Способ крепления горных выработок

 

Сущность изобретения: способ крепления горных выработок включает поддержание обнаженной поверхности кровли временной проходческой крепью с последующим ее перемещением на вновь пройденный участок, образование несущей оболочки с помощью опалубки и возведение после этого постоянной крепи. Опалубка опирается на опорный элемент, внутри нее размещена подпружиненная перегородка, связанная с подвижной частью распорной стойки. Для образования несущей оболочки вначале опалубку подводят под кровлю, подпружиненную перегородку ориентируют ниже проектной отметки высоты выработки и уплотняют ею в твердеющий материал до уровня проектной отметки выработки. После набора прочности твердеющего материала опалубку переставляют. Возведением рам постоянной крепи осуществляют под сформированную несущую оболочку на заданной проектной отметке выработки. Поверхность подпружиненной опалубки, обращенная в сторону кровли, может быть покрыта антиадгезионным материалом. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для крепления и поддержания горных выработок, в том числе выработок, используемых повторно, при бесцеликовой технологии отработки угольных пластов.

Известен способ крепления выемочных выработок, включающий установку рам арочной крепи, затяжек, их гидролизацию и заполнение закрепного пространства твердеющим материалом, причем перед возведением арочной крепи производят установку анкеров в надбермовые породы кровли выработки, а на рамы крепи укладывают полосы из водонепроницаемого материала с возможностью образования с обеих сторон выработки карманов в закрепном пространстве, при этом концы полос закрепляют на анкерах, заполнение закрепного пространства твердеющим материалом производят, начиная с карманов, а в своде выработок - после отверждения вяжущего раствора в карманах.

Недостатком известного способа является то, что заполнение закрепного пространства осуществляется после возведения рам постоянной крепи, а до ее возведения кровля выработки находится без подпора, что, в свою очередь, не предотвращает возможность ее расслоения и обрушения. Причем заполнение закрепного пространства твердеющим материалом осуществляют путем нагнетания без последующего его уплотнения, что влияет на качество заполнения упомянутого пространства и, как следствие, на условия взаимодействия системы "массив-крепь".

В результате эксплуатации крепи, возведенной по известной технологии, не обеспечивается ее эксплуатационная надежность на весь срок службы.

Известен способ возведения постоянной крепи при проходке штрека с временной механизированной двухсекционной крепью, включающий поочередное продвижение головной и концевой секций временной крепи с укладыванием на перекрытия секции рулонной затяжки и возведением позади концевой секции крепи с распором, причем одновременно с укладкой затяжки производят забучивание пространства над ней посредством пневмозакладочной машины, подающей забутовочный материал по трубопроводам со стороны переднего торца концевой секции временной крепи.

Недостатком известного способа является то, что применение рулонной затяжки в качестве межрамного заграждения, выполняющей роль опалубки на период заполнения закрепного пространства, не обеспечивает качественного заполнения пустот в этом пространстве из-за возможности просыпания забутовочного материала в выработку на стыке между полосами, а следовательно, и неплотного контакта забутовочного материала с породами кровли. Вследствие провисания полос рулонной затяжки не обеспечивается заданная проектная высота проводимой выработки.

Описанные обстоятельства приводят к ухудшению условий взаимодействия крепи с массивом через забутовочный слой, а это не обеспечивает безремонтное состояние крепи в период ее эксплуатации.

