Способ крепления горной выработки комбинированной анкерно- рамной крепью
Изобретение относится к горной промышленности . Цель - снижение затрат при креплении выработок, подверженных влиянию очистных работ, Для этого в подготовительной выработке устанавливают металлическую арочную податливую крепь, определяют периодичность изменения опорного давления и величину смещений пород кровли. До подхода лавы вне зоны влияния очистных работ приступают к установке усиливающих арочную крепь анкеров. На участках Уж со смещениями пород кровли менее 300 мм производят установку жестких анкеров 7. На участках Уп со смещениями более 300 мм устанавливают податливые анкеры 8. На свободные концы анкеров устанавливают планку 9. Последняя отсоединяет анкеры с аркой и фиксируется гайками 10. 2 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (19) (11) (s1)s Е 21 0 20/00
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4719923/03 (22) 18.07.89 (46) 07.06.92. Бюл. ¹ 21 (71) Донецкий политехнический институт (72) И.Л,Черняк, А.П.Клюев, Ю.B.Ôoìèí, Н.Н.Касьян и В.И.Сивохин (53) 622,281.74(088.8) (56) Ткачев В.А. Установление рациональных параметров и области применения анкерной крепи в сочетании с рамными крепями в выемочных штреках. Дис.канд. техн. наук, M., 1976, с.155.
Байкенжин М.А, Разработка способа поддержания пластовых подготовительных выработок глубоких горизонтов шахт податливой рамно-анкерной крепыш. Дис. канд. техн. наук. Караганда, 1987, с. 156. (54) СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ ГОРНОЙ ВЫРАБОТКИ КОМБИНИРОВАННОЙ АНКЕРНОРАМНОЙ КРЕПЬЮ (57) Изобретение относится к горной промышленности. Цель — снижение затрат при креплении выработок, подверженных влиянию очистных работ, Для этого в подготовительной выработке устанавливают металлическую арочную податливую крепь, определяют периодичность изменения опорного давления и величину смещений пород кровли. До подхода лавы вне зоны влияния очистных работ приступают к установке усиливающих арочную крепь анкеров, На участках Уж со смещениями пород кровли менее 300 мм производят установку жестких анкеров 7. На участках Уп со смещениями более 300 мм устанавливают податливые анкеры 8. На свободные концы анкеров устанавливают планку 9. Последняя отсоединяет анкеры с аркой и фиксируется гайками 10. 2 ил.
1739043
Изобретение относится к горной промыв.ленности и может быть использовано для крепления горных выработок, подверженных влиянию очистных работ, на глубоких горизонтах в условиях интенсивного смещения боковых пород.
Известны способы крепления горных выработок анкерно-рамной крепыш, когда традиционная арочная податливая крепь усиливается анкерами.
После подвигания проходческого забоя на величину заходки в лунки на почве выработки устанавливают боковые элементы арки (ножки), которые скрепляют при помощи ме>карочных стяжек с ранее установленной аркой. После проверки вертикальности боковых элементов устанавливают верхнюю часть арки (верхняк) путем накладки ее концов внахлест на боковые элементы арки и сжимания их в местах соединения скобами.
Концы скоб соединяются планками, которые зажимаются гайками, накрученными на резьбу, имеющуюся на концах скоб. Силой натяжения этих гаек определяется величина давления, при котором арка начинает работать в податливом режиме.
Далее с обеих стррон бурят шпуры в массив пород, досылают в шпуры сначала ампулы со склеивающим веществом, а затем анкеры жесткой конструкции, После затвердения скрепляющего вещества на выступающие из шпура свободные концы анкера надевается планка, которая фиксируется гайкой, накручиваемой на резьбу на конце анкера.
Следовательно, в этой крепи арка и анкер соединены в единый кинематический механизм. Крепь работает следующим образом: горное давление через арку и планку передается на анкер. На больших глубинах в зоне влияния очистных работ скорость и величина смещения контура выработки достигают больших величин, Бывает, что контур выработки смещается на 1000 мм и более. Вследствие этого резко возрастает нагрузка на установленную крепь, При комбинации арочной крепи с жесткими анкерами в начальный момент времени эта система работает как жесткая конструкция, но когда горное давление достигает значений, превышающих несущую способность анкера, последний рвется, так как он представляет собой жесткий элемент в данной конструкции.
Однако, как показывают шахтные наблюдения, не все анкеры по длине выработки разрушаются. В одной и той же выработке имеются места, где горное давление не превышает несущую способность анкера и там они продолжают работать, выполняя свои функции.
В тех местах, где анкеры оказались разрушенными, арки, теперь уже ничем не усиленные, продолжают работать в податливом режиме. Далее продолжается расслоение и разрушение окружающих выработку пород, вследствие чего увеличивается давление на арку. После исчерпания податливости арка деформируется, что приводит к необходи5
10 мости перекрепления выработки и, соответственно, к дополнительным затратам.
