012289 - 1 - Изобретение относится к горной промышленности

012289
Изобретение относится к горной промышленности, в частности к строительству подземных гидротехнических сооружений, и может быть использовано при отработке находящихся в сложных гидрогеологических условиях месторождений полезных ископаемых, в том числе калийных и иных природных
солей.
Известна конструкция шахтной гидроизоляционной перемычки, включающая бетонную стенку,
контактирующую с вмещающими породами, металлическую трубу-лаз с ограничительными ребрами,
стальную пространственную арматуру и кольцевое уплотнение, выполненное из теплоизоляционного эластичного материала в виде секций с П-образной формой профиля и поперечными ребрами жесткости [1].
Недостатками данной конструкции являются отсутствие возможности доставки и эвакуации горного оборудования и других технологических объектов в перекрываемые части выработок и необходимость
монтажа-демонтажа крышек трубы-лаза при пользовании им. Эти недостатки существенно осложняют и
снижают эффективность ведения технологических, ремонтных и иных подземных работ.
Известна конструкция контактирующей с вмещающими породами гидроизоляционной перемычки,
состоящей из двух стенок, металлической трубы-лаза с люком и камеры, заполненной сжатым воздухом
[2] - прототип. Недостатками такой конструкции являются наличие трубопроводной арматуры внутри лаза, затрудняющей перемещение материалов, инструментов и оборудования; недостаточно надежная гидроизоляция вследствие утечек из воздушной камеры; слабая несущая способность перемычки, не препятствующая развитию трещиноватости в верхнем пласте, что снижает безопасность ведения горных работ.
Задачей изобретения является повышение безопасности и эффективности ведения горных работ в
сложных гидрогеологических условиях.
Поставленная задача достигается тем, что в шахтной гидроизоляционной перемычке, включающей
переднюю и заднюю армированные бетонные стенки, контактирующие с вмещающими породами, соединенные армированным бетонным коробом-проходом, изолированным от породного массива камерой,
заполненной слоем дробленой породы в ее насыщенном водном рассоле, передняя стенка выполнена в
виде арочной плотины, снабженной самоуплотняющимися за счет давления поступающей в выработку
воды двухстворчатыми распашными воротами, а задняя стенка снабжена одностворчатыми воротами,
открывающимися под потолочину короба-прохода с поворотом на 90°, при этом внутренние поверхности
проемов обоих ворот и торцевые поверхности их створок скошены под расчетными углами к оси коробапрохода и облицованы эластичным химически стойким полимерным материалом.
На фигуре представлена шахтная гидроизоляционная перемычка в плане. Она включает переднюю
1 и заднюю 2 бетонные армированные стенки, контактирующие с вмещающими породами 3, бетонный
армированный короб-проход 4, две камеры 5, заполненные дробленой породой в ее насыщенном рассоле,
двустворчатые распашные ворота 6, внутренние поверхности проемов которых, а также торцевые поверхности их створок скошены под расчетными углами к продольной оси короба-прохода и облицованы
эластичным химически стойким полимерным материалом 12, одностворчатые ворота 7, внутренние поверхности проемов которых, а также торцевые поверхности их створок также скошены под расчетными
углами к оси короба-прохода 4 и облицованы эластичным химически стойким полимерным материалом 12.
Шахтная гидроизоляционная перемычка возводится следующим образом.
Для изоляции обводненных выработок во вмещающих породах 3 создаются клиновидные врубы 8
по периметру поперечного сечения выработки 11, поверхность врубов и стенки выработки 11 защищаются набрызгом бетона 9, а вмещающие покровные и подстилающие породы между клиновидными врубами 8, а также за ними - на расстоянии 2/3 ширины выработки в пределах контура 13, определяемого
расчетным путем - обрабатываются тампонирующим раствором через скважины 10, врубы герметизируются эластичным химически стойким полимерным материалом 12.
Между врубами 8 устанавливают опалубку, стальную арматуру и бетонируют монолитный коробпроход 4 с проемами двустворчатых распашных ворот 6 и одностворчатых ворот 7, обеспечивая непосредственный контакт бетона короба с покровной и подстилающей породами. Площадь ворот 6, 7 и поперечного сечения короба-прохода 4 в свету рассчитывается, исходя из технологических требований по
перемещению грузов, оборудования и персонала, обеспечения достаточной механической прочности
короба-прохода 4, с учетом размещения средств управления открытием и закрытием ворот 6 и 7. Стальная арматура передней 1 и задней 2 стенки монтируется с заделкой ее концов в клиновидные врубы 8,
устанавливается опалубка и закладные детали ворот 6 и 7, отливаются передняя и задняя стенки, обеспечивая герметичный контакт с торцевыми стенками короба и заполняя пространство камеры 5 дробленой
породой и ее насыщенным рассолом. Наличие камеры 5 предотвращает растворение контактирующих с
перемычкой горных пород, повышая ее надежность и долговечность. Внутренние поверхности проемов
ворот 6 и 7, скошенные под расчетными углами к оси короба-прохода, облицовываются эластичным химически стойким полимерным материалом 12, а затем монтируются двустворчатые распашные ворота 6
и одностворчатые ворота 7. Все (верхние, нижние и боковые) торцевые поверхности створок ворот 6 и 7,
также скошенные под расчетными углами к оси короба-прохода 4 и контактирующие с проемами ворот и
между собой, имеют облицовку из эластичного химически стойкого полимерного материала. В качестве
эластичного химически стойкого полимерного материала 12 могут быть использованы уретановые эластомеры (Химическая энциклопедия, т. 5, с. 86, например, СКУ-7Л). За счет эластичности материала об-1-
012289
лицовки 12 при закрытии ворот обеспечивается надежная герметизация мест контакта створок ворот 6
между собой и с проемом ворот 6 и, соответственно, створки ворот 7 с проемом ворот 7.
