Применение смол для упрочнения пород кровли в очистных забоях

Выполнен анализ существующих способов укрепления пород кровли в очистных забоях пологих пластов. Приведены технические параметры способов. Рассмотрены новые составы для химического укрепления пород кровли....

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2014
1. Verfasser:	Петров, С.А.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України 2014
Schriftenreihe:	Розробка родовищ
Schlagworte:	Розробка вугільних родовищ
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/104542
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Применение смол для упрочнения пород кровли в очистных забоях / С.А. Петров // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2014. — Т. 8. — С. 149-155. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-104542
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1045422016-07-13T03:02:56Z Применение смол для упрочнения пород кровли в очистных забоях Петров, С.А. Розробка вугільних родовищ Выполнен анализ существующих способов укрепления пород кровли в очистных забоях пологих пластов. Приведены технические параметры способов. Рассмотрены новые составы для химического укрепления пород кровли. Виконано аналіз існуючих способів зміцнення порід покрівлі в очисних вибоях пологих пластів. Наведено технічні параметри способів. Розглянуто нові склади для хімічного зміцнення порід покрівлі. The analysis of existing approaches to roof rocks strengthening in stoping faces of flat seams is executed. Technical parameters of approaches are given. New mixtures for chemical strengthening of roof rocks are considered. 2014 Article Применение смол для упрочнения пород кровли в очистных забоях / С.А. Петров // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2014. — Т. 8. — С. 149-155. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 2415-3435 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/104542 622-112.2:624.138.4 ru Розробка родовищ УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Розробка вугільних родовищ Розробка вугільних родовищ
spellingShingle	Розробка вугільних родовищ Розробка вугільних родовищ Петров, С.А. Применение смол для упрочнения пород кровли в очистных забоях Розробка родовищ
description	Выполнен анализ существующих способов укрепления пород кровли в очистных забоях пологих пластов. Приведены технические параметры способов. Рассмотрены новые составы для химического укрепления пород кровли.
format	Article
author	Петров, С.А.
author_facet	Петров, С.А.
author_sort	Петров, С.А.
title	Применение смол для упрочнения пород кровли в очистных забоях
title_short	Применение смол для упрочнения пород кровли в очистных забоях
title_full	Применение смол для упрочнения пород кровли в очистных забоях
title_fullStr	Применение смол для упрочнения пород кровли в очистных забоях
title_full_unstemmed	Применение смол для упрочнения пород кровли в очистных забоях
title_sort	применение смол для упрочнения пород кровли в очистных забоях
publisher	УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України
publishDate	2014
topic_facet	Розробка вугільних родовищ
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/104542
citation_txt	Применение смол для упрочнения пород кровли в очистных забоях / С.А. Петров // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2014. — Т. 8. — С. 149-155. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
series	Розробка родовищ
work_keys_str_mv	AT petrovsa primeneniesmoldlâupročneniâporodkrovlivočistnyhzaboâh
first_indexed	2025-07-07T15:30:44Z
last_indexed	2025-07-07T15:30:44Z
_version_	1837002648138547200