Для увеличения эффективности работы комбинированной крепи вместо жестких анкеров начали применять податливые.
Установка этого типа анкерно-рамной крепи осуществляется в следующей последовательности, После подвигания проходческого забоя на величину заходки в лунки на почве выработки устанавливают боковые
20 элементы арки (ножки), которые скрепляют при помощи межарочных стяжек с ранее установленной аркой. После проверки вертикальности боковых элементов устанавливают верхняк арки путем накладки его концов внахлест на боковые элементы арки и сжимания их в местах оседания скобами, Концы скоб соединяются планками, которые зажимаются гайками, накрученными на резьбу, имеющуюся на концах скоб. Силой
30 натяжения этих гаек определяется величина давления, при котором арка начинает работать в податливом режиме.
Далее в прилегающий к выработке массив пород бурят шпуры, досылают в них сначала ампулы со склеивающим веществом, а затем анкеры податливой конструкции. После затвердения скрепляющего вещества на выступающие из шпура свободные концы анкера надевается планка, которая фиксируется гайкой, накручиваемой на резьбу на конце анкера, Крепь работает следующим образом.
Горное давление воздействует на арку и, 35
40 ется на анкер. В этом случае арка и анкер действуют как единая система, работающая в податливом режиме и противостоящая горному давлению. Податливый режим ра50
55 боты анкеров соответствует характеру смещений пород приконтурного слоя. Здесь можно говорить об управляемом процессе деформирования. Податливые анкеры эффективно противостоят развитию неупругих деформаций, Однако, как показывают наблюдения, и в этом случае не все анкеры работают в оптимальном режиме (когда рабочая характеристика анкера соответствует геотехническим параметрам деформирования пород).
45 следовательно, через арку и планку переда1739043
Замечено, что по длине выработки податливые анкеры не все работают в режиме податливости. В тех местах по длине выработки, где горное давление не достигло порога податливого режима работы анкеров, последние работают в жестком режиме. Но в этом случае отпадает необходимость установки податливых анкеров, Применение податливых анкеров вместо жестких в сочетании с арочной податливой крепыш позволило уменьшить затраты на поддержание выработок, так как состояние их заметно улучшилось вследствие повышения эффективности работы установленной крепи.
Однако себестоимость изготовления податливых анкеров значительно выше, чем жестких.
Целью изобретения является снижение затрат на поддержание выработок, подверженных влиянию очистных работ.
Это достигается за счет попеременного применения жестких и податливых анкеров с расположением их на соответствующих участках по длине выработки в зависимости от характера проявления горного давления вокруг выработки под влиянием очистных работ.
Крепление выработки осуществляется попеременно жесткими и податливыми анкерами, причем каждый тип анкера устанавливается на участке по длине выработки, где смещения пород кровли наиболее соответствуют рабочим характеристикам анкеров, На участках, где смещения пород кровли не превышают 300 мм, устанавливают жесткие анкеры, а на участках со смещениями более
300 мм — податливые анкеры. Границы упомянутых участков эффективного применения жестких и податливых анкеров устанавливаются экспериментально.
На фиг.1 приведена зависимость смещений кровли по длине конвейерного ходка в 50 м позади лавы; на фиг,2 — схема осуществления способа.
Способ крепления выработки реализуют следующим образом.
Путем экспериментальных наблюдений (фиг.1) при отходе очистного. забоя от разрезной печи на участке подготовительной выработки длиной 150 — 200 м устанавливают периодичность проявлений опорного давления и величину смещений пород кровли в выработке, В соответствии с этими наблюдениями дальше по ходу выработки делят ее на участки со смещениями кровли менее или более 300 мм, устанавливают протяженность этих участков. Величина 300 мм взята в качестве порогового значения на основании
35 исследований, проведенных с жесткими анкерами, представляющими собой арматурный стержень длиной, как правило, 2,5 — 3,0 м с резьбой на одном конце. Как показывают наблюдения, такие жесткие анкеры эффективно работают при смещениях кровли, не превышающих 300 мм.
Далее в подготовительной выработке до подхода лавы вне зоны влияния очистных работ приступают к установке анкерной крепи. Выработка уже закреплена арочной крепыш (фиг.2), состоящей из боковых эле ментов арки (ножек) 1, скрепленных межарочными стяжками 2, и верхняков 3, которые соединены с ножками при помощи скоб 4. Концы скоб соединяются планками
5, которые зажимаются гайками 6, накрученными на резьбу, имеющуюся на концах скоб.
В сводовой части выработки в прилегающий к выработке массив пород бурят шпуры, Досылают в шпуры сначала ампулы со склеивающим веществом, а затем анкеры соответствующей конструкции: на участках, где смещения пород кровли не будут превышать 300 мм(УЖ), устанавливают жесткие анкеры 7, а где ожидаются смещения более
300 мм(У ) — податливые анкеры 8.
