горно-геологических условий - от легкодеформируемых до весьма устойчивых пород, в том числе в рамках одного геологического горизонта, - и специфических технологических особенностей проведения горнопроходческих работ, таких, например, как наличие или отсутствие предварительной заморозки ствола, наличие первичной крепи и/или анкерования и др. Кроме этого решается задача повышения эксплуатационной надежности шахтного ствола и производительность проходки, снижается ресурсоемкость горных работ.The task to be solved by the group of inventions and the technical result achieved is to improve the reliability and safety of works on the construction of such resource-intensive and complex engineering structures, such as mine shafts, in a wide range of mining and geological conditions - from easily deformed to very stable rocks, including within one geological horizon, and specific technological features of mining operations, such as, for example, the presence or absence of a preliminary freezing dressing the barrel, the presence of the primary roof support and / or anchoring et al. This eliminates the problem of increase of operational reliability and performance of the shaft penetration, reduced resource consumption of mining.
Для решения поставленной задачи и достижения заявленного технического результата в способе сооружения шахтного ствола, включающем механизированную разработку забоя, возведение временной крепи и дальнейшее возведение постоянной крепи с отставанием от груди забоя на величину не ниже уровня условной стабилизации остаточной деформации породных стенок, при котором нагрузка на крепь не превышает текущую несущую способность крепи, уровень условной стабилизации остаточной деформации породных стенок, при котором нагрузка на крепь не превышает ее текущую несущую способность определяют по характеру изменения деформаций породных стенок, для чего непосредственно у груди забоя, по меньшей мере, в одной точке фиксируют условно-исходное положение породной стенки ствола и по мере углубки ствола на заданный уровень производят, по меньшей мере, в одной точке измерение деформаций породной стенки относительно ее условно-исходного положения, после чего устанавливают характер изменения деформаций породных стенок ствола по высоте от уровня фиксации условно-исходного положения стенки ствола, а нагрузку на крепь определяют по текущей величине деформации на уровне условной стабилизации остаточной деформации породных стенок исходя из установленного характера деформации стенок ствола.To solve the task and achieve the stated technical result in the method of construction of the shaft, including mechanized development of the face, the construction of temporary lining and the further erection of permanent support lagging behind the chest face to a value not lower than the conditional stabilization of the residual deformation of the rock walls, in which the load on the lining does not exceed the current bearing capacity of the lining, the level of conditional stabilization of the residual deformation of the rock walls, at which the load on the lining does not exceed its current bearing capacity is determined by the nature of changes in the deformations of the rock walls, for which the conditional initial position of the rock wall of the trunk is fixed directly at the bottom of the chest at least at one point and at least at the given point one point measurement of the deformations of the rock wall relative to its conditionally initial position, after which the nature of change of deformations of the rock walls of the trunk in height from the fixation level of the conditionally initial position of the walls trunk and the load on the supports is determined by the current value of the strain at conventional stabilizing permanent deformation rock wall on the basis of the set character deformation of the barrel wall.
Кроме этого:Besides:
- изменение деформаций породных стенок определяют как разницу диаметров ствола на уровне груди забоя в точке условно-исходного положения породной стенки ствола и на заданном уровне;- the change in deformations of the rock walls is defined as the difference in the diameters of the trunk at the level of the bottom of the breast at the point of the conditionally initial position of the rock wall of the trunk and at a given level;
- изменение деформаций породных стенок определяют как разницу периметров ствола на уровне условно-исходного положения породной стенки ствола у груди забоя и на заданном уровне;- the change in the deformations of the rock walls is defined as the difference in the perimeters of the trunk at the level of the conditionally initial position of the rock wall of the trunk at the chest of the face and at a given level;
- условно-исходное положение породной стенки ствола фиксируют у груди забоя путем назначения диаметра его обработки;- conditionally-the initial position of the pedigree wall of the trunk is fixed at the breast slaughter by assigning the diameter of its processing;
- измерения деформаций породных стенок производят в заданном уровне одновременно в нескольких точках по периметру поперечного сечения ствола и устанавливают характер изменения деформаций породных стенок ствола по точке с максимальной деформацией.- measurements of the deformations of the rock walls are carried out at a given level simultaneously at several points along the perimeter of the cross-section of the trunk and determine the nature of the change in the deformations of the rock walls of the trunk along the point with the maximum deformation.
Для решения поставленной задачи и достижения заявленного технического результата в стволопроходческом комбайне, включающем монтажную раму для возведения крепи и забойную раму, щитовую распорную податливую оболочку в виде ряда установленных по периметру забойной рамы шандор, связанных с ними посредством распорных гидродомкратов, исполнительный орган обработки поперечного сечения ствола, выполненный с возможностью, по меньшей мере, радиального перемещения относительно забойной рамы, и систему управления, по меньшей мере, между одной шандорой и одной из рам или обеими рамами и/или, по меньшей мере, между двумя соседними шандорами размещены датчики измерения перемещения, а система управления включает в себя блок обработки результата измерений, формирующий ординату уровня условной стабилизации остаточной деформации породных стенок от груди забоя, при этом система управления включает блок управления режимом обработки поперечного сечения ствола исполнительным органом.To solve the task and achieve the stated technical result in a barrel-mounted harvester, including a mounting frame for the erection of lining and downhole frame, shield shield pliable pliable shell in the form of a set of downhole frame installed on the perimeter of the sandstone frame, associated with them by means of spacer hydraulic jacks, the executive body of the cross section of the trunk made with the possibility of at least radial movement relative to the downhole frame, and a control system at least between one Andora and one of the frames or both frames and / or, at least between two adjacent chandeliers, displacement measurement sensors are placed, and the control system includes a measurement result processing unit that forms the ordinate of the conditional stabilization level of the residual deformation of the rock walls from the chest of the face, This control system includes a control unit for processing the cross-section of the trunk by the executive body.
Кроме этого, по меньшей мере, часть датчиков измерения перемещений размещена на распорных гидродомкратах или встроена в них.In addition, at least part of the sensors measuring movement is placed on the spacer hydraulic jacks or built into them.
Группа изобретений иллюстрируется чертежом, где показан общий вид стволопроходческого комбайна в забое шахтного ствола со схемой стабилизации его породных стенок.The group of inventions is illustrated in the drawing, which shows a general view of a barrel-hole harvester in the bottom of a shaft shaft with a scheme for stabilizing its rock walls.