fulltext	149 УДК 622-112.2:624.138.4 © С.А. Петров С.А. Петров ПРИМЕНЕНИЕ СМОЛ ДЛЯ УПРОЧНЕНИЯ ПОРОД КРОВЛИ В ОЧИСТНЫХ ЗАБОЯХ Выполнен анализ существующих способов укрепления пород кровли в очистных забоях пологих пластов. Приведены технические параметры способов. Рассмотрены новые составы для химического укрепления пород кровли. ЗАСТОСУВАННЯ СМОЛ ДЛЯ ЗМІЦНЕННЯ ПОРІД ПОКРІВЛІ В ОЧИСНИХ ВИБОЯХ Виконано аналіз існуючих способів зміцнення порід покрівлі в очисних вибоях пологих пластів. Наведено технічні параметри способів. Розглянуто нові склади для хімічного зміцнення порід покрівлі. APPLICATION OF RESIN FOR ROOF ROCKS STRENGTHENING IN STOPING FACES The analysis of existing approaches to roof rocks strengthening in stoping faces of flat seams is executed. Technical parameters of approaches are given. New mixtures for chemical strengthening of roof rocks are considered. ВВЕДЕНИЕ Очистные работы являются звеном, от которого во многом зависит эффективная работа всего угольного предприятия. Одним из значительных факторов, снижающих эффективную работу забоя, является нали- чие зон обрушения пород кровли в пределах выемочного участка. Обрушениие пород кровли в очистных забоях приводит к сле- дующим основным проблемам [1, 2]: 1. Повышение травматизма рабочих. 2. Простои лав при ликвидации обру- шений. Время на их ликвидацию достигает 50 – 60% нетехнологических простоев лав. 3. Увеличение износа скребковых и ленточных конвейеров, а также другого оборудования, не рассчитанного на работу с породой. Таким образом, решение проблемы по- вышения устойчивости кровли в очистных забоях и примыкающим к ним выработкам является актуальным. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ На устойчивость горных пород влияет множество факторов. Все их условно мож- но разделить на две группы: горно- геологические и горнотехнические. Горно- геологические факторы определяются ус- ловиями залегания пласта. К ним относят- ся физико-механические свойства пород, глубина залегания, мощность, слоистость, трещиноватость, угол падения и ряд дру- гих. Горнотехнические факторы опреде- ляются применяемой технологией ведения работ, которая в свою очередь в значи- тельной степени зависит от геологических условий. Таким образом, в некотором роде горнотехнические факторы являются под- чиненными горно-геологическим. Однако это не означает, что их следует считать менее важными. В любом случае порода, которая обру- шается, является нарушенной одной или нескольким системами трещин, которые, исходя из вышесказанного, могут быть оп- 150 ределены как горно-геологическими, так и горнотехническим факторами. Поэтому можно выделить следующие два основных направления по повышению устойчивости пород при ведении горных работ: – направленные на управление горно- геологическими факторами, точнее управ- ление физическим состоянием горных по- род, в частности их упрочнение; – направленные на управление горно- техническими факторами, в частности, на создание таких условий ведения горных работ, которые бы минимизировали изме- нение напряженного состояния пород с це- лью недопущения их растрескивания. Второй способ сопряжен с оптимизаци- ей планировки горных работ, выбором оп- тимальной последовательности отработки пластов, направлений подвигания лав и порядка их отработки в пределах одного пласта и пр. При этом конкретный выбор данных мероприятий все же является огра- ниченным. На рис. 1 для примера приведен фрагмент выкопировки из плана горных работ с отмеченными зонами обрушений пород кровли. Рис. 1. Выкопировка из плана горных работ шахты им. А.А. Скочинского Упрочнение горных пород может быть реализовано за счет химического способа, который является высокоэффективным, однако не получил достаточного распро- странения. Применительно к очистному забою уп- рочнению подлежат породы, которые те- ряют свою несущую способность до уста- новки крепи. Породы кровли очистных забоев объе- диняются по двум квалификационным признакам [3 – 5]: – обрушаемость массива над очистной выработкой; – устойчивость пород нижнего слоя над очистной выработкой. Склонность пород к вывалообразова- нию (обрушениям) характеризует именно второй признак. Количественными критериями для вто- рого признака служат высота нижнего слоя и расстояние между трещинами. По суще- ствующей классификации [6] породы кровли этого класса разделены на пять ка- тегорий. Первая категория – весьма неустойчи- вые