Способ сооружения породной опоры

 

Изобретение относится к горной промети и м. б. использовано при подземной разработке пологих и наклонных залежей полезных ископаемых, а также при возведении поддерживающих конструкций в строительстве подземных сооружений. Цель изобретения - повышение эффективности поддержания кровли. Способ сооружения породной опоры осуществляется следующим образом. Из выработанного пространства или выработки бурят восходящие скважины (С)с оконтуриванием породного элемента щелями . Восходящие С бурят наклонными к верИзобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземной разработке пологих и наклонных залежей полезных ископаемых, а также при возведении поддерживающих конструкций в строительстве подземных сооружений. Цель изобретения - повышение эффективности поддержания кровли. На фиг. 1 показаны схемы к расчету параметров бурения восходящих скважин; на фиг. 2 - конструкции опорных элементов. шине породного элемента. Угол наклона восходящих С и расстояние между ними определяют исходя из необходимой несущей способности (прочности) создаваемого опорного элемента Ширину породного элемента на уровне кровли залежи (выработки) рассчитывают из условия обеспечения заданной прочности опоры С(а+Ь) К Н-у дПо/сгСж/, где а + b - ширина первичной и вторичной камер или суммарная ширина выработанного пространства, приходящаяся на опору; К - коэффициент, учитывающий долю веса столба пород над первичной и вторичной камерами , передаваемого на опорный элемент; Н - глубина разработки; у и g - объемная масса пород и ускорение силы тяжести; П0 - коэффициент запаса прочности опорного элемента; /Осж/ - предельная прочность породы, слагающей опорный элемент, на сжатие. При недостаточно изученной структуре массива горных пород кровли восходящие С бурят до пересечения. При образовании оконтуривающих щелей буро-взрывным способом С бурят такой длины, чтобы в верхней части между ними оставалась породная перемычка, разрушаемая при взрывании. 4 з. п. ф-лы, 2 ил. С пособ осуществля ют следующим образом. Из выработанного пространства или выработки (первичной камеры) 1 бурят восходящие скважины, посредством которых создают оконтуривающие щели 2. Оконтуривающую щель делают минимальной ширины, поскольку наклон восходящих скважин практически исключает возможность зависания породного элемента даже в случае образования локальных неровностей по поверхностям отрыва. Ё О СО ю к с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s Е 21 F 15/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 1) 4466973/03 (22) 22.07.88 (46) 07.11.91. Бюл, М 41 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектный и конструкторский институт горного дела и цветной металлургии (72) В.В. Жуков (53) 622.274 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1397607, кл. Е 21 С 41/00, 1985.

Авторское свидетельство СССР

М 1592500, кл. Е 21 С 41/06. 1988.. (54) СПОСОБ СООРУЖЕНИЯ ПОРОДНОЙ

ОПОРЫ (57) Изобретение относится к горной промсти и м. б. использовано при подземной разработке пологих и наклонных залежей полезных ископаемых, а также при возведении поддерживающих конструкций в строительстве подземных сооружений. Цель изобретения — повышение эффективности поддержания кровли. Способ сооружения породной опоры осуществляется следующим образом. Иэ выработанного пространства или выработки бурят восходящие скважины (С) с оконтуриванием породного элемента щелями. Восходящие С бурят наклонными к верИзобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземной разработке пологих и наклонных залежей полезных ископаемых, а также при возведении поддерживающих конструкций в строительстве подземных сооружений.

Цель изобретения — повышение эффективности поддержания кровли.

На фиг. 1 показаны схемы к расчету параметров бурения восходящих скважин; на фиг. 2 — конструкции опорных элементов. Ы,, 1689646 Al шине породного элемента. Угол наклона восходящих С и расстояние между ними определяют исходя иэ необходимой несущей способности (прочности) создаваемого опорного элемента, Ширину породного элемента на уровне кровли залежи (выработки) рассчитывают из условия обеспечения заданной прочности опоры С=(а+Ь) К Н у 9П0 /(т,ж/, где а + Ь вЂ” ширина первичной и вторичной камер или суммарная ширина выработанногопространства, приходящаяся на опору; К— коэффициент, учитывающий долю веса стол ба пород над первичной и вторичной камерами, передаваемого на опорный элемент; Н— глубина разработки; у и g — объемная масса . пород и ускорение силы тяжести; П вЂ” коэффициент запаса прочности опорного элемента; /сгсж/ — предельная прочность породы, слагающей опорный элемент, на сжатие. При недостаточно изученной структуре массива горных пород кровли восходящие С бурят до пересечения. При образовании оконтуривающих щелей буро-взрывным способом С бурят такой длины, чтобы в верхней части между ними оставалась породная перемычка, разрушаемая при взрывании. 4 э. и. ф-лы, 2 ил.

