Опыт применения полимерных технологий на горнодобывающих предприятиях России

И.В. Климчук, генеральный директор ООО «МИНОВА» 
В.М. Маланченко, технический директор ООО «МИНОВА»    

Проблемы безопасного производства и системной деятельности предприятий, особенно в горной промышленности, в настоящее время приобретают все большую актуальность и остроту во всех странах мира. Решение вопросов безопасности работ на горных предприятиях, прежде всего подземных, неразрывно связано с внедрением новых технологий по снижению проявлений горного давления и крепления подземных выработок и очистного пространства. К этим технологиям в первую очередь необходимо отнести:

• крепление горных выработок  анкерной крепью с применением современных полимерных технологий, в т.ч. анкерами глубокого заложения с полным заполнением шпуров органоминеральными смолами;
• упрочнение и уплотнение горного массива  нагнетанием полимерных смол;
• предотвращение вывалов и отжимов горных пород за счет нагнетания полимерных составов;
• заполнение куполов и пустот тампонажем вспенивающимися составами;
• изоляция горного массива от выветривания, окисления, разрушения, самовозгорания путем   набрызга специальных латексно-цементных составов;
• аэроизоляция и тампонаж горных выработок за счет возведения вентиляционных и взрывоустойчивых перемычек специальными химическими и пенными цементными составами;
• гидроизоляция выработок нагнетанием быстрореагирующих смол в горный массив при водопритоке любой мощности.

Все указанные вопросы успешно решаются любой из 49 фирм мира, принадлежащих компании Минова Интернешнл, которая в свою очередь является членом Группы компаний Орика.

Технология упрочнения нарушенных зон при ведении очистных и подготовительных работ

Для упрочнения нарушенных или неустойчивых зон в массиве горных пород успешно применяются органоминеральные (Вилкит-Е, в настоящее время – Геофлекс) и полиуретановые (Беведол / Беведан) смолы.

Благодаря упрочнению угля органоминеральными смолами успешно пройдены комплексно-механизированными забоями разрывные нарушения на шахтах «Имени Ленина» разреза «Сибиргинский» и «Томусинская 5-6» в Кузбассе. Средние нагрузки на очистной забой при переходе нарушений составили 1700-3400 т/сутки.

За счет применения смол Геофлекс и Беведол / Беведан стабилизировалось состояние очистных забоев на шахтах «Большевик», «Казанковская», «Кыргайская», «Распадская» и «Октябрьская». Технология получила дальнейшее развитие за счет успешного применения смол для упрочнения неустойчивых и нарушенных зон и в подготовительных забоях. Опыт этой технологии накоплен на шахтах «Салек» разреза «Сибиргинский» и «Большевик». Предварительное нагнетание полимерных смол позволяет предотвратить обрушение неустойчивого углепородного массива и образование куполов.

Перспективным направлением технологии упрочнения массива является использование канатных анкеров с полимерным их закреплением по всей длине. Внедрение технологии канатного анкерования кровли было проведено на ИК «Соколовская» в 2003г. В зоне полного разворота механизированного комплекса «Джой» крепление подготовительных выработок было усилено канатными анкерами длиной 6-8 м с полным заполнением шпуров смолой Геофлекс.  В настоящее время технология канатного анкерования с полимерным закреплением смолой Геофлекс успешно применяется для усиления крепи в неустойчивых зонах на шахте «Салек».

Технология набрызг-полимерной обработки горных выработок по угольным пластам, склонным к самовозгоранию

Надежная изоляция поверхности воздухоподающих выработок всегда составляет довольно острую проблему для строящихся и действующих шахт, ведущих проходку выработок по пластам, склонным к самовозгоранию угля. С этой проблемой хорошо знакомы специалисты шахт «Котинская», ИК «Соколовская», «Салек», «Владимирская», «Колмогоровская 2» и др.

 Эффективным средством разрешения этой проблемы стала обработка поверхности угля при проведении выработок набрызг-полимерным покрытием Текфлекс. Материал прошел испытания в НЦ ВостНИИ и специально рекомендован для профилактики самовозгорания угля.
 
Положительный опыт применения полимерного материала Текфлекс для герметизирующей обработки боков и кровли выработок накоплен на шахтах «Котинская», «Салек», ИК «Соколовская» и разреза «Сибиргинский». На основе полученных положительных результатов специалистами НЦ ВостНИИ разработаны дополнения к «Инструкции по предупреждению и тушению подземных эндогенных пожаров в шахтах Кузбасса» (Кемерово, 2004г.), в которых материал Текфлекс рекомендован для герметизации наклонных вентиляционных стволов на пластах, склонных к самовозгоранию угля.

Технология гидроизоляции массивов

Сложность проходки наклонного вентиляционного ствола № 2 на строящейся шахте «Распадская-Коксовая» была обусловлена обильным водопритоком с боков и кровли выработки. Ствол площадью поперечного сечения 34.8 м2 проводился по породам на обводненном участке сложенными трещиноватыми гравелитами. Водоприток в забой по данным замеров составлял 120 м3/ч.

