Способ крепления горной выработки

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st>s Е 21 D 11/10

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4935500/03

{22) 12.05.91 (46) 23.04.93, Бюл. ¹ 15 (71) Свердловский горный институт им, В.В.Вахрушева (72) А.А.Рукавишников и Н.И,РукавишникоВа (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1282616, кл. Е 21 D 13/02.

Авторское свидетел ьство СССР

¹ 860558, кл. Е 21 D 11/10. (54) СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ ГОРНОЙ ВЫРАБОТКИ . (57) Использование: при строительстве и ремонте горных выработок и подземных сооружений, Сущность; размещают в выработке порции материала с зарядом BB u наносят материал направленным взрывом на контур, при этом порции материала в выработке располагают так, чтобы вертиИзобретение 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 горной 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

„„5U„„1810558 А1

2. кальная плоскость сечения, проходящая через точку крепления на контуре выработки, находилась в максимальном сечении порции, при этом объем материала в порции определяют по формуле где V — объем материала, м: m — коэффици3. ент формы порции; Н вЂ”.расстояние от геометрического центра газовой полости до заданной точки на поверхности крепления, м; ) лр — толщина крепи в заданной точке контура выработки, м; С вЂ” отношение секторов разлета, ед; k> — коэффициент потерь материалов, ед.; 3> — угол встречи материала с контуром выработки в заданной точке, град, 3 ил. где V — объем порции материала, м; з, m — коэффициент формы порции, ед.;

Н вЂ” 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.;

k — коэффициент потерь материалов, ед„

Pл — угол встречи материала с контуром выработки в заданной точке, град.

1810558

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 вэрывании заряда ВВ 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 обьема, конструкции заряда ВВ, координаты некоторой 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 метаемые 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,, К тому же, 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 ВВ, расположенного в порции, имеющей форму шара с радиусом

R. При этом толщина слоя h определяется в зависимости от сектора разлета О 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/т. Автомодальность решения позволяет считать массу материала распределенной равномерно по поверхности газовой полости, Объем бетонной смеси, заключенный в шаровом секторе, зависит от угла Ои вычисляется в сферических координатах (фиг.1)

5 2Х О

V (R i 6) = f d p f d В у2 sin 8 О у = о о о

2 кй

10 3 .= — — (1 — cos 6), Изменение этого объема, соответствующее приращению, равно

2 R3 д чо=Ч одО= . sin@,0i Е(010+дО)

При занесении этот объем бетона попадает на плоскость внутрь круга, радиус ко20 торого равен r = Н tg О.

Площадь круга равна

$(Н 0) = к Н2192 О

Приращению угла д О соответствует изменение площади дд(н 01 % д0) — д 0(Н,62)до=

=2лН э 1301 5 E(0, О+дО)

cos 0

Масса бетона, распределившегося на

35 единице площади кольца д д определяет толщину h слоя на плоскости, соответствующую приращению д0. С учетом того, что д 0- 0 и01 - 5 - 0 толщина слоя равна

h (03 R, Н 1) = 3 гп1 (2)

Vo R0 R э

45 „сов 0.

Н, 3Н2

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 BB (фиг.2) при ограниче55 нии секторов Разлета в и Ределах

Ж л К X Л вЂ” — <О< — и — — < р< — толщина

2 2 4 4 крепи определяется по выражению

2R2 и cos (2 ) cosэ(2 б), (3)

3Н2

1810558 3 H hmax г. сто - knkksln Ä. (8) (4) (5) ЗО

3 с (1 kknksin Дп з

hmà õ = С з где Н вЂ” расстояние flo нормали от геометрического центра газовой полости с центром 0 до поверхности крепления, При ограничении секторов разлета в пределах 4 <Р 4 4 4 — < < толщина крепи соответствует значению, — — cos (2 ф cos (2 6), ЗН

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= О (созО = 13 и . обозначив изменяющуюся числовую часть отношения секторов разлета через С, получим выражение для определения максимальной величины слоя материала на плоскости r.

Известно, 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 с учетом потерь материалов, что не учитывалось ранее, Принимая объем порции материала эа единицу и обозначив величину потерь по объему индексом Кл, формулу (4) можно записать в виде з

hmax= С(1 k„) г . (6), Нг

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.3). С учетом сказанного уравнения (5) примет вид р3

hmax — С(1 - kn) — — — - sin / п . (7)

Иэ уравнения (6) можно определить зна5 чение радиуса порции материала.10 Подставив значение R. a формулу обьез ма 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

hmsx

4 3 4 Н hmax г, г0 =з = „„„ s,„, W

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

Ч

4 K m Н hmgx

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

При различных формах порции материала значение m изменяется следующим об-разом: шар — m =1,0;

40 — m=О,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 по зволяет определять объем материала для получения проектной толщины крепи в лю50 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 формулу (9).

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

1810558

10

20

30 ь и .

