способ крепления горных выработок комбинированной крепью

Формула изобретения

СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК КОМБИНИРОВАННОЙ КРЕПЬЮ, включающей первоначальное возведение анкерной крепи, затем рамной крепи, отличающийся тем, что рамную крепь устанавливают на момент, когда смещение заанкерированных пород составляет 0,6 - 0,65 предельно допустимой величины смещения, и с распором, равным 0,9 - 1 величины натяжения анкерной крепи.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу, а именно к способам крепления горных выработок анкерной и рамной крепью, т. е. комбинированной крепью, включающий оба эти виды крепей.

Анкерная крепь в сочетании с обычными видами металлической деревянной и железобетонной рамными крепями применяется на угольных и рудных шахтах для крепления капитальных и подготовительных выработок, испытывающих большое горное давление. Однако при совместном их применении не достигается улучшения состояния выработок и снижение затрат на их крепление и поддержание. В ряде случаев один вид крепи из них опасно деформируется и выходит из строя до вступления второго в работу или восприятие нагрузки (горного давления) одним видом крепи приводит к частичной или полной разгрузке второго вида крепи.

Известен способ крепления горных выработок комбинированной крепью [1].

Известен способ [2] , в котором перед установкой анкеров определяют области объемного сжатия и растяжения пород, при этом длинные податливые анкеры устанавливают в области объемного сжатия, а короткие погружные - в области объемного расширения пород, причем укладку податливого вкладыша ведут с периодическим образованием вдоль выработки полостей в виде пазов по ее периметру между породным массивом и продольными элементами.

Это способ очень трудоемкий из-за того, что укладку податливого вкладыша приходится вести с периодическим образованием вдоль выработки полостей в виде пазов по ее периметру между породным массивом и продольными элементами. Кроме того, определение области объемного сжатия и растяжения пород в приконтурной зоне выработки сопряжено со значительными трудностями и затратами, причем в трещиноватых и других макродефективных породах надежность определения этих областей очень низка. Недостатком способа является также то, что из-за большой трудоемкости возведения анкерной крепи и применяемых с ней податливых вкладышей он сильно сдерживает скорости проведения выработок.

Недостаток способа [1] в том, что он сдерживает темпы проходки выработки в связи с необходимостью возведения анкерной и рамной крепей одновременно по мере проходки. Кроме того, в способе не взаимоувязаны режимы работы обоих видов крепи, которые обладают весьма различными деформационно-силовыми характеристиками. Комбинированная крепь по данному способу трудоемка в изготовлении и установке, так как приходится концы анкеров, выступающие из скважин, избегать параллельно стенкам выработки и концы верхняков выполнять со скосами, равными углу наклона анкеров.

Способ крепления выработок комбинированной наиболее близок к заявляемому крепью заключается в том, что в период проходки крепят выработку анкерной крепью, а затем в процессе эксплуатации выработки устанавливают рамную крепь [3].

Недостаток способа состоит в том, что рамная крепь возводится без взаимоувязки с фактической величиной смещения заанкерованных пород кровли и нагрузки на анкерную крепь. В результате рамную крепь устанавливают в момент, когда произошли значительные деформации заанкерованных пород, после потери несущей способности значительной части анкеров или в интервале предельных деформаций заанкерованных пород. В дальнейшем анкерная крепь работает частично или вовсе не работает и грузонесущей конструкции остается фактически лишь рамная крепь. Оба вида крепи в таких случаях работают последовательно и не создают необходимой реакции отпора, предотвращающей интенсивные и опасные деформации и смещения пород и крепи. Это приводит к излишним затратам на крепление и поддержание выработок.

Целью изобретения является повышение устойчивости выработок и снижение затрат на крепление и поддержание выработок.

Цель достигается тем, что рамную крепь устанавливают в момент, когда смещение заанкерованных пород составляет 0,6-0,65 предельно допустимой величины смещения с распором, равным 0,9-1 величины натяжения анкерной крепи.

Предлагаемый способ обеспечивает по сравнению с прототипом активную совместную работу анкерной и рамной крепей и более полное использование их несущей способности в виде одной суммарной несущей способности на протяжении всего времени совместного применения.

Рамную крепь возводят на момент, предшествующий появлению в заанкерованных породах существенных деформаций. Многолетними и многочисленными шахтными инструментальными наблюдениями и специальными исследованиями в различных горно-геологических и горнотехнических условиях установлено, что при смещении заанкерованных пород на величину, не превышающую 0,6-0,65 предельно допустимой величины смещения (величины, предшествующей обрушению заанкерованных пород) в заанкерованных породах, не проявляется признаков нарушения их сплошности и потери несущей способности крепи. При больших величинах смещения пород в них появляются признаки нарушения сплошности и существенных деформаций. Поэтому установка рамной крепи на момент, предшествующий проявлению существенных деформаций в заанкерованных породах, обеспечивает в дальнейшем активную работу крепи.