Внутренние поверхности проемов и все (нижние, верхние, боковые) торцевые поверхности створок
ворот 6 и 7 скошены на клин под расчетными углами к продольной оси шахтной гидроизоляционной перемычки, как показано на фигуре. Углы скоса рассчитываются в зависимости от величины гидростатического давления и физико-механических свойств эластичного полимерного материала. Химический состав
породы для заполнения каждой камеры 5 выбирается близким к усредненному составу пород, образующих внешнюю стенку камеры 5. Передняя стенка 1 шахтной гидроизоляционной перемычки имеет форму арочной плотины, обращенной выпуклой частью в сторону обводненной части выработки. Такая
форма позволяет стенке 1 выдерживать более значительное гидростатическое давление в сравнении с
плоской стенкой, выполняя в совокупности с задней стенкой 2, коробом-проходом 4 и заполняющей камеру 5 породой роль искусственного целика. При этом повышается безопасность ведения горных работ,
снижается расход бетона, стальной арматуры и уменьшается время возведения стенки 1. Створки ворот 6
в зависимости от величины проема ворот и расчетной величины гидростатического давления могут выполняться плоскими или при высоких значениях расчетного гидростатического давления - выпуклыми в
сторону обводненной части выработки. Створка ворот 7 выполняется плоской. Конструкция шахтной
гидроизоляционной перемычки позволяет при необходимости автоматизировать открытие и закрытие
ворот 6 и 7, исключить трудоемкие операции монтажа-демонтажа крышек трубы-лаза по сравнению с
прототипом, а также обеспечивает самоуплотнение поверхностей контакта створок ворот 6 и 7 между
собой и проемом ворот.
Шахтная гидроизоляционная перемычка работает следующим образом.
В случае прорыва подземных вод или рассолов в изолированную часть горной выработки 11 и последующего повышения их уровня возрастает гидростатическое давление на стенку 1 и двустворчатые
ворота 6 шахтной гидроизоляционной перемычки, что создает потенциальную опасность прорыва вод
или рассолов в зону ведения горных работ. Однако вместе с ростом силы давления на створки ворот 6
происходит их расклинивающее вдавливание в проем ворот 6 и центрирование, благодаря податливости
эластичного химически стойкого полимерного материала 12, при этом пропорционально вырастают силы, направленные перпендикулярно поверхностям соприкосновения створок и проема ворот 6, обеспечивающие их более плотный и герметичный контакт. Таким образом, с ростом величины гидростатического давления на створки ворот 6 происходит самоуплотнение ворот 6. Кроме того, благодаря наличию
вертикальных составляющих сил, перпендикулярных к поверхностям соприкосновения створок и проема
ворот 6, повышается сопротивление стенки 1 разрушающему действию горного давления и обеспечивается более надежное поддержание кровли выработки.
В случае аварийного прорыва вод или рассолов в пространство между стенками 1 и 2 шахтной гидроизоляционной перемычки по такому же механизму произойдет самоуплотнение ворот 7 и повысится
сопротивление стенки 2 горному давлению.
При пользовании перемычкой доставка и эвакуация горного оборудования и других технологических объектов в перекрываемые части выработок осуществляется без длительных и трудоемких в подземных условиях операций монтажа и демонтажа элементов шахтной гидроизоляционной перемычки.
Для снижения возможной фильтрации в обход перемычки, по ее контактной поверхности с породой, на всем протяжении перемычки устраивается тампонажная завеса путем нагнетания специальных
растворов с помощью скважин 10.
Таким образом, предлагаемая конструкция шахтной гидроизоляционной перемычки позволяет повысить безопасность и эффективность ведения горных работ, а совокупность ее существенных признаков может быть многократно использована при ведении горных работ в сложных гидрогеологических условиях.
Источники информации
1. Патент RU 2219350, опубл. 20.12.2003.
2. А.С. SU 317809, опубл. 15.03.1978 - прототип.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Шахтная гидроизоляционная перемычка, включающая переднюю и заднюю армированные бетонные стенки, контактирующие с вмещающими породами, соединенные армированным бетонным коробом-проходом, изолированным от породного массива камерой, заполненной дробленой породой в ее
насыщенном водном рассоле, отличающаяся тем, что передняя стенка выполнена в виде арочной плотины, снабженной самоуплотняющимися за счет давления поступающей в выработку воды двустворчатыми распашными воротами, а задняя стенка снабжена одностворчатыми воротами гаражного типа, открывающимися под потолочину короба-прохода с поворотом на 90°, при этом внутренние поверхности проемов обоих ворот и торцевые поверхности их створок скошены под расчетными углами к оси коробапрохода и облицованы эластичным химически стойким полимерным материалом.
2. Шахтная гидроизоляционная перемычка по п.1, отличающаяся тем, что двустворчатые распашные ворота выполнены выпуклыми в сторону обводненной выработки.
-2-
012289
Евразийская патентная организация, ЕАПВ
Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
-3-