Способ крепления горной выработки Советский патент 1993 года по МПК E21D11/10 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при строительстве и ремонте горных выработок и подземных сооружений.

Целью изобретения является повышение качества крепления.

Настоящая цель достигается тем, что в способе крепления торной выработки, включающем размещение в ней порций твердеющего материала с зарядом ВВ и нанесение материала взрывом, порции твердеющего материала в выработке располагают в плоскости сечения, проходящей через точку крепления на контуре.выработки и в максимальное сечение порции, при этом объем в порции определяют по формуле

V;

4 -.л т Н

пр

3 С(1 -Кп)

где V - объем порции материала, м ;

m - коэффициент формы порции, ед.;

Н - расстояние от геометрического центра выработки до заданной точки на поверхности крепления, м;

hnp - толщина крепи в заданной точке контуре выработки, м;

с - отношение секторов разлета, ед.;

kn - коэффициент потерь материалов, ед.;

fin - угол встречи материала с контуром выработки в заданной точке, град.

00

о ел ел

00

Порции материала для крепления располагают в выработке так, чтобы вертикальная плоскость сечения, проходящая через точку крепления на контуре выработки, находилась в максимальном сечении порции материала.

Из практики применения взрывных работ известно, что при взрывании заряда В В в среде ее материал распространяется в пространстве от центра газовой полости, распределяясь над ней слоем равномерной толщины. Причем, при разлете, толщина слоя материала изменяется и зависит от его объема, конструкции заряда В В, координаты некоторой1 точки слоя в пространстве. Первоначальная форма порции метаемого материала на распределение материала при разлете влияния не оказывает.

Для определения объема, метаемого взрывом материала, необходимого для возведения крепи заданной толщины, рассмотрим его распределение по контуру выработки, т.е. определим толщину крепи в различных точках контура выработки. Поскольку первоначальная геометрическая форма порции материала на толщину слоя влияния не оказывает, то в дальнейшем будет рассматривать метае,мые объемы, имеющие форму шара или его части с центральным углом а в максимальном сечении, т.к. такие объемы можно определять наиболее точно и быстро, используя формулу объема шара.

Ктомуже, как показала практика наиболее целесообразно размещать в выработке порции материала, имеющие именно форму части шара (например, полушара или его четверти) в связи с реологическими свойствами материала, проявляющимися при укладке (например, бетонной смеси).

Первоначальное рассмотрим распределение материала на плоскости при взрывании точечного заряда В В, расположенного в порции, имеющей форму шара с радиусом R. При этом толщина слоя h определяется в зависимости от сектора разлета 0 и расстояния по нормали от центра заряда до плоскости. На фиг. 1 показан сектор, симметричный относительно перпендикулярна Н, опущенного из центра полушара на плоскость у.

Поскольку при взрыве заряда ВВ образуется газовая полость, то характер распределения над ней материала зависит от автомодальной переменной R/t. Автомодальность решения позволяет считать массу материала распределенной равномерно по поверхности газовой полости.

Объем бетонной смеси, заключенный в шаровом секторе, зависит от угла в и вычисляется в сферических координатах (фиг.1)

гп 6 R V(Ri6) /dp/d0jySin0dy

О)

2xR3

10

(1 - cos 0),

Изменение этого объема, соответствующее приращению, равно

15

(5Vo

sin 01, 01 е ()

При занесении этот объем бетона попадает на плоскость внутрь круга, радиус которогоравен г Н tg 0.

Площадь круга равна

S(H, 0) jrH2tg20.:

Приращению угла д в соответствует изменение площади

5д ( Н, 01, 02, 50) д в( Н, 02) д0 2л:Н2- ЦД- 50102 е(0, 0 + 60)

COSJ02

Масса бетона, распределившегося на единице площади кольца д д определяет толщину h елоя на плоскости, соответствующую приращению 50. С учетом того, толщина слоя равна4

(5V(0.0iR.d0)

h(0iR,Hi) fmi

dd(H0i,.02, 00)

Vo (R.0) - R3

(2)

(Н,0) 3H2

cos30.

Как показывают исследования и практика, при изменении конструкции заряда

ВВ и порции бетонной смеси изменяется сектор разлета материала. Так, например, при нанесении материала полушаровой формы на контур горной выработки линейным зарядом ВВ (фиг.2) при ограничении секторов разлета в пределах

- -я- 0 :Ј-у и --J- р -Ј толщина крепи определяется по выражению

„ 2R2

зьг

cosj(2 /)) cosj(2 в).

(3)

где И - расстояние по нормали от геометрического центра газовой полости с центром О до поверхности крепления.

