способ проведения и поддержания горных выработок и ремная крепь для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ проведения и поддержания горных выработок, включающий выемку пород с формированием забоя трапециевидной формы, установку трапециевидной крепи и разделение ее на два уровня путем установки связанных с боковыми стойками средних распорных элементов, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности поддержания выработки путем использования несущих свойств массива за счет определения продольного пролета, верхнюю часть забоя выработки располагают под наиболее прочным слоем пород, а величину предельного пролета этого слоя определяют во время проведения выработки, причем ширину верхней части забоя принимают равной 4/5 - 5/6 величины предельного пролета, а высоту выработки устанавливают превышающей величину средней линии забоя не менее, чем в два раза.

2. Рамная крепь для проведения и поддержания горных выработок, включающая соединенные между собой стойки и верхняк и связанный со стойками посредством наголовников средний распорный элемент, отличающаяся тем, что верхняк, средний распорный элемент и стойки выполнены составными и соединены внахлест узлами податливости, имеющими фрикционный слой, причем величина нахлестки верхняка больше 2/3 предельного пролета вышележащих от него пород.

3. Крепь по п. 2, отличающаяся тем, что верхняк выполнен криволинейным.

4. Крепь по пп. 2 и 3, отличающаяся тем, что узлы податливости стоек установлены в местах пересечения выработкой наиболее слабых участков, вмещающих породы на длине, равной или большей их мощности.

5. Крепь по пп. 2 - 4, отличающаяся тем, что фрикционный слой выполнен из крупнозернистого песка молотого мела и мовиля при следующем соотношении ингредиентов, % :

Крупнозернистый песок 5 - 8

Молотый мел 2 - 4

Мовиль Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной, преимущественно угольной, промышленности.

Известны различные формы сечения выработок, причем в сложных условиях наиболее предпочтительно по эффективности поддержания круглая и яйцеобразная, которые однако отличаются крайне высокой трудоемкостью.

Известно техническое решение по увеличению высоты выработки и размещению потоков и оборудования в двух уровнях [1] .

Наиболее близким к предлагаемому является техническое решение, в котором размеры сводов выработки не связаны с величиной предельного пролета, поэтому несущие свойства породного массива используются неполно [2] .

Из наблюдений при разборке завалов горных выработок известно, что наиболеее устойчивой формой полости, сохраняющейся без изменения много лет, является треугольная при отношении высоты к освоению в зависимости от условий, равном 1,5-3. Если в такой равнобедренный треугольник вписать трапецию с достаточно малым по размеру верхним основанием. то при указанном отношении высоты к основанию устойчивость полости существенно не меняется. При этом за максимальную величину верхнего основания можно принять известное в теории понятие предельного пролета, определяемого расчетом.

Известно, что обнажения кровли в шахте после 12-15 сут увеличиваются в размерах на 15-20% , что связано с выветриванием, высыханием, растрескиванием и самообрушением горных пород. Если в качестве наблюдательной площадки принять обнажение кровли, размеры которого на 1/6-1/5 (15-20% ) меньше предельного пролета, то к концу срока наблюдения величина обнажения достигнет предельного пролета.

Несмотря на кажущуюся простоту получения величины предельного пролета, учитывая большую ответственность при принятии решения, предлагается проводить проверку этой величины на практике путем наблюдения за обнажением кровли без крепления в течение 15 сут.

Цель - увеличение срока безремонтного содержания горных выработок, снижение соответствующих затрат на ремонт выработок.

Указанная цель достигается путем более полного использования несущих свойств массива за счет определения предельного пролета пород и формы забоя, что позволяет не менее чем вдвое увеличить срок межремонтного содержания выработок.