В настоящем описании используются термины, требующие особого пояснения.In the present description uses terms that require special explanation.
Под термином «уровень условной стабилизации остаточной деформации породных стенок» следует понимать уровень, при котором нагрузка на крепь вследствие возникших в результате ведения проходческих работ деформаций породных стенок не будет превышать текущую несущую способность крепи.The term "conditional stabilization of residual deformation of rock walls" should be understood as the level at which the load on the lining due to the deformations of the rock walls resulting from the driving works will not exceed the current bearing capacity of the lining.
Под термином «заданный уровень углубки ствола» следует понимать перемещение стволопроходческого комбайна в осевом направлении вглубь ствола на величину шага обработки забоя, который, как правило, принимается кратным высоте рабочего органа.The term "set depth of the barrel" should be understood as moving the barrel hole harvester in the axial direction into the trunk by the size of the bottom hole processing step, which is usually taken as a multiple of the height of the working body.
Стволопроходческий комбайн включает монтажную раму 1 для возведения временной (условно не показана) и постоянной крепи 2 и забойную раму 3, щитовую распорную податливую оболочку в виде ряда установленных по периметру забойной рамы шандор 4, связанных с ними посредством распорных гидродомкратов 5, исполнительный орган 6 обработки поперечного сечения ствола, выполненный с возможностью радиального и, возможно, осевого перемещения относительно забойной рамы 3, и систему управления (условно не показана). В настоящем комбайне, по меньшей мере, между одной шандорой 4 и одной из рам - рамой 3 или рамой 1 или между обеими рамами 1 и 3 и/или, по меньшей мере, между двумя соседними шандорами 4, размещены датчики 7 измерения перемещения, а система управления включает в себя блок обработки результата измерений, формирующий ординату уровня Н условной стабилизации остаточной деформации породных стенок 8 от груди забоя 9, при этом система управления включает блок управления режимом обработки поперечного сечения ствола исполнительным органом 6. Следует отметить, что часть датчиков 7 измерения перемещений между шандорами 4 и рамой 3 или рамой 1, или между обеими рамами 1 и 3, для удобства размещения и обслуживания связаны с распорными гидродомкратами 5 или встроена в них.The bore combine includes a mounting
Конструктивно настоящий стволопроходческий комбайн является одним из многих вариантов реализации оригинального способа сооружения шахтного ствола, который включает механизированную разработку забоя 9, возведение временной крепи (например, набрызг-бетона) и дальнейшее возведение постоянной крепи 2 с отставанием от груди забоя 9 на величину не ниже уровня Н условной стабилизации остаточной деформации Δ породных стенок 8, при котором нагрузка на крепь 2 не превышает ее текущую несущую способность, а уровень Н условной стабилизации остаточной деформации Δ породных стенок 8 определяют по характеру а изменения деформаций породных стенок 8, для чего непосредственно у груди забоя 9, по меньшей мере, в одной точке О фиксируют условно-исходное положение породной стенки ствола 8 и по мере углубки ствола на заданный уровень производят, по меньшей мере, в одной точке h1 измерение деформаций δ1 породной стенки 8 относительно ее условно-исходного положения, после чего устанавливают характер a=ƒ(δ, h) изменения деформаций породных стенок 8 ствола по высоте от уровня фиксации условно-исходного положения (точка О) стенки 8 ствола, а нагрузку на крепь определяют по текущей величине деформации δi на уровне Н условной стабилизации остаточной деформации породных стенок 8 исходя из установленного характера деформации этих стенок 8.Structurally, the present borehole harvester is one of the many options for implementing the original method of constructing a shaft shaft, which includes mechanized development of the face 9, construction of temporary lining (for example, sprayed concrete) and further construction of permanent support 2 lagging behind the chest of the bottom face 9 by an amount not lower than H conditional stabilization of residual deformation Δ rock walls 8, in which the load on the lining 2 does not exceed its current bearing capacity, and the level H conditional stabilization of the residual Node strain Δ of the rock walls 8 is determined by the nature and change of rock deformations of the rock walls 8, for which directly at the chest face 9, at least at one point O, the conditional initial position of the rock wall of the trunk 8 is fixed and as the shaft deepens to the specified level at least at one point h 1 measurement of the deformations δ 1 of the rock wall 8 relative to its conditionally initial position, after which the character a = де (δ, h) of the change in the deformations of the rock walls 8 of the barrel in height from the fixation level of the conditional source th position (point O) of the wall 8 of the barrel, and the load on the lining is determined by the current strain δ i at the level H conditional stabilization of the residual deformation of the rock walls 8 based on the established nature of the deformation of these walls 8.
Изменение деформаций δ1, δ2, … δi породных стенок 8 определяют как разницу диаметров ствола на уровне груди забоя 9 в точке О условно-исходного положения породной стенки 8 ствола - диаметр D, - и на заданном уровне h1, h2, … hi - диаметр d1, d2, … di, - и/или изменение деформаций δ породных стенок 8 определяют как разницу периметров стенок 8 ствола на уровне условно-исходного положения породной стенки 8 ствола у груди забоя 9 и на заданном уровне, а условно-исходное положение породной стенки 8 ствола фиксируют у груди 9 забоя путем назначения диаметра D его обработки.The change in deformations δ 1 , δ 2 , ... δ i of the rock walls 8 is defined as the difference in barrel diameters at the chest level of the
Измерения деформаций δ породных стенок 8 производят в заданном уровне одновременно в нескольких точках по периметру поперечного сечения ствола и устанавливают характер изменения деформаций δ породных стенок 8 ствола по точке с максимальной деформацией (т.е. по «худшему» из замеров, который получился, например, в результате прохождения стволом границы пластов с различными физико-механическими свойствами).Measurements of deformations δ of rock walls 8 are performed at a given level at several points along the perimeter of the cross section of the trunk simultaneously and determine the nature of the deformation change δ of rock walls 8 of the barrel at the point with the maximum deformation (that is, the “worst” of the measurements that turned out, for example , as a result of the passage of the boundary between the reservoir layers with different physico-mechanical properties).