В основу изобретения поставлена задача - повысить надежность крепи выработки на период ее эксплуатации за счет повышения качества заполнения закрепного пространства выработки твердеющим закладочным материалом.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе крепления горных выработок, включающем поддержание обнаженной поверхности кровли выработки посредством установки временной проходческой крепи с последующим перемещением на вновь пройденный участок выработки заполненного закрепленного пространства твердеющим закладочным материалом посредством его нагнетания и возведение после упомянутого заполнения рам постоянной крепи с распором, согласно изобретению заполнение закрепного пространства твердеющим материалом производят по контуру кровли выработки на ее длине, соответствующей величине подвигания проходческого забоя за один цикл, с образованием несущей оболочки с помощью опалубки, опирающейся на опорный элемент и внутри которой размещают подпружиненную перегородку, связанную с подвижной частью распорной стойки, причем опалубку размещают между временной крепью и последней рамой постоянной крепи, при этом для образования несущей оболочки вначале подводят опалубку под кровлю выработки, а подпружиненную перегородку, расположенную внутри опалубки, ориентируют ниже проектной отметки высоты выработки, затем после нагнетания твердеющего материала внутрь опалубки последний уплотняют путем принудительного перемещения подпружиненной перегородки в сторону кровли до уровня, соответствующего проектной отметке высоты выработки, причем после набора прочности твердеющего материала и перемещения временной проходческой крепи к забою переставляют опалубку на новое место, а возведение рам постоянной крепи осуществляют под сформированную несущую оболочку и на заданной проектной отметке высоты выработки.

Причем предварительно поверхность подпружиненной перегородки опалубки, обращенную в сторону кровли выработки, покрывают антиадгезионным материалом.

В сравнении с известным уровнем техники изобретение за счет принудительного заполнения зазоров между породами кровли и твердеющим материалом последнего позволит повысить качество заполнения пространства за крепью выработки, улучшить взаимодействие системы "массив - крепь", предотвращая таким образом расслоение горного массива и тем самым повышая эксплуатационные качества выработки и, следовательно, ее надежность в течение технологического срока службы.

Известен из уровня техники способ крепления горных выработок, в котором заполнение закрепного пространства осуществляют твердеющим раствором, помещаемым в отдельные емкости, с образованием таким образом по контуру выработки твердеющего слоя.

Недостатком данного способа является то, что в случае превышения объема зазоров (или пустот) за крепью объема заполняемой твердеющим материалом емкости будет отсутствовать контакт между породами кровли и поверхностью емкости, что приведет к неполному заполнению твердеющим раствором закрепного пространства, снизит качество заполнения упомянутого пространства и, как следствие, не предотвратит расслоение пород кровли в дальнейшем под воздействием горного давления.

В предлагаемом способе заполнение закрепного пространства твердеющим материалом осуществляют по контуру кровли выработки после перемещения временной крепи с обрезанием несущей оболочки с помощью опалубки, которую опирают на опорный элемент. Внутри опалубки размещают подпружиненную перегородку, назначение которой - устранять зазоры между породами кровли выработки и твердеющим материалом в процессе его нагнетания. Устранение зазоров достигается заполнением их нагнетаемым твердеющим материалом за счет его уплотнения посредством перемещения в сторону кровли подпружиненной перегородки, которая кинематически связана с подвижной частью распорной стойки. Чтобы обеспечить указанное уплотнение вначале подпружиненную перегородку ориентируют ниже проектной отметки высоты выработки, а после нагнетания твердеющего материала перегородку перемещают до проектной отметки высоты выработки. Такое ориентирование перегородки позволяет установить соответствие объемов зазоров, образующихся у поверхности кровли, и объема твердеющего материала, закрепленного между проектной отметкой высоты выработки и верхней поверхностью подпружиненной перегородки, расположенной ниже проектной отметки высоты выработки.

Предложенный принцип устранения упомянутых зазоров позволяет повысить качество заполнения закрепного пространства выработки, исключая таким образом недостатки, присущие известному решению и прототипу.

Поскольку опалубку размещают между временной крепью и последней рамой постоянной крепи, это позволяет повысить безопасность работ при выполнении операции по заполнению закрепного пространства. Данное преимущество не присуще известному техническому решению, т.к. упомянутые операции осуществляют под обнаженной кровлей выработки.

Образование несущей оболочки на длине выработки, соответствующей величине подвигания проходческого забоя за один цикл, позволяет совместить операции по заполнению закрепного пространства и выполнению проходческих работ по формированию упомянутого забоя, что ускоряет темпы проведения выработки.

