Способ крепления горной выработки Советский патент 1992 года по МПК E21D20/00 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно, к способам крепления горных выработок при подземной разработке месторождений полезных ископаемых.

Известен способ крепления горных выработок, проводимых в слабых слоистых породах, предусматривающий создание разгрузочных щелей вдоль выработки, заполнение их эластичным материалом, буре- ние шпуров и установку анкеров. Анкеры устанавливают в щели, при этом предварительно в эластичном материале выполняют отверстие под анкеры, а шпуры бурят на дне щели для размещения в них анкерных зам- ков, причем разгрузочную щель размещают по оси выработки 1.

Недостатком известного способа является недостаточная надежность крепления выработки с увеличением ее ширины.

Наиболее близким техническим решением х заявляемому изобретению является способ комбинированного крепления горной выработки, включающий установку длинных податливых и коротких погружных анкеров, закрепление продольных и поперечных гибких несущих элементов, укладку в закрепленное пространство вкладыша, Перед установкой анкеров определяют области объемного сжатия м расширения по- род, при этом длинные податливые анкеры устанавливают в области объемного сжатия, а короткие погружные - в области объемного расширения пород, причем укладку податливого вкладыша ведут с периодическим образованием вдоль выработки полостей в виде паров по ее периметру между массивом и продольными элементами 2.

Недостатками данного способа являются значительная трудоемкость и стоимость крепления горной выработки.

Цель изобретения - снижение трудоемкости и стоимости крепления горной выработки при повышении ее устойчивости.

Поставленная цель достигается тем, что в способе крепления горной выработки, за- ключающемся в бурении шпуров, установке коротких погружных и длинных податливых анкеров, проведении в кровле разгрузочной щели вдоль горной выработки и заполнение ее податливым материалом, перед установкой податливых анкеров в кровле горной выработки формируют упрочненную потолочину на расстоянии от ее контура, составляющем (0,2+0,25) ширины выработки, которую укрепляют короткими погружными анкерами длиной равной ее мощности, а податливые анкеры устанавливают длиной равной суммарной величине мощности нижних слоев и потолочины, при этом необходимую мощность потолочины определяют из выражения

3

М

Д/4.07 (0.5 b tgy - h)(1 -i|cp )y b2

oSP- Ky (1 - Рх/Ркр )

где b - пролет выработки, м;

h - расстояние от контура выработки до упрочненной потолочины, м;

М - мощность упрочненной потолочины, м;

%р усредненный для типа пород коэффициент Пуассона:

-усредненная прочность пород на сжатие, КПа;

Ку - коэффициент упрочнения пород анкерами;

К - коэффициент концентрации опорного давления;

у- объемный вес пород, кН/м3;

Нр - глубина разработки, м;

р - угол естественного обрушения пород, град;

Рх - величина горизонтальных напряжений, КПа;

Ркр - величина критических напряжений, КПз. Рх К

JW

кр

- тУС

Vycp.

Ку

уН0;

1 +Д

1 + А + А2

.Q2U±CKJ4-%P}.

В

в

1

ЯМ

Ч - 2h С

,2.

1 -Vycp

г -0.1867

g-.

Причем разгрузочную щель проводят после крепления горной выработки на глубину до нижней границы упрочненной потолочины.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что перед установкой податливых анкеров в кровле горной выработки формируют упрочненную потолочину на расстоянии от ее контура, составляющем (0,2-43,25) ширины выработки, которую укрепляют короткими погружными анкерами длиной равной ее мощности, а податливые анкеры устанавливают длиной равной суммарной величине мощности нижних слоев и потолочины, при этом необходимую мощность потолочины определяют с учетом физико-механических свойств вмещающих пород и параметров горной выработки Причем разгрузочную щель проводят после

крепления горной выработки на глубину до нижней границы упрочненной потолочины.

На фиг. 1 изображена горная выработка, поперечное сечение; на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг.1,

Способ осуществляется следующим образом.

Предлагаемый способ применяется преимущественно для крепления бортовых штреков лав, проходимых с плоской кровлей шириной до 4.5 м. По мере проведения горной выработки и ее расширения э кровлю бурят шпуры 1 до верхней границы упрочненной потолочины 2, при этом предварительно определяют мощность (М) потолочины с учетом физико-механических свойств вмещающих пород мз выражения:

м

.07(0.5 b tgg - h) (1 - %Р )Х b2

Ку (1 - РХ/Р

КР

М .

Затем в шпуры 1 ввинчивают погружные короткие анкеры длиной равной мощности (М) упрочненной потолочины 2. После чего бурят шпуры 3 и в них устанавливают податливые длинные анкеры длиной равной суммарной величине мощности (ч) нижнмх слоев и мощности (М) упрочненной потолочины, Если нижние слои непосредственной кровли недостаточно устойчивы, тс в этом случае допускается впервую очередь установка податливых длинных анкеров 3, а затем одновременно или хе с небольшим разрывом во времени установка коротких погружных анкеров 1 для формирования упрочненной потолочины 2 мощностью (М). Закрепив выработку анкерами 1 и 3, проводят разгрузс ную щель А вдоль выработки на глубину до нижней границы потолочины 2, которую закладывают податливым материалом. Важными параметрами является глубина (h) разгрузочной щели 4 и необходимой мощности (М) упрочненная потолочина 2, способная воспринимать нагрузку от внешних слоев пород и продольных сил (Рх) бокового распора, создаваемых опорным давлением. Считается, что упрочненная гру- зонесущая потолочина 2 выполняет свое функциональное назначение до появления в ней магистральных трещин, поэтому критерий ее,эксплуатационной пригодности представляется выражением:

.0№

Поперечная нагрузка оценивается равной весу пород в своде давления, т.к. грузонесу- щая потолочина 2 поддерживает на штангах породы в непосредствен ной близости от контура выработки и несет на себе нагрузку

от вышележащих пород в своде давления, те д- b-tgg -yп

T e q 4(b-2h-Ctgp) киа

Соотношение глубины щели от пролета 5 выработки, т.е. h (0,2 - 0,25}b установлено экспериментальным путем для калийных солей, как оптимальное.

Примеры осуществления способа для различных горнотехнических условий (рас0 считаны на ПЭВМ)

Использование предлагаемого способа. Крепление горных выработок, проведенное в опытно-промышленных условиях на руд- рике 4РУ Бел о рус калий при отработке ка5- лийного пласта на глубине 600-800 м, обеспечивает:

- снижение трудоемкости и стоимости крепления горных выработок (бортовых выработок лав);

0 - повышение их устойчивости м надежность поддержания.

Формула изобретения 1. Способ крепления горной выработки, включающий бурение шпуров, установку ко5 ротких погружных и длинных податливых анкеров, проведение в кровле разгрузочной щели вдоль горной выработки и заполнение ее податливым материалом, отличающийся тем, что, с целью снижения трудо0 емкости и стоимости крепления горной выработки при повышении ее устойчивости, перед установкой податливых анкеров в кровле горной выработки формируют упрочненную потолочину на расстоянии от ее кон5 тура, составляющем 0,2-0,25 ширины выработки, которую укрепляют короткими погружными анкерами длиной, равной ее мощности, а податливые анкеры устанавливают длиной, равной суммарной величине

0 мощности нижних слоев и потолочины, при этом необходимую мощность М потолочины определяют из выражения:

м ffioTgTs : ь w - h) (1 - 4 fr о2

Vо8Р -Ку(1-Рх/Ркр.

где b - пролет выработки, м;

h - расстояние от контура выработки до упрочненной потолочины, м; М - мощность упрочненной потолочины, м;

Vycp. - усредненный для данного типа пород коэффициент Пуассона;

-усредненная прочность пород на сжатие, КПа;

Ку - коэффициент упрочнения пород анкерами;

у- объемный вес пород, кН/м3;

р - угол естественного обрушения пород, град;

Рх - величина горизонтальных напряжений, КПа:

Ркр - величина критических напряжений, КПа;

Щср. 1 -Vygp.

Ркр.

уНс

1+А

1 + А -Ь А

,2

A-0.)g+M1

В 1 -Vycp. VB

„ 0.1867 Сц-.

(Г

лМ

2h С lQ(p

f:

К- коэффициент концентрации опорного давления;

Но - глубина, разработки, м. 2. Способно п.1, отл и ч а «о щи и с я тем, что разгрузочную щель проводят после крепления горной выработки на глубину до нижней границы упрочненной потолочины.

Использование: в горной промышленности, а именно для крепления горных выработок при подземной разработке месторождений полезных ископаемых. Сущность изобретения: по мере проведения горной выработки в кровлю бурят шпуры (t) до верхней границы упрочненной потолочины (2), при этом предварительно оп редел я ют ее мощность М из выражения редел $ 07(0,5Ь Щ(р - h) (1 - г&р) у b Т М & 0&Р Ку (1 - ) м , где b - пролет выработки, м; - расстояние от контура выработки до упрочненной потолочины (глубина разгрузочной щели), м; М - мощность упрочненной потолочины, м; чиаАныке х. еуй о я Т ой м; м; Vycp - усредненный для данного типа пород коэффициент Пуассона; о}-$Р - усредненная прочность пород на сжатие, КПа; Ку, К - коэффициенты упрочнения пород анкерами и концентрации опорного давления; у- объемный вес пород, кН/м3; Н0 - глубина разработки, м; р - угол естественного обрушения пород, град; Рх.Ркр - величины горизонтальных и критических напряжений, КПа. УСР-«и.. о.. о$р Рх К уНс;Р кр К«х 1-Щср. 1+А . (1+сК1+1У:р). ° °21-Щср. п - 1 . /ЯМ 2. 1 -Vycp. M -2h-c+tg л С -L-s- Затем в шпуры (1) ввинчивают о короткие погружные анкеры длиной равной мощности (М) потолочины (2), после чего бу- рят шпуры (3) и в них устанавливают длинные податливые анкеры длиной, равной суммарной величине (h+М). Т.о. закрепив выработку анкерами (1 и 3), проводят разгрузочную щель (4) вдоль выработки на глубину (h), которую закладывают податливым материалом. 1 з.п.ф-лы, 2 ил. Ё VJ О CJ о 2

Кч - коэффициент упрочнения пород в результате закрепления их шанкерами.