СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК Российский патент 1998 года по МПК E21D5/00 E21D11/00 

Изобретение относится к области горного дела и, в частности к креплению вертикальных и наклонных горных выработок круглого сечения.

Известен способ крепления выработок круглого сечения [1], заключающийся в возведении замкнутой n-угольной крепи из коротких элементов. Недостатками данного способа являются неравномерность нагружения конструкции крепи при воздействии горного давления вследствие точечного касания массива, невозможность совместного силового взаимодействия смежных рам и многооперационность технологии возведения крепи.

Известен также способ крепления выработок круглого сечения [2], выбранный в качестве прототипа, заключающий в возведении спиральной крепи из равновеликих криволинейных сегментов (элементов), соединенных встык, с установкой между смежными элементами упругих прокладок для обеспечения податливости крепи.

Недостатками данной крепи являются невозможность ее изготовления из доступных материалов, например из дерева, экономическая нецелесообразность применения из-за дороговизны и сложности изготовления в выработках с небольшим сроком существования, например ходовых углеспускных и вентиляционных печах при щитовой системе разработки крутых угольных пластов, отсутствие адаптивности данной системы крепления к технологическим и непредвиденным изменениям сечения выработки.

Задача изобретения - упрощение конструкции крепи, снижение трудоемкости возведения крепи в вертикальных и наклонных выработках, проводимых по угольным пластам крутого падения, повышение общей устойчивости системы крепления.

Цель изобретения достигается следующим образом: вертикальную выработку преобразуют из круглого сечения в n-угольное, например, шестиугольное, таким образом, чтобы ребра граней выработки располагались по винтовой линии в продольном направлении с шагом, равным 6R, где R - радиус выработки, при этом стыки элементов располагают в ребрах граней выработки.

Этот прием вызван необходимостью смещения стыков элементов в смежных витках, что позволит повысить общую устойчивость данной системы крепления, так как ее важной особенностью является возможность распределения локальных нагрузок на смежные витки.

Для выполнения этого условия длину первого элемента крепи принимают на Δl больше
Δl = t•sin(360t/6R),
где Δl - сдвиг стыков элементов в смежных витках;
t - толщина (диаметр) элемента;
R - радиус выработки при совпадении направлений вращения спиралей ребра выработки и крепи.

На фиг. 1 изображен разрез вертикальной выработки вдоль ее оси, где обозначено: 1 - вертикальная выработка; 2 - ребро выработки; 3 - опорный венец; 4 - 5 - смежные элементы крепи; 6 - фиксирующая податливая прокладка; 7 - полок для монтажа крепи; 8 - трос; 9 - 10 - смежные элементы крепи разного диаметра; 11 - выравнивающие прокладки; 12 - домкрат; 13 - скобы; 14 - анкер;
на фиг. 2 - сечение n-угольной (шестиугольной) выработки на незакрепленном участке, где обозначено: D₁ - нормальный диаметр выработки;
на фиг. 3 - разрез выработки вдоль ее оси на участке с расширенным сечением, где обозначено: а - участок закрепленной выработки на месте ее расширения;
на фиг. 4 - разрез участка выработки с расширенным сечением, где обозначено: D₂ - максимальный диаметр выработки на участке расширения.

Способ крепления осуществляется следующим образом.

Вертикальную выработку 1 после ее расширения на необходимый диаметр D₁ преобразуют из круглого сечения в n-угольное, например шестиугольное (фиг. 2), таким образом, чтобы ребра 2 (фиг. 1) выработки располагались по винтовой линии в продольном направлении с шагом, равным 6R.

Крепление осуществляется снизу вверх, для чего в нижнем устье выработки устанавливают опорный венец 3 и закрепляют его в массиве анкерами 14, затем на него укладывают по винтовой спирали элементы крепи первого витка, при этом стыки элементов 4 - 5 располагают в ребрах граней выработки 2, а между смежными элементами в витке укладывают фиксирующую, податливую прокладку 6, для создания первоначального подпора на массив виток нагружают специальным приспособлением, например домкратом 12, со стороны торца последнего в витке элемента и фиксируют скобой 13, после чего укладывают следующий виток и т.д. Установку крепи производят со специального полка 7. Элементы крепи изготавливают на поверхности, предварительно рассчитав длину и угол среза торцов элементов, затем их подают на полок с помощью непрерывного троса 8, приводимого в движение с полка.