При ограничении секторов разлета в преЛ .. .,

делах --т-

-4- 0

4 -v- 4 4 толщина крепи соответствует значению/

R hmax C(1 -kn)--2-Sln/ n

Н

(1)

Из уравнения (6) можно определить значение радиуса порции материала

R3

Н

С(1 -kn)

(8)

Использование: при строительстве и ремонте горных выработок и подземных сооружений, Сущность; размещают в выработке порции материала с зарядом В В и наносят материал направленным взрывом на контур, при этом.порции материала в выработке располагают так, чтобы верти2. кальная плоскость сечения, проходящая через точку крепления на контуре выработки, находилась в максимальном сечении порции, при этом объем материала в порции определяют по формуле. V 4 -лг- m -.l-r пр 3 С( 1 -Kn) где V - объем материала, м : m - коэффициент формы порции; Н -.расстояние от геометрического центра газовой полости до заданной точки на поверхности крепления, м; hnp толщина крепи в заданной точке контура выработки, м; С - отношение секторов разлета, ед; кп - коэффициент потерь материалов, ед.;/ п-угол встречи материала с контуром выработки в заданной точке, град. 3 ил. Vrf fe

4RJ ЗН2

COS12 /) cosj(2 0|,

Рассматривая выражения (1), (2), (3) можно заключить, что независимо от ограничения секторов разлета максимальная толщина слоя материала на плоскости наблюдается в точке, расположенной по нормали к центру заряда, т.е. в плоскости, проходящей через максимальное сечение порции материала.

Приняв для этих выражений одинаковые значения R и Н, а значения секторов разлета равными нулю 0 0(cosO° 1) и обозначив изменяющуюся числовую часть отношения секторов разлета через С, получим выражение для определения максимальной величины слоя материала на плоскости г. ,

imax

нИзвестно, что при нанесении твердеющих смесей на контур горных выработок методом набрызга, часть материалов теряется в результате отскока от поверхности.

Следовательно толщину крепи на контуре выработки необходимо определять суче- том потерь материалов, что не учитывалось ранее. Принимая объем порции материала за единицу и обозначив величину потерь по объему индексом кп, формулу (4) можно записать в виде

эЗ R

hcnax С (1 - kn) -2 Н

(6).

Выражение (5) позволяет определять максимальную толщину крепи на плоскости, расположенной по нормали к геометрическому центру газовой полости (фиг. 1,2). Однако на контуре горной выработки и, в частности, в ее поперечном сечении, проходящем через максимальное сечение порции материала, вследствие кривизны поверхности контура и схемы (места) размещения в выработке для нанесения материала, значение hmax изменяется на величину угла встречи материала с поверхностью (фиг.З). С учетом сказанного уравнения (5) примет вид

10 Подставив значение R в формулу объема части шара с центральным углом а в ее максимальном поперечном сечении, получим формулу объема порции, которую необходимо нанести для того, чтобы в

15 заданной точке контура выработки получить толщину слоя материала (крепи) равную

Нщах-- . . .

20 V -|-7rR3 -7rЬИ

С(1 -kn)

О)

Окончательная формула для определения объема порции материала может быть , принята с учетом изменения формы порции 25 бетонной смеси при нанесении:, для чего вводится коэффициент m

30

V

4 -л m ЬГ

3 С(1 -kn)sin/3n

В полученной формуле (9) значение m определяет форму порции бетонной смеси с центральным углом а в плоскости, проходя- 35 щей через максимальное сечение порции.

При различных формах порции материала значение m изменяется следующим образом:

шар- m 1,0; 4Q полушар -т 0,5; четверть шара - m 0,25. В выражении (9) hmax должно соответствовать и назначаться не менее проектной толщины крепи в заданной точке контура 45 выработки и поэтому в расчетах может быть замена на нее. .

Предлагаемое техническое решение позволяет определять объем материала для получения проектной толщины крепи в лю- 50 бой точке контура выработки, что способствует повышению качества крепления. Способ позволяет точно определить объем, т.к. проектная толщина крепи в заданной точке контура введена непосредственно в 55 формулу (9).

В тоже время, в данном способе крепления выработок (взрывом заряда ВВ) предусматривается нанесение порции материала практически мгновенно. В этом случае необходимо учитывать, что толщина

Как показывает практика, в горизон- тальных горных выработках, точки с минимальным значением функции (10) находятся в пяте или замке свода. .- .- .. ,

При необходимости любая точка поверхности может указываться в проекте Или задаваться техническими условиями (например при ремонте крепи).

Способ осуществляют следующим об- разом.

В подземной горной выработке на почве или в специальном устройстве, располагают порцию твердеющей смеси, например, бетонной. Причем твердеющую смесь рас- полагают так, чтобы максимальное сечение порции (например, имеющей форму пол- ушара) находилась в одной плоскости с точкой крепления, расположенной на контуре выработки. Объем порции твердеющего ма- териала определяют до его размещения в выработке в соответствии с заданной в проекте строительства (проектной) толщиной крепи. После размещения заряда ВВ в порции, посредством взрывания производят .нанесение материала на контур горной выработки.

Формула изобретения Способ крепления горной выработки, включающий размещение в ней порций твердеющего материала с зарядом ВВ и нанесение материала взрывом, отличающийся тем, что, с целью повышения качества крепи, порции твердеющего материала в выработке располагают в плоскости сечения, проходящей через точку крепления на контуре выработки и в максимальное сечение порции, при этом объем материала в порции определяют по формуле

V

4 л: m ;Н

пр

3 С ( 1 - К„ ) sin /Зп

где V - объем порции материала, м3;

m - коэффициент формы порции, ед;

Н - расстояние от геометрического центра выработки до заданной точки на повер- .хности крепления, м;

hnp - толщина крепи в заданной точке контура выработки, м;

С - отношение секторов разлета, ед,;

kn - коэффициент потерь материалов, ед;

/Зп - угол встречи материала с контуром выработки в заданной точке, град.

Риг. 2

&/ё. 3