Способ крепления горной выработки Советский патент 1992 года по МПК E21D11/00 

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к способу крепления горных выработок на глубоких горизонтах, испытывающих влияние очистных работ в условиях интенсивного смещения боковых пород.

Известен способ.крепления горной выработки в зоне влияния очистных работ, при котором при проведении устанавливают рамную крепь, а впереди очистного забоя ее усиливают металлическими податливыми стойками типа Т, ГС или другими с аналогичными характеристиками. Усиление производят равномерно путем установки под каждую раму одной или двух стоек усиления.

Однако полная устойчивость крепи не достигается, поскольку в зоне влияния очистных работ на каждую раму помимо возрастающей вертикальной нагрузки действует возрастающая горизонтальная составляющая косонаправленного давления горных пород, которая создает опрокидывающий момент в крепи и деформацию скручивания ее элементов. К тому же равномерное усиление каждой рамы не соответствует фактически имеющему место неравномерному проявлению опорного давления вдоль выработки.

Наиболее близким к предлох енному способу является способ крепления горной выработки в зоне влияния очистньгх работ, заключающийся в установке при проходке

выработки податливой рамной Крепи, проведении в выработке замеров смещений пород кровли для определения зон повышенного опорного давления и усилении рамной крепи в вертикальной плоскости в этих зонах.

Однако известный способ имеет следующие недостатки. Практика крепления горных выработок показывает, что происходит потеря продольной устойчивости рамной крепи вследствие скручивания профиля ее элементов и опрокидывания рам в виду недостаточной прочности межрамных, связей, что нередко влечет за собой внезапное обрушение пород или неоднократное перекрепление выработки. Для подготовительных выработок в зоне влияния очистных работ характерен не дискретный вид смещений порбд кровли вдоль выработки, равной шагу обрушения основной кровли, а непрерывно волнообразно изменяющийся. Поэтому рекомендуемое оставление рамной крепи без усиления на отдельных интервально повторяющихся участках выработки является нерациональным.

Целью изобретения является обеспечение устойчивости выработки путем повышения эксплуатационной надежности крепи в зоне влияния очистных работ.

Поставленная цель достигается тем, что в способе крепления горной выработки в зоне влияния очистных работ, заключаю11;емся в установке при проходке податливой рамной крепи, проведении в выработке замеров смещений пород кровли для определения зон повышенного опорного давления и усилении рамной крепи в вертикальной плоскости в этих зонах, в зоне повышенного опорного давления дополнительно усиливают рамную крепь в продольном направлении пропорционально периодическому непрерывному изменению смещений по длине выработки в этой зоне путем установки дополнительных съемных элементов межрамного усиления,при этом несущую способность межрамного усиления определяют по каждой раме, исходя из максимального искривления продольного профиля выработки и смещений по следующей формуле:

0)

Рус Ррасч -kUi/UMHH,

где Рус - несущая способность межрамного усилия, кН;

Ррасч - расчетное сопротивление податливости рамной крепи, кН;

Ui - смещение пород кровли по замерам на i-й раме, мм;

Умин минимальное смещение на раме, периодически повторяющееся вдоль выработки, мм;

k - коэффициент, учитывающий кривизну продольного профиля кровли выработки (безразмерная величина).

Позади очистнога забоя элементы межрамного усиления снимают и переносят для повторной установки на другие тождественные по смещениям рамы впереди передвигающегося очистного забоя.

На фиг. 1 изображена схема искривленного профиля кровли вблизи очистного забоя; на фиг. 2 - график изменений смещений пород кровли выработки по данным шахтных инструментальных наблюдений.

На раму крепи 1 действует косонаправленное давление пород кровли Р, направленное перпендикулярно касательной к искривленному контуру кровли 2 в точке приложения нагрузки О вблизи очистного

забоя 3. Силу Р в декартовой системе координат XOY можно разложить на две составляющие: Рх и Ру. Составляющей давление Ру противостоит сопротивление податливости рамы 1. равной Ррасч. а составляющей Рх несущая способность элементов межрамного усилия 4 (стяжек, распорок), равная Рус.

Очевидная зависимость Ррасч., где k коэффициент кривизны продольного профиля кровли выработки (тангенс угла наклона касательной в точке 0).

Шахтными инструментальными измерениями установлено, что при подвигании очистного забоя в зоне его влияния в подготовительной выработке происходят смещения по.род кровли, имеющие по длине вь1работки волнообразный характер с определенным периодом Т (см.фиг.2), в пределах которого для рамы А смещения пород кровли минимальны UMHH, для рамы В максимальны имакс, а для рам в промежутке между ними, например С составляют Ui, причем выполня

ется неравенство Умин Ui Умакс. В соответствии с этим будет неодинаковым по длине выработки требуемое межрамное усиление. Для рамы В с максимальной величиной смещений Умакс это усиление по несущей способности будет больше, чем для рамы А с минимальными смещениями Умин в имакс/имин раз, соответственно для рамы С величиной смещений Uj- в UI/UMMH раз. Тогда несущую способность межрамного

усиления можно определить для любой рамы по формуле (1).

