Способ крепления горных выработок с забутовкой закрепного пространства Советский патент 1986 года по МПК E21D11/00 

AT

1/

J ЗаВои gupaSnmffu

Cpuz.i

Изобретение относится к области горного дела, а именно к креплению горных выработок с забутовкой пространства между крепью и контуром массива пород.

Цель изобретения - снижение затрат на крепление и поддержание горных выработок и повышение безопасности работ.

На фиг. 1 показана выработка на момент крепления очередного шага, когда фиксаторы выдвинуты из закрепного пространства и в интервалах между ними установлены забутовочные оболочки с заполнителем, вид сверху; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1 (момент завершения установки забутовки закрепного пространства перед возведением очередной рамы крепи в выработке); на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1 (момент окончательного закрепления выработки); на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 3; на фиг. 5 - крепь и забутовка закрепного пространства в поперечном сечении выработки на момент прекраш,ения деформации и растяжения оболочек и заполнения зазора между ними, т.е. на момент полного смыкания оболочек по контуру укладки над крепью; на фиг. 6 - соседние забутовочные оболочки с заполнителем в закрепном пространстве на момент их установки и прекрашения смешения пород в выработке.

Способ крепления горной выработки с забутовкой закрепного пространства осушествляют следующим образом.

Выработку проводят с оставлением зазора между крепью и контуром массива пород, т.е. с оставлением закрепного пространства. Высоту зазора принимают из расчета предотвраш,ения опасных деформаций и поломов крепи, применяемой в выработке, под действием смещающихся приконтурных пород и горного давления.

На начальном участке выработки длиной 3-4 м по мере проходки его на очередной шаг крепления сначала устанавливают раму крепи с оставлением зазора между крепью и массивом, затягивают затяжкой межрамное пространство. Затем в закрепном пространстве по периметру рамы размещают забутовочные оболочки из эластичного материала с податливым заполнителем высотой, равной высоте закрепного пространства, с оставлением зазора между соседними оболочками, равному половине суммарной величины растяжения этих оболочек в поперечном направлении, которое они испытывают под действием горного давления за время эксплуатации выработки. По длине выработки забутовочные оболочки устанавливают в закрепном пространстве с оставлением зазора между соседними оболочками, равному половине суммарной величины растяжения этих оболочек по их длине, происходящего под действием горного давления за время эксплуатадии выработки. После установки на начальном участке выработки первых трех-четырех рам крепи с забутовкой закрепного пространства в продольные зазоры между забутовочными оболочками по всему периметру крепи вводят и размещают в них фиксаторы из жест- ких безразгрузочных пневматических оболочек.

Крепление выработки с забутовкой закрепного пространства осуществляют следующим образом. После подвигания выработки на очередной цикл, находясь под защитой последних рам крепи в выработке, из закрепного пространства 1 консольно выдвигают фиксаторы 2 на величину очередного шага крепления. Затем в промежутках

3 между фиксаторами 2 устанавливают с удержанием на фиксаторах забутовочные эластичные оболочки 4 с заполнителем с оставлением зазоров 5 между ними по периметру выработки и зазоров 6 между ними в продольном направлении выработки; соответственно равных половине суммарной величины растяжения смежных оболочек в поперечном и продольном направлениях их установки, которое они претерпевают под действием горного давления за срок эксплуатации выработки. После размещения забутовочных оболочек по закрепляемому контуру выработки устанавливают раму 7 крепи и межрамные затяжки 8.

На момент завершения крепления всей выработки фиксаторы извлекают из закрепного пространства для повторного использования при креплении других выработок. В качестве пневматических фиксаторов используют двухслойные цилиндрические безразгрузочные оболочки, между слоями которых закачан под давлением воздух. Пневматические фиксаторы из безразгрузочных оболочек обладают изгибной жесткостью, что позволяет их использовать в качестве консолей, на которых закрепляют забутовочные оболочки с заполнителем. В то же время пневматические фиксаторы обладают некоторой податливостью, что обеспечивает возможность размещения их в зазорах между забутовочными оболочками и плотное поджатие к породам контура выработки рамной крепью. Это свойство пневматических фиксаторов, в отличие от жестких фиксаторов, упрощает процесс установки рамной крепи, ее подгонку под проектное (паспортное) сечение выработки в свету. Пневматические фиксаторы, в отличие от жестких, выдвигаются консольно путем выворачивания внутреннего слоя оболочек на наружный без трения скольжения о породу, раму крепи и смежные забутовочне оболочки и без разгрузки внутреннего давления в них. Это обеспечивает предварительное поджатие пород контура выработки при выдвигании фиксаторов консольно из закрепного пространства и способствует повышению безопасности работ.