Для гидроизоляции строящегося ствола на шахту была поставлена полиуретановая смола Беведол ВФА / Беведан, специально предназначенная для гидроизоляции горных выработок при значительном водопритоке. Нагнетание смолы производилось через шпуры длиной 2.5 м, пробуренные в места максимального поступления воды из массива. В результате водоприток в забой уменьшился со 120 до 90 м3/ч.

Работы по гидроизоляции проводились также в наклонном вентиляционном стволе № 1 шахты «Распадская-Коксовая», в результате которых водоприток в забой уменьшился с 16 до 8 м3/ч.

На шахте «Ольжерасская» смолой Беведол ВФА / Беведан было проведено уплотнение водоупорной перемычки № 7 и остановлено поступление воды из окружающего перемычку углепородного массива. На этой же шахте был ликвидирован водоприток из устья зацементированной технологической скважины на групповом штреке пласта 21. Успешный опыт применения полиуретановой смолы Беведол ВФ / Беведан, а также органоминеральной смолы Геофлекс для гидроизоляции водоупорных перемычек накоплен также на шахтах «Им. В.И. Ленина» и «Комсомолец».

На шахте «Южная» смолы Беведол / Беведан типов ВФ и ВФА успешно используются при проведении наклонных стволов для упрочнения угля и пород в обводненных условиях.

Технология заполнения пустот и куполов, быстрого возведения изолирующих перемычек

 Для заполнения закрепных пустот и куполов в горных выработках, а также при ведении подготовительных и очистных работ широкое распространение на шахтах Кузбасса получила технология быстрого заполнения пустот вспенивающейся смолой Карбофил. Кратность вспенивания смолы Карбофил составляет 30–35 при среднем расходе смолы 45 кг на создание 1 м3 вспененной массы.

При помощи смолы Карбофил проводилось заполнение куполов в лавах 44–11 Ерунаковского шахтоуправления, 6815 шахты «Талдинская-Западная-1», 5-6-12 шахты «Распадская». С целью предотвращения дальнейших обрушений угля и профилактики его самовозгорания проведено заполнение купола на сопряжении монтажной камеры 0-5-2-11 с вентиляционным штреком 0-5-2-11 на «Шахте им. В.И.Ленина». Расход смолы Карбофил при заполнении купола объемом 95 м3 составил 4 200 кг. Работы продолжались две смены.

Значительные объемы работ с использованием смолы Карбофил успешно проведены на шахте «Талдинская-Западная-1», в том числе заполнение закрепных пустот в конвейерной штольне пласта 67, технологических отверстий и купола в вентиляционном стволе пласта 68, купола в кровле демонтажного ствола пласта 67.

На шахте «Чертинская-Коксовая» проведено заполнение купола смолой Карбофил объемом 80 м3 на сопряжении вентиляционного уклона 7/5 с центральным вентиляционным штреком пласта 5 при расходе смолы 3700 кг.

При помощи смолы Карбофил было ликвидировано поступление метана по квершлагу гор. +170 м шахты «Томская» в зону ведения открытых горных работ на разрезе «Томусинский». Для изоляции квершлага проводилось заполнение его поперечного сечения с поверхности на глубину 50 м.

Учитывая положительный опыт применения смолы Карбофил в Кузбассе, а также возросшие объемы его потребления на шахтах, ООО «МИНОВА ТПС» (Кемерово) освоен  выпуск компонента В  смолы Карбофил.

Технология герметизации перемычек

 Для предотвращения прососов воздуха успешно применяется технология обработки поверхностей перемычки и прилегающей поверхности угля и пород герметиком Текфлекс. В результате значительно снижаются утечки воздуха через перемычку и трещины в окружающем массиве. Опыт использования герметика Текфлекс для герметизации перемычек и окружающего массива накоплен на шахтах «Им. Ленина», «Томская», «Большевик», «Комсомолец», «Октябрьская» и др.

В сложных случаях - при большой трещиноватости массива вокруг перемычки положительный эффект достигается за счет дополнительного упрочнения окружающего массива при помощи смол Геофлекс или Беведол / Беведан. Такая технология позволила ликвидировать прососы воздуха вокруг перемычек на шахтах «Им. Ленина» и «Им. Ворошилова».

Технология набрызг-полимерного крепления и защиты поверхности горных выработок

Набрызг-полимерное покрытие Текфлекс при толщине покрытия 4-6 мм может успешно заменять удерживающие элементы крепи, такие как решетчатая затяжка или набрызг-бетон. Опыт промышленного использования Текфлекса имеет место на рудниках «Комсомольский», «Октябрьский», «Скалистый» и «Таймырский» ГМК «Норильский Никель», где вместо железобетонной анкерной крепи и набрызг-бетона успешно внедрена технология крепления выработок сталеполимерными анкерами с полимерным покрытием кровли и боков материалом Текфлекс.