По полученным данным смещения стенок 8 ствола на известном расстоянии от груди забоя 9 можно восстановить характер функции, описывающей деформации Δ стенок незакрепленного ствола при проходке в зависимости от расстояния h до забоя 9. Подобную функцию (см. книгу Булычева Н.С. Механика подземных сооружений и статью Боликова В.Е. и др. К вопросу о проведении стволов в тектонически-напряженном горном массиве) можно описать кривой, представляющей собой одну из ветвей параболы, то есть квадратичной функцией:According to the data obtained, the displacement of the walls of the barrel 8 at a known distance from the chest of the
y=ax2+bx+с, где:y = a x 2 + bx + s, where:
у(h) - расстояние от забоя,y (h) - distance from the face,
x(Δ) - деформации стенок забоя,x (Δ) - deformation of the walls of the face,
а, b и с - некоторые коэффициенты. a , b and c are some coefficients.
Экстремумом этой гипотетической параболы является точка, в которой деформации Δ стенок и расстояние h от забоя равны. Логично предположить, что началом координат в координатной системе при рассмотрении задачи является точка О, в которой деформации стенок 8 ствола равны нулю, также как и расстояние от забоя 9. То есть начало координат и экстремум рассматриваемой функции в данном случае совпадают (коэффициенты b и с равны нулю). Принимаем эту точку за условно исходное положение породной стенки 8. Тогда общий вид квадратичной зависимости может быть преобразован следующим образом:The extremum of this hypothetical parabola is the point at which the deformations Δ of the walls and the distance h from the bottom are equal. It is logical to assume that when considering the task, the origin of coordinates in the coordinate system is point O, in which the deformations of the walls 8 of the barrel are zero, as well as the distance from the
y=ах2.y = a x 2 .
Коэффициент а характеризует функцию и полностью описывает совокупность влияющих (горно-геологических и технологических) факторов на рассматриваемом участке проходки.The coefficient a characterizes the function and fully describes the set of influencing (geological and technological) factors at the considered site of penetration.
Получив путем измерений значение деформации δi стенок 8 ствола на известном уровне hi относительно уровня условно исходного положения хотя бы в одной точке, можно восстановить характер всей зависимости, получив значение коэффициента а из выраженияHaving obtained by measuring the deformation value δ i of the walls 8 of the barrel at a known level h i relative to the level of the conditional initial position at least at one point, you can restore the character of the entire dependence by obtaining the value of the coefficient a from the expression
Крепь следует возводить на уровне Н условной стабилизации конвергенции породных стенок 8, когда приращение величины расстояния h от забоя не приводит к значительному приращению деформаций δ стенок ствола.The support should be erected at the level H of the conditional stabilization of the convergence of the rock walls 8, when the increment of the distance h from the bottom does not lead to a significant increment of deformations δ of the walls of the trunk.
Приведенные рассуждения являются лишь примером интерпретации получаемых при измерениях данных. В действительности, математическое описание влияния расстояния h от забоя на смещение δ породных стенок вследствие конвергенции - это задача, имеющая на данный момент множество решений, описываемые различными функциональными зависимостями - экспоненциальными, логарифмическими и т.п. (см., например, работы Булычев Н.С. Механика подземных сооружений. Учебник для вузов. -М., Недра, 1982. 270 с.; Булычев Н.С. Механика подземных сооружений. Учебник для вузов. - М., Недра, 1982. 270 с.; Крупенников Г.А. и др. Взаимодействие массивов горных пород с крепью вертикальных выработок. - М., Недра, 1966. - 315 с.; Фотиева Н.Н. Расчет крепи подземных сооружений в сейсмически активных районах. - М., Недра, 1980. - 221 с.; Руппенейт K.В. Деформируемость массивов трещиноватых горных пород. - М., Недра, 1975. - 223 с. и другие работы). Использование этих зависимостей подразумевает применение эмпирических коэффициентов, для определения которых требуется проведение множества предварительных замеров, в отличие от предлагаемого способа, где теоретически достаточно одного замера. В любом случае, ни одно из существующих математических описаний не является превалирующим и вместе с тем все они учитывают гарантированный запас прочности, возникающий вследствие невозможности получения точной геологической картины ствола. С другой стороны, измерения, производимые непосредственно в процессе проходки позволяют, в частности, снизить завышенный запас прочности возводимой крепи ствола, не снижая надежности возводимого сооружения.The above reasoning is only an example of the interpretation of the data obtained in measurements. In fact, the mathematical description of the effect of the distance h from the bottomhole on the displacement δ of the rock walls due to convergence is a problem that currently has many solutions described by various functional dependencies — exponential, logarithmic, etc. (see, for example, the works of Bulychev, NS, Mechanics of Underground Structures. Textbook for universities. -M., Nedra, 1982. 270 p .; Bulychev, NS, Mechanics of Underground Structures. Textbook for universities. -M., Nedra 1982. 270 pp .; Krupennikov GA, et al. Interaction of rock massifs with lining of vertical workings - M., Nedra, 1966. - 315 pp .; Fotieva NN Calculation of underground structures in seismically active regions - M., Nedra, 1980. - 221 pp .; Ruppenate KV Deformability of arrays of fissured rocks. - M., Nedra, 1975. - 223 pp. And other works). The use of these dependencies implies the use of empirical coefficients, for the determination of which many preliminary measurements are required, in contrast to the proposed method, where theoretically one measurement is sufficient. In any case, none of the existing mathematical descriptions is prevalent and, at the same time, all of them take into account the guaranteed safety margin resulting from the impossibility of obtaining an accurate geological picture of the trunk. On the other hand, the measurements made directly in the process of penetration allow, in particular, to reduce the overestimated safety margin of the erected lining of the trunk, without reducing the reliability of the erected structure.
Проанализируем существенные признаки группы изобретений.Let us analyze the essential features of the group of inventions.