Применение пневматических фиксаторов, обладающих изгибной жесткостью, упругостью и податливостью, обеспечивает возможность производства вначале забутовки по контуру выработки, а затем установку рамной крепи и затяжки межрамного пространства. В результате такой последовательности работ улучшается качество крепления, повышается производительность и безопасность труда.

Забутовка из эластичных оболочек с податливым заполнителем в закрепном пространстве работает следующим образом. Под действием давления смещающихся горных пород массива забутовочные оболочки деформируются и растягиваются в продольном и поперечном направлениях их размещения в закрепном пространстве и вследствие этого происходит заполнение зазоров между оболочками. К моменту затухания сдвижения вмещающихся пород и стабилизации нагрузки на крепь без опасных ее деформаций зазоры между оболочками полностью заполняются и деформации оболочек прекращаются.

Величину зазора закрепного пространства и зазора между смежными оболочками забутовки определяют следующим образом. Величина зазора hj закрепного пространства с податливой забутовкой по предлагаемому способу, при которой не происходят опасные деформации и поломы применяемой крепи в выработке, должна равняться

ha ho-f и-Ьвр,(1)

где ho- остаточная высота оболочки после ее сжатия, т.е. уплотнения заполнителя;

и - смещение пород (например, кровли или борта выработки) за срок службы выработки; Ькр - податливость крепи.

Например, в кверщлаге смещение кровли за срок его службы UK 200мм; конструктивная податливость сборной железобетонной крепи 100 мм. Следовательно, без податливой забутовки крепь в данных условиях неприменима, так как смещение пород кровли 200 мм вызовет ее опасные деформации и поломы. Чтобы не происходили поломы крепи податливость забутовки h 11 должна равняться 100 мм, т.е. hn UBP - hap 100 мм. Принимаем в качестве заполнителя оболочек материал с усадкой 30-33%. Следовательно, в данных условиях потребная высота закрепного пространства hj должна приниматься 0,3 м.

Оболочки выполнены из эластичного материала, допускающего максимальные относительные удлинения 30%.

Общая величина смещения пород массива и компенсируется величиной сжатия hg. (величиной податливости hn) оболочек и величиной податливости крепи, т.е. U h,+ hKp. (2)

В момент устройства забутовки в закрепном пространстве зазор между смежными (соседними) оболочками равен 1х, первоначальная высота оболочек равна 2R. Первоначальный периметр оболочки, например, в поперечном сечении равен

По 2(),

(3)

где R - первоначальный радиус кривизны

оболочки.

После завершения сдвижения пород и смещения их на величину U, т.е. когда наступило равновесное состояние системы крепь- вмещающие породы, зазор между соседними

оболочками Сх 0. К этому времени оболочки по высоте уменьщаются на величину h. Периметр оболочек увеличивается и становится равным

П r(Bi ),

(4)

20

где в, в и С показаны на фиг. 6.

Значение П1 определяют из выражения

(5)

где А - относительное удлинение оболочки, т.е. материала, из которого она изготовлена;

По - первоначальный периметр оболочки, определяется по формуле (3). Размер оболочки по щирине в первоначальный период равен 2 ОМ (фиг. 6). После деформации и растяжения оболочек на величину he. поперечный размер оболочки увеличивается и становится равным 2OiN, а .

Первоначальный поперечный размер двух смежных оболочек равен

2-й ОМ 4 ОМ,

(6)

а на момент затухания смещения пород и стабилизации нагрузки на крепь поперечный размер двух смежных оболочек становится равным 2 ОМ (фиг. 6). Суммарная величина деформации и растяжения ох двух смежных оболочек в поперечном направлении,

т.е. в направлении ОХ равна

ол 4OjN-4OM 4(OjN-OM), (г)

Зазор между оболочками Ех до их деформации и растяжения равен

х 2(OiN-OM),

(8)

т.е. ЕХ 2, ох- полусумме деформации и растяжения смежных оболочек в поперечном направлении.

