Инструкция по изоляции выработок и выработанных пространств в угольных шахтах (стр. 4 )

Перемычки сооружают в той же последовательности, что и обычные (врубовые) бетонные. Для этой цели со стороны изолируемого пространства устанавливают две-три деревянные стойки 4, к которым прибивают доски 5 опалубки. Опалубку со стороны действующих выработок возводят по мере укладки бетона.

Затем в кольцевой паз через трубу в несколько приемов закачивают цементный раствор (Ц:П-1:1) или раствор цементных смесей под давлением 0,3- 0,5 МПа. Цементный раствор заполняет пустоты и трещины в породах и скрепляет с ними арматуру, анкера и спецпрофиль. Созданный цементный пояс уплотняет контакт тела перемычки с породами. После схватывания бетона (через 7-10 дней) опалубку снимают, цементным раствором выравнивают поверхность бетона, заделывают раковины и пустоты в перемычке и сопряжении с породами. Затем перемычку железнят или покрывают защитным полимерным слоем.

Вместо бетона могут применяться любые составы на основе цементных смесей, допущенных к применению в угольных шахтах. Схема возведения безврубовых перемычек из подобных составов приведена на рисунке 18.

При применении цементных смесей необходимо постоянно контролировать температуру воды, используемой для приготовления бетонного теста. При температуре воды несоответствующей требованиям «Паспорта...» или ТУ для данной цементной смеси процесс изготовления бетона необходимо прекратить и принять меры по выполнению требуемых условий.

Перемычки из составов на основе цементных и полимерных смесей получили широкое распространение на шахтах Кузбасса вследствие того, что их возведение характеризуется высокой технологичностью и сравнительно малыми затратами времени.

Расчет прочности перемычек производится по методике ГД» следующим образом.

Результат воздействия на конструкцию давления, меняющегося со временем, зависит от соотношения времени действия сил τд и времени релаксации системы τр. Для упругих систем время релаксации обычно заменяется периодом собственных колебаний Т0. Анализ импульсных воздействий на элементы конструкций свидетельствуют о том, что если τд / Т0 > 1, то смещения и деформации системы пропорциональны действующей силе. При τд/Т0.<1 деформации и смещения пропорциональны импульсу УВВ.

Для перемычек толщиной от 2 до 5,0 м выполняется критерий τд/ Т0.>>1 во время действия импульсной нагрузки в диапазоне от 1,0 до 6,0 с. Поэтому расчёт перемычек может быть выполнен в квазистатической постановке с учётом динамических эффектов. Методика вычисления давления, эквивалентного действию на перемычку УВВ с амплитудой Ар, сводится к следующему.

Определяется величина давления отражения:

Δ Р = Ар – Ратм, (1)

Δ Ротр = Δ Р [2+6 / (1+7 · Ратм / Δ Р)], (2)

где Δ Р – избыточное давление во фронте УВВ, МПа;

Р – амплитуда давления в УВВ, МПа;

Рисунок 18 - Технологическая схема возведения безврубовых перемычек на основе цементных смесей:

1 - насосный агрегат; 2 - кран регулирования подачи воды; 3 - кран подачи воды от ПОТ; 4 - кран для промывки камеры насосного агрегата; 5 - тройник с кранами для аварийной промывки системы; 6 - растворопровод; 7 - тройник с кранами для промывки растворопровода; 8 - труба Æ 50; 9 - труба контрольная; 10 - локальный вруб; 11 - внутренняя обшивка опалубки (полиэтилен, полипропилен, мешковина, брезент); 12 - отшив из обрезных плах (доска к доске); 13 - распорные стойки; 14 - труба пробоотборная; 15 - труба водоотводная с гидрозатвором

Ратм – атмосферное давление, МПа;

Δ Ротр – давление отражения, МПа.

Таким образом, давление отражения в 3 – 7 раз может превышать избыточное давление в УВВ, распространяющейся по горным выработкам.

Квазистатическая нагрузка, эквивалентная давлению отражения, вычисляется с помощью соотношения:

Δ Рэ = Δ Ротр kд , (3)

где kд - коэффициент динамичности.

Значения коэффициента динамичности для перемычек, подвергающихся нагружению УВВ, выбираются в диапазоне от 1 до 2. Чем меньше длительность ударного импульса, тем большее значение коэффициента динамичности должно быть использовано для вычисления эквивалентной нагрузки.