При сооружении всех шахтных стволов крепь 2 теоретически возводится на уровне не ниже уровня Н условной стабилизации остаточной деформации Δ породных стенок 8, причем эта величина определяется заранее по известным теориям. На практике это достигается либо монтажом крепи 2 на уровне, гарантированно выше теоретического уровня Н условной стабилизации, либо возведением крепи 2 на «удобном» расстоянии от забоя 9 с заведомым увеличением запаса прочности крепи 2. Во всех случаях увеличивают диаметр D сечения ствола «в проходке» и, соответственно, увеличивают материалоемкость крепи 2.In the construction of all mine shafts, the
При сооружении ствола в соответствии с настоящим изобретением уровень Н условной стабилизации остаточной деформации Δ породных стенок 8 реально замеряют непосредственно в процессе проходки ствола, для чего задают приемлемый для данной скорости проходки интервал замера (как правило, это шаг углубки или обработки забоя) и гарантированно определяют уровень Н условной стабилизации остаточной деформации Δ породных стенок 8. Это позволяет, в частности уменьшить диаметр D сечения ствола «в проходке» и, соответственно, уменьшить материалоемкость крепи 2 без ущерба запасу ее прочности.In the construction of the trunk in accordance with the present invention, the level H of the conditional stabilization of residual deformation Δ of the rock walls 8 is actually measured directly in the process of drilling the trunk, for which a measurement interval acceptable for a given penetration rate is set (as a rule, it is a step of dredging or slaughtering) level H conditional stabilization of residual deformation Δ rock walls 8. This allows, in particular, to reduce the diameter D of the trunk section "in penetration" and, accordingly, reduce the material be lining 2 without compromising its strength reserve.
В качестве дополнительной информации горное предприятие получает реальное описание физико-механических свойств ствола по высоте, которое при желании можно сопоставить с ранее произведенными геологическими изысканиями и, при необходимости, скорректировать технологическую карту предстоящих ремонтно-восстановительных работ.As an additional information, the mining enterprise receives a real description of the physical and mechanical properties of the trunk in height, which, if desired, can be compared with previously carried out geological surveys and, if necessary, adjust the flow chart of the upcoming repair work.
Изменение деформаций δ породных стенок 8 определяют как разницу диаметров ствола на уровне груди забоя 9 - D, - в точке О условно-исходного положения породной стенки 8 ствола и di на заданном уровне hi или, как разницу периметров ствола на «нулевом» уровне условно-исходного положения породной стенки 8 ствола у груди забоя 9 и на заданном уровне hi. Настоящие измерения можно с высокой точностью реализовать простыми распространенными методами, например, с использованием датчиков 7 измерения перемещения (или косвенными методами, например, с использованием условно не показанных датчиков давления и пр.), для чего периметр сечения ствола выстилают щитовой распорной податливой оболочкой в виде ряда установленных по периметру забойной рамы шандор 4. Шандоры 4 помимо базировки границ стенок 8 ствола, что делает возможным снимать достаточное количество усредненных значений деформаций δ стенок 8, также защищают область забоя 9 от неконтролируемого обвала породы.The change in deformations δ of the rock walls 8 is defined as the difference in the trunk diameters at the chest level of the bottom 9 - D, - at the point O of the conditionally initial position of the rock wall 8 of the trunk and d i at the given level h i or as the difference of the perimeters of the trunk at the “zero” level conditionally the initial position of the pedigree wall 8 of the trunk at the bottom of the
Вышеперечисленные замеры деформаций δ требуют сравнения с неким условно-исходным положением породных стенок 8 ствола. Это положение удачно фиксируется у груди забоя 9 путем назначения диаметра D его обработки, которая осуществляется заданной программой работы исполнительного органа 6 стволопроходческого комбайна для обработки поперечного сечения ствола. В зависимости от конструкции исполнительный орган 6 выполнен с возможностью радиального перемещения относительно забойной рамы 1. При необходимости осевое перемещение (углубка, обработка забоя) исполнительного органа 6, например, фрезы (режущего барабана) 10, обеспечивается либо собственным осевым перемещением, либо перемещением совместно с забойной рамой 1.The above measurements of deformations δ require comparison with some arbitrary initial position of the rock walls 8 of the barrel. This position is successfully fixed at the bottom of the
Для повышения точности измерений замер деформаций δi породных стенок 8 производят в заданном уровне hi не в одной точке, что было бы достаточно для пород с одинаковыми физико-механическими свойствами (т.н. идеальные условия), а одновременно в нескольких точках по периметру поперечного сечения ствола, при этом характер изменения деформаций устанавливают не по среднему значению деформаций δi cp, а по точке с максимальной деформацией δi max, т.е. по «худшему» из замеров.To improve the measurement accuracy, measurements of deformations δ i of rock walls 8 are performed at a given level h i not at one point, which would be enough for rocks with the same physicomechanical properties (so-called ideal conditions), but simultaneously at several points along the perimeter trunk cross-section, and the nature of the change in deformations is determined not by the mean value of deformations δ i cp , but by the point with the maximum deformation δ i max , for the “worst” of measurements.
Конструкция стволопроходческого комбайна отличается тем, что плотно прилегающие к породным стенкам 8 ствола шандоры 4 оснащены, как упоминалось выше, одним или несколькими датчиками 7 измерения перемещения. Теоретически, достаточно одного датчика 7 между одной из шандор 4 и одной из рам - забойной 1 или монтажной 3 или между двумя соседними шандорами 4. Однако, учитывая достаточно большие габариты ствола, измерения целесообразно осуществлять несколькими датчиками 7 и в нескольких уровнях, например, по числу шандор 4, если датчики 7 размещаются между шандорами 4 и забойной рамой 1 и монтажной рамой 3 или, если датчики 7 размещаются между соседними шандорами 4 - на их нижних и верхних участках. Датчики 7 измерения перемещений между деталями комбайна, установленные в одном уровне, например h1 преобразующие эти измеренные перемещения в значения деформации, например Δ1 породных стенок 8 в этом же уровне желательно дублировать в другом уровне, например h2, отнесенном на некоторое удаление от первого или нескольких, например, трех и более разнесенных уровнях, если это необходимо. На практике это можно реализовать размещением датчиков 7 на уровне забойной рамы 1 и на уровне монтажной рамы 3 или около того, если датчики 7 размещают между соседними шандорами 4, а металлоконструкции рам 1 и 3 по какой-то причине ограничивают доступ к ним. Использование множества датчиков 7 в разных уровнях hi позволяет увеличить точность измерений деформаций δi породных стенок 8 и более достоверно выявить и установить уровень Н условной стабилизации остаточной деформации Δ породных стенок 8, при котором нагрузка на крепь 2 гарантированно не будет превышать ее текущую несущую способность.The design of the barrel-hole harvester is different in that the
Существуют три возможных варианта нейтрализации избыточных деформаций:There are three possible ways to neutralize excess deformations:
1 - увеличение диаметра обработки ствола;1 - increase the diameter of the processing of the trunk;
2 - использование предварительного крепления (набрызг, анкетование и пр.);2 - use of pre-attachment (sprinkling, questioning, etc.);
3 - смещение работ по монтажу крепи 2 вверх по высоте ствола.3 - the offset of the installation of lining 2 up the height of the trunk.
