Для предотвращения прососов воздуха в выработанное пространство через целики угля и породный массив яз действующих выработок возводятся изолирующие рубашки. Для поддержания герметичности изолирующих перемычек, арок и рубашек в период их эксплуатации применяют различные изолирующие покрытия.
Изолирующие перемычки
Назначение изолирующих перемычек - предотвращение прососов воздуха к скоплениям угля, оставляемого в выработанном пространстве отработанных выемочных полей и участков. Возводить изолирующие перемычки следует по возможности в местах, наименее подверженных влиянию очистных работ, и не ближе 5 м от сопряжения выработок.
Таблица 3.4
Средства механизации для возведения изолирующих полос из твердеющих материалов на основе золы-унос
| Показатели | Установки (агрегаты) для приготовления и подачи твердеющего раствора | Бетоноукладочный комп- лект БУК-2 | Растворонасосы | Машины для пневматического транспортирования сухих смесей | |||||
| УТТ | Монолит -2 | Темп-2 | Пневмолит-2 | СО-49В | НБ-32 | ПМБ-2э : | СБ-67 | ||
| Производительность, м3/ч | 3 | 7... 9 | 7.. .9 | 7.. .9 | 5 | 4 | 32 | 4... 6 | 4 |
| Максимальное давление, МПа (кгс/см2) | 1,5(15) | 1(10) | 1(10) | 1(10) | 0.6(6) | 1,5(15) | 4(40) | 0,28(2,8) | 0,5(5) |
| Мощность привода, кВт | 2,5 | 15 | 15 | 15 | - | 4 | 25 | 8,3 | 4,5 |
| Дальность додачи, м | 100 | 50 | 200 | 40 | 300 | 160 | 200 | 200 | 200 |
| Габаритные размера, мм: длина | 2700 | 2100 | 2310 | 2300 | 2440 | 2500 | 1860 | 3400 | 3450 |
| ширина | 1000 | 980 | 650 | 660 | 1250 | 950 | 1000 | 1220 | 1100 |
| высота | 1600 | 660 | 1050 | 830 | 2325 | 1150 | 1455 | 1680 | 1600 |
| Масса, кг | 1250 | 444 | 420 | 500 | 2600 | 560 | 1040 | 3100 | 1000 |
| Вместимость по загрузке, м3 | 0,17 | Непрерывная подача | Непрерывная подача | Непрерывная подача | 0,5 | — | — | 2 | 0,35 |
| Предприятие-разработчик | ВНИИГД | ВНИИГД | ВНИИГД | ВНИИГД | ВНИИОМШС | ЦНИИТЭ-строймаш | - | ВНИИОМШС | ЦНИИподземмаш |
Материалы, применяемые для возведения перемычек, и их конструкции следует выбирать исходя из конкретных геологических и горно-технических факторов. Размеры вруба для возведения перемычек определяются состоянием вмещающих пород. Толщина перемычек зависит от ожидаемого горного давления и величины поперечного сечения горной выработки.
Бетонитовые перемычки наиболее целесообразно сооружать для изоляции погашаемых выработок, выемочных долей и участков.
Порядок сооружения бетонитовых перемычек о ледащий. После выполнения подготовительных операции до заготовке материала, зачистка выработки, установке дополнительного крепления приступают к разделке вруба. Вруб в почве заливают цементным раствором толщиной 8...10 см, тем самым, выравнивая постель для последующей укладки бетонита.
В зависимости от места установки в ожидаемого горного давления толщина перемычки составляетI ; 1,5; 2; 2,5 или 3 бетонита. Пространство между бетонитами, кладкой в вмещающими породами тщательно заполняется раствором. Кладку бетонита необходимо производить на цементном растворе 1:2 или 1:3 в зависимости от марки цемента и условий эксплуатации перемычки. Поверхность перемычки с доступной стороны штукатурится в белится. Нормы расхода материалов для возведения бетонитовых перемычек приведены в табл.3.5.
Таблица 3.5
| Наименование материала | Расход материала на 1 м3кладки перемычек |
| Бетонит, шт | 62... 65 |
| Цемент, кг | 56... 60 |
| Песок (сухой), кг | 120... 180 |
Бетонные перемычка могут возводиться в любых выработках. Учитывая высокую трудоемкость работ, наиболее целесообразно отроить их в тех местах, где напор вода или пульпы может достигатьI кг/см2. При гидростатическом давлении болееI кг/см2сооружается специальные водоупорные перемычки.
