Способ крепления горныз выработок в условиях вечной мерзлоты Советский патент 1992 года по МПК E21D11/00 

469 7 8 10

СО

с

Изобретение относится к горному делу и м.б. использовано для крепления горных выработок, пройденных в многолетнемерз- лых породах. Цель изобретения - уменьшение повреждений крепи вследствие морозного пучения пород кровли. Это достигается тем, что в межрамное пространство 3 укладываютемкости(Е)4 с отверстиями 5, в которые заливают воду 6. Е 4 служат в качестве демпфирующего слоя и затяжки. Поверхность Е 4 выполняют с кривизной, соответствующей кровле. После замерзания воды в Е 4 и при увеличении давления на крепь отверстия служат для истечения льда. 2 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для крепления горных выработок, пройденных в многолетнемерзлых породах.

При эксплуатации горных выработок, пройденных в многолетнемерзлых породах приходится сталкиваться с явлением морозного пучения пород кровли, которое происходит при наличии в кровле выработки слоя или слоев водонасыщенных пород типа глин, аргиллитов, алевролитов, При этом вследствие увеличения объема этих слоев резко увеличивается давление на крепь горных выработок, происходит деформация и повреждение элементов крепи и даже завал выработок. Установка мощной крепи, заведомо большей несущей способности, чем рассчитанная исходя из обычных подходов к выбору крепи, не приводит к желаемому результату.

Известен способ крепления выработок, в котором предусматривается в качестве меры борьбы с пучащими породами проведение сплошных щелей по всей площади угольного массива на глубину 4-4,5 м и высоту 0,1-0,15 м от охраняемой выработки.

Недостатками данного способа являются технические трудности связанные с его осуществлением, особенно в выработках пройденных по породе, кроме того, разделение на тонкие слои породы, расположенной в кровле выработки, приводит к снижению ее устойчивости.

Известен способ крепления горных выработок, включающий возведение рамной крепи с оставлением зазоров между крепью и массивом горных пород, затяжку межрамного пространства и забутовку закрепного пространства эластичными оболочками с заполнителем из податливого материала, при этом с целью снижения затрат на крепление и поддержание горных выработок и повышения безопасности работ на рамы крепи устанавливают фиксаторы, к которым крепят эластичные оболочки, забутовку крепи производят путем выдвижения фиксаторов из закрепного пространства,

Недостатками данного способа являются сложность установки фиксаторов и креп- ления их к рамам крепи, потеря элластичности ооолочками в условиях отрицательных температур, примерзание их к фиксаторам.

Наиболее близок к предлагаемому способ крепления горных выработок, согласно которому установку рамной крепи производят с зазором между крепью и контуром выработки и заполняют зазор демпфирующим слоем из кускового материала горной породы, причем суммарный объем пустбт

между кусками принимают равным приросту объема контура выработки за время ее существования.

Недостатками данного способа является наличие кускового материала способного пластично деформироваться при приложении нагрузки, слипание кусков породы между собой, сложность и трудоемкость возведения крепи, так как между рамами

крепи необходимо устанавливать затяжку и только на нее укладывать куски породы, при этом в зависимости от соотношения прочно- стей породы и затяжки в большинстве случаев возможен полом последней и

высыпание породы в выработку,

Цель изобретения - исключение повреждений крепи вследствие морозного пучения пород кровли,

Поставленная цель достигается тем, что

согласно способу крепления горных выработок, включающему установку рамной крепи с оставлением зазоров между крепью и массивом горных пород и перекрытие межрамного пространства, в межрамное пространство укладывают емкости выполненные из жесткого материала с отверстиями, емкости заполняют водой, при этом кривизну поверхностей емкости, контактирующих с кровлей и крепью, выполняют в соответствии с кривизной контура выработки и верхняка крепи.

Емкости, выполненные из жесткого материала с отверстиями, можно использовать их в качестве демпфирующего слоя и в

качестве затяжки.

. Отверстия в емкости служат вначале для заполнения их водой, а затем после ее замерзания и увеличения нагрузки - для истечения льда. Заполнение емкостей водой,

которая вскоре замерзает вследствие теплообмена с воздухом и породами, имеющими отрицательную температуру, придает им, с одной стороны, увеличение прочности и несущей способности затяжки, с другой

стороны, при возрастании нагрузки, превышающей предел прочности конструкции, позволяет ей плавно деформироваться, сохраняя высокую несущую способность. Вы- полнение поверхностей емкостей,

контактирующих с кровлей и крепью такой же кривизны, как контур и крепь выработки, позволяет обеспечить плотный контакт емкостей с кровлей и крепью, облегчает процесс крепления, позволяет использовать

арочную металлическую крепь для крепления выработок трапециевидного сечения,

На фиг,1 и 2 показаны выработки арочной и трапециевидной формы, закрепленные предлагаемым способом, сечения.