Последний метод нейтрализации при отсутствии технологических противопоказаний является наиболее предпочтительным.The latter method of neutralization in the absence of technological contraindications is most preferred.
Таким образом, получив исчерпывающую информацию об уровне Н стабилизации остаточной деформации Δ породных стенок 8 с этого места или выше него можно начинать монтаж крепи 2. На практике, двухуровневый (т.е. имеющий забойную 1 и монтажную 3 раму) комбайн построен таким образом, что расстояние между забойной 1 и монтажной 3 рамами гарантированно перекрывает уровень Н условной стабилизации остаточной деформации Δ породных стенок 8, например, на один метр для восьмиметрового диаметра ствола. Этому способствуют соответствующие габариты шандор 4 по высоте и чья податливость (возможность работы металлоконструкций в пределах упругих деформаций в том числе за счет применения распорных гидродомкратов 5 позволяет снимать независимые значения с каждого из разнесенных по высоте датчиков 7.Thus, having received comprehensive information about the level H of stabilizing the residual deformation Δ of the rock walls 8 from this place or above it, you can begin the installation of
Измерение перемещений между соседними шандорами 4 осуществляются благодаря наличию гарантированного зазора между ними.Measurement of movements between neighboring
У длинномерных шандор 4 есть еще одно достоинство - они препятствуют неконтролируемому осыпанию породных стенок 8 между забоем 9 и уровнем реальной установки (монтажа) крепи 2. Это очень важно, когда на забойной раме 1 или комбайне в целом могут совершаться разнообразные плановые мероприятия от ремонта оборудования до смены экипажа и т.д.The
Как упоминалось выше шандоры 4 связаны с забойной рамой 1 и монтажной рамой 2 посредством распорных гидродомкратов 5. Это позволяет на всех или части гидродомкратов 5 разместить датчики 7 измерения, что существенно упрощает конструкцию стволопроходческого комбайна без ущерба надежности конструкции.As mentioned above,
Если оказывается, что на некотором горизонте уровень Н условной стабилизации остаточной деформации породных стенок 8 окажется выше уровня расположения монтажной рамы 3, то система управления предупредит об этом. В этом случае проводят серию мероприятий по снижению деформации стенок 8 ствола вблизи забоя 9 (набрызг, анкерование, увеличение диаметра обработки и пр.). Кроме этого возможно применение дополнительного подвесного полка над монтажной рамой 3. Следует отметить, что такие случаи являются не столь типичными при проходке ствола шахты.If it turns out that on some horizon the level H of the conditional stabilization of the residual deformation of the rock walls 8 will be higher than the level of the mounting
На практике возможность отслеживания уровня Н условной стабилизации остаточной деформации Δ породных стенок 8 позволяет вмешаться в процесс проходки - система управления, например, дает команду исполнительному органу 6 на режим обработки поперечного сечения ствола, - диаметр D ствола «в проходке» уменьшается, но не меньше необходимого сечения ствола «в свету» с учетом толщины крепи 2, или диаметр D ствола «в проходке» увеличивается.In practice, the ability to track the level of H conditional stabilization of residual deformation Δ rock walls 8 allows you to intervene in the process of penetration - the control system, for example, gives the command to the
Следует отметить, что контролируемая «конусность» ствола вблизи забоя 9 способствует смещению стволопроходческого комбайна на очередной шаг вглубь забоя с минимальными энергозатратами.It should be noted that the controlled "taper" of the trunk near the
Контроль деформаций δi в случае остановки проходческих работ позволяет отслеживать опасные для стволопроходческого комбайна смещения породных стенок 8, которые могут привести к его заклиниванию в стволе, что является следствием параметрического резерва технологических возможностей комбайна. Существующие технологии проходки шахтных стволов предусматривают специальные достаточно трудоемкие работы по исключению этого явления.The control of deformations δ i in the case of stopping the tunneling works allows you to track the displacement of the rock walls 8 that are dangerous for the barrel borehole combine, which can lead to its jamming in the barrel, which is a consequence of the parametric reserve of the technological capabilities of the combine. Existing technologies for shafting provide special rather time-consuming work to eliminate this phenomenon.
Безусловно, способ сооружения шахтного ствола по заявляемой технологии конструктивно можно осуществить на комбайнах иной конструкции, нежели описана выше, просто настоящий стволопроходческий комбайн конструктивно и в части затрат на изготовление, и эксплуатацию является оптимальным для комплексного решения задач строительства шахтных стволов.Of course, the method of construction of the mine shaft by the claimed technology can be constructively implemented on combines of a different design than described above, just a true barrel bore combine constructively and in terms of the cost of production and operation is optimal for the integrated solution of problems of construction of mine shafts.
Как видно, конструктивные и технологические особенности заявленных технических решений повышают надежность и безопасность работ по возведению шахтных стволов - ресурсоемких и сложных инженерных сооружений, - в широком диапазоне горно-геологических условий - от легкодеформируемых до весьма устойчивых пород, в том числе в рамках одного геологического горизонта. Это практически позволяет значительно уменьшить или исключить влияние специфических технологических особенностей проведения горнопроходческих работ, таких, например, как наличие или отсутствие предварительной заморозки ствола, наличие первичной крепи и/или анкерования и др. Это позволяет оптимизировать проходку ствола и толщину крепи 2 в сторону ее уменьшения. На практике это может выглядеть, в частности, как уменьшение объема извлекаемой породы и, соответственно увеличение скорости проходки при том же объеме извлекаемой породы, и экономия бетона для возведения крепи 2 при повышении эксплуатационной надежности шахтного ствола. В результате потребители получат современное горное предприятие с оптимальными затратами ресурсов.As can be seen, the design and technological features of the claimed technical solutions increase the reliability and safety of works on the construction of mine shafts - resource-intensive and complex engineering structures - in a wide range of mining and geological conditions - from easily deformed to very stable rocks, including within one geological horizon. . This practically allows you to significantly reduce or eliminate the influence of specific technological features of the mining operations, such as the presence or absence of preliminary freezing of the trunk, the presence of primary lining and / or anchoring, etc. This allows you to optimize the penetration of the trunk and the thickness of lining 2 in the direction of its reduction . In practice, this may look, in particular, as a decrease in the volume of recoverable rock and, accordingly, an increase in the rate of penetration at the same volume of recoverable rock, and the saving of concrete for the erection of lining 2 while increasing the operational reliability of the shaft. As a result, consumers will receive a modern mining enterprise with optimal resource costs.
