Спосіб керування станом пород у покрівлі виробки

Способ управления состоянием пород в кровле выработки, включающий активное силовое воздействие верхняком крепи на породное обнажение посредством распора стоек рамы, отличающийся тем, что несущую зону сжатых пород при распоре крепи создают по всей ширине выработки за счет реактивного отпора горных пород на управляющие консоли верхняка. (19) (21) 96083283 (22) 16.08.1996 (24) 16.10.2000 (33) UA (46) 16.10.2000, Бюл. № 5, 2000 р. (72) Бабіюк Геннадій Васильович, Гайко Геннадій Іванович, Стельмах Валерій Михайлович (73) ДОНБАСЬКИЙ ГІРНИЧО-МЕТАЛУРГІЙНИЙ ІНСТИТУТ 28354 по концам верхняка в местах его опирання на распорные стойки. Это формирует неравномерную зону сжатия пород вдоль верхняка, причем минимальная ее глубина оказывается в центре пролета выработки, где интенсивность сил горного давления максимальна. Предлагаемое изобретение направлено на создание такого способа управления состоянием пород в кровле выработки, при котором в кровле выработки создается за счет действия самих сил горного давления зона сжатых пород требуемых размеров, деформирующихся в условиях объемного напряженного состояния на более высоких энергетических уровнях. Совместное деформирование несущей породной зоны и распорной крепи устраняет расслоение и разрыхление пород в кровле выработки, предотвращает образование сводов обрушения, снижает смещение пород внутрь выработки и, тем самим, повышает ее надежность. Поставленная задача достигается тем, что в способе управления состоянием пород в кровле выработки, включающем активное силовое воздействие верхняком крепи на породное обнажение посредством распора стоек, согласно изобретению, несущую зону сжатых пород при распоре крепи создают по всей ширине выработки за счет реактивного отпора горных пород на управляющие консоли верхняка, что позволяет устранить расслоение и разрыхление пород в кровле выработки, образование сводов обрушения, снижает смещение пород внутрь выработки, и тем самим, повышает ее эксплуатационную надежность. Несущий слой сжатой породи совместно с рамой крепи противодействует распространению зоны разрушения в глубь массива, что снижает смещения породного контура. Образование несущей зоны сжатых пород по всей ширине выработки обеспечивается активным давлением на контакте верхняк - породное обнажение, противоположном силам горного давления. При этом контактное давление распределяется вдоль верхняка таким образом, чтобы обеспечить требуемую толщину несущего слоя пород в самом опасном сечении, т.е. в середине пролета выработки. Благодаря тому, что распорные стойки рамы крепи устанавливают на определенном расстоянии от концов верхняка, формируя тем самим, управляющие консоли, достигается перераспределение контактного давления. Причем за счет отпора пород на консольных участках верхняка величина контактного давления в центре пролета повышается, чем обеспечивается необходимый уровень сжимающих усилий по всей глубине несущей зоны пород. Изгибающий момент в верхняке, формирующийся за счет наличия управляющих консолей, имеет знак, противоположный знаку момента от сил горного давления, что способствует более благоприятному загружению крепи, так как основную часть усилий воспринимает сама горная порода. Длину разгружающих консолей назначают с учетом требуемых размеров несущей зоны сжатых пород, величины сил распора, деформационных свойств пород и ширины выработки. Изменение длины консолей позволяет обеспечить эф фективное управление напряженно-деформированным состоянием пород в кровле при минимальных затратах на увеличение длины верхняка. Способ поясняется фигурой, на которой в силу симметрии показаны варианты осуществления распора крепи без и с управлявшими консолями и соответствующие им эпюры распределения контактного давления (рх) по длине верхняка. Способ осуществляется следующим образом. После подвигания выработки на величину заходки по традиционной технологии монтируют рамы крепи, состоящие из верхняка 1 и составных стоек 2, соединенных замками податливости 3. Межрамное пространство перекрывают затяжкой 4. Распор рамы осуществляют с помощью гидравлического домкрата 5. Для этого выдвижную часть домкрата 5 фиксируют на верхнем элементе стойки 2, а опору устанавливают на торец нижнего элемента. Затем замок податливости 3 ослабляют и домкратом 5 раздвигают составные стойки 2, выбирая зазор в закрепном пространстве и создавая, до расслоения пород кровли, силовое воздействие на породное обнажение. Распор в раме, который не должен превышать сопротивление крепи в податливом режиме, фиксируют, затягивая крепление замка податливости 3, после чего домкрат 5 демонтируют и переносят на следующую раму. В результате распора рамы на контакте верхняк - породное обнажение создается активное давление, сжимающее породи кровли и формирующее из них несущий слой, работающий в режиме взаимовлияния с крепью выработки. Активное давление уравновешивается реактивным отпором пород, который совместно с силами горного давления воздействует на верхняк крепи. Эпюра контактного давления по длине верхняка без консолей 6, т.е. для варианта, когда сосредоточенные силы распора стоек приложены по концам верхняка, распределена по параболе с максимальным значением ординаты по концам балки и минимальным по оси симметрии выработки. Причем в прочных породах в центральной части верхняка контактное давление вообще может отсутствовать. Вследствие этого обжатие пород кровли происходит неравномерно по ширине выработки и в глубь массива. Для управления состоянием пород в кровле выработки при распоре крепи размер верхняка 1 увеличивают на длину управляющих консолей 7, которая предварительно рассчитывается с учетом модуля упругости пород кровли, ширины выработки, жесткости верхняка и величин усилия распора крепи. При этом сечение выработки и углы наклона стоек 2 остаются без изменений, а для размещения управляющих консолей 7 выемку пласта производят согласно длине верхняка 1 либо в пласте устраивают специальные углубления. За счет образования консолей 7 при распоре рамы происходит перераспределение контактного давления. Реактивный отпор пород на консольных участках изгибает верхняк таким образом, что величина давления в середина пролета существенно возрастает, а его эпюра 8 становится более равномерной по длине верхняка. В качестве примера можно привести следующие опробованные параметры применения способа: модуль упругости пород кровли 5´106 кН/м2, 2 28354 длина верхняка 4,2 м, его жесткость 1292 кН/м2, ширина контактной поверхности верхняка 0,06 м, усилие распора на каждом домкрате 50 кН, эффективная длина консоли 0,75 м. Распределение контактного давления по длине верхняка (кри вая 8) становится более равномерным, чем при известном ранее способе (кривая 6), а его величина в центральной части пролета превышает 14 кН/м, тогда как в прототипе в центральной части верхняка активный отпор пород отсутствует. Фіг. __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 34 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 3