На фиг,1 и 2 приняты обозначения: контур 1 проводимой выработки, рамная крепь 2 выработки, зазор 3 между контуром выработки и крепью; емкости 4, выполненные из жесткого материала, которые укла- дывают в зазор между кровлей и крепью в межрамное пространство, отверстия 5 в емкости для заливки воды, вода 6 залитая в емкости, поверхность 7 емкости, прилегающая к кровле выработки, поверхность 8 ем- кости, прилегающая к крепи, 9 - кровля выработки, 10 - наружная поверхность рамной крепи,

Способ осуществляется следующим образом,

При проведении выработки ее сечение 1 вчерне выбирают таким, чтобы оно превышало паспортное. Паспортное сечение оп- ределяется размерами крепи 2 и принимается меньшим сечения вчерне на величину зазора 3, который принимают равным максимально возможным опусканием кровли за весь период существования выработки, В зазор 3 между крепью и кровлей закладывают жесткие емкости 4, которые укладывают на рамы крепи, и служат в качестве затяжки. Емкости выполняют с отверстиями 5 для заливки в них воды. После укладки емкостей в них заливают воду б. При этом емкости выполняют таким обра- зом, что их внешние поверхности 7 и 8, контактирующие с кровлей и крепью имеют одинаковую с ними кривизну 9 и 10.

Пример. Исходные данные: выработка - людской уклон по пласту Анадырско- му проводят по породам междупластья, при этом в кровле выборки расположен слой песчаника 0,4 м и выше слой аргиллита мощностью 3,5 м, Величина опускания кровли вследствие морозного пучения при влажно- сти аргиллита 11 % и минимальной температуре в зимнее время в выработке -18, составляет 35 см, форма сечения выработки - арочная, сечение 10 м, крепление - металлические арки через 0,8 м, проведение выработки с помощью комбайна 4ПУ. Учитывая величину морозного пучения кровли, а также возможные опускания кровли вследствие горного давления, которые определяют известным способом, принимают высоту зазора между контуром выработки и крепью равным 70 см. После установки металлической рамной крепи в зазор между крепью и кровлей в межрамное пространст

во укладывают жесткие емкости. В качестве емкостей на шахте Анадырская используют металлические бочки из-под горючего. Бочку слегка приплющивают с боков, так что одна ее поверхность становится выпуклой, а другая - вогнутой, т.е. поверхности ее прилегающие к кровле и крепи приобретают соответственно кривизну кровли и крепи, Обжатие бочки осуществляется в механическом цехе с помощью обычного пресса и шаблонов имеющих заданную кривизну, После укладки бочек в них заливают воду, которая замерзает в среднем в течение 6-8 сут.

В результате этого образуется прочная конструкция, состоящая из металлической оболочки, заполненной льдом. При замерзании воды металлическая оболочка слегка увеличивается в объеме, чем обеспечивается первоначальный распор крепи, а затем по мере возрастания внешнего давления она обладает способностью постепенно пластично деформироваться, т.е. обеспечивает крепи плавный уход от нагрузки.

Предлагаемый способ обеспечивает надежное поддержание выработок в условиях многолетней мерзлоты при наличии морозного пучения пород кровли, способ прост, технологичен, позволяет использовать для крепления материал, являющийся отходом. Кроме того, позволяет, использовать для крепления металлической рамной крепью выработок трапециевидного сечения. Емкости в качестве затяжек обладают хорошей несущей способностью и одновременно податливостью, т.е. играют роль демпфера, предохраняющего крепь выработки от деформации за счет выдавливания льда из емкости,

Формула изобретения

Способ крепления горных выработок в условиях вечной мерзлоты, включающий установку рамной крепи с оставлением зазора между ее верхняком и породным массивом, перекрытие межрамного пространства, о т- личающийся тем, что, с целью уменьшения повреждений крепи вследствие морозного пучения пород кровли, межрамное пространство перекрывают емкостями из жесткого материала с отверстиями, при этом поверхности емкостей, контактирующие с кровлей и крепью, выполняют с кривизной, соответствующей кривизне последних, и заполняют емкости водой.

фие.1