Толщина бетонных перемычек в зависимости от ожидаемого гидростатического в горного давленая обычно принимается 0,5; 0,75; 1,0 м, После производства вруба возводится опалубка. При этом со стороны действующей выработки ее возводят по мере укладки бетона. Укладка бетона ведется от бортов к центру перемычки с тщательным утрамбовыванием.
После снятия опалубки поверхность перемычки затирается раствором (Ц:П = 1:4) и белится. Примерный расход материалов на приготовлениеI м3бетона приведен в табл.3.6.
Таблица 3.6
| Сечение выработки, м2 | Нормаpa схода | ||||
| Цемент | Песок, м3 | Щебеньм3 | Вода, | ||
| кг | м3 | ||||
| 1:2:3 1:2:4 1:3:5 | 360 300 223 | 0,270 0,225 0,167 | 0,50 0,45 0,42 | 0,75 0,90 0,85 | 0,15 0,13 0,12 |
Гипсовые перемычки представляют собой монолитную конструкцию из гипса, возводимую с помощью агрегатов "Пневмолит", "Монолит" или комплекса для дистанционного (до 200 м) возведения - "Темп-2". Толщина перемычки зависит от сечения выработки и качества гипса
(табл.3.7).
Таблица 3.7
| Сечение выработки, м2 | Толщина перемычки, м | |
| Из высокопроч- ного гипса | из строительного гипса | |
| 4... 6 Более 6, но менее 12 Более 12 | 1,0 1,5 2,0 | 1,3 1,6 2,3 |
Перед возведением перемычки убираются затяжки, отслоившаяся порода, зачищается почва. Затем устанавливается опалубка и обтягивается тканью (мешковиной и др.). Зазоры между опалубкой я вмещающими породами уплотняют мешковиной или набрызгом гипса и приступают к заполнению пространства между опалубкой гипсовой смесью. Расход гипса (Q ) для возведения перемычки определяется ориентировочно по формула!
Q =VKγ , т
гдеV - объем заполняемого межопалубочного пространства, м3;
γ - объемная масса ипса (для высокопрочного γ = 1,3 т/м3;
для строительного γ =1,1 т/м3);
К - коэффициент, учитывающий потери гипса, К = 1,15.
После этого производится набрызг гипсового раствора на обнаженную поверхность (боков и кровли) выработай, примыкающей к перемычке.
В случае трещиноватых боковых пород закрепное пространство на протяжении 2,5 и по обе стороны перемычки также заполняется гипсовой смесью.
Заданной прочности гипсовая смесь достигает примерно через 1,5 часа. Гипсовые перемычки можно возводить в любых выработках кроме выработок о капежом.
Двойная перемычка с подыливаниемсостоит из двух опорных перемычек, расположенных одна от другой на расстоянии не менее б м, пространство между которыми заполняется заиловочной пульпой. Конструкция и размеры опорных перемычек зависят от высоты столба пульпы (ожидаемого давления) и характеристики вмещающих пород.
Материалом для опорных перемычек может быть бетонит или бетон. Величина врубов, строительные параметры и способ возведения опорных перемычек аналогичны описанным выше одинарным бетонитовым и бетонным перемычкам. Трубы для отбора проо воздуха и нижняя труба для выпуска осветленной воды снабжаются плотными заглушками. Две трубы, одна - для подачи пульпы, другая (верхняя) - для выпуска осветленной воды, заводятся в купол, выбранный в верхней части выработки.
Заиливание пространства между перемычками может осуществляться песчано-глинистой пульпой, золой-унос электростанций, флотохвостами обогатительных фабрик. С целью уменьшения расхода заиловочного материала возможно заполнение пространства между перемычками породой.
Пространство между перемычками заиливают в несколько приемов в зависимости от консистенции пульпы (Т:Ж).
Консистенция пульпы зависит главным образом от насосной установка. Для двойной изолирующей перемычки консистенция пульпы должна находиться в пределах 1:1.,.1:3.
Изолирующие рубашки
Размеры изолирующих рубашек (рис.3.3), их конструкция, а, следовательно, материал и технология возведения предопределяются протяженностью, характером разрушения пород, сечением выработки с видом крепи. Изолирующие рубашки возводятся по всему периметру, либо по одному из боков или кровле выработки. Они не должны уменьшать сечение действующих выработок. В зависимости от условий изолирующие рубашки возводятся с помощью опалубки или баз нее.
набрызговые из твердеющей пены тампонажные из твердеющей пены
рис. 3,3. Изолирующие рубашки
При возведении бетонных рубашек с помощью опалубки работы выполняются в такой последовательности.
На участке, где возводится рубашка, удаляются затяжки, обирается порода по всему периметру выработки. По концам этого участка делаются пазы (врубы) для открылок глубиной 40...50 см. В почве вдоль бортов выработки выбирается котлован для фундамента на глубину 30 см. Устанавливают опалубку, за которую укладывают бетон и тщательно его утрамбовывают. После затвердевания бетона (7...8 дней) снимают опалубку, заполняют раствором имеющиеся раковины и производят побелку поверхности рубашки.
Деревянную крепь заменяют металлической. Для приготовления бетона используют цемент марки 400...600. В качестве заполнителя берут щебень, песок, гравий. Количество воды - примерно 65 % от веса сухой смеси. Для ускорения твердения в бетонную смесь вводится жидкое стекло или хлористый кальций, хлористый натрий (1,5...3,0 % от массы цемента). Марка бетона должна быть не ниже 150...200. Возводятся такие рубашки, как правило, в капитальных выработках с установившимся горным давлением.
При возведении безопалубочной бетонной (растворонаметной) изолирующей рубашки необходимо удалить или заменить поломанные затяжки, очистить стенки и кровлю выработки от нависающих кусков порода, обмести пыль. Перед заполнением закрепного пространства песчано-цементной смесью на поверхность подготовленного участка выработки наносится слой торкретбетона толщиной 7...10 см. Торкрет бетон выдерживают 24 часа, после чего приступают к заполнению (тампонированию) закрепного пространства. Рецептура раствора: для торкретирования Ц:П:В = 1:3:0,5; для тампонирования соответственно 1:3:2 или 1:5:2.
При этом марка цемента для торкретирования должна быть не ниже 400, а для тампонирования - не ниже 300. В качестве ускорителя схватывания рекомендуется жидкое стекло (3...4 % от массы цемента).
Для выполнения этих работ рекомендуется использовать установку УТТ, предназначенную для торкретирования и тампонирования. Эти работы можно выполнять также и с помощью машины БМ-60 или БУК-2. Последняя может быть применена только в выработках высотой более 2,7 м.
Такие рубашки можно возводить в любых выработках, в том числе и в местах с неустановившимся горным давлением, как временное средство изоляции.
Арки
B проекте подготовки выемочного участка иди очистного забоя
на плане горных выработок должно быть четко указано место расположения арок. В пояснительной записке к проекту (в специальных мероприятиях по технике безопасности) указываются конструкция арки (ниши для хранения материалов), вид и объемы материалов, необходимых для возведения арки и закладки проемов, а также технология выполнения этих работ. В качестве материала для возведения арок рекомендуется бетонит или бетон.
Бетонитовые пожарные арки(рис.3.4) возводятся аналогично бетонитовым перемычкам. Специфической особенностью при сооружении арки язляется необходимость оставления по бокам проема выступов бетонитов (путем смещения горизонтальных рядов) для осуществления перевязки в рядах при закладке проема. При этом размер арки должен быть таким, чтобы проем заполнялся целым числом бетонитов. Сверху проем арки перекрывается всплошную рельсами тяжелого типа или двутавром № 20. Выше перекрытия тело противопожарной арки возводится из бетона и цементного раствора.
Для кладки бетонитов необходимо использовать раствор Ц:П = 1:1 или 1:2. Крепление на протяжении 5 м по оба стороны от арки усиливается и изготавливается из несгораемого материала. Бетонитовые арки можно возводить в любых выработках.
Бетонные пожарные арки(см.рис.3.4) строятся в такой последовательности. Делается вруб с расширением в верхней части. Опалубка возводится (наращивается) по мере укладки бетона. После возведения арка до перекрытия укладывают балки перекрытия (рельсы иди двутавр) и продолжают бетонирование. Верхнюю часть вруба заполняют раствором (Ц:П = 1:2) с помощью установки УТТ или растворонасоса, перекрыв расширение опалубкой.
После отвердевания раствора убирают опалубку, заполняют раковины и пустоты на сопряжении тела арки с вмещающими породами. Затем с обеих сторон арку штукатурят (затирают) цементно-песчаном раствором (Ц:П = 1:1). Технология укладки батона и его рецептура аналогичны описанным в разделе "Бетонные перемычки".
Изолирующие покрытия
Для поддержания герметичности изолирующих сооружений применяют различные штукатурные и изолирующие составы.
Цементный раствор применяется для покрытия бетонитовых и бетонных перемычек, пожарных арок и изолирующих рубашек.
Рис. 3.4. Противопожарные арки
Штукатурный цементно-песчаный раствор должен быть Ц:П = 1:2. В обводненных выработках следует применять сульфатостойкий портландцемент. Ремонт и герметизация изолирующих сооружений, предназначенных для удержания вод с большим давлением, должны осуществляться раствором состава Ц:П =1:1.
Силикатный раствор (табл.3.8) также используют для герметизации изолирующих сооружений из бетонита, кирпича и та бетона.
Таблица 3.8
Материалы для приготовления силикатного раствора
| Материалы | Соотношение частей | Характеристика материалов | |
| по массе | по объему | ||
| Цемент | 1,7 | 2.2 | Портландцемент марки 400. ..500 |
| Известь | 1,5 | 0,9 | Молотая кипелкаI . .II сорта или пушонкаI сорта |
| Песок | 0,4 | 0,6 | Речной с частицами 0,2... 0,5 мм |
| Вода | 1,7 | 1,7 | |
| Жидкое стекло | 0,6 | 0,8 | Модель 2,5; плотность 1300. ..1500 кг/м3 |
Изолирующая мастика может применяться для герметизации изолирующих сооружений из любых материалов. Представляет собой дисперсную массу частиц битума в смеси воды с твердым эмульгатором, в состав которой входят: битум БН-Ш - 20 %; известь - 6,5 %; инертная пыль - 40 %; вода - 33 %; борная кислота (порошок) - 0,5.
При испарении влаги мастика превращается в пластичный материал, обладающий высокой воздухонепроницаемостью.
3.5. Изоляция выработанного пространства от поверхности.
Одной из основных причин подземных пожаров, является воздухообмен между выработанным пространством и атмосферой поверхности. Он происходит при выходе горных выработок на поверхность; появлении провалов и трещин на поверхности, образовавшихся при ведении подземных горных работ; при выемках на поверхности оставшихся при разработке пластов открытыми горными работами; при наличии на выходах пластов воздухопроницаемых пород, например горельников.
Для предупреждения подземных пожаров наряду с тщательной изоляцией отработанных и пожарных участков от действующих выработок в шахте необходимо принимать меры по изоляции их от поверхности.
ликвидируемые выработки должны быть полностью засыпаны негорючими материалами, в качестве которых используют местные рыхлые породы наносов или привозные коренные породы. При использовании привозных пород устья выработок на 5 м от поверхности засыпают плотными рыхлыми породами (глиной, суглинком) и утрамбовывают.
При засыпке выработок деревянная крепь должна быть извлечена на глубину 3...5 м от устья.
Выработки, подлежащие временной консервации, вместо засыпки перекрывают полками и перемычками.
В этом случае для перекрытий используют два железобетонных полка или два полка из металлических балок или рельсов. Один из полков устанавливают на глубине залегания коренных пород, но не ближе 10 м от поверхности, а другой - на уровне поверхности. В вентиляционных выработках нижний полок устанавливают ниже канала вентилятора. В горизонтальных выработках вблизи от сопряжения их с вертикальными производят возведение двойных бетонных или кирпичных перемычек.
При временной консервации наклонных стволов а уклонов устья их закрывают кирпичными, каменными ига бетонными перемычками. В горизонтальных выработках вблизи сопряжения их с наклонными так же как и при консервации вертикальных выработок, возводят двойные перемычки.
При ликвидации скважин, соединяющих действующие выработки с поверхностью, в них со стороны шахты возводят прочные бетонные или деревянные пробки. Затем скважины засыпают.
После окончания работ по ликвидации вертикальных или наклонных выработок вокруг их устьев должно быть поставлено прочное ограждение из дерева, колючей проволока или металлической сетки. Устья всех ликвидированных выработок должны быть ограждены водоотводными канавами для стока весенних и дождевых вод.
В результате ведения горных работ происходит обрушение вмещающих горных пород и пород, перекрывающих выходы пластов, с образованием провалов и трещин на поверхности.
Размеры провалов зависят от глубины ведения горных работ, мощности и угла падения угольного пласта, свойств боковых пород, мощности рыхлых отложений над выходами пласта, система разработки, скорости и направления подвигания очистных забоев.
Провалы, образующиеся при разработке первого и второго этажей на пластах мощностью до 3 м, представляют собой обычно отдельные
воронки обручений. На более мощных пластах угля провалы имеют оврагов, размеры которых вкрест простирания равны трех-, пятикратной мощности пласта, а по простиранию - размерам выемочного участка. Глубина провалов изменяется от 5 до 20,..30 м
я более.
Сдвижение горных пород в результате подземной разработки приводит и к образованию серии трещин, через которые, так же как и через провалы, возможен воздухообмен между подземными выработками и поверхностью.
Для изоляции горных выработок от проникновения в них воздуха и предупреждения возникновения подземных пожаров все провалы поверхности, образовавшиеся при отработке мощных пластов, подлежат засылке. Засыпка провалов должна обеспечить надежное перекрытие выходов пластов, трещин и коренных пород. Изоляционная подушка, создаваемая для этого, должна быть не менее 3 м, считая от уровня коренных пород. Борта провалов должны иметь пологие склоны.
Для засыпки провалов используются рыхлые отложения, перекрывающие коренные порода. Грунт послойно срезается бульдозерами и перемещается ими в провал. Минимальная мощность наносов, оставляемых над коренными породами, должна быть не менее 3 м.
На участках, опасных по прорывам глин, засыпку провалов рекомендуется производить рыхлыми породами вперемежку с привозными коренными породами.
Для приведения провалов в безопасное состояние перед засыпкой необходимо взрывным способом ликвидировать навесы и произвести выполаживание бортов. Для этого на определенном расстоянии вдоль кромки провала бурят шпуры и скважины или проходят неглубокие шурфы. В них помещают заряда ВВ, засыпают их забойкой и взрывают.
При мощности наносов до 3 м засыпку провалов следует производить привозным рыхлым грунтом, а на участках, опасных по прорывам глин, - привозными коренными породами. В этом случае породу автосамосвалами транспортируют и складируют по бортам провала, а затем бульдозерами перемещают в провал. После заполнения провала материал засыпки уплотняют бульдозерами, а склоны отвала выполажавают.
Работу по засыпке провалов необходимо вести круглый год. Мерзлую корку наносов в зимнее время следует рыхлить. Рыхление корки производиться на площади, ширина которой равна ширине траншей, образуемой бульдозером (3...3,5 м), а длина - не более 30...40 м.
Взрывание производят до начала работы бульдозера. Взорванная корка перемещается бульдозером в провал и поверх нее насыпаются талые рыхлые отложения, разрабатываемые бульдозером в образовавшейся траншее.
Разработка талых пород ведется непрерывно для того, чтобы не допускать их промерзания. Одновременно производится бурение скважин для следующей траншеи.
Для засыпки провалов в зимнее время целесообразно вдоль выходов пластов на месте образования провалов летом заготовлять материал в штабеля.
При образовании провалов заготовленным материалов заполняют воронки обрушений. Летом на этих участках производят зачистку поверхности и выравнивают провалы бульдозерами.
На участках, не опасных по прорывам глин и имеющих достаточное количество рыхлых отложена!, штабеля создают из местного материала, который перемещают на предполагаемые места образования провалов,
В местах, где отсутствуют наносы, штабеля можно заготавливать из любых привозных негорючих материалов, в том числе из рыхлых глинистых пород.