Схема расчёта

Взрывоустойчивая безврубовая перемычка рассчитывается как шарнирно опёртая плита прямоугольной формы высотой b и шириной а. Значения b и а могут вычислены при известном соотношении высоты к ширине выработки η = b/а по заданной площади поперечного сечения выработки

S = a·b = a2 η. При известной площади и отношении высоты к ширине выработки приведённая ширина и высота выработки может быть вычислена по формуле:

а = / η, b = а · η. (4)

Далее задаётся или определяется по уравнениям (1) – (3) эквивалентное давление на перемычку.

Затем задаются прочностные характеристики материала, используемого для возведения перемычки. Δ Рэ

Нормативное сопротивление на сжатие, Rсж.

Нормативное сопротивление на растяжение при изгибе, Rраст.

Нормативное сопротивление на сдвиг, Rсдв = 0,24 Rсж.

Нормативная адгезионная прочность, Rадг.

Коэффициент запаса прочности для материала перемычки (изменяется в пределах 0,8 – 1.0), kз.

Минимальная толщина безврубовой перемычки принимается равной максимальному значению из двух расчётных величин δ1 и δ2 :

δр = max { δ1 , δ2 }, (5)

где δр – расчётная толщина перемычки, м;

δ1 – толщина плиты перемычки, обеспечивающая её прочность на изгиб под действием эквивалентного давления, м;

δ2 – толщина плиты перемычки, обеспечивающая прочность её закрепления по контуру, м.

Толщина h1, обеспечивающая прочность на изгиб плиты монолитной перемычки при b < а, определяется по формуле:

δ1 = b . (6)

При b > а уравнение (6) имеет вид:

δ1 = а.

Минимальная толщина δ2 , обеспечивающая прочность её закрепления по контуру при Rадг< Rсдв, определяется по уравнению:

δ2 = ΔРэ a b/[2 (a + b) Rадг kз]. (7)

В случае Rадг>Rсдв в уравнении (3.7) Rадг заменяется на Rсдв.

Пример расчёта

Выработка арочной формы имеет сечение 10 м2 вчерне при соотношении η = b/а = 1,0. Определить толщину безврубовой перемычки из цементной смеси Текбленд при амплитуде Р=0.3 МПа. Атмосферное давление Ратм = 0.1 МПа.

По уравнению (3.4) находим: a = b = 3,16 м.

По уравнениям (3.1) – (3.3) определяем: ΔР = 0,2 МПа; ΔРотр = 0,66 МПа; ΔРэ = 0,8 МПа при kд = 1,2.

Используем для возведения перемычки цементную смесь Текбленд со следующими прочностными характеристиками: Rсж = 7,5 МПа; Rраст = 2,0 МПа; Rсдв = 1,8 МПа; Rадг = 0,5 МПа; kз = 1,0. Подставив все значения в (3.6) и (3.7), имеем: δ1 =1.0 м; δ2 =1,3 м.

С учётом (3.5) окончательно принимаем толщину взрывоустойчивой перемычки равной 1,3 м.

При принятии kз равным 0,8 толщина перемычки возрастает до 1,5 м, а при kд = 1,5 толщина δ2 достигает 1,9 м.

Расчёт элементов усиления

Схема усиления взрывоустойчивых перемычек с дополнительным креплением опорных элементов (швеллеров) по её контуру на анкерных болтах.

Количество анкерных болтов и сечение швеллеров рассчитываются исходя из требования увеличения эквивалентного давления ΔРэ до ΔРэ' без увеличения толщины перемычки.

Величина погонных усилений ΔQ1 (МПа·м), воспринимаемых элементами усиления безврубовой перемычки по её контуру, вычисляется по формуле;

ΔQ1 = (Δ Рэ' / Δ Рэ -1) δ2 Rадг· kз (8)

Минимальное количество анкерных болтов, используемых для крепления опорных швеллеров в почве и кровле (n1) и в боках выработки (n2), рассчитывается по формулам

, (9)

где F – усилие, воспринимаемое одним анкером, МН.

Общее количество анкерных болтов рассчитывается путём суммирования анкеров по периметру перемычки. Расчёт усилий на анкерные болты проводится из условий прочности анкера на срез, учитывая заведомо обеспеченную прочность заделки анкеров в горную породу. Расчёт выполняется, исходя из предполагаемого использования стандартных анкеров, имеющих заделку на глубину 1,0 – 1,8 м и диаметр 16 и 20 мм. Предельные усилия на срез для этих анкеров соответственно равны 0.0353 и 0.0535 МН.

