Замкнутая крепь горных выработок Советский патент 1993 года по МПК E21D11/14 

Изобретение относится к горной промышленности; в частности к креплению горных выработок в сложных горно-геологических условиях.

Цель изобретения - повышение устойчивости выработки.

На фиг. 1 представлен общий вид крепи до осадка; на фиг. 2 - то же, после осадки крепи.

Крепь включает в себя верхняк 1, соединенный с двумя стойками 2, расположёнными под углом к почве выработки, и лежень, соединенный встык со стойками 2 и состоящий из меньшего 3 и большего 4 грузонесу- щих элементов, соединенных между собой внахлестку при помощи замков податливости 5.

Крепь устанавливают следующим образом.

По мере проведения выработки в ее за- .бое устанавливают рамы крепи, включающие две стойки 2 и верхняк 1. Затем, с отставанием от забоя на расстоянии, определяемом горно-техническими факторами.

производят установку лежня обратного свода. При этом разновеликие грузонесущие элементы лежня 3 и 4 соединяют внахлестку таким образом, чтобы обеспечить предварительный распор лежня между стойками 2 крепи и фиксируются замками податливости 5.

Технология выполнения работ по подведению обратного свода предполагает отставание от забоя проводимой выработки. Это обусловлено насыщенностью забоя проходческим оборудованием, что мешает выемке породы и установке лежня. Поэтому обычно крепь обратного свода устанавливается с отставанием от забоя выработки, определяемым горно-геологическими и горно-техническими факторами. Одним из основных показателей является смещение стоек крепи во внутрь выработки, так как эта величина определяет возможность установки лежней крепи. В то же время нельзя допустить значительных смещений стоек крепи за счет податливости обратного свода, так как это приводит к ухудшению работы креш/

СО

С

00

о ел о о

в целом, ввиду потери несущей способности приконтурного массива и образования значительных зон неупругих деформаций. Поэтому в предлагаемом техническом решении размеры элементов крепи обратного свода определяются в зависимости от условий сооружения выработки,

Суть технического решения заключается в том, что в конструкции замкнутой крепи увязаны размеры составного лежня с ожидаемыми смещениями боков и почвы выра- ботки. При этом минимальный размер хорды большого элемента лежня принимают равным ширине выработки по почве после осадки.

Величина меньшего элемента обратного свода определяется величиной боковых смещений стоек крепи и пучения пород почвы-. ; ..- .. ;. .-...., ., , .. . ,;. ,.. , .

Принятые по расчету длины разновеликих элементов лежня являются предельными, рассчитанными на максимальные значения боковых смещений и величину пучения пород почвы. Поэтому в интервале этих смещений (которые могут изменяться по длине выработки) возможна установка крепи обратного свода, обеспечивающая распор между стойками крепи в любой отрезок времени, определяемым проектом проведения выработки.

Длина большого элемента лежня определяется шириной выработки после осадка крепи.Хорда криволинейного элемента принимается равной ширине по почве выработки после осадки. Этот размер оп- ределЗется исходя из технологического назначения выработки (транспортного или .вентиляционного).

Длина меньшего криволинейного элемента определяется исходя из ширины выработки до осадки и величины ожидаемых смещений стоек и поднятия почвы выработки, При этом для определения размеров меньшего элемента крепи принимаются худшие условия для поддержания выработки по ее длине,

45 габаритных размеров креп требуемых зазоров, опреде лами безопасности, что ве мости переключения вырабо

Смещение боков выраб

50 по формуле, приведенной в выбору рамной металличес крепи горных выработок 1986, с. 7-9:

Крепь горных выработок, выполненная таким образом, обеспечивает возможность установки лежня обратного свода в любой определяемый горно-геологическими и гор- но-техническими факторами промежуток времени. Кроме того, после исчерпания боковой податливости крепи и достижения

стойками крепи вертикального положения 55 U UT-KX-K -K S-KB-KI, лехеНь продолжает работу в жестком режиме, что ограничит дальнейшее развитие смещений крепи во внутрь выработки, так как в работу включен и разгруженный от напряжений породный массив.

где UT - 260 м - типовое условий шахт Западного ра при прочности пород 20 МП жения выработки 400 м.

Таким образом, использование заявляемого решения позволит повысить устойчивость выработок и. снизить трудоемкость работ по монтажу крепи. Наклонно расположенные стойки в крепи обеспечивают сопротивление смещениям боковых пород и компенсируют смещения концов этих стоек во внутрь выработок за счет выдавливания породы почвы. При этом обеспечиваются

необходимые габаритные размеры сечения

торной выработки.