Установка рамной крепи раньше, чем на момент, когда фактическая величина смещения заанкерованных пород составляет меньше 0,6-0,65 предельно допустимой величины, потребует увеличения конструктивной податливости, применяемой в сочетании с анкерной, на 0,6-0,65 предельно допустимой величины смещения заанкерованных пород, что составляет по данным многочисленных шахтных инструментальных наблюдений от 120 до 200 мм. По результатам многочисленных шахтных наблюдений предельно допустимая величина смещения заанкерованных пород кровли в горных выработках шириной 3-5 м составляет 200-400 мм (соответственно при жестких и податливых боках выработки).

Увеличение конструктивной податливости крепи приводит к росту трудоемкости изготовления и стоимости крепи.

Таким образом момент установки рамной крепи на момент, предшествующий наступлению существенных деформаций заанкерованных пород, является оптимальным по величине конструктивной податливости крепи и по состоянию заанкерованных пород. Кроме того, в отличие от прототипа установка рамной крепи с распором, равным 0,9-1 величины напряжения анкерной крепи (реактивному распору анкеров), обеспечивает равенство распорных усилий в смещающейся анкерной крепи и поддерживающей рамной крепи и формирование условий, при которых оба вида крепи будут работать активно совместно в практически едином режиме давление-смещение. В итоге исключается обжатие заанкерованных пород реактивными силами рамной крепи (в случае, когда распорные силы рамной крепи больше сил натяжения анкерной крепи) и частичная или полная разгрузка анкеров на контуре выработки или последовательная работа обоих видов крепи, сначала анкерной, затем рамной (в случае, когда распорные силы рамной крепи меньше давления смещения анкерной крепи, заанкерованных пород).

Таким образом предлагаемый способ устраняет несовместную работу анкерной и рамной крепей, в отдельности имеющих недостаточную несущую способность. В отличие от прототипа способ определяет момент установки рамной крепи и определяет относительный уровень начального ее распора, что обеспечивает рациональные условия крепления и поддержания выработок. На этом основании можно сделать вывод о новизне технического решения.

Одновременно способ устраняет недостатки аналогов, когда анкерная и рамная крепи возводятся одновременно, увеличивает скорости проведения выработок и повышает надежность работы рамной крепи за счет снижения величины ее конструктивной податливости (на величину, равную 06-0,65 предельно допустимой величины смещения заанкерованных пород кровли), а также устраняет несовместимость их работы из-за различия начальных деформационно-силовых характеристик.

Таким образом заявляемое техническое решение соответствует критериям "Новизна" и "Изобретательский уровень".

Способ осуществляют следующим образом.

При проведении выработки возводят анкерную крепь. Одновременно определяют смещение заанкерованных пород и натяжение (распорное усилие, нагрузку) анкерной крепи известными методами, например маркшейдерскими приборами (смещение пород) и динамометрами. На момент, когда смещение заанкерованных пород составляет 0,6-0,65 предельно допустимой величины смещения заанкерованных пород для конкретных условий, возводят рамную крепь (податливую) с распором, равным 0,9-1 фактической величины натяжения анкерной крепи. Предельно допустимую величину смещения заанкерованных пород для конкретных условий определяют известными методами при эксплуатации соседних выработок с анкерной крепью или других выработок с практически такими же горно-геологическими и горнотехническими условиями как и выработки, закрепляемой комбинированной крепью.

Конструктивную податливость рамной крепи принимают равной величине смещений вмещающих пород, происходящих с момента установки рамной крепи до окончания срока службы выработки.

Выработки, в которых за срок их службы смещение заанкерованных пород не превышает 0,6-0,65 предельно допустимой величины смещения заанкерованных пород, достаточно устойчивы без установки в них рамной крепи, т. е. они могут успешно эксплуатироваться анкерной крепью. Такие выработки нецелесообразно крепить комбинированной анкерно-рамной крепью.

Предлагаемое изобретение повышает надежность и эффективность крепления горных выработок комбинированной крепью, повышает их устойчивости, снижает затраты на крепление и поддержание выработок путем обеспечения единого режима (синхронного) активной совместной работы анкерной и рамной крепей (крепей с принципиально различными деформационно-силовыми характеристиками) на протяжении всего времени их совместной эксплуатации.