Способ крепления горной выработки в условиях повышенных напряжений и удароопасности пород Советский патент 1984 года по МПК E21D13/02 

1 Изобретение относится к горной промьшшенности и может быть использовано для разгрузки массива от напряжений при соор5 ении горных выра боток, например, вертикальных шахтных стволов и их крепления в услови ях повышенных напряжений и ударооп ности пород. Известен способ разгрузки капитальных выработок, расположенных под угольным пластом, включающий проведение вспомогательных выработо и бурение из них по пласту для создания щели разгрузочных скважин малого и большого диаметра . Недостатком является то, что известный способ обеспечивает разгруз ку массива пород вблизи горной выра ботки, и для его осуществления необ ходимо наличие угольного пласта или слабого слоя пород и кроме того, проведение вспомогательных выработок, что в условиях удароопасных по род приведет к дополнительной концентрации напряжений и существенно снизит эффект разгрузки. Наиболее близким к предлагаемому является способ разгрузки контура выработок от напряжений,включающий проходку выработки, перераспределение напряжений с помощью разгрузочных щелей,заполнение их податливым материалом и возведение постоянной крепи t2 J. Недостатком указанного спосо&а является только частичная pasfrp-зка массива от одного вида напряжений. Так, например, при вертикальной щел разгрузка происходит только от горизонтальных напряжений, а вертикал ные остаются безизменения. При выполнении горизонтальной или наклонной щели разгрузка происходит в основном от вертикальных напряжений на небольшом по протяженности участ ке вьгработки. Для разгрузки всего удароопасного участка ствола необходимо при этом способе вьшолнй ь большое число разгрузочных щелей. Цель изобретения - повышение эффективности крепления при проходке горной выработки путем приведения пород вблизи вьфаботки в неудароопасное состояние и снижение затрат на крепление. Указанная цель достигается тем, что согласно способу крепления горн вьфаботки в условиях повьш1енных 0 напряжений и удароопасности пород, включающем проходку выработки, перераспределение напряжений в ее окрестности с помощью разгрузочных щелей, заполнение их податливым материалом / и возведение постоянной крепи, разгрузочные щели выполняют в процессе проходки на диаметрально противоположных стенках ствола перпендикулярно напр/ влению максимальных напряжений, затем возводят временную податливую крепь, после чего герметично перекрывают заполненные податливым материалом щели псдатливой опалубкой, причем разгрузочные щели выполняют с наклоном к оси вьфаботки в разные стороны под углом oL , определяемым из соотношения ) где 6g вертикальные максимальные напряжения; r горизонтальные максимальные напряжения. На фиг. 1 изображена схема осуществления предлагаемого способаj на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1 , на фиг. 3 - схема наклона разгрузочной щели к оси ствола под углом сС . Способ осуществляют следующим образом. Вертикальная выработка 1 при его углубке заходками на участке протяженностью менее двух диаметров крепят временно податливой крепью 2 (например, металлической сеткой на анкерах) . На диаметрально противоположньк стенках стцола, перпендикулярно направлению максимальных напряжений, раздельшают наклонные под углом к оси выработки в разные стороны зигзагообразные щели 3, которые образуют вокруг ствола разгруженную от повышенных напряжений зону 4, затем щели 3 перекрывают податливой опалубкой 5 из транспортерной ленты и заполняют податливым материалом 6, например, из опилко-песчано-цементной смелей. На удалении от забоя 7 вьфаботки, равном не менее двух его диаметров, устанавливают облегченную крепь 8. После образования наклоненных к оси выработки и заполненных податливым материалом щелей, каждая точка массива пород, прилегающего к выработке, под действием вертикальных и горизонтальных напряжений перемещается не только по вертикали, но и по горизонтали, что приводит к одновременной разгрузке от вертикальных и горизонтальных напряжений. Величина напряжений на контуре выработки резк уменьшаетсяj а их экстремальная концентрация переносится вглубь массива По мере разгрузки от напряжений податливый материал в щелях постепенI но сжимается, а .