$!ОЯп н2 (10) 50

55 слоя материала на поверхности крепления зависит от первоначального обьемэ порции и величины потерь материалов. Потери материалов при нанесении уменьшают конечный объем материала в крепи и таким образом уменьшают толщину крепи, а следовательно,допжны быть учтены заранее. В известных способах крепления горных выработок этот фактор не учитывается.

Как показала практика крепления горных выработок взрывным способом потери материалов при нанесении обусловлены как отскоком от поверхности, так и разлетом их по выработке, и особенно вдоль продольной оси, В первом случае на величину потерь материалов наибольшее влияние оказывает состав материала, а во втором — конструкция заряда ВВ. При оптимальных составах материалов (например, мелкозернистый бетон состава 1:2 — 1:3) величина потерь в результате отскока может составлять OT 2 до

8% общего обьема материалов, э B результате разброса от 1,2 до 85,6%. Поэтому потери материалов должны учитываться коэффициентом, С учетом перечисленных видов потерь, при креплении выработки должна вводиться поправка на изменение объема порции материала, необходимого для крепления, которая учитывается суммарным коэффициентом kn. Этот коэффициент наиболее целесообразно определять практически. Так например, из практики применения взрывного способа крепления определено, что с учетом еще и дополнительного фактора- неровности контура, при оптимальных составах бетона коэффициент

k для выработок; пройденных комбайновым способом, принимаю равным 0,10, а для выработок, сооружаемых буровзрывным способом без контурного взрывания — . 40

0,22, Сказанное подтверждает повышенное качество крепи в прилагаемом техническом решении.

Известный способ возведения обделки. подземных горных выработок включает размещение заряда ВВ на длине, равной длине участка крепления. При этом объем материала принят равным разнице между фактической и проектной площадью сечения выработки. Однако при этом не принимается во внимание сектор разлета материала, в результате чего толщина крепи не может соответствовать проектной, В предлагаемом способе качество крепление выше в связи с комплексным учетом влияющих факторов и в том числе в связи с учетом значений секторов разлета в поперечном сечении и вдоль выработки. Этим также определяется повышенное качество крепления.

Располагая. порции твердеющего материала в выработке так, чтобы плоскость сечения, проходящая через заданную точку контура выработки, проходила и через максимальное сечение порции материала, тем самым обеспечивается максимальная тол-, щина крепи в этой точке, При подстановке в выражение (9) вместо hmsx проектной (заданной) толщины крепи

Млр можно определить необходимый объем порции материала, который требуется для крепления, В связи с разнообразием схем размещения материала в поперечном сечении выработок, и особенно в горизонтальных (фиг,3) и кривизной поверхности контура, необходимый объем материала для крепления различных точек, расположенных в одной плоскости поперечного сечения выработки, может быть различным, однако во всех отдельных случаях предлагаемое техническое решение позволяет обеспечивать высокое качество крепления и в частности толщину крепи не менее проектной.

Для этого на контуре (в поперечном сечении выработки) необходимо определить точку с минимальной толщиной слоя от нанесения одной порции материала, и в дальнейшем, проектную толщину крепи Ь„р, задавать именно для этой точки, В результате во всех остальных точках контура выработки толщина слоя материала (крепи) будет более проектной. Таким образом, во всех точках поверхности контура выработки (в поперечном сечении) толщина крепи будет соответствовать необходимому условию

Выбор точки с минимальной толщиной крепи на контуре (в поперечном сечении выработки) можно производить, используя условие которое получено из выражения (9), При его выводе было учтено, что в расчете толщины слоя (крепи) для всех точек контура значения R и С постоянны (R = сопя, С = const), а значения Н-иД изменяются. Таким образом, минимальное значение функции (10) соответствует точке на контуре выработки, в которой толщина крепи минимальна. Для . этой точки и назначается толщина крепи,. равная проектной (Ь,р), 1810558

Кэк показывает практика, в горизонтальных 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 образом.

В подземной горной выработке на почве или в специальном устройстве, располагают порцию твердеющей смеси, например, бетонной. Причем твердеющую смесь располагают так, чтобы максимальное сечение порции (например, имеющей .форму полушара) находилась в одной плоскости с точкой крепления, расположенной на контуре выработки. Объем порции твердеющего материала 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 на5 несение материала взрывом, о т л и ч а ю гци и сятем,,что,,с целью повышения качества крепи, порции твердеющего материала в выработке располагают в плоскости сечения, проходящей через точку крепления на

10 контуре выработки и в максимальное сечение порции, при этом объем материала в порции определяют по формуле

4 к.m Н

15 где V — объем порции материала, м-; з

m — коэффициент формы порции, ед;

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

h p — толщина крепи в заданной точке контура выработки, м;

С вЂ” отношение секторов разлета, ед„

k — коэффициент потерь материалов, ед;

Д вЂ” угол встречи материала с контуром выработки в заданной точке, град.

1810558

Составитель А, Рукавишников

Техред М,Моргентал Корректор С. Лисина

Редактор О. Стенина

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1430 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР, 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5