породы, обрушающиеся при выемке вместе с углем. Поддержание таких пород возможно лишь с оставлением угольной пачки или специальных мероприятий по их упрочнению. Вторая категория – неустойчивые по- роды, не образующие устойчивых обнаже- ний. Для их поддержания необходимо ос- тавления пачки угля или упрочнения слоя пород, прилегающего к углю. Третья категория – малоустойчивые породы типа глинистых, песчано- глинистых сланцев, тонкоплитчатых пес- чаников и слабых известняков. Способны образовывать устойчивые обнажения. Встречаются в 25% очистных забоев. Четвертая категория – породы сред- ней устойчивости (прочные глинистые, песчано-глинистые сланцы и мелкозерни- стые песчаники). Встречаются в 40% очи- стных забоев. В большинстве случаев че- редуются с породами третьей категории. Соответственно, периодически требуется 151 проведение мероприятий по упрочнению кровли. Пятая категория – устойчивые поро- ды, 13% очистных забоев. Иногда встре- чаются выходы пород меньшей категории. Таким образом, ориентировочно в 50% очистных забоев имеют место породы, ко- торые требуют укрепления. В настоящее время известны три спо- соба упрочнения горных пород в очистных забоях [3]: – опережающее химическое анкерова- ние; – нагнетание синтетических смол под большим давлением; – комбинированный способ. Химическое анкерование представляет собой опережающее укрепление пород кровли анкерами, закрепленными по всей длине вспенивающимся составом (как пра- вило, полиуретановым). Применяется, как правило, для упрочнения пород, которые обрушаются крупными кусками: 10 – 50 см. Упрочнение нагнетанием – инъекция под большим давлением синтетических смол с отвердителями. Применяется в ос- тальных случаях. Скрепляющие составы делятся на три основные категории: – водные суспензии тонких частиц; – гели, вязкость которых постепенно увеличивается до их полного отвердения; – синтетические смолы, отвердеваю- щиеся под влиянием отвердителей или ка- тализаторов. К первой категории относят водные растворы цемента и глинистые растворы. Они имеют существенный недостаток – быстрая седиментация (оседание частиц дисперсной фазы в жидкости или газе под действием гравитационного поля или цен- тробежных сил). Более стабильные соста- вы дают глины со смесью цемента и бето- нита или цементы с ускоряющими добав- ками. Однако большие размеры частиц оп- ределяют низкую проницаемость таких со- ставов. Ко второй категории относят силикат- ные клеи, широко используемые для там- понажа грунтов и обводненных песков. Однако они имеют долгое время отверде- вания. Поэтому они могут быть использо- ваны только для профилактического уп- рочнения пород с длительной выдержкой во времени. Синтетические смолы имеют ряд пре- имуществ: хорошо регулируется время ге- леобразования и отвердевания, хорошая проницаемость по трещинам, высокая ад- гезия к горным породам, большая механи- ческая прочность. К настоящему времени использовались следующие виды составов смол: – феноло-формальдегидные смолы; – мочевино-формальдегидные смолы; – резорциновые смолы; – эпоксидные композиции; – полиуретановые композиции. Феноло-формальдегидные смолы – весьма хрупкие и обладают невысокими прочностными свойствами. Для получения более высоких прочностных характеристик используют составы, отвердевающие при нагревании. Мочевино-формальдегидные смолы ши- роко применяются для склеивания древе- сины и изготовления древесно-стружечных плит. Данные составы менее водостойкие и имеют худшие физико-механические ха- рактеристики. Эпоксидные смолы твердеют с неболь- шой усадкой, имеют хорошие физико- механические свойства и обладают очень хорошей адгезией. Однако имеют высокую вязкость, дороги и токсичны. Токсичность обеспечена аминами и ангидридами орга- нических двухосновных кислот. Составы на основе полиуретанов харак- теризуются высокой адгезией к большин- ству материалов, твердеют при комнатной температуре. Однако обладают токсично- стью и требуют соблюдения элементарных правил безопасности. К настоящему времени для упрочнения кровли в очистных