Способ осуществляют следующим образом.

Из выработанного пространства или выработки (первичной камеры) 1 бурят восходящие скважин ы, посредством которых создают оконтуривающие щели 2. Оконтуривающую щель делают минимальной ширины, поскольку наклон восходящих скважин практически исключает возможность зависания породного элемента даже в случае образования локальных неровностей по поверхностям отрыва.

1689646

Угол наклона а восходящих рядов сКВВ>кин (оконтуривающих поверхностей) и расстояние между ними определяют исходя из необходимой несущей способности (прочности) создаваемсго опорного элемента. 5

При определении размеров породного опорного элемента за расчетное принимаем сечение опорного элемента на уровне кровли залежи (АБ), поскольку оно воспринимает как нагрузку, приходящуюся на верхний 10 торец опоры, так и вертикальные составляющие, передаваемые на наклонные боковые стенки ее (фиг, 1б).

Кроме того, площадь этого сечения является минимальной и, соответственно, наибо- 15 лее нагруженной по сравнению с другими сечениями по высоте выработки. Ширина породного опорного элемента на уровне кровли залежи (выработки) из условия обеспечения заданной прочности опоры 20 а Ь> К Н у g n, (0сж ) где а + Ь вЂ” ширина первичной и вторичной камер или суммарная ширина выработанного пространства, приходящаяся на опору; 25

K — коэффициент, учитывающий долю веса столба пород над первичной и вторичной камерами, передаваемого на опорный элемент;

Н вЂ” глубина разработки; 30 уи g — объемная масса пород и ускорение силы тяжести;

no — коэффициент запаса прочности опорного элемента; (асж) — предельная прочность породы, 35 слагающей опорный элемент на сжатие.

Другим параметром опорного элемента является его высота. Значение ее принимают с учетом конструктивных решений (например, из условия обеспечения заданной прочности взаимодействия по зоне контакта опоры с массивом), по технологическим возможностям (глубина образования щелей или бурения), геологическим условиям (структура массива, свойства пород и контактов), В качестве ориентировочного значения на первом этапе расчета принимают высоту опоры таким образом, чтобы после ее опускания она на 3 — 6 м превышала выемочную 50 мощность залежи (высоту выработки). Наклонные стенки выступающей части опорного элемента в последующем (после заполнения зазора материалом) создают контактные площадки для поддержания подработанных пород, а создаваемый ими расклинивающий эффект обеспечивает поддержание непосредственной кровли да>хе при потере ек> контакта с вышележащей олщей.

Другими элементами, влияющими на параметры опоры, являются приконтурные площадки 3 и зазоры между опорным элементом и массивом 4. Ширина приконтурных площадок r определяется техническими воэможностями заложения оконтуривающих щелей.

Величина зазора между опорным элементом и массивом влияет на взаимодействие их между собой и на характер проявления горного давления. Некоторая деформация материала, заполняющая этот зазор, способствует равномерному распределению нагрузок на опоры. Однако черезмерная величина зазора при заполнении его недостаточно прочным или высококомперессионн ым материалом может приводить к ослаблению контакта и значительным смещениям непосредственной кровли. Поэтому до получения опытных данных о влиянии таких смещений.на устойчивость кровли . рекомендуется создавать зазор, величиной не более 1,5 — 2,0 м. Величину этого зазора можно регулировать не только углом наклона восходящих скважин, но и укладкой на почву выработки до опускания опорного элемента слоя подсыпки 5 (фиг.

2б) из пустой породы или твердеющего материала высотой 0,2 — 0,3 высоты выработки (выемочной мощности залежи). В случае необходимости часть породной подсыпки, примыкающую к стенке целика вторичной камеры, укрепляют.

Величина зазора (в плоскости напластования залежи) а — с

S= — — r

2 а угол наклона восходящих скважин к вершине породного элемента определяют по формуле

m а = arctg а при наличии слоя подсыпки

m — t а = arctg

Длина оконтуривающих щелей

I-sin а

Но, одновременно или с отставанием от работ по образованию оконтуривающих скважин известным образом из выработки 6 скважинами 7 осуществляют отрыв (подсечку), а затем опускание опорного элемента 8 на почву выработки или подсыпку 5, Далее заполняют оставшиеся в выработке после опускания опорного элемента зазоры 4 между опорным элементом и массивом, а также полость в кровле, образовавшуюся после опускания опорного элемента, закладочным материалом с заданными свойствами.