Аналогично зазор между смежными оболочками в продольном направлении, т.е. в направлении ОУ равен Еу Vafoy. По периметру и длине выработки строение, угол падения и прочность пород обычно переменные, зачастую они существенно отличаются друг от друга. Поэтому горное давление на крепь и, следовательно, на забутовочные оболочки различно по периметру и длине выработки. По этой причине различны деформации (расширение и удлинение) соседних оболочек за контуром крепи. В связи с этим величину зазора между соседними оболочками как по периметру, так и по длине их установки в закрепном пространстве следует принимать равной половине деформации и растяжения одной оболочки плюс половину деформации и растяжения второй соседней оболочки, т.е. равной половине суммарной величины деформации и растяжения соседних (смежных) оболочек в соответствующих направлениях. Для снижения трудоемкости работ и улучшения организации труда по креплению выработок оболочки с податливым заполнителем целесообразно доставлять готовыми в выработку и длину оболочек принимать равной величине шага установки крепи в выработке. Изобретение позволяет расширить область применения бетонных, железобетонных, металлических рамных и других малоподатливых крепей в сложных горно-геологических условиях и в зоне влияния очистных работ. Применение предлагаемого способа крепления позволит, в частности, снизить вредное влияние очистных работ, прежде всего влияния надработки (влияние очистных работ по вышележащему пласту на выработки по нижележащему пласту или в нижележаш,ей сближенной толще породы) на капитальные полевые выработки - полевые штреки, квершлаги, камеры различного назначения и др. Предлагаемый способ крепления позволит в целом существенно снизить нагрузки на крепи, уменьшить затраты на крепление и поддержание выработок, улучшить состояние выработок и повысить безопасность работ. Формула изобретения Способ крепления горных выработок с забутовкой закрепного пространства, включающий возведение рамной крепи с оставлением зазоров между крепью и массивом горных пород, затяжку межрамного пространства, забутовку закрепного пространства эластичными оболочками с заполнителем из податливого материала, отличающийся тем, что, с целью снижения затрат на крепление и поддержание горных выработок и повышения безопасности работ, на рамы крепи устанавливают фиксаторы, а забутовку закрепляемого пространства выработки производят путем их выдвижения из закрепного пространства на величину шага крепления по контуру выработки с образованием зазоров между последними, а эластичные оболочки укладывают с зазором между ними по периметру и длине выработки и крепят их к фиксаторам, затем производят установку рам крепи и затяжку межрамного пространства под фиксаторами и оболочками и извлекают фиксаторы, при этом зазоры между эластичными оболочками равны половине суммарной величины деформаций смежных оболочек в поперечном и продольном направлениях их установки, которые оболочки претерпевают под действием горного давления за срок службы выработки.

:.-хЭ .V.D /C.-/:VJ:i

в-в

в

/I

Изобретение относится к области горного дела и позволяет снизить затраты на крепление и поддержание горных выработок и повысить безопасность работ. Для этого на рамах крепи при ее возведении устанавливают фиксаторы (Ф) 2. Перед установкой очередной рамы производят забутовку загГ крепного пространства (ЗП) по закрепляемому контуру выработки путем выдвигания Ф 2 из ЗП на величину шага крепления с образованием зазоров между Ф 2. Это предотвращает обрушение пород с момента их обнажения до установки крепи. В зазоры между Ф 2 помещают эластичные оболочки (ЭО) 4 с заполнителем из податливого материала с оставлением зазоров между ними. Зазоры равны половине суммарной величины деформаций смежных ЭО 4 в поперечном и продольном направлениях их установки, которые ЭО 4 претерпевают под действием горного давления за срок службы выработки. При деформациях ЭО 4 происходит заполнение зазоров между ними, что предотвращает образование опасных нагрузок на крепь и ее деформацию. В результате снижаются затраты на поддержание выработки (Л и улучшается ее состояние. Причем ЭО 4 крепят к Ф 2. Затем устанавливают рамы крепи и осуществляют затяжку межрамного пространства под Ф 2 и ЭО 4. После чего Ф 2 извлекают. 6 ил. ю О5 I, S to о 4 о: