способ проведения подземной горной выработки круглого поперечного сечения

Формула изобретения

Способ проведения подземной горной выработки круглого поперечного сечения, включающий формирование ориентированной полости в недрах Земли, нарезку винтовых и продольных радиальных каналов в приконтурной зоне выработки в массиве окружающих горных пород, погрузку и транспортирование отбитой породы, поддержание выработанного пространства возведением крепи и организацию проветривания, отличающийся тем, что одновременно с формированием полости нарезают три продольных радиальных канала, равномерно распределяя их в плоскости поперечного сечения выработки, при этом один из них - по линии наиболее вероятного наибольшего действия внешней нагрузки от сил горного давления, разрушенную горную породу удаляют из продольных радиальных каналов и грузят в транспортное средство, в продольных радиальных каналах устанавливают закладные элементы, к которым присоединяют элементы крепи, причем глубина продольного радиального канала составляет не менее половины радиуса поперечного сечения проводимой выработки.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к горному делу, в частности к механизированному проведению подземных горных выработок с круглой формой поперечного сечения.

Известен способ механизированного проведения горной выработки, включающий формирование ориентированной полости в недрах Земли разрушением части массива горных пород средствами механизации, погрузку отбитой породы в транспортное средство, транспорт отбитой породы, поддержание выработанного пространства возведением кольцевой крепи и организацию проветривания [1]. Недостатком способа является отсутствие пространственной связи крепи горной выработки с массивом окружающих горных пород, вследствие чего с течением времени возможны локальные концентрации сил горного давления на крепь, превышающие ее несущую способность.

За прототип выбран способ механизированного проведения горной выработки, включающий формирование ориентированной полости в недрах Земли, нарезку винтовых и продольных каналов в приконтурной зоне выработки в массиве окружающих горных пород, погрузку и транспортирование отбитой породы, поддержание выработанного пространства возведением винтовой крепи и организацию проветривания [2]. Пространственную связь крепи проводимой выработки с массивом окружающих пород осуществляют установкой несущих элементов крепи в винтовом канале выработки.

Недостатками прототипа являются:

- при проведении выработки в массиве с нарушенной сплошностью, т.е. по завалу, низка вероятность сохранения формы участка винтовых каналов в период от их нарезки до установки в них элементов крепи;

- большое количество продольных каналов, нарезаемых за контуром выработки, увеличивает степень нарушенности массива окружающих пород;

- глубина нарезки продольных каналов, сопоставимая с глубиной нарезки винтовых каналов, не позволяет использовать их для организации связи крепи выработки с менее нарушенным массивом окружающих пород;

- малая глубина винтовых и продольных каналов не позволяет перераспределять нагрузку от сил горного давления на крепь выработки для повышения ее устойчивости.

Эти недостатки, по нашему мнению, снижают эффективность проведения горной выработки и надежность ее поддержания в периоде эксплуатации.

Исследованиями устойчивости горных выработок, проведенными в Институте угля и углехимии СО РАН, выявлено, что при выполнении продольных каналов глубиной не менее половины радиуса поперечного сечения выработки в приконтурной зоне выработки в массиве окружающих горных пород происходит перераспределение сил горного давления на крепь. В частности, при проведении горизонтальной горной выработки круглого сечения наиболее рациональным, с точки зрения более равномерного распределения сил горного давления на крепь данной выработки, является равномерное расположение трех продольных радиальных каналов в поперечном сечении выработки, при котором один из них выполняют по линии наиболее вероятного наибольшего действия внешней нагрузки от сил горного давления, т.е. вертикально вверх, а два других - симметрично ему по обе стороны, т.е. под углом примерно 120 градусов от вертикальной оси.

Цель предлагаемого изобретения - повышение надежности поддержания горной выработки в эксплуатационном периоде за счет перераспределения сил горного давления массива окружающих горных пород, действующих на контур выработки.

Поставленная цель достигается тем, что в способе проведения подземной горной выработки круглого поперечного сечения, включающем формирование ориентированной полости в недрах Земли, нарезку винтовых и продольных радиальных каналов в приконтурной зоне выработки в массиве окружающих горных пород, погрузку и транспортирование отбитой породы, поддержание выработанного пространства возведением крепи и организацию проветривания, одновременно с формированием полости нарезают три продольных радиальных канала, равномерно распределяя их в плоскости поперечного сечения выработки и ось одного из них ориентируя по линии наиболее вероятного наибольшего действия внешней нагрузки от сил горного давления, разрушенную горную породу удаляют из продольных каналов и грузят в транспортное средство, в продольных каналах устанавливают закладные элементы, к которым присоединяют элементы крепи, причем глубина продольного радиального канала составляет не менее половины радиуса поперечного сечения проводимой выработки.

Предлагаемое изобретение поясняется схемами. На фиг.1 показана схема нагружения ограждающих элементов горной выработки круглого сечения; на фиг.2 - то же после нарезки продольных каналов; на фиг 3 - схема установки закладных элементов в продольных каналах.

Способ может быть реализован следующим образом. При проведении, например, горизонтальной или наклонной подземной горной выработки 1 проходческим щитовым агрегатом наиболее вероятным направлением действия нагрузки от сил горного давления на ограждающие элементы выработки круглого поперечного сечения является вертикальное, т.е. сверху вниз по центру выработки. Для перераспределения нагрузки от сил горного давления дополнительными исполнительными органами щитового агрегата нарезают вертикальный продольный радиальный канал 2, ось которого ориентируют от центра выработки вверх, и два таких же канала 3 и 4, оси которых ориентируют от центра выработки вниз в разные стороны от вертикальной оси поперечного сечения под углом примерно 120 градусов к оси вертикального канала 2, т.е. оси радиальных продольных каналов распределяют равномерно по площади поперечного сечения выработки. Глубину нарезки каналов принимают не менее половины радиуса проводимой выработки. В нарезанные продольные каналы 2, 3 и 4, после зачистки их от отбитой в них породы, на равном расстоянии по длине выработки укладывают закладные элементы 5. При возведении крепи 6 ее элементы посредством механических звеньев 7 связывают с закладными элементами 5.

За счет продольных радиально ориентированных каналов, нарезанных в массиве окружающих пород в приконтурной зоне выработки, нагрузка от сил горного давления на ограждающие элементы выработки будет распределяться иначе. Нагрузка сверху перераспределится по обеим боковым сторонам выработки. За счет этого наибольшее его значение станет меньше по абсолютной величине. Боковые продольные каналы за счет размещения в них закладных элементов крепи позволят обеспечить крепи дополнительные опоры по бортам выработки, что будет способствовать повышению устойчивости выработки. Продольные каналы с течением времени будут разрушены, а закладные элементы - зажаты в них горными породами. За счет этого будет усилена связь крепи горной выработки с массивом окружающих пород, что также будет способствовать более равномерному распределению нагрузки на горную крепь, т.е. повышению надежности поддержания выработки в эксплуатационном периоде. А это и есть цель изобретения.

Источники информации

1. Проведение и поддержание выработок в неустойчивых породах / В.А.Потапенко, Ю.В.Казанский, Б.В.Цыплаков и др. - М.: Недра, 1990, с.19, рис.2.4 (аналог).

2. Проходческий щитовой агрегат / А.с. СССР № 1647144, опубл. 07.05.91, Бюл. № 17 (прототип).