Изобретения проиллюстрируем следующим Примерами:We illustrate inventions with the following examples:
Пример 1 - общий случай проходки шахтного ствола.Example 1 - the general case of the sinking of a shaft.
Элементы комбайна монтируют в заранее подготовленном технологическом отходе (коротком участке ствола, монтажной или стартовой камере) с помощью универсального кранового оборудования. Производят подключение всех необходимых коммуникаций (электроэнергия, вода, воздух). В результате внутри «юбки» шандор 4 располагаются монтажная 1 и забойная 3 рамы, которые контактируют с шандорами 4 посредством распорных гидродомкратов 5. Связь монтажной рамы 3 с забойной рамой 1 может осуществляться любым известным способом, например, таким, как описано в патенте РФ №2600807 от 29.09.2015.The elements of the combine are mounted in a previously prepared technological waste (short section of the barrel, mounting or launch chamber) using universal crane equipment. Make the connection of all necessary communications (electricity, water, air). As a result, inside the "skirt"
Систему управления настраивают на диаметр ствола «в проходке» в соответствии с ранее полученными данными горно-геологических изысканий.The control system is adjusted to the diameter of the trunk “in penetration” in accordance with previously obtained data of mining and geological surveys.
После монтажа оборудования и проверки его работоспособности на холостом ходу начинают процесс обработки забоя 9.After installation of the equipment and testing its performance at idle, begin the process of slaughtering 9.
Исполнительный орган 6 обработки поперечного сечения ствола, выполненный, например, в виде фрезы (режущего барабана) 10, начитает свою работу в забое 9. Разрушенная порода выносится на поверхность.The
После выработки первого слоя породы комбайн вместе с шандорами 4 смещается на величину проходки. Система управления начинает анализировать данные, полученные с датчиков 7 измерения перемещений (деформаций) породных стенок 8 и сравнивать их с условно-исходным положением (нулевыми точками) на уровне груди забоя 9. Выбирается максимальное из значений произведенных измерений - т.н. «худший» замер. Появляется возможность установить первое пока еще приблизительное значение уровня Н условной стабилизации остаточной деформации Δ породных стенок 8.After the development of the first layer of rock combine with
По мере углубки ствола система управления начинает анализировать значения произведенных измерений в замерах разных уровней, вследствие чего выстраивается достаточно достоверная картина определения уровня Н условной стабилизации остаточной деформации Δ породных стенок 8, при котором нагрузка на крепь 2 не будет превышать ее текущую несущую способность. При этом, каждое последующее измерение подтверждает выводы первичных измерений или оперативно выявляет тенденции изменений деформаций δi породных стенок.As the trunk deepens, the control system begins to analyze the values of the measurements made at different levels, resulting in a fairly reliable picture of determining the level H conditional stabilization of residual deformation Δ rock walls 8, at which the load on the
В соответствии с технологическим регламентом начинают монтаж бетонной, тюбинговой, комбинированной или какой-либо другой крепи 2.In accordance with the technological regulations begin the installation of concrete, tubing, combined or any
В породах, обладающих одинаковыми физико-механическими свойствами система управления никоим образом не «вмешивается» в процесс обработки забоя 9 исполнительным органом 6. Однако, как только свойства породы станут меняться, система управления выдает иной уровень Н условной стабилизации остаточной деформации Δ породных стенок 8. Если этот уровень не выходит за уровень расположения монтажной рамы 3 продолжают осуществлять монтаж крепи 2. Если выходит вверх за уровень расположения монтажной рамы 3, то монтаж крепи 2 осуществляют с использованием дополнительных приспособлений, например, подвесного полка.In rocks with the same physicomechanical properties, the control system does not in any way “intervene” in the machining process of the
В зависимости от прочности (крепости) обрабатываемой породы формируется управляющий сигнал на исполнительный орган 6 - для более твердых и устойчивых пород обрабатываемый диаметр ствола уменьшают, для менее твердых и устойчивых - увеличивают. Соответственно изменяют толщину крепи 2 при сохранении заданного диаметра шахты ствола «в свету».Depending on the strength (strength) of the treated rock, a control signal is generated to the
Эффект от использования изобретений будет тем больше, чем больше глубина шахтного ствола, а это многие сотни и даже тысячи метров.The effect of the use of inventions will be the greater, the greater the depth of the shaft, and that is many hundreds and even thousands of meters.
Пример 2 - продолжение строительства шахтного ствола по новой технологии.Example 2 - the continuation of the construction of the mine shaft on the new technology.
При проходке некоего шахтного ствола выявлена нестабильность породных стенок, требующая проведения дополнительных работ по исследованию стабильности пород и их укреплению. В результате существенно увеличились издержки на возведение крепи и снизилась скорость проходки.When sinking a certain mine shaft, the instability of the rock walls was revealed, requiring additional work on the stability of the rocks and their strengthening. As a result, the costs for the erection of lining significantly increased and the rate of penetration decreased.
Принимается решение о технологическом совмещении процесса оперативного измерения текущих перемещений (деформаций δi) породных стенок и, соответственно, выявления уровня Н условной стабилизации их остаточной деформации Δ, при котором выявленные нагрузки на крепь не будут превышать текущую несущую способность породных стенок 8. При невозможности оснастить существующий комбайн соответствующей системой управления для реализации заявленного способа, принимают решение о его демонтаже и доставке стволопроходческого комбайна, оснащенного функцией оперативного отслеживания уровня Н условной стабилизации остаточной деформации Δ породных стенок.The decision is made on technological combination of the process of operative measurement of current displacements (deformations δ i ) of the rock walls and, accordingly, detection of the level H of conditional stabilization of their residual deformation Δ, at which the identified loads on the lining will not exceed the current bearing capacity of the rock walls 8. If it is impossible to equip the existing combine with an appropriate control system for implementing the claimed method, deciding on its dismantling and delivery of the borehole combine equipped with tracking operational function H level stabilization conditional permanent deformation Δ rock walls.
