Способ крепления подготовительных выработок в зоне влияния очистных работ Советский патент 1993 года по МПК E21D11/14 

Изобретение относится к горно-добыва- ющей промышленности и может быть использовано при подземной разработке пластовых месторождений полезных ископаемых, при выборе и установке крепи в подготовительных выработках на участках, подверженных влиянию очистных работ.

Известен способ крепления подготовительных выработок, находящихся в зоне влияния очистных работ, заключающийся в определении смещений и расчетной нагрузки на крепь, выборе крепи и ее плотности, а также в выборе крепи усиления в случае, если расчетное смещение превышают кон- структив--:ую податливость основной крепи. Недостатком этого способа является то, что при выборе плотности установки крепи в выработках на участках влияния очистных

работ не учитываются динамические нагрузки, связанные с осадками основной кровли.

Известен также способ крепления горных выработок в зоне влияния очистных работ, при котором элементы усиления крепи устанавливают в местах повышенного опорного давления. Недостатком этого способа является то, что размер участков усиления крепи и интервалы между ними принимают равными, без учета реального напряженного состояния массива. При выборе плотности крепи не учитываются динамические нагрузки на крепь в момент обрушения основной кровли, что имеет большое значение при разработке пластов с труднообрушае- мыми кровлями.

Целью изобретения является повышение безопасности в подготовительной выработке.

vi со

ю

V

СО

Указанная цель достигается тем, что в подготовительной выработке в зоне влияния очистных работ экспериментально устанавливают распределение напряжений в массиве до и после обрушения пород основной кровли и соответствующие размеры зон предельного напряженного состояния массива. По полученным кривым определяют размеры и местоположение участка усиления крепи (участок ab). Исходя из условия, что напряжение в массиве при максимальной длине консоли превышает уровень максимальных напряжений при длине консоли, равной нулю, устанавливают на этом участке выработки дополнительную крепь усиления с переменной плотностью, которую определяют, исходя из величины динамических нагрузок на крепь в момент обрушения основной кровли. Величину динамических нагрузок находят из соотношения

Рдин К Рс татПри этом несущую способность усиления крепи с переменной плотностью увеличивают с минимального значения в начале участка усиления (точка а) у забоя лавы до максимального в точке максимума опорного давления с последующим уменьшением до минимума в конце участка (точка Ь). Предложенный способ позволяет улучшить состояние подготовительных выработок в зоне влияния очистных работ за счет изменения плотности крепи усиления по длине выработки в соответствии с изменением напря- жен-ного состояния угольного пласта при подвигании очистного забоя.

Существенные отличия предлагаемого способа от известных заключаются в том, что в подготовительной выработке определяют участки возможного динамического нагружения крепи. При этом в зоне влияния очистных работ выделяют два участка по несущей способности крепи усиления: с постоянной максимальной несущей способностью и переменной - от минимальной (по ходу очистного забоя) до максимальной с последующим уменьшением до минимума в конце участка. На участке с переменной по несущей способности крепи усиления плотность крепи определяют, исходя из динамических нагрузок на крепь в момент обрушения основной кровли, которые находят из соотношения

дин

К-РС

Расчет К осуществляется по формуле (Шкляровский М.Ф., Глушихин Ф.П. Динамика опорного давления на пластах с труд- нообрушаемыми кровлями. Горное давление в капитальных, подготовительных и очистных выработках. Науч. тр. Л.: ВНИМИ, 1982. с. 50-55:

К-1+ 6L Е° х Н т0 Ек h3

10

х (0,31hlUx + 0,5LHTx), где L - приведенная длина балки, равная

15

V h0 т0 Ек

3 Ео

Ео - модуль деформации угольного пласта;

Ек - модуль деформации пород кровли; 20I - первый предельный пролет кровли; h - мощность основной кровли; К - коэффициент концентрации напряжений в опорной зоне в момент обрушения основной кровли;

25гп0 - мощность угольного пласта; Н - глубина ведения работ; Ux, Tx - функции влияния.

30

Ux l

L (cos- -sin-)

Тх

cos

X

L

где х - расстояние максимума напряжений в опорной зоне от кромки забоя.