Последовательность операций по выполнению предложенного способа следующая:

1. Изучают геологический разрез массива, где будет проводиться горная выработка, путем опробования определяют наиболее прочный слой;

2. Определяют величину предельного пролета наиболее прочных пород, которую подтверждают наблюдениями за незакрепленной площадью кровли;

3. Формируют забой выработки в виде трапеции, верхнее основание которой расположено под наиболее прочным слоем пород и имеет размеры от 4/5 до 5/6 величины предельного пролета (85-80% );

4. Определяют высоту будущей выработки, исходя из того, что она должна не менее чем вдвое превышать среднюю линию.

Например, необходимость электровозной откатки требует, допустим, ширины выработки по низу 4 м, величина верхнего основания трапеции по расчете и наблюдениям равна у 2 м. Тогда средняя линия трапеции составит (4+2)/2 = 3, а ее высота 32 = 6 м.

Использование несущих свойств массива ведет к необходимости наклона стенок горной выработки, что в сочетании с большой высотой может повлечь за собой специфические нагрузки на крепь, в частности боковые. Достаточно предположить, что в реальном разрезе могут присутствовать слои слабых пород, обладающие слабыми вязкопластическими свойствами, в результате со временем на контуры выработки будут действовать постепенно накапливающиеся нагрузки. Поэтому рамная крепь для осуществления предлагаемого способа обладает рядом особых признаков:

верхнее основание трапеции двойное;

элементы податливости оснащаются дополнительными скобами и фрикционным слоем, благодаря которому для проскальзывания элементов относительно друг друга требуется усилие, примерно вдвое превышающее номинальное;

средний элемент крепи крепится к нижним боковым элементам, что обеспечивает стабильную высоту выработки нижнего при пучении почвы уровня, измеряемого от подошвы до среднего элемента;

врехний (второй) уровень выработки имеет запас высоты, расходуемый по мере срабатывания вертикальной податливости;

соединения верхних и нижних боковых элементов производится на уровне слабых слоев пород, а длина соединений соответствует мощности этих слабых слоев;

при криволинейном верхняке соединение последнего с боковыми элементами производится с возможностью смещения элементов по криволинейной траектории.

Рамная крепь (фиг. 1 и 2) состоит из верхняка 1 в виде криволинейного элемента или двух прямолинейных полуэлементов 1" и 1", верхних боковых элементов 2 и 4, нижних боковых элементов 3 и 5, распорных средних полуэлементов 6 и 7. Узлы податливости представляют собой участки соединений одних элементов (полуэлементов) с другими с помощью скоб 8. Угловые сочленения крепи имеют наголовники 10 и 11 верхняка и средних полуэлементов. Трущиеся пары элементов податливости покрываются фрикционным слоем. Фрикционный слой имеет состав, % : Крупнозернистый песок 5-8 Молотый мел 2-4 Мовиль Остальное

Первый компонент обеспечивает повышение коэффициента трения, второй играет роль пластификатора, обеспечивает постоянство состава в течение длительного времени, третий является растворителем и одновременно консервантом, предохраняющим силовые элементы от коррозии.

Работа крепи осуществляется в следующем режиме. При получении вертикально направленной активной нагрузки производится смещение элементов 2,3 и 4,5 относительно друг друга. При этом снижается высота второго верхнего уровня, а не первого, так как наголовники 10 опираются на нижние элементы 3 и 5 и позволяют проскальзывание элементов 2 и 4.

Поскольку высота верхнего уровня имеет заранее предусмотренный запас, то высота первого уровня остается неизменной до полного исчерпания этого запаса. При появлении боковых нагрузок смещаются полуэлементы 1" и 6,7 до исчерпания запаса. При криволинейном верхняке запас податливости (9) выбирается уже после исчерпания податливости распорного элемента, так как смещение элементов 2 и 4 относительно верхняка производится по криволинейной траектории, тогда сопротивление крепи нарастает из-за необходимости дополнительного изгиба верхних частей элементов 2 и 4.

При исчерпании запаса податливости выработка должна перекрепляться. Положительный эффект изобретения обеспечивается как за счет увеличения срока безремонтного содержания горной выработки, так и за счет использования второго уровня, что позволяет уменьшить общее количество проходимых выработок.