Численное значение коэффициента k можно получить по данным шахтных замеров или расчетом по эмпирической формуле

1

exp (1.04yH/RH.K +0,04 Шн.к/т + 50.5 у то.к/Ко.к где у- удельный вес пород кровли, RH.K и RO.K - соответственно предел прочности на одноосное сжатие пород непосредственной и основной кровли, МПа; Н - глубина заложения выработки, м; глн.к, гпо.к и m - соответственно мощность пород непосредственной и основной кровли и вынимаемая мощность угольного пласта, м. Предлагаемый способ крепления горной выработки в зоне влияния очистных работ заключается в следующем. Одновременно с проведением выработки по всей ее длине устанавливают металли ческую рамную податливую крепь 1. Путем проведения кратковременных замеров сме щений пород по реперным контурным станциям или величин замков рам при отходе очистного забоя от разрезной печи устанавливают периодичность проявлений горного давления и величины смещения пород кровли для каждой рамы участка замеров на интервале, равном периоду их изменения. По результатам замеров или расчетом по формуле (2) определяют значение коэффициeнтak. Затем по формуле (1) рассчитывают для каждой рамы необходимую несущую способность межрамного усиления и в соот-10 +0,04 2,5 10 ехр(1,04

Рассчитываем по формуле (1) несущую способность межрамного усиления:

для рамы В с Умакс Рус

320 -0,185 630/370 100,8 кН; для рамы С с Ui Рус

-320- 0,185500/370 80 кН: для рамы А с UMHH

-320 0,185370/370 59,2 кН.

Таким образом рассчитывают усилие остальных промежуточных рам и в соответствиисэтим в зоне влияния очистных работ одновременно с установкой устанавливают дополнительные элементы межрамных связей с полученной расчетной несущей способностью, обеспечивающей продольнук устойчивость крепи. Позади очистного забоя по мере его подвигания элементы межрамного усиления снимают и переносят для повторной установки на другие тождественные по смещениям рамы впереди очистного забоя. Например, снимают межрамное усилие рамы с максимальными смещениями

(2)

Кмакс позади забоя и устанавливают на соответствующую раму с имакс впереди забоя, усиление с рамы с минимальными смещениями пород кровли имин позади забоя устанавливают на раму с Омин впереди забоя и т.д. . , . .

35 Предложенный способ крепления горной выработки в зоне влияния очистных работ позволяет повысить эксплуатационную надежность податливой рамной крепи и обеспечить безрамное поддержание выработки.

По сравнению с прототипом благодаря установке элементов межрамного усиления с несущей способностью, пропорциональной смещениям пород кровли, крепь приобретает способность противостоять изменяющейся горизонтальной составляющей косонаправленного давления горных пород, что исключает возможность ее выхода из строя вследствие потери продольной

50 ycToJiHHBOCTH отдельных рам в зоне влияния очистных работ. ветствии с результатами этих расчетов осуществляют установку Съемных элементов межрамногоусиления по длине выработки в зоне повышенного опорного давления, создаваемого очистным забоем при его подвигании. Одновременно рамную крепь усиливают известным способом в вертикальной плоскости. После прохода очистного забоя и уменьшения интенсивности смещений элементы межрамного усиления снимают и переносят для повторной установки на другие тождественные по смещению рамы в зоне повышенного опорного давления впереди передвигающегося очистного забоя. П р и м е р. В 4-й южной бортовой выработке блока М:3 шахты им.А.Г.Стаханова ПО Красноармейскуголь, как установлено щахтными инструментальными наблюдениями, период изменения смещения Т равен 20 м,- Умакс 630; UMHH 370 мм и для произвольно выбранной рамы Ui 500 мм. Выработка при проходке закреплена арочной податливой крепью КМП-А5 с Ррасч. 320 кН. Определяем по формуле (2) значение коэффициента k, учитывая. что у 2,5 10 .к-42МПа,-Рож. 81 МПа; Н 1000 м; тнж- 15 м; m 1,24 м: Шо.к 34 м; ,185. 2,5 -10

Формула изобретения Способ крепления горной выработки включающий установку податливой рамной крепи и ее усиление в продольном направлении, определение на замерных рамах смещений пород кровли для определения зон повышенного опорного давления и усиление рамной крепи в вертикальной плоскости в этих зонах, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности крепи, усиление рамной крепи в продольном направлении призводят пропорционально периодическому изменению смещений пород по длине выработки путем установки съемных элементов межрамного

усиления, при этом несущую способность межрамного усиления для каждой рамы крепи определяют по формуле

Рус Ррасч k U /UMIIHI

где Рус - несущая способность межрамного усиления, кН;Ррасч. -расчетноесопротивление податливости рамной крепи,кН;

Ui - смещение пород кровли на 1-й замерной раме, мм;

UMMH - минимальное смещение на раме, периодически повторяющееся вдоль выработки, мм; ,

k - коэффициент кривизны продольного профиля кровли выработки.

Л

Изобретение относится к горному делу и м.б. использовано для крепления выработок. Цель - повышение эксплуатационной надежности крепи (К). После установки рамной К 1 производят ее усиление в продольном направлении пропорционально периодическому изменению смещений пород (СП) по длине выработки. Усиление производят, используя съемные элементы межрамного усиления. На замерных рамах f( определяют СП кровли для определения зон повышенного опорного давления и в этих зонах производят усиление рам в вертикальной плоскости. Несущую способность межрамного усиления для каждой рамы определяют по формуле Рус=Ррасч. + К (UI/UMHH). где Рус - несущая способность межрамного усиления; Ррасч. - расчетное сопротивление податливости К; Ui - замеренное С пород на 1-й замерной раме; UMMH - минимальное СП на раме, периодически повторяющееся вдоль выработки; К - коэффициент кривизны продольного профиля кровли выработки. 2 ил.слс

ФНП