Расчёт сечения опорных швеллеров, усиливающих перемычку по контуру, выполняется с учётом прочности материала перемычки. Предельная погонная нагрузка, передаваемая на швеллер контурного усиления без разрушения материала перемычки, рассчитывается по формуле:

Qб = Rсж· ΔY, (10)

где Rсж – сопротивление материала перемычки на сжатие, МПа,

ΔY – ширина швеллера на который опирается перемычка, м.

Сечение швеллера контурного усиления подбирается так, чтобы выполнялось неравенство:

ΔQ1 ≤ Qб (11)

Крепление швеллеров осуществляется с помощью анкерных болтов. Располагать анкерные болты целесообразно на одинаковом расстоянии друг от друга. Минимальное количество анкерных болтов, применяемых для крепления каждого швеллера контурного усиления, следует принять равным 3.

При значениях n1 >3 или n2 >3, расстояние между анкерными болтами можно рассчитать по известным значениям a, b, n1, n2 :

Δ a = a1/ (n1-1), Δ b =b / (n2 -

Пример. Перемычку толщиной 1,3 м, возведённую из цементной смеси Текбленд, усилить на воздействие эквивалентной нагрузки 0,9 МПа.

По уравнению (8) находим Δ Q1 = (0,9/0,8 -1) ×1,3×0,5·1,0 = 0,08 МПа·м.

Используем анкера диаметром 20 мм и по уравнению (3.9) определяем

n1 = 0,08·3,15 / 0,0535 =5; n2 =5.

Принимаем для усиления швеллер № 10 с шириной полки 46 мм. По (10) определяем Qб = 7,5·0.046 = 3,45 МПа·м, т. е. выполняется условие (11).

С учётом (3.12) находим расстояние между анкерами:

Δ а = 3,16 / 4 ≈ 0,8м; Δ b = 0,8 м.

Длину анкеров в кровле и боках выработки принимаем равной 1,8 м; в почве – 1,0 м. Расход анкеров – 20 шт.; швеллера № 10 – 12,6 м.

Схема усиления взрывоустойчивости перемычки путём возведения

«прилива»

В этом случае новая расчётная толщина перемычки δ2' определяется по уравнению

δ2' = (Δ Рэ' / Δ Рэ) · δ2, м. (13)

тогда толщина «прилива» Δ δ2 равна разнице δ2' - δ2.

Пример. Перемычку толщиной 1,3 м, возведённую из цементной смеси Текбленд (расчёт в п. 3), усилить «приливом» на воздействие эквивалентной нагрузке 0,9 МПа.

По (3.13) находим δ2' = (0,9 /0,8) · 1,3 = 1,5 м. Толщина «прилива» равна 0,2 м. При удельном расходе 0,6 т на 1 м3 перемычки дополнительный расход Текбленда на возведение «прилива» составит 1,2 т (0.2 м · 10 м2 · 0,6 т/м3).

ПЕРЕМЫЧКИ ДЛЯ НАКЛОННЫХ И ВЕРТИКАЛЬНЫХ

ВЫРАБОТОК

Изолирующие сооружения, возводимые в наклонных (более 300) и вертикальных выработках, отличаются тем, что тело перемычки сооружают на опорной плите. Опорную плиту изготавливают из рельсов Р-18, Р-24, двутавровых балок №10 и 12 или из швеллеров № 10 и 12, которые заводят во вруб.

При выборе размеров вруба необходимо учитывать не только возможность возведения воздухонепроницаемой перемычки, но и создания конструкции, способной нести массу изолирующего сооружения и противостоять давлению горных пород. Перемычка должна сооружаться в крепких нетрещиноватых углях и породах. При необходимости возведения перемычки в нарушенных породах последние укрепляют с помощью цементации. В выработках перемычки устанавливают по нормали к почве на расстоянии не менее 5 м от пересечения выработок.

Перед началом работы на расстоянии 1,5-1,7 м ниже перемычки необходимо возвести вспомогательный полок, который предназначается для удобства ведения работ и предохранения от падения в выработку материалов и оборудования, а также для их размещения во время возведения перемычки. В устье выработки, не выше 20 м от места работы, возводят прочные заграждения.

