Способ крепления горных выработок

Способ крепления горных выработок

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: изобретение относится к горному делу. Сущность изобретения: перед возведением крепи 1, благодаря ограждающей оболочке 2, осуществляют предварительный прогрев смежного участка 6 породного контура. Затем оболочке 2, на которой закреплены плазмотроны 3 придают поступательно-вращательное движение. : Плазменная струя, направленная под углом к поверхности выработки расплавляет верхний породный слой 5, образуя гофрированную поверхность, профиль которой формируют прижимными валками 4. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 21 0 11/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

СО

: С) Cd

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4908493/03 (22) 07.02.91 (46) 23.03.93. Бюл. f4ò 11 (71) Институт угля СО АН СССР (72) Е, В. Игнатов и В. М, Станкус (56) Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых, Ь 2, 1989 г., с.

74-78. r. Новосибирск, Наука, СО АН, (54) СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ ГОРНЫХ ВЫРДБОТОК (57) Использование: изобретение относится к горному делу. Сущность изобретения: пе Ы 1803571 А1

2 ред возведением крепи 1, благодаря ограждающей оболочке 2, осуществляют предварительный прогрев смежного участка 6 породного контура. Затем оболочке 2, на которой закреплены плазмотроны 3 придают поступательно-вращательное движение.;

Плазменная струя, направленная под углом к поверхности выработки расплавляет верхний породный слой 5, образуя гофрированную поверхность, профиль которой формируют прижимными валками 4.

2 ил.

1803571

Формирование гофрированной поверхности происходит по спирали поперек оси выработки. Ширина зоны одновременного оплавления зависит от количества включенных плазменных горелок (плазмотронов).

Ширина эоны предварительного прогрева связана с длительностью прогрева зоны оплавления. Зона оплавления должна быть прогрета на глубину, достаточную для прочной связи керамической крепи с массивом пород.

Скорость вращательно-поступательного движения установки при заданной мощности плазмотрона определяется скоростью оплавления крепи с необходимой несущей способностью.

Скорость поступательного движения можно определить из соотношения скоростей вращательного и поступательного движений, выведенного эмпирически и имеющего такой вид:

Изобретение относится к горному делу и касается способов крепления горных выработок большого сечения, в частности туннелей, Цель изобретения — интенсификация процесса формирования крепи и расширение области применения на выработки большого сечения.

Поставленная цель достигается тем, что оплавление производят несколькими плазменными потоками, направленными под углом к поверхности породного контура и совершающих вращательно-поступательное движение относительно оси,выработки, формируя при этом гофрированную поверх- 15 ность с последующей ее обработкой прижимными валками, а предварительный прогрев последующего участка осуществляют одновременно с процессом оплавления предыдущего участка за счет тепловой знер- 20 гии, выделяемой при формировании керамической крепи.

Сущность предполагаемого изобретения состоит в создании гофрированной поверхности по контуру выработки большого 25 сечения, которая обладает достаточной несущей способностью и прочностью. Вогнутая часть волнообразной поверхности несущего профиля — желоб образуется за счет того, что наклонная перемещающаяся Э0 по спирали плазменная струя расплавляет верхний породный слой и выносит расплавленную массу газо-плазменным потоком на борта впадины, образуя выпуклую часть несущего профиля керамической крепи, З5 четкий профиль которой формируется прижимными валками.

Чпост где Ч р. — скорость вращения установки с закрепленными на ней плазмотронами, т.е. скорость перемещения "пакета" плазмотронов по периметру выработки.

1/пост. — скорость перемещения установки вдоль оси выработки.

R — радиус вы работки.

I — ширина зоны одновременного оплавления "пакетом" плазмотронов.

Скорость вращательного движения V>p. является функцией времени оплавления Л t единицы длины контура выработки AS;

AS

Vep.

Время оплавления A t является функцией многих факторов: At=f(N, Тп,, h), где

N — мощность плазмотрона;

T> — температура предварительного прогрева;

iL — коэффициент теплоп роводности;

h — заданная глубина оплавления или высота крепи.

Ввиду сложности этих зависимостей были проведены эксперименты на оплавление образцов песчаника плазмотронами различной мощности. Результаты экспериментов изложены в примерах 1 и 2.

К другим параметрам данного технологического процесса относятся расход воздуха, который может меняться в пределах

1,5 — 50 г/сек и скорость плазменного потока

700-900 м/се к.

Создаваемая креп ь обеспечивает достаточную статическую и динамическую устойчивость, прочность и несущую способность горной выработки, одинаковую по всему контуру выработки.