Подставив в формулу значения для модели и приняв ускорение торможения равным 9,81 м/с , получим следующие значения коэффициента концентрации

-10. 6 146 0.6 0.75 1ч - I + -------------- х

ЗО3 3 - 500

х (0,31-30-0,6-75+ 0,5-14.6-500-0,8) 5,6.

На фиг. 1 показан способ крепления подготовительных выработок; на фиг. 2 - график распределения напряжений.

На фиг. 1 и 2 показаны: 1 - подготовительная выработка, 2 - очистной забой, 3 - распределение напряжений впереди очист- ного забоя при максимальной длине консоли пород основной кровли, 4 распределение напряжений впереди очистного забоя сразу после обрушения пород основной кровли, 5 - плотность основной крепи, 6 - плотность крепи усиления, L- шаг

обрушения пород основной кровли, ab - длина участка выработки с крепью усиления максимальной несущей способности, И и 2 - расстояние до максимума напряжений до и после обрушения кровли,

Способ осуществляется следующим образом.

В подготовительной выработке 1 при движении очистного забоя 2 определяют шаг обрушения основной кровли, распределение напряжений впереди очистного забоя и расстояние до максимума напряжений И и 2 до и после обрушения кровли. По графикам распределения напряжений впереди очистного забоя при максимальной длине консоли 3 и 4 пород основной кровли до и после обрушения определяют размеры и расположение вдоль выработки участка усиления крепи ab. При этом исходят из условия повышения напряжений при максимальной длине консоли пород основной кровли максимума напряжений после обрушения основной кровли.

По предлагаемому способу в подготовительной выработке необходимо установить основную крепь. Это. как правило, податливая рамная крепь с прямолинейными верх- няками, Плотность ее установки и податливость определяются согласно паспорту крепления с учетом глубины работ и устойчивости кровли указана цифрой 5. На участке усиления ab устанавливают крепь усиления, которая может быть представлена стойками типа ГС, Т или навесными домкратами. Ее несущая способность должна компенсировать избыточные напряжения, появляющиеся в массиве в момент обрушения пород основной кровли (на фиг. 2 она показана поз. 6). Необходимую ее величину согласно предложенному способу можно

обеспечить путем варьирования плотности крепи усиления (число стоек типа ГС, Т на погонный метр), рассчитанной по известной методике расчета крепи подготовительных выработок с учетом соотношения

дин

К-РС

где К - коэффициент концентрации напря- 10 жений.

Формула изобретения

Способ крепления подготовительных выработок в зоне влияния очистных работ, включающий установку податливой рамной крепи элементов усиления крепи и определение шага обрушения пород основной кровли, отличающийся тем, что, с целью повышения безопасности, в подготовительной выработке, прилегающей к забою, устанавливают дополнительную крепь усиления с переменной плотностью для обеспечения увеличения несущей способности крепи с минимального значения в начале участка усиления у забоя лавы до наибольшего в максимуме опорного давления с последующим уменьшением до минимума в конце участка, а расчетную нагрузку для определения плотности дополнительной крепи усиления находят по соотношению

35

дин

- К Рстат,

где К - коэффициент концентрации напряжений, Рдин, Рстат - нагрузка на крепь в динамическом и статическом режимах соответственно.

Использование: в горнодобывающей промышленности и предназначен для использования в выработках, находящихся в зоне влияния очистных работ. Цель: повышение безопасности подготовительных выработок. Сущность изобретения: крепь устанавливают с максимальной несущей способностью с учетом динамических при- грузок в момент обрушения основной кровли, на участках, для которых напряжение при максимальной длине консоли пород кровли превышает максимум напряжений после обрушения. На остальных участках выработки несущую способность крепи усиления измеряют от минимальной по направлению движения очистного забоя до максимальной с последующим уменьшением до минимума в конце участка. Положительный эффект: улучшается состояние подготовительных выработок, повышается безопасность работ. 2 ил. со с

шШ

и - .,.

фиг.1

кзм; ;; .vVvn-c& K

:;..-::;-:- -.-т. .,;:«,; :г--.-гЛааы

.

U