» » Заполнение куполообразований в кровле забоев

Заполнение куполообразований в кровле забоев

30.08.2016

Ранее была показана эффективность опережающего упрочнения пород очистных забоев нагнетанием полиуретана. Что касается заполнения уже образовавшихся полостей вследствие обрушения неустойчивых пород кровли в призабойную выработку очистного забоя, то их закладку принято осуществлять выкладкой деревянных брусьев («костров», рис. 4.1, а, 5.1) или другими материалами — породой, плотными или пористыми бетонами, вермикулитом, песчано-цементными и полимерными смесями. Такое заполнение необходимо для подпора кровля крепью и обеспечения дальнейшей разработки месторождения.
Работами ДонУГИ (Ю.Г. Спицын) доказано, что необходимую величину кратковременного подпора (8,5—11,5 МПа), необходимого для передвижения механизированных крепей, обеспечивают жесткие пенопласты, если закладывать ими полости обрушений кровли. Работы по применению для этих целей пенопластов проведены ДонУГИ на шахтах Донбасса по схеме, приведенной на рис. 5.2; напыление пенопласта 1 в образовавшуюся в кровле 2 полость осуществляется при помощи пистолета 3. Компоненты пенопластового материала подаются к пистолету из штрека через шланги 4.
Анализ отечественного и зарубежного опыта заполнения полостей вывалов в шахтах позволил определить основные свойства и требования, предъявляемые к материалам для заполнения полостей в очистных забоях. Требования вытекают в основном из горнотехнических условий и сводятся к следующему. Образующийся пенопласт должен быть достаточно пластичным и однородным для обеспечения равномерного распределения нагрузки (давления) на крепь; обладать сопротивлением сжатию не менее 0,2 МПа, чтобы не выжиматься при кратковременном воздействии давления от крепи и веса зависших кусков породы.
Заполнение куполообразований в кровле забоев

Подача материала в полость должна исключать необходимость применения в очистных выработках каких-либо дополнительных конструкций крепи и работ по креплению. Для уменьшения количества подаваемого материала в полость он должен обладать способностью увеличивать свой объем, относиться к группе трудносгораемых материалов, быть технологичным, разрешать механизировать процесс транспортирования, дозирования, перемешивания и укладки в полость. Сравнение качественных и количественных показателей традиционных материалов, применяемых для закладки полостей в шахтах, показывает, что предъявленным требованиям удовлетворяют более всего пенопласты.
Компоненты для получения пенопластов транспортабельны, что разрешает их транспортировать по трубам (шлангам); отдельные типы пенопластов получают методом напыления, а это исключает необходимость в сооружении опалубки. Пенопласты обладают широким диапазоном плотности (30—250 кг/м3) и пределом прочности при сжатии (0,1—7 МПа), многие из них относятся к группе трудносгораемых, они обладают качеством многократно увеличивать свой объем и т. д.
На шахтах Донбасса проведены работы по заполнению полостей вывалов пород кровли очистных забоев при помощи фенолоформальдегидных пенопластов ФРП-1 и Виларес-1. Пенопласт ФРП-1 в отвержденном виде представляет собой жесткий газонаполненный материал с однородной мелкоячеистой структурой, имеющий в разрезе цвет от бледно-розового до кирпично-красного. Плотность отвержденного материала можно регулировать в пределах 30—100 кг/м3, предел прочности на сжатие σвс=0,5/0,6 МПа.
Пенопласт устойчив в агрессивных средах и может применяться в интервале рабочих температур от -50 до +150° С. Это трудносгораемый материал, даже при высоких температурах он загорается с трудом, а при удалении огня его тление самозатухает.
Фенольные пластмассы могут быть также использованы для связывания пород в междуэтажных породных полосах при отработке наклонных и крутых пластов. На шахте «Украина» пенопласт ФРП-1 применялся как для заполнения образовавшихся в очистных забоях куполов, так и для укрепления выложенных в них костров.
Фенольно-резольный пенопласт получали непосредственно в очистном забое путем смешивания в необходимой пропорции резольной смолы ФРВ-1А и вспенивающе-отверждающего агента ВАГ-3. Смесь приготавливалась в пластмассовых емкостях, используемых в шахтах для водяных заслонов. Приготовленная смесь вливалась в полиэтиленовые мешки. Вспенивание и отверждение пенопласта происходило через 5—6 мин. Этого времени достаточно для подачи и укладки полиэтиленового мешка с жидкой композицией в необходимом месте полости.
Для предотвращения преждевременного разрыва мешка от давления газов, выделяющихся в процессе реакции полимеризации, мешок предварительно прокалывался в верхней части. Таким образом, дальнейший разрыв полиэтиленого мешка под действием газов после активного начала формирования пенопласта происходил вверху. Такой способ подачи жидкой композиции в полость почти исключает протекание ее в призабойное пространство. Образовавшийся пенопласт прочно скрепляет деревянные костры, выложенные над секциями крепи, и, обеспечивает достаточный распор передвигающимся секциям.
Кроме пенопласта ФРП, на донбасских шахтах для заполнения пустот горных выработок применялся также пенопласт Виларес-1, наносившийся на обрабатываемую поверхность напылением с помощью специальной установки. Пенопласт Виларес-1 изготавливается на месте применения путем смешивания трех низковязких жидкостей: смолы ФРВ-1, продукта ВАГ-3 и смолы ЖН или ЖВН, легко образующих однородную смесь. Смола ЖН (ЖВН) производится из технического фенола и формальдегида или из надсмольных вод фенолоформ альдегидного производства.
Вспенивание и отверждение смеси трех упомянутых жидкостей и образование твердого пенопласта происходит без внешнего подогрева в течение 20—30 с. Цикл формирования пенопласта Виларес-1 на 20—50% меньше цикла формования пенопласта ФРП-1, причем получаемая пена не дает технологической усадки ни в процессе формования, ни со временем — в процессе эксплуатации. Пенопласт Виларес-1 отличается огнестойкостью (относится к группе трудносгораемых материалов) и может работать в температурном диапазоне -200 до +150° С.
При напылении пенопласта стекания жидкой композиции с пород заполнявшихся полостей не происходило в связи с быстрым временем ее отверждения. В связи с этим не было необходимости в сооружении герметичного перекрытия под полостью обрушения, что значительно ускорило и удешевило работы. Так, для заполнения полости объемом в 1,2-1,5 м3 требуется около 60 кг пенопласта и затрачивается 25 мин на выполнение работы.
Как материал, способный быстро вспениваться, отверждаться и, будучи нанесенным на обрабатываемую поверхность, удерживать свой собственный вес, следовательно не требующий устройства специальной опалубки, Виларес-1 был применен для заполнения полостей в очистных забоях, оборудованных комплексами КМ-87 и КМК-97 на шахтах Донбасса «Украина» и им. М. Горького.