Многосекционная горная выработка Советский патент 1988 года по МПК E21D9/00 

Изобретение относится к горному делу и м.б. использовано в горно-добьтающей пром-сти и подземном строительстве. Цель - повышение устойчивости выработки путем использования природной несущей способности пород. Многосекционная горная выработка включает крепь, технологическое отделение, разделенное на секции 1, И породонесущую многосвязанную область. Секции 1 имеют анкеры 6, выходящие за пределы упрочняемых пород. При этом многорвязанная область выполнена из разгруженных от исходных напряжений и упрочненных скрепляющим раствором пород и усилена анкерными тяжами 5, пропущенными между соседними сек

Флг.2

днями 1. Внутри многосвязанной области расположены автономные сближенные вьфаботки, соединенные между собой сбойками 7. При равномерном распределении горного давления многосвяэанная область имеет круговую форму, а при неравномерном распределении - вытянутую (в форме эллипса) (по направлению линии максимального напряжения в массиве, а секции 1 размещены вдоль этого

1

Изобретение относится к горному делу, а именно к подземным горным выработкам, и может быть использовано в горно-добьгоагацей промьшшенности и подземном строительстве.

Цель изобретения - повьшениё устойчивости вьфаботки путем использования природной несущей способности пород.

На фиг.1 изображена многосекционная выработка При равномерном горном давлении, сечение; на - то же, при неравномерном горном давлении.

Многосекционная горная вьфаботка содержит несколько технологических секций 1 различного назначения,размещенных внутри ее внешнего контура 2. Каждая технологическая секция 1 зак- реплена ограждающей крепью 3. Основнми несущими элементами крепи многосекционной выработки являются породные конструкции 4, скрепленные анкерными тяжами 5 и связанные с окрыжаю щим массивом анкерами 6. В породных конструкциях 4 выполнены каналы 7, 1Й ракяцие роль сбоек.

Многосекционная горная вьфаботка представляет собой единое сооружение образованное в породном массиве. В основе ее разработки лежит идея использования несущей способности поро как элемента породонесущей крепи для управления горным давлением.

Технологические секции 1 и грузо- несущие породные конструкции 4 размещены внутри внешнего контура 2 многосекционной горной вьфаботки в соответствии с ее технологическим наз начением и распределением горного

направления.,Соотношения осей эллипса определяют из уравнения, приведенного в формелу изобретения. В предлагаемой вьфаботке впервые реализуется возможность управления проявлениями горного давления за счет чередования зоны неупругих деформаций с упруго работакяцими зонами, что резко увеличивает устойчивость выработки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

давления в породном массиве. При этом внешний контур 2 комплексной горной, вьфаботки вьтолнен с позиции ее рав- нопрочности и обеспечения наибольшей устойчивости. Так, при равномерном горном давлении контур 2 вьфаботки при выполняют близким к кругу, а при неравномерном - вытянутым по направлению действия максимального напряжения в горном массиве. Это приводит к созданию такого поля .напряжений вокруг комплексной выработки, когда -тангенциальные напряжения на ее контуре 2 будут сжимающими и примерно одинаковыми, а их величина - в 1,5-2 раза меньше максимальных тангенциальных напряжений на контуре . обычной выработки в аналогичных условиях. Снижение напряжений в окружа- кящх выработку породах приведет к существенному уменьшению вероятности их разрушения и, следовательно, смещений пород и нагрузок на крепь, т.е. к повьшению устойчивости выработки.

На фиг.2 показана многосекционная горная вьфаботка, внешний контур которой вытянут по направлению действия максимального напряжения , в соответствии с чем выбрана форма эллипса, удовлетворяющая уравнению устойчивости, В частности,, при равной прочности пород в к{ювле и боках и значении коэффициента Я 0,5 соотношение осей эллипса следует прянять равным .

