Основной задачей в данном исследовании является уменьшения ручного труда с повышением безопасности производства работ и возможным увеличением скорости проходки горизонтальных выработок на шахтах Донского ГОКа. Конечная цель проведения исследований является выбор метода и материалов для заполнения закрепного пространства горизонтальных выработок с выбором оборудования для выполнения данных работ по шахтам Донского ГОКа. И анализом по возможному увеличению скорости проходки на горизонтальных выработках и увеличением безопасности производства работ связанных с заполнения закрепного пространства.

Так как работоспособность крепи любой конструкции в условиях взаимодействия с горным массивом определяется ее механической характеристикой, которая представляет собой зависимость реакции крепи от перемещения ее контура. Возросшие требования к крепи с точки зрения увеличения ее несущей способности требуют внимания к проблемам заполнения закрепного пространства. Одним из требований, обеспечивающих нормальную работу крепей, является тщательная забутовка закрепного пространства. Забутовка может выполнять различные функции. В одних случаях она является элементом податливости и должна обладать достаточной сжимаемостью, в других (блочные, шарнирные крепи) - обеспечивать достаточно высокий коэффициент постели, чтобы крепь не потеряла устойчивости и работала в условиях упругого отпора. Одной из причин неудовлетворительного состояния горных выработок является отсутствие плотного контакта крепи с породным обнажением по всему периметру и недостаточная ее несущая способность.

Существующая технология проведения выработок с использованием буровзрывных работ предопределяет значительные переборы породы. Исследования в данной сфере, что коэффициент перебора породы вместо допустимого по СНиП 1,05-1,07 составляет: по данным ВНИИОМШС 1,14- 1,16; по данным МГИ и ИГД им. А.А. Скочинского 1,22-1,25, а зазоры между крепью и породой достигают мм. По данным НИЦ на шахтах Донского ГОКа зазоры между крепью и породой составляют от 200 до 800мм. В среднем зазоры между породными обнажениями и крепью составляют мм, при этом максимальные зазоры образуются в кровле и превышают зазоры в боках выработки в 2-4 раза. В период проведения подготовительных выработок происходят вывалы породы, высота ко­ торых нередко превышает 2-3 м. Образованные при этом купола остаются незабученными, что приводит к проявлению динамических и неравномерных нагрузок на крепь выработки. В настоящее время при ведении проходческих работ заполнение пустот в закрепном пространстве выполняется вручную. При этом материал распределяется неравномерно по контуру, из-за чего возникают сосредоточенные нагрузки, неблагоприятно влияющие на работу крепи. Ручная забутовка по трудовым затратам всего проходческого цикла составляет 9-12%, а по затратам в процессе крепления %.

В последнее время получил распространение способ повышения устойчивости подготовительных выработок, заключающийся в заполнении закрепного пространства твердеющими материалами. При использования данной технологии образуется крепь, в которой максимальное сопротивление проявляется сразу после ее возведения, причем при достаточно высоком его значении податливость сохраняется в широком диапазоне смещений пород. Преимущества механизированного заполнения закрепного пространства выражаются и в возможности управления горным давлением, повышении устойчивости и срока службы пройденных выработок, а также механизации работ по креплению. Существуют два способа заполнения закрепного пространства: пневматический и гидромеханический. При пневматическом способе сухой материал транспортируется по трубопроводу в потоке воздуха и у разгрузочного конца трубопровода затворяется водой. Материал в закрепное пространство подается в осевом направлении. При гидромеханическом способе мокрый материал в виде пасты или суспензии транспортируется по трубопроводу в потоке воды. Подача материала в закрепное пространство проводится в радиальном направлении.

Лабораторией шахтной крепи и механики горных пород института «Бергбауфоршунг» (Германия) установлено, что для достижения хороших результатов при креплении в неустойчивых породах толщина слоя забутовочного материала должна быть не менее 0,2 м. Если же материал вносится пневматическим способом по оси штрека, то для исключения образования пустот в закрепном пространстве величина зазора между крепью и породным массивом должна быть не менее 0,3 м. Это делает гидравлический способ заполнения закрепного пространства более универсальным. Одним из недостатков гидромеханического способа заполнения закрепного пространства является просачивание раствора через затяжку. Это приводит к необходимости применения специальных опалубок или нанесения набрызг6етона на поверхность затяжки. На основе этих данных был проведен анализ существующих технологий и наработок, было выбрана следующая технология и оборудование от компании ЭКОС-С г. Новокузнецк Россия. Данная технология представляет собой полный комплекс оборудования и матерялов для выполнения работ связанных с заполнением куполов, пустот, закрепного пространства, с закачкой в специальную гибкую опалубку образующихся в процессе проходки горно-капительных и нарезных выработок. Данный комплекс представляет собой оборудования для приготовления материала для забутовки её транспортировки и непосредственно укладки в специальную гибкую опалубки с заполнением пустот. В качестве забутовочного материала, при использовании данной технологии применяют вспенивающийся цемент «ВЦ» (далее по тексту Цемент «ВЦ»).

В составе поставки Цемент «ВЦ» представляет собой порошкообразную цементную смесь. Смесь не горючая, не взрывоопасная, не пожароопасная. По воздействию на организм человека относится к веществам малоопасным. Цементная смесь после смешения с водой образует цементное тесто, а после гидратации - легкий бетон

Получения готового бетона на основе Цемента «ВЦ» должно осуществляться с помощью специальных насосных агрегатов обеспечивающих дозируемое количество сухой смеси и контроль расхода количества воды в определенном соотношении. Поэтому, исходя из условий Донского ГОКа, был выбран насосный агрегат марки ПБН-15КПС

Использование данного насосного агрегата марки ПБН-15КПС даст возможность транспортировать приготовленную агрегатом смесь на максимальное расстояние на горизонтальных выработках до 250м. и вертикально до 70м. Причем скорость движения в напорном трубопроводе Ду32мм. составить около 5м/сек. В гибкую опалубку установленную, поверх затяжки (сетки) рам крепи выработки. Время заполнения гибкой опалубки будет составлять в среднем, с условием укладки и выравнивания опалубки от 10 до25минут. При условии, что сейчас время на забутовку составляет от 45минут до 1часа 15минут при ведении работ на проходке грузового квершлага горизонта -480м. Гибкая опалубка представляет собой герметичную опалубку, сшитую по всему периметру снабженную двумя встроенными внутри клапанами, для подачи материала и выхода воздуха. Размер данного устройства и размещение клапанов может изменяться исходя из условий и технологии применения. Применяется в горных выработках, подземных сооружениях и в строительстве. Предназначено для подачи внутрь готовой смеси Цемента «ВЦ» смешанной с водой в определенном соотношении, и используется для заполнения пустот, куполов, закрепного пространства в горных выработках, возведения строительных и монтажных сооружений. Данное устройство изготовлено из прочной полипропиленовой рукавной ткани. Причем заполнение гибкой опалубки Цементом «ВЦ» должны быть быстрым технологическим процессом с набором прочности материала не менее 0,3 МПа за сутки.

Расположения гибкой опалубки, с заполненным забутовочным материалом

Вывод Исходя из полученных результатов для условий шахт Донского ГОКа перспективным направлением использования новых эффективных материалов для заполнения закрепного пространства, отвечающих современным требованиям технической политики компаний. Является применение более удобного исходя из условий проходки и ведения работ гидромеханический метод, при котором мокрый материал в виде пасты или суспензии транспортируется по трубопроводу в потоке воды. Подача материала в закрепное пространство проводится в радиальном направлении. Но основной недостаток этого метода была необходимость установки опалубки который решается путем применения гибкой опалубки. В зоне соприкосновения забутовочного материала с крепью и выработкой с заполнением полностью пустот за счет расширения материала позволит обеспечить равномерное распределение динамических нагрузок на крепь и создаст дополнительный запас ее податливости. Что даст более равномерное распределение податливости крепи по всей длине выработки и позволит увеличить ее безремонтный срок службы. Увеличению восприятию нагрузок и более равномерного распределения ее на крепь. Данная технологи позволяет исключить использовании леса в качестве забутовки при ликвидации вывалов.