Важной технологической особенностью данного способа является возможность применять его в выработках с небольшим сроком существования, наиболее дешевый и доступный материал - необработанное дерево, причем здесь допускается значительный разброс диаметра кругляка, что не вносит изменений в характер работы всей системы крепи.

Это связано с принципом работы крепи: короткие элементы работают на сжатие - оптимальный режим нагружения для дерева, а при локальных нагрузках взаимодействуют со смежными витками крепи, распределяя нагрузку между собой.

При различной толщине смежных элементов крепи 9 - 10 (фиг. 1) под элемент меньшего диаметра устанавливают прокладки 11.

При увеличении сечения скважины (фиг. 3), например, в случае вывала угля при пересечении ею нарушения, количество элементов в одном витке может быть увеличено. Если же вывал значительный, то в этом случае расширению выработки придают правильную форму, производят съемку профиля участка выработки с измененным сечением, т. е. измеряют диаметр выработки с шагом, равным средней толщине (диаметру) элементов, рассчитывают длину отрезков в каждом витке при сохранении их количества и формы сечения.

Рассмотрим конкретный пример. Положим, что длина участка с расширенным сечением равна 3 м (фиг. 3), средняя толщина элемента крепи 0,2 м, нормальный диаметр D₁ (фиг. 2) выработки 0,85 м.

С полка производят обмер места увеличения сечения, а результаты замеров и расчета длины элементов заносят в таблицу.

Длину элементов принимают несколько больше, чем сторона вписанного шестиугольника (фиг. 4), а при установке элементов на венец стыки смежных элементов заглубляют в массив с целью придания большей устойчивости всей системе.

Предложенный способ крепления вертикальных горных выработок имеет следующие преимущества: простота технологии возведения крепи и малооперационность; адаптивность системы крепления к непредвиденным и технологическим изменениям сечения выработки резко снижает трудоемкость, облегчает ручной труд, повышает производительность.

Источники информации:
1. Авторское свидетельство СССР, N 1696714, кл. E 21 D 11/00, 1991.

2. Авторское свидетельство СССР, N 1751344, кл. E 21 D 11/14, 1992.

Использование: в горном деле, в частности при креплении выработок. Сущность изобретения: способ крепления выработок включает возведение крепи из коротких равновеликих элементов по винтовой спирали в выработке круглого сечения и укладку фиксирующих податливых прокладок между смежными элементами. Вертикальную выработку круглого сечения при этом преобразуют в n-угольное. Ребра граней выработки располагают по винтовой линии с шагом, равным 6R в продольном направлении, затем устанавливают крепь, располагая стыки элементов в ребрах граней выработки. Техническая задача изобретения - упрощение конструкции крепи, снижение трудоемкости возведения крепи. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 4 ил.

1. Способ крепления выработок, включающий возведение крепи из коротких равновеликих элементов по винтовой спирали в выработке круглого сечения и укладку фиксирующих, податливых прокладок между смежными элементами, отличающийся тем, что вертикальную выработку круглого сечения преобразуют в n-угольное сечение, причем ребра граней выработки располагают по винтовой линии с шагом, равны 6R в продольном направлении, затем устанавливают крепь, при этом стыки элементов располагают в ребрах граней выработки. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что стыки элементов в смежных витках смещают на величину Δl, для чего первый элемент крепи изготавливают длиннее на величину
Δl = t•sin(360t/6R),
где Δl - сдвиг стыка элемента;
t - толщина (диаметр) элемента;
R - радиус выработки. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при изменении сечения выработки соответственно изменяют количество элементов в одном витке или количество элементов в одном витке сохраняют постоянным, но изменяют их длину.