Кроме того, в предлагаемой вьфаботке- достигается принципиально новое взаимодействие горного массива с гру- зонесуп№1ми конструкциями 4, выполненными из разгруженных и упрочненных пород. После создания грузонесущие конструкции 4 на контакте с породным массивом не испытывают загружения, поскольку концентрация напряжений в результате разгрузки пород внутри ее контура 2 оказывается снятой и перенесенной в массив. Если напряжения повьппают прочность пород массива, вокруг внешнего контура 2 многосекционной вьфаботки начинает образовываться зона неупругих деформаций, что формирует давление на грузонесущие породные конструкции 4, которые, вовлекаясь в работу против сил горного давления, обеспечивают неизменность контура технологических секций и их надежную эксплуатацию в течение всего срока службы.

Грузонесущие конструкции 4 из разрушенных камуфлетным взрывом и упрочненных пород, взаимодействуя с окружающим массивом, перераспределяют действующие нагрузки на жесткие с высокой грузонесущей способностью, породные ядра и перемычки, тем самым предотвращая возможные сдвижения внешнего контура 2 комплексной вьфаботки. С целью обеспечения совместно работы грузонесущих породных конструкций 4, ограждающей крепи 3 технологических секций 1 и окружающих комплексную выработку пород, через разгруженную и упрочненную породы пропу- щены анкерные тяжи 5 и установлены анкеры 6. Анкерные тяжи 5 обеспечивают предварительное напряжение грузонесущих породных конструкций 4, рабо .тают на растяжение и тем самым пред- отвращают образование зон неупругих деформаций вокруг технологических секций 1, выполненных в виде отдель- .ных автономных выработок, отделенных одна от другой грузонесущими породньг ми конструкциями 4. Форма технологических секций принята по условиям ,размещения в них транспортных средст и коммуникаций с необходимыми зазорами, проветривания подземных вырабо- ток и требуемой несущей способности грузонесущих породных конструкщй 4. Так как при чрезмерном горном давлении на больших глубинах разработки возможно образование зон разрушения вокруг технологических секций 1, то для повышения их устойчивости и предотвращения обрушения пород они закреплены ограждающей крепЬю 3 (типа

набрызг-бетона), которая, взаимодействуя с участками разрушенных пород, обеспечивает сохранность каждой технологической секции 1.

Таким образом, в предлагаемой многосекционной выработке впервые реализуется возможность управления проявлениями горного давления путем создания конструкции, в которой зоны неупругих деформаций чередуются с упруго работающими зонами. Так, возможны зоны разрушения вокруг одной или каждой технологической секции 1 и зона разрушения вокруг внешнего контура 2 комплексной выработки. Это резко увеличивает устойчивость выработки даже при весьма сильном горном давлении на больших глубинах разработки и обеспечивает надежность функционирования технологических секций 1

Для обеспечения технологической взаимосвязи смежных секций 1 в теле грузонесущих породных конструкций 4 из разгруженных и упрочненных пород выполнены сбойки 7, закрепленные также ограждающей крепью 3.

Таким образом, применение предлагаемой многосекционной горной выработки позволит существенно повысить устойчивость пород даже в самых сложных горно-геологических условиях, снизить :тоимость строительства шахт за счет уменьшения общей протяженности вьфаботок, а также снизить потери угля в охранных целиках.

Формула изобретен и я

2, Горная выработка по п.1, о т - /(ичающаяся тем, что породо- есущая многосвязанная область имеет круговую форму при равномерном рас- гределении горного давления, а при неравномерном распределении - вытянутую в форме эллипса по направлению линии действия максимального напряжения в массиве, а технологические секции размещены вдоль этого напряжения, причем соотношение осей эллипса определено из уравнения

(из)(1-Я)2 (4Я)- - ;Б/л 4(и8)(1-Я)(,

где Ь/а - соотношение осей эллипса

пороДонесущей области; S - соотношение прочностей пород на соответствующих осяж в п.а.эллипса;

Я - коэффициент бокового распора массива пород.