Перемычки в наклонных и вертикальных выработках могут быть глухими и с лядами (дверьми). Ляда выполняется из металлических уголков и листового железа с резиновыми уплотнителями. Она должна открываться только вверх и быть герметичной. Размеры прохода, оборудованного лядой, должны быть не менее 0,7×0,7 м.

Для спуска воды и контроля за температурой и газовым составом в изолированном пространстве в перемычку заделывают две трубы. Если перемычка подыливается, то закладывается третья труба, которая должна быть выше заиловочной пробки на 1 м. Трубу для спуска воды делают U - образной формы. Верхний конец ее должен размещаться на высоте 1,5-2,0 м от перемычки и иметь перфорацию. Труба для измерения температуры и набора проб должна находиться рядом с лестницей и закрываться заглушкой. В перемычках, где для усиления изоляции используют глинистую пульпу, контрольная труба должна быть выше изолирующей пробки (подушки) на 1 м.

При подыливании перемычки снизу, кроме контрольной, в ее теле устанавливают еще две трубы: для подачи пульпы и выпуска осветленной воды. Конец трубы для подачи пульпы должен находиться на 1,5 м выше заиливаемой зоны. Трубу для выпуска воды оборудуют гидрозатвором и делают короче заиловочной на 0,5 м.

Вместо подыливания можно использовать подачу за перемычку составы из негорючих органоминеральных смол с коэффициентом расширения 20 и более, обладающих после затвердевания водостойкостью.

Перемычки в наклонных и вертикальных выработках при большом горном давлении боковых пород выполняют из брусьев, а при значительном сроке службы - из бетона или кирпича. Крепление выработки ниже перемычки на расстоянии 3 - 4 м должно быть усилено, а борта верхней части вруба перетянуты железобетонными затяжками.

Работы по возведению перемычки начинают с подвески крепления к опорному венцу. Подвеска осуществляется при помощи крючков или канатов таким образом, чтобы каждый нижележащий венец был прикреплен к вышележащему и через него к опорному. Затем снимают три-четыре венца и приступают к разделке вруба. После окончания работ по возведению перемычки подвешенные венцы закрепляют стойками.

Перемычки, за состоянием которых невозможно организовать систематический контроль, сверху засыпают инертными материалами. В сухих выработках для этой цели используют сланцевую (инертную) пыль (толщина слоя 2 - 3 м). В выработках, имеющих капеж или приток шахтных вод, применяют пластичную глину, которую укладывают на перемычку слоем 0,8 - 1,0 м и тщательно трамбуют. Трубы для набора проб воздуха в изолированном пространстве и спуска воды должны иметь такую длину, чтобы верхний конец первой был выше "подушки" из инертного материала на 0,5 - 0,7 м, а второй - на 0,2 - 0,3 м. Тупик у перемычки со стороны действующих выработок должен проветриваться.

Перемычка брусчатая

Брусчатые перемычки (рисунок 19) следует возводить в скатах, печах, шурфах и уклонах сечением до 11 м2 при наличии большого горного давления. Перемычки этого типа сооружают глухими в местах, имеющих свободный доступ из выработок, расположенных выше. Технология возведения брусчатых перемычек состоит в следующем.

После подвески крепления к опорному венцу в месте возведения перемычки по периметру выработки убирают крепление и делают вруб глубиной не менее 0,5 м по породе и 1 м по углю. Затем по короткой стороне выработки в дополнительные углубления во врубе укладывают балки 1 на расстоянии 0,5-0,7 м друг от друга.

Рисунок 19 – Перемычка брусчатая

На балки размещают первый ряд брусьев сечением 0,16×0,16 м, концы которых заводят во вруб с одной стороны выработки, причем длинные брусья 2 надставляют короткими 3. Концы брусьев второго ряда 4 заводят во вруб с другой стороны выработки. Кладку брусьев производят на цементном растворе или мастике. Перед укладкой последнего ряда необходимо заполнить цементным раствором все пустоты между брусьями, балками и породами вруба. Третий ряд брусьев заливают цементным раствором (раствором цементных смесей) 5 слоем 0,03 – 0,05 м. После затвердевания цемента поверхность перемычки штукатурят, железнят и белят. Под первый верхний от перемычки круг устанавливают дополнительное крепление.

Перемычка кирпичная (бетонитовая)

Кирпичные (бетонитовые) перемычки (рисунок 20) следует возводить в скатах, сбойках, гезенках, шурфах, бремсбергах и уклонах сечением до 10 м2 в свету.

Рисунок 20 – Перемычка кирпичная (бетонитовая)

При наличии свободного подхода к перемычке с вышележащей выработки порядок ее сооружения следующий.

После подвески крепления к опорному венцу по периметру наклонной выработки делают вруб глубиной не менее 0,5 м по породе и 1 м по углю. Во врубе на короткой стороне выработки в дополнительные углубления укладывают металлические балки 1 на расстоянии 0,5 - 0,7 м друг от друга. При сечении выработки менее 4 м2 укладка балок не обязательна.

По длинной стороне выработки укладывают рельсы 2 с расстоянием между центрами 285 мм. Пространство между рельсами закладывают кирпичом 3. Затем кирпич, рельсы и пространство между рельсами и балками во врубах заливают цементным раствором (Ц:П - 1:2, 1:3) слоем 0,015 м. На образованной таким способом опорной плите ведут кирпичную или бетонитовую кладку с перевязкой швов (или отливается перемычка из составов из цементных смесей).

При необходимости заиливания вставляют две трубы: одну - для подачи пульпы, вторую - для спуска воды, замера температуры и набора проб газа.

Толщину перемычки выбирают в зависимости от ее площади и ожидаемого давления. Обычно при площади до 5 м2 кирпичные перемычки сооружают в три-четыре кирпича или в два блока. После окончания кладки поверхность перемычки заливают цементным раствором 4 толщиной 0,015 м. Сопряжение тела перемычки и породы необходимо тщательно заполнить цементным раствором. После затвердевания раствора поверхность перемычки штукатурят, железнят и белят. Устанавливают дополнительное крепление под первый верхний круг.

При отсутствии свободного подхода к месту возведения из расположенной выше выработки в перемычке оставляют проем, который оборудуют герметичной лядой или перекрывают опалубкой.

В опалубку вставляют трубу диаметром 50 мм, через которую в пространство закачивают цементный раствор (или цементное тесто на основе цементных смесей).

Перемычка железобетонная

Железобетонные перемычки (рисунок 21) возводят в стволах, шурфах, скатах, уклонах и бремсбергах сечением более 4 м2.

Рисунок 21 – Перемычка железобетонная

При наличии доступа из вышележащих выработок перемычки сооружают в следующем порядке. Устанавливают вспомогательный полок. В месте возведения перемычки убирают крепление. Размеры обнажения выработки не должны превышать толщину перемычки более чем в 1,5 раза. Для предохранения верхних венцов крепи от смещения их закрепляют отрезками стоек 1. Делают вруб и устанавливают комплект, на который прибивают обрезные доски опалубки 2. Во вруб укладывают балки 3 на расстоянии 0,8 м друг от друга и соединяют стяжными болтами. Для удобства транспортировки и монтажа балки заготавливают разъёмными. Соединяют их в месте укладки. Балки 4 размещают во врубе на расстоянии 0,5 м друг от друга. Применение продольных балок при сечении выработки менее 8 м2 не обязательно.

В перемычках с проемами лаз обшивают опалубкой 5 и монтируют металлические ляды 6. Металлическую коробку ляды, трубы для спуска воды, измерения температуры и набора проб воздуха в изолированном пространстве прикрепляют к балкам.

Укладку бетона ведут слоями толщиной 0,16 м и тщательно трамбуют до появления на его поверхности «цементного молока». Необходимо следить, чтобы бетон заполнял все пространство между балками и пустоты во врубе. Толщина слоев бетона над балками должна составлять 0,08 - 0,1 м.

После затвердевания бетона раковины и неровности на его поверхности заполняют цементным раствором. Перемычку штукатурят, железнят или наносят эластичное защитное покрытие.

В местах, где отсутствует или затруднен подход из выработок, расположенных выше, перемычки сооружают обязательно с лазом или с окном, заделка которого производится после окончания всех работ по возведению перемычки. Для этого окно снизу обшивают опалубкой, в которой монтируют трубу диаметром 50 мм. Через трубу окно заполняют цементным раствором (Ц:П - 1:2). Работы в этом случае ведут со вспомогательного полка. Если необходимо иметь проход в выработанное пространство, лаз оборудуют лядой.

Вместо бетона могут использоваться составы из цементных смесей, подача которых осуществляется механизировано с применением насосов, регламентируемых для каждой смеси.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ СРЕДСТВА ИЗОЛЯЦИИ

В тех случаях, когда обычными средствами невозможно обеспечить необходимое качество изоляции выработанных пространств, производят повторное покрытие перемычек и прилегающих горных пород изолирующими составами, возведение рубашек и тампонаж пород и угля.

Выбор дополнительных средств изоляции производится с учетом места и количества утечек воздуха, величины депрессии, характера и степени разрушенности горных пород, конструкции, срока службы, состояния и назначения изолирующего сооружения.

Изолирующие покрытия и тампонаж горных выработок

Все изолирующие сооружения независимо от назначения, конструкции и материалов после возведения обязательно штукатурят или покрывают изолирующими составами с целью повышения их герметичности. Штукатурные и изолирующие составы заносят как на новые изолирующие сооружения, так и на старые при их ремонте. Составы следует наносить только на поверхности, очищенные от пыли, отслоившихся кусков старой штукатурки, пород и угля. Для штукатурки и нанесения изолирующих покрытий используют глинистый, цементный и силикатный растворы, изолирующую мастику, хлоридно-глинистую пасту, полимерные составы.

Составы и область применения их приведены в Приложении 3.

На герметичность изолирующих сооружений большое влияние оказывает структурное состояние массива пород и угля. Установлено, что на границе с выработкой в породах (угле) под действием горного давления образуется сеть трещин. Максимальная трещиноватость наблюдается ближе к зоне разрушений, которая распространяется в угле на глубину до 0,5 м, в породах до 0,3 м от стенки выработки. При возведении изолирующих перемычек через трещины происходит воздухообмен между выработанным пространством и действующими горными выработками, что значительно снижает эффективность изоляции.

Для устранения фильтрации воздуха через трещины в породах и угле производят их тампонаж или сооружают изолирующие рубашки. Под тампонажем принято понимать искусственное заполнение пустот и трещин в горных породах составами, благодаря чему порода и уголь приобретают необходимую воздухонепроницаемость. В качестве тампонажных составов используют цементный и глинистый растворы, изолирующие пасты и мастики, различные искусственные смолы с отвердителями и др.

Технология тампонажа состоит в бурении шпуров и нагнетании в породы (уголь) тампонажных составов. Давление нагнетания составов не должно превышать 0,5 МПа.

Изолирующие рубашки

Изолирующие рубашки применяют:

- для предупреждения утечек (подсосов) воздуха из соседних выработок через разделяющие их целики угля (рисунок 22, а);

- для предупреждения прососов воздуха через породы, вмещающие
изолирующую перемычку (рисунок 22, б и в).

Рисунок 22 - Изолирующие рубашки

Размеры рубашек определяются протяженностью и характером разрушения вмещающих пород. Их можно сооружать по всему периметру, только по одному из бортов или в кровле выработки.

По конструкции изолирующие рубашки могут быть с открылками, с анкерами и др. Их следует возводить таким образом, чтобы сечение выработки в месте их установки не уменьшалось. Перед сооружением рубашки выработку необходимо восстановить до ее проектного сечения и при необходимости заменить деревянную крепь металлической.

Пустоты (купола, выемки) в закрепном пространстве необходимо закладывать породой или твердеющими органоминеральными вспенивающимися составами. Использовать для этой цели древесину и уголь запрещается. Сильно трещиноватый уголь и породу перед возведением рубашки подвергают тампонажу цементным раствором, хлоридно-глинистой пастой или твердеющими органоминеральными смолами. В этих случаях крепление в выработке перед сооружением рубашки не убирают.

Использование органоминеральных и полимерных составов, дающих эластичное герметизирующее покрытие, торкрет - и шприц-бетона для сооружения рубашек является наиболее эффективным и экономичным способом, позволяющим механизировать процессы по возведению изолирующих рубашек.

Рубашка бетонная с открылками

Бетонные рубашки толщиной 200 мм и более, как правило, возводятся только в вентиляционных каналах, наклонных воздухоподающих стволах, пройденных по углю и на сопряжениях пластовых капитальных выработок.

Толщина бетонных рубашек зависит от величины и направления горного давления, формы и сечения выработки, крепости пород и угля. Определяется она расчетом, как и для бетонного крепления. В прочных породах и угле при установившемся горном давлении, а также в комбинированном варианте, включающем тампонирование бортов и кровли выработки упрочняющими составами, сооружают бетонные рубашки облегченного типа (рисунок 23).

Перед возведением бетонной рубашки в кровле и бортах выработки убирают отслоившиеся куски угля и породы на глубину 0,1 - 0,15 м. По концам рубашки делают пазы для открылок 1 на глубину 0,5 - 0,6 м. В почве вдоль бортов выработки делают котлован для фундамента на глубину 0,25 – 0,3 и ширину 0,4 – 0,5 м. Затем устанавливают крепление 2 из металлических балок, рельсов, спецпрофиля и т. п. Фундамент заливают бетоном.

Рисунок 23 – Бетонная рубашка с открылками

Бетон выдерживают 3-5 сут., после чего приступают к возведению рубашки. Для этого на расстоянии 0,2 – 0,25 м от кровли и бортов устанавливают опалубку, за которую укладывают слоями в 0,15 – 0,2 м бетон 3 и тщательно трамбуют. После затвердевания бетона через 7-10 сут. опалубку снимают. Поверхность рубашки штукатурят цементным раствором или покрывают защитным полимерным покрытием 4.

В слабых породах и угле при неустановившемся горном давлении сооружают усиленные бетонные рубашки. Перед возведением рубашки в кровле и бортах выработки делают вруб. Глубина его зависит от степени трещиноватости пород. По концам рубашки сооружают открылки, вруб под которые делают в неразрушенном угле и породах. В почве у бортов выработки роют котлован под фундамент. Деревянное крепление выработки заменяют металлическим, стойки которого устанавливают в котловане. При неустойчивых породах замену стоек ведут по частям, в котлован проходят по мере установки стоек. На расстоянии 0,25 – 0,35 м от борта (стенки вруба) сооружают опалубку, за которую укладывают бетон и хорошо трамбуют. Работы по возведению рубашки ведут с двух сторон выработки. Места стыка частей рубашки заделывают бетоном особенно тщательно. В верхнюю часть вруба под открылки устанавливают четыре-пять труб диаметром 40-50 мм и через них нагнетают цементный' раствор (Ц:П-1:2). Опалубку снимают после того, как бетон приобретает некоторую прочность, через 7-10 сут. Поверхность бетона штукатурят цементным раствором или покрывают защитным полимерным покрытием.

При применении для возведения рубашки из цементных смесей сроки затвердевания бетона определяются по техническим характеристикам применяемого состава.

Растворонаметная рубашка

Растворонаметные рубашки (рисунок 24) могут быть выполнены из торкрет - и шприц-бетона, которые наносят специальными машинами.

Рисунок 24 – Растворонаметная рубашка

Бетон 1 наносят слоем в 25-30 мм. Если рубашка будет использоваться и как крепление, толщина слоя должна быть 100-150 мм и более.

Для ускорения схватывания в сухую смесь вводят специальную добавку в количестве 2-3 % от массы цемента. Бетон можно наносить как на сухую, так и на мокрую поверхность. Отскок от поверхности составляет 15-20 %.

Технология, сооружения раств6ронаметной рубашки следующая.

В месте возведения рубашки убирают затяжки, отслоившийся уголь и породу. Смесь, поступающая из сопла машины под большим давлением, проникает в трещины и пустоты, заполняет их и покрывает породы слоем вмм, создавая прочную воздухонепроницаемую рубашку. При значительной трещиноватости породы тампонируют. Для этого бурят шпуры 2 на глубину 0,5 - 0,8 м по породе и 1 - 1,2 м по углю. В качестве тампонажных составов используют цементный раствор и мастику.

Кроме торкрет - и шприц-бетона, для возведения рубашек подобного типа рекомендуется применять полимерные составы, дающие эластичное покрытие с достаточно высокой прочностью на растяжение.

Изолирующие составы обычно используют для сооружения рубашек с целью повышения герметичности горных выработок, снижения воздухо - и водопроницаемости бетонного, кирпичного и блочного крепления в камерах. Изолирующие составы рекомендуется применять при возведении рубашек в капитальных пластовых воздухоподающих выработках, в районе перемычек и противопожарных арок.

СПЕЦИАЛЬНЫЕ СПОСОБЫ ИЗОЛЯЦИИ

В сложных горно-геологических и горнотехнических условиях применение изолирующих сооружений и дополнительных средств изоляции (тампонаж, покрытие, рубашки и т. д.) не всегда предотвращает фильтрацию воздуха в изолированное пространство. Кроме того, изолирующие сооружения могут подвергаться нагрузкам от воздействия напорных вод, сейсмических волн и взрывов, что приводит к потере их герметичности или целостности. В этих случаях необходимо использовать специальные средства изоляции, к которым относятся перемычки с заполнением изолируемого пространства, водоупорные, динамически устойчивые сооружения и др.