После затвердения скрепляющего вещества на выступающие из шпура свободные концы анкера надевается планка 9, соединяющая анкер с аркой и фиксируемая гайкой 10, накручиваемой на резьбу на конце анкера.
Крепь работает следующим образом.
Под воздействием смещающегося околоконтурного слоя пород арка воспринимает горное давление и через планку передает его на анкер. Ка участках выработки со сравнительно небольшими смещениями пород кровли, где горное давление не превышает несущую способность жестких анкеров, последние эффективно выполняют. свои функции, усиливая арочную крепь. На участках с большими смещениями, где установлены податливые анкеры, арка и.анкер действуют как единая система, работающая в податливом режиме и противостоящая горному давлению. Известно, что контур выработки смещается более интенсивно, чем породный массив, где заделан противоположный конец податливого анкера. В результате разности смещений на анкер действуют разрывные усилия. При достижении порогового значения несущей способности податливого анкера он начинает работать в податливом режиме. При этом воздействие горного давления уменьшается и анкер с аркой переходят в жесткий режим работы.
Далее по мере возрастания горного давле1739043
55 ния все опять повторяется, т.е, податливый анкер работает в скачкообразном режиме, Податливый режим работы анкеров соответствует характеру смещений пород приконтурного слоя. Здесь уместно говорить об управляемом процессе деформирования.
Податливые анкеры эффективно противостоят развитию неупругих деформаций.
На участках с малыми смещениями разрывные усилия не достигают порогового значения несущей способности податливого анкера и поэтому он не работает в податливом режиме. Следовательно, на этих участках нет необходимости устанавливать податливые анкеры. Их вполне могут заменить жесткие анкеры, Пример. Определение смещений пород кровли по длине конвейерного ходка третьей бремсберговой лавы шахты им. Поченкова ПО "Макеевуголь".
На фиг.1 изображен график экспериментальной зависимости смещений кровли
s 50 м позади очистного забоя. Наблюдения за смещениями приконтурных пород проводят на участке, оборудованном контурными реперными станциями (реперы конструкции ВНИМИ), Установлено, что при движении очистного забоя в подготовительной выработке имеет место периодический характер проявлений опорного давления. Минимальные значения смещений кровли объясняются статическим горным давлением, все остальные смещения, лежащие выше минимальных, обусловлены действием динамического опорного давления. Динамическая составляющая является следствием периодического зависания и обрушения различных слоев кровли, B исследуемой выработке можно выделить участки длиной 7 — 8 м, где смещения не превышают 300 мм, и участки протяженностью 16 — 17 и, где зафиксированы большие смещения. Учитывая периодический характер проявлений горного давления, можно впереди лавы разбить выработку на отдельные участки с различными ожидаемыми смещениями пород кровли и вне эоны влияния очистных работ усилить арочную крепь анкерами. Если за критерий применения жестких анкеров принять смещения
« 300 мм, то их надо устанавливать на участках выработки, где ожидаемые смещения не превысят 300 мм. На остальных участках. выработки, где смещения будут превышать
5 эту величину, надо устанавливать податливые анкеры.
В каждой конкретной выработке периодичность проявлений горного давления и величина смещений пород кровли опреде10 ляются горно-геологическими условиями и, в частности, составом пород, залегающих в кровле выработки. Поэтому в каждой выработке участки установки жестких и податливых анкеров должны определяться
15 экспериментально, Однако, учитывая, что эффективность работы анкеров повышается в случае их установки непосредственно в забое проводимой выработки, можно устанавливать ожидаемую периодичность про20 явлений горного давления в данной выработке при воздействии на нее очистного забоя по аналогии с другими выработками, расположенными в аналогичных условиях, 25 Выявление участков, на которых нет необходимости устанавливать податливые анкеры, и применение там более дешевых жестких анкеров позволит получить определенную экономию на поддержании вырабо30 ток без снижения их устойчивости, Применение предлагаемого способа крепления позволит уменьшить затраты на поддержание подготовительных выработок на 1,0 — 1,5 руб на 1 п.м за счет установки по
35 длине выработки жестких и податливых анкеров.
Формула изобретения
Способ крепления горной выработки комбинированной анкерно-рамной крепыш, 40 включающий установку арочной податливой крепи и анкеров, отличающийся тем, что, с целью снижения затрат при креплении выработок, подверженных влиянию очистных работ, определяют периодичность
45 изменения опорного давления и величину смещения пород кровли и производят установку жестких анкеров на участках со смещениями пород кровли менее 300 мм и податливых анкеров на участках со смеще50 ниями более 300 мм, 10
1739043
Ц,нн
1РО
485
Фиг. r
35
45
Составитель Н. Касьян
Редактор С. Пекарь Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Н, Ревская
Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101
Заказ 1987 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