У груди забоя 9 готовят технологический отход (стартовую камеру) и в ней монтируют стволопроходческий комбайн, выполненный согласно изобретению.At the bottom of the
После монтажа оборудования и проверки его работоспособности на холостом ходу начинают процесс обработки забоя 9 согласно Примеру 1.After installation of the equipment and test its performance at idle, begin the process of
В результате уменьшается объем извлекаемой породы, снижается объем бетона, идущего на монтаж крепи и увеличивается скорость проходки ствола при повышении его эксплуатационной надежности.As a result, the volume of recoverable rock decreases, the amount of concrete going to the installation of lining decreases and the speed of penetration of the trunk increases with increasing its operational reliability.
Пример 3 - проходка предварительно замороженного ствола.Example 3 - penetration of a pre-frozen stem.
Существующий опыт проходки предварительно замороженных шахтных стволов выявил проблему периодического повреждения трубок охлаждения и связанные с этим большие издержки на их восстановление или, если это допустимо, локализацию повреждений.The existing experience of penetration of pre-frozen mine shafts revealed the problem of periodic damage to the cooling tubes and the associated high costs of restoring them or, if this is possible, localizing damage.
Как было описано выше, наличие, равно, как и отсутствие заморозки ствола для стволопроходческого комбайна, реализующего заявленный способ сооружения (проходки) не искажает картину объективного мониторинга уровня Н условной стабилизации остаточной деформации Δ породных стенок 8 для возведения крепи 2, при котором нагрузка на возводимую крепь 2 не будет превышать ее текущую несущую способность. Эффектом использования заявленных изобретений является уменьшение объема извлекаемой породы и, как следствие, возможность уменьшения диаметра обработки ствола «в свету» и увеличение расстояния от фрезы 10 до трубок охлаждения, что снижает вероятность их повреждения. Практика показывает, что, например, для ствола диаметром 8 м «в свету» диаметр «в проходке» можно уменьшить на 0,5 м, что обеспечивает «запас» на обработку до трубок охлаждения в среднем 0,25 м. Это, практически, гарантирует безаварийный проход ствола на всю глубину шахты.As described above, the presence, as well as the absence of freezing of the barrel for a barrel-mounted combine that implements the claimed method of construction (penetration) does not distort the picture of objective monitoring of the level H conditional stabilization of residual deformation Δ rock walls 8 for the erection of lining 2, in which the load on the erected lining 2 will not exceed its current bearing capacity. The effect of using the claimed inventions is to reduce the volume of recoverable rock and, as a consequence, the possibility of reducing the diameter of the processing of the barrel "in the light" and increasing the distance from the
Кроме того, повреждение трубок охлаждения может произойти в случае непринятия или несвоевременного принятия решений по нейтрализации деформаций породных стенок 8 ствола, так как их конвергенция способна привести к существенному искривлению трубок охлаждения, при котором будет нарушена их целостность и работоспособность. В такой ситуации крайне полезным оказывается контроль величины деформаций δ породных стенок 8. Так при достижении величины деформации δ породных стенок 8 значения, например, 80% от допустимой деформации трубок охлаждения, следует предпринять меры по устранению указанных деформаций, например, применить анкерование и/или первичное крепление, например, набрызг-бетон.In addition, damage to the cooling tubes can occur in case of failure to make or untimely decisions to neutralize the deformations of the rock walls 8 of the barrel, since their convergence can lead to a significant distortion of the cooling tubes, which will destroy their integrity and performance. In such a situation, it is extremely useful to control the magnitude of deformations δ of the rock walls 8. So when the deformation magnitude δ of the rock walls 8 reaches the value, for example, 80% of the permissible deformation of the cooling tubes, measures should be taken to eliminate these deformations, for example, anchoring and / or primary attachment, for example, spray-concrete.
Проходка ствола осуществляется аналогично Примерам 1 и 2.The bore is drilled similarly to Examples 1 and 2.
В результате использования изобретений повысилась надежность и безопасность работ по возведению шахтных стволов в широком диапазоне горно-геологических условий - от легкодеформируемых до весьма устойчивых пород, в том числе в рамках одного геологического горизонта, - и специфических технологических особенностей проведения горнопроходческих работ, таких, например, как наличие или отсутствие предварительной заморозки ствола, наличие первичной крепи и/или анкерования и др. Повысилась эксплуатационная надежность шахтного ствола и производительность проходки при снижении ресурсоемкости горных работ.As a result of the use of inventions, reliability and safety of works on the construction of mine shafts increased in a wide range of mining and geological conditions - from easily deformable to very stable rocks, including within the same geological horizon - and specific technological features of mining operations, such as like the presence or absence of preliminary freezing of the trunk, the presence of primary lining and / or anchoring, etc. The operational reliability of the shaft has increased and production water penetration while reducing resource consumption of mining.