Перемычки с заполнением изолируемого пространства

В тех случаях, когда трещиноватость пород и угля распространяется на значительные расстояния вдоль выработок или имеется разрушенный массив, применяют одинарные и двойные изолирующие сооружения с частичным заполнением изолируемого пространства. Перемычки этого типа используют только для изоляции выемочных участков на самовозгорающихся пластах угля.

Для заполнения пространства за перемычкой на все сечение выработки используют золу уноса, хлоридно-глинистую пасту, органоминеральные твердеющие пены, пенобетон и др.

Частичное заполнение пространства производят при использовании одинарных перемычек путем их подыливания. Подыливание производят при достаточных углах падения выработки в сторону перемычки со стороны изолируемого пространства подачей за перемычку твердеющих органоминеральных пен, глинистой пульпы, золы уноса, хлоридно-глинистой пасты и др.

Перемычка одинарная с подыливанием

Одинарные перемычки с частичным заполнением изолирующего пространства сооружают в наклонных выработках или в непосредственной близости от них.

При возведении перемычек, в основном, используют две схемы. По первой схеме (рисунок 24) перемычки сооружают по мере отработки выемочного участка в печах, сбойках, гезенках и других выработках с углом наклона более 200.

Рисунок 24 – Перемычка одинарная с подыливанием

Размеры изолирующего слоя зависят от трещиноватости пород и применяемых составов.

Для подачи подыливающих составов в перемычку закладывают две трубы диаметром от 50 до 85 мм. Нижняя труба 1, служащая для подачи состава и выпуска осветленной воды (при применении глинистой пульпы), снабжается клиновой задвижкой.

Верхняя труба 2, оборудованная задвижкой, предназначена для контроля за уровнем состава, пульпы, для набора проб и измерения температуры воздуха в изолированном пространстве. Концы труб в изолируемой части выработки располагают на расстоянии 0,4 м от кровли. При значительном притоке шахтной воды в выработку выше зоны заполнения составом сооружают водоудерживающий порог.

Подачу пульпы производят до выхода ее через верхнюю трубу. Нагнетание и выпуск осветленной воды чередуют.

Для сокращения сроков изоляции в выработку, подлежащую заполнению осадком пульпы, загружают твердую (пластичную) глину, которая после увлажнения набухает и уплотняет перемычку. Это, кроме того, позволяет сократить расход пульпы. Объемная доля глины в составе не должна превышать%.

По второй схеме (рисунок 25) перемычки сооружают в минусовых, слоевых штреках и других выработках после полной отработки выемочных участков.

Пульпу обычно подают сверху из квершлагов, вентиляционных штреков и других выработок через подземные пульповоды. Осветленная вода дренируется через фильтрующие перемычки и трубы, выведенные в изолированное пространство.

Рисунок 25 – Перемычка одинарная с подыливанием сверху

Величина твердого осадка пульпы выбирается с учетом трещиноватости пород. Конструкция перемычки и ее размеры определяются величиной гидростатического давления пульпы.

Наиболее технологичная схема усиления перемычки и повышения ее герметичности предусматривает подачу за перемычку твердеющие пены из различных составов с коэффициентом расширения 20 и более.

Перемычка двойная

Двойные перемычки (рисунок 26) применяют для изоляции отработанных участков и выемочных полей. Их устанавливают как на откаточных, так и на вентиляционных горизонтах. На участках под потушенными или действующими пожарами двойные перемычки могут применяться для изоляции отдельных лав и блоков в пределах выемочного участка.

Рисунок 26 – Двойная перемычка с заполнением

Двойные перемычки возводят на квершлагах, в полевых, откаточных, конвейерных и вспомогательных штреках. Для изоляции полностью отработанных выемочных участков двойные перемычки устанавливают в заездах на пласт.

Место возведения перемычек выбирают с таким расчетом, чтобы первая (со стороны действующих выработок) находилась на расстоянии не менее 5 м от бока квершлага, а вторая на расстоянии 3 - 5 м от нее. При подаче под давлением хлоридно-глинистой пасты, твердеющих органоминеральных пен и др. для заполнения пространства между перемычками расстояние между ними может быть сокращено до 2 м.