Кроме крепления выработки приданной технологии обеспечивается надежная поинтервальная облицовка с декоративным внешним видом, блестящая поверхность которой не требует дополнительной отделки. Сопоставительный анализ заявляемого решения и прототипа позволяет выявить отличия, состоящие в íовом температурно-временном режиме формирования керамической крепи, в создании несущего слоя волнообразного профиля— гофра путем предварительного нагрева и последующего оплавления горных пород движущимися по спирали, несколькими по-. токами низкотемпературной плазмы, направленными под углом к поверхности выработки большого сечения.

1803571

Ка фиг. 1 — разрез вдоль оси выработки; на фиг. 2 — поперечный разрез выработки, где 1 — керамическая крепь 2 — цилиндрическая оболочка, имеющая рубашку охлаждения 3 — плазмотроны 4 — валок для формирования гофра 5 — породный контур 6 — зона предварительного нагрева пород 7— зона охлаждения керамической крепи.

Возведение керамической крепи 1 (фиг, 1) осуществляют следующим образом.

В рубашку оболочки 2, плазмотроны 3, валок 4 подают охлаждающую жидкость, затем включают плазмотрокы 3, которые устанавливают.под углом 35-65 к контуру

10

20 таким образом, чтобы поток плазмы погружался в породу на глубину, равную высоте гофра. Прогрева ют породный контур до температуры 800 С, а затем оболочке 2, на которой закреплены плазмотроны 3, придают поступательйо-вращательное движение с таким соотношением скоростей этих движений, чтобы осуществлять сплошное образование гофра керамической крепи на контуре выработки 5. При этом скорость перемещения плазмотронов 3 по контуру составляет, как минимум, 12 смlмин, причем ширина желоба, образуемого одним плазмотроном бами составил также 4 см. При движении плазмотронов 3 по контуру 5 расплавлекная масса выносится газовым потоком на борта желобов, из которой формируют выпуклый кесущий профиль керамической крепи путем придания расплаву пород необходимой формы, прокатывая валок 4 (фиг. 2). Огражаю ая оболочка в оль и о ольной оси выд щ д р д работки имеет длину, позволяющую одновременно с оплавлением производить предварительный прогрев контура выработки на смежном участке выработки 6, так40 же участок 7, на котором происходит постепенное остывание керамической крепи.

Предлагаемый способ возведения керамической крепи прошел экспериментальную проверку в лабораторных условиях.

Пример 1. Плазмотрон мощностью 14

45 кВт, установленный под углом 45 к образцу песчаника, включали и перемещали со скоростью 1,5 — 2 GM/MMH Vgp. При этом высота оплавленного слоя или толщина крепи составила 1,5-2 см, Температура предварительного нагрева образца составила 800ОС. 55 мощностью 50 кВт, составит 4 см. Плазмотрокы 3 устанавливают с таким расчетом, чтобы промежуток между смежными жело- 30

Пример 2, При той же температуре предварительного прогрева и том же угле наклона плазмотрона установили мощность плазмотрона 50 кВт, скорость Ч,р,=25 см/м.

Получилась высота оплавленного. слоя (толщина крепи) 2-2,5 см.

Эксперименты позволили произвести расчеты и сделать выводы, что при оплавлении контура пород плаэмотроном мощностью 50 кВт может быть достигнута производительность 15 — 20 см/мин при толщине крепи 1,5-2 см.

При работе одновременно 4-х плазмотронов по предлагаемой технологии производительность возведения керамической крепи составит 4 — 6 часов одного погонного метра выработки площадью 20 м2.

Предлагаемое изобретение, благодаря новой форме поверхности волнообразного профиля, которая создается с помощью нескольких плазменных горелок, формирующих плазменные потоки, направленные под углом к поверхности выработки и совершающих вращательно-поступательное движение, вместо одной зафиксированкой плазменной горелки, создающей поток вдоль оси выработки в прототипе, обеспечивает создание устойчивой крепи и декоративной облицовки по контуру горной вырабстки, большого сечения. Кроме того такая технология является малооперационной, а следовательно возможной для автоматизации и роботизации процесса с полным исключением ручного труда.

Формула изобретения

Способ крепления горных выработок, включающий предварительный прогрев приконтуркого слоя вмещающих пород и последующее его оплавление с помощью плазменного потока отдельными участками, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса за счет испол ьзования нескольких плазменных потоков в выработках большого сечения, плазменные потоки направляют под углом к поверхности породного контура и придают вращательно-поступательное движение относительно оси выработки, формируют при этом гофрированную поверхность, затем обрабатывают ее прижимными валками, а предварительный прогрев последующего участка осуществляют одновременно с оплавлением предыдущего участка выделяемой при этом тепловой энергией, 1803571

Составитель Е. Игнатов

Редактор Е. Полионовэ Техред М. Моргентал Корректор 0. Густи

Заказ 1040 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101