Claims (7)
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018131076A RU2685365C1 (en) | 2018-08-28 | 2018-08-28 | Method of mine shaft construction and a shaft-penetrating combine |
| EP19854844.8A EP3845738A4 (en) | 2018-08-28 | 2019-08-26 | Mine shaft construction method and shaft sinking machine |
| PCT/RU2019/000595 WO2020046175A1 (en) | 2018-08-28 | 2019-08-26 | Mine shaft construction method and shaft sinking machine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018131076A RU2685365C1 (en) | 2018-08-28 | 2018-08-28 | Method of mine shaft construction and a shaft-penetrating combine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2685365C1 true RU2685365C1 (en) | 2019-04-17 |
Family
ID=66168457
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018131076A RU2685365C1 (en) | 2018-08-28 | 2018-08-28 | Method of mine shaft construction and a shaft-penetrating combine |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP3845738A4 (en) |
| RU (1) | RU2685365C1 (en) |
| WO (1) | WO2020046175A1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2519041A (en) * | 1947-03-12 | 1950-08-15 | George S Gluck | Shaft mucking machine |
| SU1126698A1 (en) * | 1983-09-29 | 1984-11-30 | Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Оснований И Подземных Сооружений Им.Н.М.Герсеванова | Method of tunelling deep mine shafts in low-flooded rocks |
| SU1288302A1 (en) * | 1984-12-30 | 1987-02-07 | Всесоюзный научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела | Method of measuring the loading of shaft lining |
| RU2060394C1 (en) * | 1993-03-17 | 1996-05-20 | Институт горного дела СО РАН | Method for lining the shaft with cast-in-situ reinforced concrete and slip forms for its embodiment |
| RU2095574C1 (en) * | 1990-10-02 | 1997-11-10 | Специализированное производственное геологическое объединение по тампонажным и геологоразведочным работам "Спецтампонажгеология" | Method for construction of mine shafts in watered unstable rocks |
| RU2398967C1 (en) * | 2009-07-23 | 2010-09-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный горный университет (МГГУ) | Method for tunnelling of vertical shafts in watered unstable rocks and device for its realisation |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1126698A (en) | 1910-01-24 | 1915-02-02 | Richardson Mfg Company | Manure-spreader. |
| US1288302A (en) | 1916-01-24 | 1918-12-17 | Packard Motor Car Co | Hydrocarbon-motor. |
| SU1606698A1 (en) * | 1988-11-21 | 1990-11-15 | Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по осушению месторождений полезных ископаемых, специальным горным работам, рудничной геологии и маркшейдерскому делу | Method of sinking mine shaft |
| DE10793425T8 (en) * | 2009-06-30 | 2013-04-25 | Technological Resources Pty. Ltd. | MAKING A SHEEP FOR A UNDERGROUND DAY |
| RU2493367C1 (en) | 2012-07-06 | 2013-09-20 | Александр Александрович Кисель | Method to construct vertical mine by blasting and drilling method with tubing lining and tunnelling complex for method realisation |
| RU134216U1 (en) | 2013-04-23 | 2013-11-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела Уральского отделения Российской академии наук (ИГД УрО РАН) | STEEP MULTILAYER MOUNTING UNDERGROUND MINING |
| RU2592580C1 (en) * | 2015-01-30 | 2016-07-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Скуратовский опытно-экспериментальный завод" | Method of well shaft construction, shaft sinking combine, rock destruction unit and reinforcing support erection device (versions) |
| RU2600807C1 (en) * | 2015-09-29 | 2016-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Скуратовский опытно-экспериментальный завод" | Shaft sinking combine |
| RU2631061C1 (en) * | 2016-06-24 | 2017-09-18 | Общество с ограниченной ответственностью "Скуратовский опытно-экспериментальный завод" | Method for construction of prefabricated-solid support of shaft of mining enterprise and device for its implementation |
-
2018
- 2018-08-28 RU RU2018131076A patent/RU2685365C1/en active
-
2019
- 2019-08-26 WO PCT/RU2019/000595 patent/WO2020046175A1/en unknown
- 2019-08-26 EP EP19854844.8A patent/EP3845738A4/en not_active Withdrawn
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2519041A (en) * | 1947-03-12 | 1950-08-15 | George S Gluck | Shaft mucking machine |
| SU1126698A1 (en) * | 1983-09-29 | 1984-11-30 | Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Оснований И Подземных Сооружений Им.Н.М.Герсеванова | Method of tunelling deep mine shafts in low-flooded rocks |
| SU1288302A1 (en) * | 1984-12-30 | 1987-02-07 | Всесоюзный научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела | Method of measuring the loading of shaft lining |
| RU2095574C1 (en) * | 1990-10-02 | 1997-11-10 | Специализированное производственное геологическое объединение по тампонажным и геологоразведочным работам "Спецтампонажгеология" | Method for construction of mine shafts in watered unstable rocks |
| RU2060394C1 (en) * | 1993-03-17 | 1996-05-20 | Институт горного дела СО РАН | Method for lining the shaft with cast-in-situ reinforced concrete and slip forms for its embodiment |
| RU2398967C1 (en) * | 2009-07-23 | 2010-09-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный горный университет (МГГУ) | Method for tunnelling of vertical shafts in watered unstable rocks and device for its realisation |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP3845738A1 (en) | 2021-07-07 |
| EP3845738A4 (en) | 2022-04-13 |
| WO2020046175A1 (en) | 2020-03-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104763432B (en) | A kind of method that high stress tunnel country rock release controls large deformation | |
| CN104453899B (en) | Complex condition island working face safety coal extraction method | |
| CN101514637B (en) | Execution system of gas tunnel outburst prevention comprehensive measures | |
| CN110130897A (en) | Roof weakening solution danger method | |
| CN108151596A (en) | Diversion Tunnel Blasting Excavation out break controls construction method | |
| CN103195454B (en) | Method for supporting roadway and chamber in filling body | |
| CN106437711A (en) | Coal seam impact type mine earthquake prevention and control method | |
| CN109184793B (en) | Method for carrying out on-site test on rock burst prevention capacity of anchor rod in underground engineering excavation process | |
| CN105715276A (en) | Forepoling method for actively preventing and controlling rock outburst | |
| CN110206547B (en) | Method suitable for shaft tunneling and supporting in deep stratum and high-stress area | |
| RU2685365C1 (en) | Method of mine shaft construction and a shaft-penetrating combine | |
| CN107702604A (en) | The construction technology of the huge lonely erratic boulder of alluviation granite is directed in impervious wall construction | |
| CN109488309A (en) | High-ground stress, basalt underground power house cavern con struction method | |
| Logan et al. | Geotechnical instrumentation and ground behaviour monitoring at Mount Isa | |
| Rybin et al. | Geophysical monitoring as an inherent part of the technological process in deep open pits | |
| Orrego et al. | Undercutting method selection at Cadia East PC2-3 extension | |
| CN103362133B (en) | Arch dam-arch shoulder grooving method in mountain narrow canyon | |
| CN112343627A (en) | Method for controlling stability of surrounding rock of deep ultra-large section dense chamber group | |
| Choi et al. | Prediction of vertical alignment of the MSP borehole using artificial neural network | |
| Xue et al. | Blasting vibration on deep shaft ingate rock damage and its control measures | |
| Fernandez et al. | Design and implementation of a damage assessment system at Argyle Diamond ’s block cave project | |
| Hammett et al. | Design of large underground caverns for hydroelectric projects with particular reference to structurally controlled failure mechanisms | |
| CN110593903B (en) | Novel grouting anchor cable supporting method and grouting anchor cable | |
| RU2132464C1 (en) | Method for stabilizing rock by rods in underground workings | |
| Khali et al. | Design and planning of excavation sequence and blasting techniques for large UG caverns |