забоях с применением нагнетания смесей в шпуры наиболее ши- рокое распространение получили составы на основе полиуретанов. Среди импортных 152 можно упомянуть следующие: Беведол- Беведан, Экрадо-Эркадул, Геофлекс. Ос- новным их недостатком является относи- тельно высокая цена. Аналогом данных смол является отече- ственная пенополиуретановая система По- лиХим производства ООО «Донбасскрепь». Она обладает следующими основными ха- рактеристиками: – время старта 2 – 30 с; – коэффициент расширения 4 – 5,5; – класс горючести «Г» (трудногорючий); – температура среды применения 2 – 35º. Следует отметить, что указанные пара- метры являются базовыми и могут регули- роваться в широких пределах. Результаты упрочнения пород в значи- тельной степени зависят от природных факторов и применяемых параметров на- гнетания. В настоящее время нагнетание скрепляющих составов производится, как правило, в шпуры с инъекционными анке- рами или через герметизатор. Бурят шпуры непосредственно в упрочняемом массиве или через угольный пласт. Обычно при упрочнении пород кровли в очистных забоях шпуры бурят в один ряд (см. рис. 2. Расположение шпуров выше пласта и их длина зависят от трещиновато- сти пород. При наличии мощных обруше- ний шпуры могут располагаться в два и более рядов. К основным параметрам нагнетания скрепляющего состава относятся длина и угол наклона шпура к плоскости напласто- вания пород, расстояние между шпурами, глубина герметизация устья шпура, давле- ние и темп нагнетания, расход скрепляю- щего на 1 шпур, количество нагнетания. Указанные параметры зависят от физико- механических свойств упрочняемых пород, их трещиноватости, мощности, карбонат- ности и обводненности, а также от приме- няемых средств крепления пород кровли и скорости подвигания очистного забоя. Па- раметры нагнетания определяются расчет- ным путем, а затем уточняются по факти- ческим результатам. а 3 м б 2,5 м в 2,5 м г 2,5 м д 4 м е 2 м Рис. 2. Схемы упрочнения зон неустойчивых пород и угля: а, б, г, е – без дизъюнктивных нарушений; в, д – при наличии дизъюнктивных нарушений Длина шпура должна на 0,5 м превы- шать величину подвигания очистного за- боя. На рис. 3 приведена схема, на основа- нии которой определяется длина шпура: 50,Rll cш +′−= м, где cl – суточное подвигание линии очи- стного забоя, м; 153 n – количество суток, на время кото- рых подготавливается фронт работы очи- стному забою; 0,5 – превышение величины подвига- ния очистного забоя. Из практики ведения горных работ на угольных шахтах Донбасса длина шпура не превышает 3,5 м. Угол наклона шпура к плоскости на- пластования пород определяется состояни- ем кровли перед работами по ее упрочне- нию. При наличии вертикальной плоскости обрушения шпуры бурят практически па- раллельно напластованию пород. Очевид- но, что высота расположения шпура над угольным пластом h (рис. 3) составляет половину величины упрочняемого слоя 2/H , при этом радиус R распростране- ния скрепляющего состава не должен быть больше 2/H . Если =h 0, что может быть при профилактическом нагнетании соста- вов, то в зависимости от глубины гермети- зации устья шпура Гl значительная часть скрепляющего состава будет проникать в угольный пласт. Исходя из опыта ведения работ на Донбассе Гl принимается рав- ным 1,0 – 1,5 м. Расстояние между шпурами определя- ется радиусом R ′′ распространения скреп- ляющего состава: RB ′′= 2 . При упрочнении пород в очистном за- бое величину B установить расчетным путем не всегда возможно. В этом случае следует опытным путем определить радиус R ′′ для чего бурят 5 шпуров с расстоянием между ними 1; 1,5; 2 и 2,5 м. Затем в шпу- ры не менее трех раз нагнетают скреп- ляющий состав и устанавливают величину R ′′ . В Донбассе, как правило, данная вели- чина составляет 2,5 – 3 м. Полиуретановая смола получается при перемешивании двух исходных компонент (часто обозначаемых просто: компонент А и компонент В ). Данные компоненты дос- тавляются к месту нагнетания отдельно, а смешивание происходит непосредственно в смесительной