После передвижения временной крепи и вслед за ней опалубки и установки рам постоянной крепи последние воспринимают нагрузку со стороны кровли через несущую оболочку, вследствие чего не происходит расслаивание массива, т.к. создаются благоприятные условия взаимодействия породного массива и крепи выработки, исключающие проявления динамических нагрузок на крепь.

Возведение рам постоянной крепи под несущую оболочку, сформированной на заданной проектной высоте выработки, позволяет устранить неровности на ее поверхности и, соответственно, повысить качество крепления выработки, что исключает деформацию, что исключает деформацию элементов крепи выработки и, как следствие, повышает ее надежность.

Таким образом, предлагаемым способом за счет предотвращения возможности образования зазоров в закрепном пространстве выработки во время его заполнения твердеющим материалом достигается качественное крепление выработки, а значит и ее надежность на период ее эксплуатации.

В результате реализации изобретения достигается технический результат, который явным образом не следует из сведений об уровне техники и поэтому оно соответствует критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 изображена схема осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 - опалубка, подпружиненная перегородка которой ориентирована в ней в момент заполнения закрепного пространства; на фиг. 3 - то же, что на фиг. 2, после окончания операции по заполнению закрепного пространства; на фиг. 4 - пример расположения подпружиненной перегородки внутри опалубки при наличии значительного объема заполняемого пространства за крепью; на фиг. 5 - то же, что на фиг. 4, при незначительном объеме закрепного пространства выработки.

Предлагаемый способ крепления горных выработок выполняется следующим образом.

Перед началом проведения горной выработки 1 выполняют технологический отход для размещения в нем проходческого оборудования (не показано) и установки временной проходческой крепи 2, на опорном элементе 3 и распорной стойке 4 монтируют опалубку 5, внутри которой размещают подпружиненную перегородку 6 с возможностью ее перемещения в сторону кровли посредством подвижной части 7 распорной стойки 4. Чтобы уменьшить сцепление твердеющего материала с верхней поверхностью перегородки 6, ее покрывают антиадгезионным материалом.

В исходном положении временная крепь 2 придвинута к проходческому забою 8: опалубка 5 установлена между временной крепью 2 и последней рамой постоянной крепи 9 и подведена под кровлю выработки 1 так, что ее перегородка 6 располагается ниже проектной отметки высоты выработки 1 на величину h; за опалубкой 5 возведена постоянная крепь 9 с распором под несущую оболочку 10, ранее образованную по контуру кровли выработки 1 (фиг. 1). Другими позициями обозначены: 11 - закрепное пространство выработки, 12 - полость, 13 - трубопровод для нагнетания твердеющего материала в закрепное пространство 11 выработки 1.

По мере подвигания проходческого забоя 8 выработки 1 на величину проходческого цикла l_пр.ц. в ней устанавливают временную крепь 2, за которой осуществляют заполнение закрепного пространства 11. Эту операцию выполняют по контуру кровли выработки 1 на ее длине l_зап., соответствующую величине подвигания проходческого забоя 8 за один цикл с образованием несущей оболочки 10 с помощью опалубки 5, опирающейся на опорный элемент 3.

При этом опалубка своей верхней кромкой, по периметру которой может быть размещено уплотнение (не показано), перекрывает поверхность кровли выработки 1 по ее контуру, образуя полость 12 в закрепном пространстве 11, которая кроме боковых сторон опалубки 5 ограничена верхней поверхностью перегородки 6, установленной подвижно внутри опалубки 5 ниже проектной отметки высоты выработки на величину h и поверхностью выработки 1. Затем полость 12 заполняют твердеющим закладочным материалом путем нагнетания его под давлением. Причем твердеющий материал подают в полость 12 по трубопроводу 13, подведенному к перегородке 6, например, через днище опалубки 5.

После заполнения полости 12 закрепного пространства 11 твердеющим материалом и по мере его схватывания, но до момента набора его прочности, осуществляют уплотнение этого материала путем принудительного перемещения перегородки 6 в сторону кровли до уровня, соответствующего проектной отметке высоты H выработки 1.При этом происходит вдавливание твердеющего материала в пустоты, образуемые между породами кровли и поверхностью нагнетаемого твердеющего материала. Чтобы установить требуемое количество твердеющего материала для заполнения упомянутых пустот, предварительно проводят экспериментально-производственные наблюдения, с помощью которых устанавливают соответствие объема твердеющего материала, заключенного между проектной отметкой высоты H выработки 1 и верхней поверхностью перегородки 6, и объема возможных пустот, определяемого при визуальном осмотре кровли выработки 1.

После набора прочности твердеющим материалом и перемещения временной крепи 2 на вновь пройденный участок выработки на величину l_пр.ц., переставляют опалубку 5 в исходное положение за временной крепью 2, а под сформированную несущую оболочку 10 возводят рамы постоянной крепи 9 на заданной проектной отметке высоты H. После этого цикл крепления 1 повторяют, последовательно формируя отдельными частями несущую оболочку 10, воспринимающую совместно с крепью 9 горное давление без деформации ее.

В зависимости от горно-геологических условий, вмещающих выработку пород, может возникнуть необходимость заполнения значительного объема закрепного пространства 11, в этом случае положение перегородки 6 будет таким, как оно показано на фиг. 4. Если объем заполняемого твердеющим материалом закрепного пространства будет незначителен, тогда перегородка 6 находится в крайнем верхнем положении, как это показано на фиг. 5.

Из описанного следует, что независимо от объема заполняемого твердеющим материалом закрепного пространства наличие подвижной перегородки 6 внутри опалубки 5 позволяет устранить недостатки известных технических решений и соответственно выдержать проектную высоту проводимой выработки 1 при изменяющихся горно-геологических условиях вмещающих пород.

Таким образом предлагаемый способ позволяет образовать за крепью несущую оболочку 10, в которой будут отсутствовать технологические пустоты при выполнении операции по заполнению твердеющим материалом закрепного пространства выработки 1, а это не приведет в расслоению пород кровли, и крепь 9 будет воспринимать нагрузку через качественно сформированную несущую оболочку 10, что в целом позволит сохранить выработку 1 в эксплуатационном состоянии на весть срок ее службы.

Формула изобретения

1. Способ крепления горных выработок, включающий поддержание обнаженной поверхности кровли выработки посредством установки временной проходческой крепи с последующим ее перемещением на вновь пройденный участок выработки, заполнение закрепного пространства твердеющим закладочным материалом путем его нагнетания и возведение после упомянутого заполнения рам постоянной крепи с распором, отличающийся тем, что заполнение закрепного пространства твердеющим материалом производят по контуру кровли выработки на ее длине, соответствующей величине подвигания проходческого забоя за один цикл, с образованием несущей оболочки с помощью опалубки, опирающейся на опорный элемент, внутри которой размещают подпружиненную перегородку, связанную с подвижной частью распорной стойки, причем опалубку размещают между временной крепью и последней рамой постоянной крепи, при этом для образования несущей оболочки вначале подводят опалубку под кровлю выработки, а подпружиненную перегородку, расположенную внутри опалубки, ориентируют ниже проектной отметки высоты выработки, затем после нагнетания твердеющего материала внутрь опалубки последний уплотняют путем принудительного перемещения подпружиненной перегородки в сторону кровли до уровня, соответствующего проектной отметке высоты выработки, причем после набора прочности твердеющего материала и перемещения временной проходческой крепи к забою переставляют опалубку на новое место, а возведение рам постоянной крепи осуществляют под сформированную несущую оболочку и на заданной проектной отметке высоты выработки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что предварительно поверхность подпружиненной перегородки опалубки, обращенную в сторону кровли выработки, покрывают антиадгезионным материалом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5