Способ крепления горных выработок Советский патент 1984 года по МПК E21D11/10 

tpui.l

Изобретение относится к горной проьа шленности, конкретно к способам крепления горных выработок в сложных горно-геологических условиях.

Известен способ крепления горных выработок, включающий первоначальную установку рамной крепи и межрамного ограждения в забое вьфаботки на участке, равном днине проходческого цикла, с последующей подачей в закрепное пространство в осевом направлении однородного закладочного материала l 1.

Недостатками этого способа являются одинаковая прочность и низкая деформативность моиолитной бетонной облочки закрепленного пространства выработки, что при неравномерном проявлении горного давления по контуру выработки в местах его максимума

снижает устойчивость выработки, а в местах проявления минимального горного давления повышен расход закладочного материала.

Известен способ крепления горных выработок, включаюнщй установку рам крепи, межрамного ограждения и последующее образование з закрепном пространстве бетонной оболочки нагнетанием пневмобетрномапмной закладочного материала 5 J.

Однако данный способ применим только в условиях преобладающего горного давления на свод выработки. В условиях же переменного неравномерного горного давления по контуру выработки, т.е. когда максимальное горное давление проявляется не на свод, а на какой-либо другой участок выработки, применение этого способа не обеспечит необходимой устойчивости выработки и приведет к повьшенному расходу закладочного материала.

Целью изобретения является повышение устойчивости вьфаботки и образование дифференцированной деформативности бетонной оболочки.

Цельдостигается тем, что согласно способу крепления горньк выработок, -включающему установку рам крепи межрамного ограждения и последующее образование в закрепном пространстве бетонной оболочки нагнетанием пневмобетономашиной закладочного материала, бетонную оболочку образуют путем введения в закладочный материа поризатора, при этом количество его на каждом участке контура выработки принимают пропорциональным величине горного давления на этом участке.

.На фиг. 1 изображена схема запалнения закрепного пространства выработки, продольный разрезJ на фиг.2 поперечное сечение выработки с эпюрой А - проявления горного давления по контуру выработки и эпюрой Б - распределения поризатора в закладочном материале по контуру выработки; на фяг. 3 - общий вид характеристик, где кривая В - системы массив-крепь, кривая Г - крепи с монолитной бетонной оболочкой по прототипу, кривая Д - крепи с поризованной бетонной оболочкой предлагаемого варианта; на фиг. 4 - рабочие характеристики: кривая Е - системы массив-крепь, кривая Ж - крепи из СВП-22 с монолитной бетонной оболочкой по прототипу, кривая К крепи из СВП-22 с поризованной бетонной оболочкой предлагаемого варианта.

Предлагаемый способ крепления горных выработок вьшолняется следующим образом.

После выемки породы на величину заходки и установки необходимого количества рам крепи 1 с межрамным ограждением 2 приступают к заполнению закрепного пространства 3. Эту операцию выполняют в забое вьфаботки подачей закладочного материала по. трубопроводу 4 в закрепное пространство методом набрызгбетонирования.

Пневмобетономашину 5 располагают в выработке таким образом, чтобы не мешать выполнению операций проходческого цикла.

На конечном участке трубопровода производят затворение закладочного материала жидкостью. Смесительная камера 6 слуткит для затворения закладочного материала.

Затворение закладочного материала производят водой с добавкой поризатора, например бензосульфокислоты. Количество поризатора, расходуемого на 1м закладочного материала, регулируется вентилем 9. Подачу закладочного материала в закрепное пространство производят соплом 10, перемещая его по периметру крепи. Изменяя количество поризатора, расхоДуе.мого на .1 м закладочного материала, пропорг ионально величине горного давления, получают пористую оболочку, обладающую переменной по контуру выработки дефррмативностью. Количество поризатора s закладоч ном материале изменяют без изменения водно-ангидритового отношения, необходимого для получения оптимальной прочности оболочки. Количество поризатора в каждом ко кретном случае определяется горно-ге ологическими условиями в соответстви с расчетом грузонесущей способности крепи. Расход поризатора на каждом участ ке периметра крепи вьфаботки должен соответствовать возможным смещениям породного контура, полученным в результате расчета для различных точек крепи. Наличие деформационного материала в закрепном пространстве обеспечивает разгрузку приконтурного массива без разрыва его сплошности и равномерно распределяет нагрузку по периметру крепи. После создания пористой оболочки выработки (по мере смещения породного контура) происходит деформирование пористой оболочки по всему контуру вьфаботки, и как следствие, этого, нагружение рамной крепи. Оцнако интенсивность нагружения крепи и апюсолютные значения нагрузок будут значительно меньшими, чем при монолитной бетонной оболочке ьыра.бот ки, вследствие того, что нагрузка на рамную крепь находится в обратной зависимости от деформативности закладочного материала, т.е. чем выше деформативность, тем меньше нагружается рамная крепь в условиях конечны смещений породного контура, вызванных интенсивным и неравномерным про.явлением горного давления, и более полно используется несущая.способ носгь приконтурного породного маеСИва. Так как первоначальное проявлени горного давления неравномерно по контуру вьфаботки, то наибольшая интенсивность смещений породного контура на участке максимума компенсируется более высокой деформативностью Пористой оболочки выработ ки на этом участке. В результате про исходит перераспределение горного давления по контуру выработки с уменьшением его максимума, а, следовательно, и уменьшаются смещения породного контура, и рамная крепь нагружается по всему контуру более равномерно. Это ведет к повышению устойчивости выработки в условиях интенсивного и неравномерного проявления горного давления. Исследования взаимодействия крепи горных выработок с боковыми породами установили как качественное, так и количественное соотношение между смещением контура вьфаботок. и сопротивлением крепи. .Смещения контура определяются по формуле, .г нм. .ta ехр где а и Н ширина и глубина -залЪженил выработки;, объемный вес.пород; R и fin соответственно действительная и условная прочность пород ( ) . Графическая интерпретация уравнения (1) приведена на фиг. 3 (кривая В), из которого видно, что с увеличением реакции крепи уменьшаются смещения породного контура выработки . Для определения нагрузки на крепь с монолитной бетонной оболочкой на графике необходимо построить ее деформационную характеристику 0-fW.. С2| Графическая интерпретация уравнения (2) приведена на фиг. 3 (кривая Г). Точка пересечения кривых является решением уравнений (1) и (2) по прототипу. При заполнении закрепного пространства легко деформируемым слоем крепь работает следующим образом. При смещении породийго контура на величину V, оболочка деформируется на величину у , создавая в ней напряжение Q , которое передается металлической крепи. При линейной связи напряжегий и деформаций в поризованной оболочке имеем 6 - толщина оболочки; модуль деформации порнзованной оболочки. Металлическая часть двухслойной репи, как указано ранее, обладает деормационной характеристикой (фиг. 3 ривая Г). Поэтому при действии на , ее напряжений я крепь будет дефоркп-гроваться согласно (2) на величину,,|(А) где cpffl Л функция, обратная функции i(V). Таким образом, можно записать следующее уравнение: (,(5) Решая совместно уравнения (3)-(5) получим Ч(6) Из уравнения (6) видно, что функции, описывающие податливость с монолитной и поризованной бетонными оболочками, отличаются слагаемым , которое уменьшает степень жесткости крепи с поризованной обоЛРчкой (по предлагаемому варианту). Поэтому она при прочих равных условиях будет воспринимать меньшую нагрузку со стороны породного массива (фиг, 3 кривая Д), чем крепь с монолитной бетонной оболочкой по прототипу (фиг, 3 кривая Г). Для оценки ксмтичественного показа теля изменения горного давления на с поставляемые два типа крепи приведен пример расчета нагрузок на них при следующих исходных данных: конструкция крепи - арочная податливая трехзвенная крепь СВП-22} шаг установки крепиL 1,0 м ширина выработки а 4 м{ глубина заложения Н 300 м| объемный вес пород у 2,5x10 - , их предел прочности R 130x10 - ; толщина податливого слоя о 0,17 м модуль деформации Ед 10 i;; . По формуле (1) определяем зависимость УЦ) , построенную на графике (фиг. 4, кривая Е), Деформационная характеристика по прототипу (фиг. 4 кривая Ж)q i(V) крепи СВП-22 определена по данным опытных испытагшй и на ее основе по формуле (5) построена зависимость V,(,) (см. фиг. 4 кривая 3) по предлагаемому варианту. Внедрение Предложенного способа крепления горных выработок дает экономический эффект.

СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК, включающий установку рам крепи, межрамного ограждения и последующее образование в закрепном пространстве бетонной оболочки нагнетанием пневмобетономашиной закладочного материала, отличающийся тем, что, с целью повышения устойчивости выработки и образования дифференцированной деформа.тивности бетонной оболочки, ее образуют путем введения в закладочный материал поризатора, при. этом количество его на каждом участке контура выработки принимают пропорциональным I величине горного давления на этом участке. (О С