сами щели сужаются, I Наличие в щелях податливого материала препятствует произвольному обрушению пород вокруг щелей, т.е. процес разгрузки становится управляемым. На клон щелей определяется из соотношения вертикальных и горизонтальных на пряжений Ье где Q - вертикальные} 6f- - горизонтальные .максимальные напряжения. Рассмотрим общий случай, когда в точке А, расположенной на стенке ствола, действует одновременно верти кальное do и горизонтальное напряжение. Суммарная равнодействующая от напряжений бпИ (эр будет о В параллелограмме стороны AD и СВ равны d)p, а равнодействующая направ лена под углом сС к горизонту, который определяется из треугольника ABC по формуле -t оС 6ц/ё)р Разгрузочная щель должна быть расположена перпен дикулярно действию равнодействующей 6 . В этом случае эффект разгрузки будет максимальный. Поскольку углы DBC и ABE равны 90 и имеют один общий угол ABD, то на основании теоремы равенства углов со взаимно перпендикулярными сторонами угол DBE равен углу ABC, т.е. d . Линия D В совпадает с вертикальной осью вырабо ки. Следовательно, щель должна быть наклонена к вертикальной оси под углом ot, который может быть определен из выраркения (pr. Нетрудно убедиться, что при равенстве вертикальных и горизонтальных напряжений разгрузочная щель должна быть расположена под углом вертикальной оси выработки. Если действуют преимущест венно горизонтальные напряжения (т.е 0 0), то об тоже стремится к нулю и щель должна быть расположена верти кально. При действии в основном вертикальных напряжений (dpEO) разгрузочная щель должна быть расположена горизонтально, так как о в этом случае стремится к 90. Таким образом. полученная формула работает во всем диапазоне изменения горизонтальных и вертикальных напряжений. Разделка на диаметрально противоположных стенках выработки наклоненных в разные стороны под углом зигзагообразных щеЛей, обеспечивает равномерное оседание массива пород вблизи выработки. Заполнение щели податливым материалом производят после возведения временной податливой крепи и перекрытия устья щели податливой опалубкой. Разделка разгрузочной щели приводит к перераспределению напряжений вокруг выработки. Поэтому в этот период для обеспечения безопасности работ ствол должен быть закреплен временной податливой крепью, предотвращающей возможное обрушение пород и не препятствующей разгрузке массива пород от высоких напряжений. В этой связи щель также перекрывается податливой опалубкой, для того чтобы смыкание щели, а следовательно, и разгрузка пород от напряжений происходили беспрепятст венно. Отставание от забоя постоянной крепи на величину не менее двух диаметров ствола принято, исходя из закона затухания деформаций, который выражается формулой ов, где - относительная деформация расширения пород по нормали к щели на удалении от забоя ствола; Eg - максимальная относительная деформация данного типа пород у забоя ствола; Ь - расстояние от забоя ствола;ск - ширина щели; С - постоянный коэффициент. Практически до установки постоянной крепи на расстоянии двух диаметров ствола в условиях прочных удароопасных пород происходит почти полная их разгрузка от напряжений. Все это в конечном итоге приводит породы вблизи ствола в неудароопасное состояние и позволяет применять для крепления ствола более облегченные и дешевые крепи.

jL

СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ ГОРНОЙ ВЫРАБОТКИ В УСЛОВИЯХ ПОВЫШЕННЫХ НАПРЯЖЕНИЙ И УДАРООПАСНОСТИ ПОРОД, включающий проходку выработки, перераспределение напряжений в ее окрестности с помощью разгрузочных щелей, заполнение их податливым материалом и возведение постоянной крепи, о тличающийся тем, что, с целью повышения эффективности крепления при проходке горной выработки путем приведения пород вблизи выра ботки в неудароопасное состояние и снижения затрат на крепление, разгрузочные щели вьшолняют в процессе проходки на диаметрально противоположных стенках ствола перпендикулярно направлению максимальных напряжений, затем возводят временную податливую крепь, после чего герметично перекрывают заполненные податливым материалом щели податливой опалубкой, причем разгрузочные щели вьшолняют с наклоном к оси выработки в разные стороны под углом оС , определяемым из соотношения /dp I где g - вертикальные максимальные напряжения j - горизонтальные максимальные напряжения.

fput.1 ±A