трубке, непосредственно перед подачей в шпур. а O K D N A C h H F R′ lГ R б C C A A B R′ lш lГ lГ R ″ R ″ R′ Рис. 3. Расчетная схема для определения потерь скрепляющего состава: а – вертикальная проекция шпура; б – горизонтальная проекция шпуров; lш = АС – длина шпура; lг – длина герметизации; R – радиус распространения скрепляющего состава в вертикальной плоскости; R" – то же, в горизон- тальной плоскости; R' – то же, в глубь массива; В – расстояние между шпурами; Н – мощность упрочняемого слоя Для реализации нагнетания необходимы следующие механизмы и оборудование: 1. Насос для нагнетания. Служит для раздельной подачи компонент смеси сме- шивания компонент полиуретановой сис- темы и подачи готовой смеси в шпур под давлением. В настоящее время распро- странены: – отечественные насосы марки НАГУС- 212 (рис. 4); – насосы высокого давления типа CT-DP-40, CT-DP-35 (рис. 5) производства ФРГ. 154 Рис. 4. Насос для нагнетания полиуретановых смол НАГУС 212 Рис. 5. Насос типа СТ 2. Смесительная трубка (смеситель). Имеет вход, на который через тройник от насоса подаются компоненты смеси. В трубке имеется смешивающий элемент в виде спирали, который вращается под дей- ствием движущихся жидких компонент и перемешивает их. Смесь компонент со второго конца трубки поступает в гермети- затор непосредственно или через удлини- тельный шланг. 3. Герметизатор (рис. 6.) служит для перекрытия устья шпура в процессе нагне- тания полиуретановой смеси для предот- вращения ее вытекания из шпура. Содер- жит обратный клапан, резьбу с тыльной стороны для подключения шланга от насо- са и переходник с резьбой с фронтальной стороны для подсоединения полога нагне- тательного анкера. Под действием нагне- тания расширяется, что приводит к пере- крытию устья шпура. Рис. 6. Герметизатор типа BVS-40, производства Minova (ФРГ) 4. Анкер для нагнетания. Представляет собой полую трубку с резьбой для присое- динения к герметизатору. Через него смесь подается к концу шпура, откуда вытекает, распространяется по шпуру и, в дальней- шем, в массив. До последнего времени основными по- ставщиками оборудования и материалов для нагнетания были зарубежные компании (Минова и пр.). В настоящее время на базе предприятия «Донбасскрепь» освоен вы- пуск оборудования по пунктам 2 – 4, в ча- стности – герметизаторы разной конструк- ции (с удлинительной трубкой и без), анке- ра для нагнетания, смесительные трубки. ВЫВОДЫ Выполнен анализ факторов, влияющих на устойчивость кровли в длинных очист- ных забоях. Рассмотрены способы повы- шения устойчивости кровли. Рассмотрены существующие способы упрочнения пород кровли различными химическими состава- ми. Определены основные параметры при нагнетании полиуретановых смол. Рас- смотрено существующее и новое оборудо- вание, материалы для упрочнения пород кровли методом нагнетания полиуретано- вых смол. 155 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Иванов И.Е. Совершенствование метода прогно- зирования зон обрушений пород непосредственной кровли в очистных забоях тонких пологих пластов: дисс. ... канд. техн. наук: 05.15.11 / И.Е. Иванов. – До- нецк, 2000. – 337 с. 2. Фармер Я. Выработки угольных шахт / Я. Фар- мер; пер. с англ. – М.: Недра, 1990. – 269 с. 3. Химический способ упрочнения пород в очистных забоях угольных шахт / [Бутенко И.Т., Кара В.В., Саль- ников В.К., Пихович И.Я.]. – К.: Техніка, 1978. – 69 с. 4. Управление кровлей и крепление очистных забоев с индивидуальной крепью / [Мухин Е.П., Захаров Е.П., Дубов Е.Д.и др.]. – К.: Техника, 1994. – 190 с. 5. Барановский В.И. Влияние природных факторов на выбор способов разработки пологопадающих пла- стов на глубоких горизонтах / В.И. Барановский. – М.: Горгостехиздат, 1963. – 60 с. 6. Указания по управлению горным давлением в очистных забоях на пластах мощностью до 3,5 м с углом падения до 35º. – Л.: ВНИМИ, 1984. – 136 с. ОБ АВТОРАХ Петров Сергей Анатольевич – инженер ООО «Донбас- скрепь». 156

Применение смол для упрочнения пород кровли в очистных забоях

Institution

Ähnliche Einträge