Опыт применения полимерного покрытия Текфлекс в сочетании со сталеполимерными анкерами для крепления горных выработок рудников ГМК «Норильский никель» использован в условиях Кузбасса, в частности, для сооружения транспортного наклонного ствола шахты «Распадская-Коксовая» разработан паспорт крепления контура выработки сталеполимерными анкерами в сочетании с удерживающим слоем материала Текфлекс толщиной 4–5 мм.

Для внедрения нового способа крепления в двух других строящихся наклонных стволах шахты «Распадская-Коксовая», ведущее там работы по проходке стволов Ольжерасское шахтоуправление дополнительно приобрело два насоса ТФ-1 для набрызга и полимерный материал Текфлекс.

Технология канатного анкерования кровли с закреплением канатных анкеров в шпурах и упрочнением пород при помощи органоминеральной смолы Геофлекс

Технология канатного анкерования пород кровли с использованием канатных анкеров АК-01 и АК-02 производства ООО «РАНК» (Кемерово) получила в настоящее время широкое распространение на шахтах Кузбасса. Конструкция канатных анкеров АК-02 специально разработана для закрепления в шпурах по всей длине при помощи полимерной смолы. Основное назначение канатных анкеров АК-02 - усиление крепи горных выработок в зонах неустойчивых пород кровли или высокого горного давления (демонтажные камеры, разрезные печи, сопряжения выработок).

Отличные показатели устойчивости пород кровли обеспечиваются при закреплении канатных анкеров АК-02 по всей длине в шпурах с одновременным упрочнением пород кровли при помощи органоминеральной смолы Геофлекс. Смола Геофлекс не вспенивается в реакционном состоянии, а равномерно пропитывает трещины в массиве, а также склеивает канатные анкеры по всей длине шпура, в результате достигается высокая прочность и надежность крепи, особенно в зонах высокого горного давления. Положительные результаты применения смолы Геофлекс для закрепления канатных анкеров с одновременным упрочнением пород кровли получены на шахтах «Талдинская-Западная-1» (демонтажная камера 6815), № 7 (демонтажная камера 52-03-02), «Котинская» (демонтажные камеры 5206 и 5205), «Салек» (демонтажная камера 6002), «Комсомолец» (демонтажный ходок 1924), «Абашевская» (разрезная печь 16-14), «Тагарышская» (разрезная печь 34-3).

Кровельное покрытие – полиуретановая распыляемая пена «ВИПУР / ВИПУР ФЛЕКС»

В последние годы новым направлением в деятельности компании ООО «МИНОВА» стала технология устройства бесшовных кровельных покрытий на основе полиуретановой распыляемой пены – материал «ВИПУР» и защитное покрытие «ВИПУР ФЛЕКС». Эти материалы производятся фирмой «Минова Карбо Тех», Германия.

Эта технология достаточно давно и широко применяется во многих зарубежных странах и зарекомендовала себя с положительной стороны. Нанесение материала производится методом распыления на любые виды поверхностей (металл, бетон, шифер, дерево), расположенные в различных плоскостях (вертикальные, горизонтальные, наклонные).

Одно из основных преимуществ технологии возведения кровель на основе полиуретановых смол «ВИПУР» по сравнению с существующими видам рулонных покрытий, заключается в высокой надежности и долговечности получаемого покрытия.

Надежность обеспечивается за счет совмещения напыляемым полиуретаном двух основных функций, предъявляемых к кровлям – герметизация и теплоизоляция. Нанесенный на крышу слой полиуретана 50 мм не пропускает воду и одновременно обеспечивает тепловую защиту. Даже при механическом повреждении покрытия на локальных участках, полиуретан благодаря своим гидроизоляционным свойствам не позволяет воде распространяться за область повреждения. Большинство же применяемых в настоящее время утеплителей кровель при повреждениях верхнего гидроизоляционного покрытия впитывают в себя воду, что довольно часто имеет место в климатических условиях северных регионов России. Таким образом, вода распространяется по всему кровельному ковру, что требует полной замены утеплителя при ремонте кровли.

Долговечность полиуретанового покрытия от разрушающего воздействия ультрафиолетового излучения обеспечивается специальным материалом «ВИПУР ФЛЕКС».

Практическое внедрение технологии устройства бесшовных кровельных покрытий на основе полиуретановой распыляемой пены фирма ООО «МИНОВА» в России началось с объектов, расположенных в наиболее сложном по климатическим условиям регионе Крайнего севера России, в Норильске.

В летний сезон 2005 года на строящихся промышленных зданиях Заполярного филиала ОАО «ГМК «Норильский никель» были начаты промышленные испытания новой технологии кровельных покрытий, которые успешно завершены в 2006 г. Полиуретановые кровли показали прекрасные эксплуатационные характеристики при сезонных колебаниях температуры от -56° до + 32°С. В настоящее время технология активно распространяется на строительстве и ремонте кровель зданий и сооружений г. Норильска.

Нет сомнений, что технология устройства бесшовных кровельных покрытий на основе полиуретановой распыляемой пены получит самое широкое распространение на предприятиях других регионов России.

журнал «Горная Промышленность» специально для РИА «Горная Промышленность»