Кроме того, необходимость установки лежня обратного свода с отставанием от забоя выработки приводит к тому, что в условиях постоянно изменяющихся горно-ге- ологических условий смещения стоек крепи неравномерны по длине выработки, поэтому суммарная длина лежня обратного свода также должна изменяться, чтобы

обеспечить работоспособность всей крепи в целом. Это достигается в заявляемой конструкции за счет возможности взаимного перемещения грузонесущих элементов лежня относительно друг друга вдоль криволиней

ной оси. . ; : ;. -:; . . v

Пример расчета. Как указывалось выше, одним из недостатков замкнутых конструкций крепи является отсутствие податливости без нарушения геометрических параметров крепи, В условиях пучащих пород почвы отставание крепления обратного свода приводит к неопределенности величины податливости и размеров крепи обратного свода, что обусловлено изменчиврстью горно-геологических условий по длине выработки.

Вертикальное расположение стоек, при заданных габаритных размерах крепи, предопределяет выбор размеров лежня об-.

ратного свода меньше ширины выработки по низу на величину ожидаемого смещения до момента установки крепи обратного свода. В то же время отклонение стоек от вертикального положения ведет к уменьшению

габаритных размеров крепи и нарушению требуемых зазоров, определяемых Правилами безопасности, что ведет к необходимости переключения выработки.

Смещение боков выработки определим

по формуле, приведенной в Инструкции по выбору рамной металлической податливой крепи горных выработок, М., ВНИМИ, 1986, с. 7-9:

U UT-KX-K -K S-KB-KI,

где UT - 260 м - типовое смещение для условий шахт Западного района Донбасса при прочности пород 20 МПа, глубине заложения выработки 400 м.

Значения коэффициентов, используемых в формуле, определим по таблицам.

k. 1,0; «в 0,35 - для определения боковых смещений;

К 1,0 - для определения вертикальных смещений;

K s 0,2 (b-1) 0,2 (5-1) 0,8 - для вертикальных смещений;

K s - 0,2 (-1) 0,2 (3,2-1) - 0,44 - для боковых смещений,

, .

/Таким образом, для вертикальных смещений; :

UB 260x1 х1хО,.8х 1,0x1 208 мм,

В1 ( .slnЈ

sin

tlR

гдеК ВГ

R - радиус кривизны лежня обратного свода,

Bi- ширина выработки по низу до осадки.

Подставив исходные данные, получим значение угла, определяющего длину меньшего несущего элемента лежня обратного свода

0,316-у х 4,5 ( sin -Ј- - 2 2 sin2 -Ј- )

4.5

Использование: в горной промышленности, конкретно при креплении горных выработок в сложных горно-геологических условиях. Сущность изобретения: лежень обратного свода выполнен составным из двух разновеликих несущих элементов, соединенных внахлестку при помощи болтовых соединений,1 п.ф. 2 ил.

, ttRfi 3,14 х 3,40

И -Топ - -----Топ-

180

180

для боковых смещений

Цр 260 х 1 х 0,35 х 0,44 х 1 х 1 40 мм.

Проведенными исследованиями в уело- 20 виях шахт Западного Донбасса (М.А.Выго- дин, В.В.Евтушенко Пучение пород почвы в выработках на шахтах Западного Донбасса Ч Уголь Украины, 1987 г, № 7, с. 12-13,

найдена функциональная зависимость межг 25 |2 .jrR (2 cti -/3) ду пучением пород почвы и сближением бо-1пп ков выработки.

Аналогично определ элемента обратного свод

180

|L. arc

Ah VB- ДВ/Кр

где Ah-высота выдавливания пород почвы,

В-ширина выработки;

Л В -сближение породных боков выработки;

Кр - коэффициент разрыхления пород почвы (для шахт Западного Донбасса Кр 1,8...2,1).

Величина пучения при этом составит

Д h - л/ЗЖЕ5ЖГ о.зо м . 2

Таким образом, суммарные смещения кровли и почвы выработки составят 208 + 300 508 мм.

Так как типовые конструкции крепи допускают смещения до 300 мм, то в рассматриваемом случае габаритные зазоры будут нарушены.

Определим далее геометрические размеры несущих элементов крепи обратного свода из формулы, полученной при рассмотрении геометрической схемы крепи:

, ttRfi 3,14 х 3,400 х 16° n о,- „

И -Топ - -----Топ------ 0,95 М

180

180

Аналогично определим длину большего элемента обратного свода

2 cti 1пп

180

|2 .jrR (2 cti -/3) 1пп

гдеои a res in

|L. arcsln l| 44,4o.

30

. 3,14x3,4(2x41,4°-16°) onen I2 -180 ----- 396° M

С учетом величины нахлестки двух эле- ментов длина большего составит:

3960 + 400 436.0 мм.

Таким образом, внедрение замкнутой крепи горных выработок позволит повысить устойчивость выработки.

Формула изобретения Замкнутая крепь горных выработок, включающая верхняк стойки из составных разновеликих элементов, лежень обратного свода, соединенные замками податливости, отличающаяся тем, что, с целью повышения устойчивости выработки, лежень выполнен из двух элементов, при этом длина меньшего несущего элемента равна величине податливости обратного свода, а длина большего - ширине выработки после осадки.

Фиг./

Фче. 2