1 Г ) 1 6/1 Fj

Параметры зало>кения опорного элемента определяют, а свойства закладочного материала задают из условия восприятия 5 нагрузки от веса nånîñðåäñòsåííîé кровли материалом, заполняГощим зазор, причем более слабым звеном этой системы будут поверхности контакта, испытывающие действие сдвиговых составляющих нагрузки. 10

Сдвиговое усилие по контакту (ь -2г +ь сова) с h у g sin à, Непосредственная кровля на сдвиг взаимодействует с закладочным материалом по поверхности А В площадью 1 h/sine npu предельном сопротивлении контакта на 5 сдвиг (гт,д,). Запас прочности взаимодействующей системы по наклонной поверхности .Ы, пн г h 7ц 1а.

sin Q

Или, производя преобразование, имеют 10

2 (осдв ) пн (b+2r+h соза)у g sin а

При создании опорных элементов из пород кровли наклонными оконтуривающими скважинами возможен подбор параметров их заложения р, при которых исключается необходимость подсечки опорных элементов, а следовательно, заложения буроподсечной выработки 6. В этом случае закладочный материал подают в полость через скважины, заложенные из смежных первичных камер, Условие отрыва опорного элемента под действием собственного веса

Р(аР) 2 " У 9 25 где (ор) — предел прочности породы или контакта слагающих массив слоев на растяжение.

При недостаточно изученной структуре массива пород кровли, а также отсутствии данных о прочностных свойствах породи контактов восходящие скважины бурят до пересечения, длиной д — 2Г

2 cos а а при образовании оконтуривающих щелей буро-взрывным способом скважины бурят такой длины., что в верхней части между ними остается породная перемычка, разрушаемая при взрывании, равная пяти диаметрам скважин с каждой стороны, т. е. — 5d

2 cos а.

45 где d- диаметр оконтуривающей скважины.

Формула изобретения

1. Способ сооружения породной опоры, включающий бурение восходящих скважин с оконтуриванием породного элемента, отpblF3 0rG оГ «Ласс11Г л крГ?РЛГ Г: ОГ1",с ::111v,r 1!п почву выработки. заполнt и . lзоГ>Г>13 между

МаССИВОМ И flQPQPÍÛ1Ë ЭПЕГЛЕГ1ТОМ 11 Г1ОЛОС1 И над ним закладочным м 3териапoм, о т л и. ч а ю шийся тем. что. с цеГ1ьк> повышения эффективности поддержан1;я кровли. Г3осходящие скважины бурят наклонными к вер шине породного элемента.

2. Способ по и, 1. отличающийся тем. что восходящие скважины бурят глубиной i = h/sinrt и под углом наклона а==-arctg(m/S), где h — высота породного опорного элемента, принимают по конструктивным, горногеологическим и технологическим соображениям;

S = ((а - с)/2) - r) — величина зазора (e плоскости напластования) между массивом и опорным элементом; а — ширина выработки (камеры);

С вЂ” ширина породного опорного элемента на уровне кровли залежи (выработки), рассчитывают из условия обеспечения заданной прочности опоры; . р КН„ц (Гтсж )

r — расстояние от стенки камеры до оконтуривающего ряда скважины, определяется техническими возможностями заложения оконтуривающих скважин;

m — выемочная мощность залежи (высота выработки);

Ь вЂ” ширина вторичной камеры;

К вЂ” коэффициент, учитывающий долю веса столба пород над выработками, передаваемого на опорный элемент;

Н вЂ” глубина разработки; у — объемная масса пород;

g — ускорение силы тяжести;

nо — коэффициент запаса прочности опорного элемента; ((тадж) — предельная прочность породы, слагающей опорный элемент, на сжатие.

3, Способ по и. 1., отл и ч а ю щи и ся тем, что, с целью использования собственного веса опоры для отрыва ее от массива, восходящие скважины бурят на глубину

i—

2 ст9а где р — ширина опорного элемента по верхнему торцу, находят из условия а — 2г — р h .g () (ог ) — предельная прочность породы или контакта слоев на соответствующем интервале геологического разреза породной толщи кровли, 4. Способпоп.1, отличающийся тем, что, с целью снижения объема вспомогатель1689646 ных работ, восходящие скважины бурят глубиной а — 2г

2 cos а

5. Способ по пп 1, 4, о т л и ч а ю щ и й- 5 с я тем, что восходящие скважины бурят на глубину где d — диаметр скважины (зоны дробления пород).