Спосіб кріплення гірничої виробки і затяжка для кріплення

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при креплении выработок в угольной и горнодобывающей промышленности. Известен способ крепления горных выработок [1], заключающийся в креплении выработки рамной крепью с заполнением закрепного пространства твердеющим составом, помещаемым в отдельные емкости, с отставанием от проходческого забоя и предварительным распором вмещающих пород. Недостатками способа являются необходимость установки в закрепном пространстве распорных элементов в кровле и последующее их извлечение, выполнение работ, связанных с обслуживанием бетононасоса и трубопровода для нагнетания раствора в закрепное пространство, что осложняет процесс крепления, приводит к увеличению материальных и трудовых затрат на его осуществление. Наиболее близким по технической сущности является способ крепления горных выработок с забутовкой закрепного пространства, включающий установку крепи, затяжку и забутовку закрепного пространства эластичными оболочками с заполнением из податливого материала, установку фиксаторов и их выдвигание по мере забутовки закрепного пространства. Известный способ имеет следующие недостатки. Установка фиксаторов и забутовка закрепного пространства эластичными оболочками с заполнением их податливым материалом ведет к удорожанию процесса крепления, повышению трудоемкости возведения крепи. Удорожание идет за счет дополнительных затрат на материалы и работы по установке и перестановке фиксаторов, укладке эластичных оболочек, заполнению их податливости материалом, Установка эластичных оболочек, заполненных податливым материалом с определенным зазором между оболочками ведет к тому, что в начальный момент работы крепи контакт ее с породой осуществляется не по всему контуру, что приводит к ухудшению работы крепи, росту концентрированных нагрузок, расслоению пород контура в местах отсутствия контакта с оболочками, что вызывает деформации крепи и рост затрат на поддержание выработки. Наличие пустот в закрепном пространстве в шахте ведет к скоплению в этих местах газа метана, что приводит к его возгоранию, а следовательно снижает безопасность работ. Наличие закрепных пустот, заполненных воздухом, приводит при соприкосновении его с углем к самовозгоранию, что также снижает безопасность работ. Известная железобетонная крепь [3], включающая металлические рамы, затяжки в виде кассет с дополнительными ребрами жесткости, плиты и твердеющий материал в закрепном пространстве. Недостатком этой крепи следует считать составную затяжку, которая фактически состоит из кассет и плит перекрытия, что ведет к ее удорожанию, а, следовательно, - к повышению затрат на крепление. Кроме этого повышаются переборы породы при проведении выработки, вызванные увеличением толщины затяжки, что ведет к увеличению размеров выработки и повышает затраты на ее проведение, крепление и поддержание. Наиболее близкой по конструкции и технической сущности является затяжка для рамных крепей [4], имеющая форму плиты с поперечным сечением в виде параллелограмма с продольной выемкой, снабженная дополнительной плитой, соединенной с основной посредством перемычки. К недостаткам устройства относится то, что выемки в затяжке, примыкающие к породному контуру, выполнены за счет ее утолщения в сторону выработки, что приводит к необходимости выполнения большего объема работ по забутовке закрепного пространства и уменьшает сечение выработки, свободное для прохода воздуха и размещения оборудования, а следовательно повышает затраты на крепление и снижает безопасность работ в части обеспечения максимальных предельно допустимых скоростей движения воздуха по выработке и соблюдения минимальных зазоров между оборудованием, размещаемым в выработке, и подвижным составом. Недостатком является и конструкция затяжки с формой поперечного сечения в виде параллелограмма, которая приводит после осадки крепи к точечному касанию затяжки и породного массива, причем забутовка закрепного пространства сглаживает нагрузки только между затяжками. Это ведет к преждевременной поломке затяжки под действием концентрированных нагрузок в местах ее точечного касания с породным массивом, а следовательно увеличивает затраты на поддержание. Недостатком конструкции следует считать также то, что в местах опирания затяжки на раму крепи, она выполнена с уменьшенной в 1,5-2 раза высотой поперечного сечения. Это приводит к поломке затяжки именно в таких местах под действием изгибающего момента, так как момент сопротивления ее в этих местах будет меньше. При этом повысятся затраты на поддержание выработки или затраты, связанные с усилением затяжки для крепления. Поломка затяжки снижает безопасность работ в выработке. Это достигается тем, что в способе крепления горных выработок с забутовкой закрепного пространства, включающем установку крепи, затяжку и забутовку закрепного пространства, забутовку выполняют путем заполнения быстрорасширяющимся и быстротвердеющим составом, который получают непосредственно в забое в закрепном пространстве смешиванием исходных компонентов, которые предварительно укладывают в капсулах в углубления затяжки со стороны массива пород, а кратность вспенивания быстрорасширяющегося и быстротвердеющего состава определяют из соотношения К=1,3 db/nd 2, где d средняя по периметру выработки толщина закрепного пространства, м; b - ширина затяжки, м; n - количество капсул в углублениях затяжки с исходными компонентами быстрорасширяющегося и быстротвердеющего состава, шт.; d - диаметр капсулы, м. Заявляемая затяжка для крепи, имеющая форму плиты с поперечным сечением в виде параллелограмма и продольными углублениями, выполнена с поперечным сечением в виде прямоугольника, а в углублениях размещены двухсекционные капсулы с компонентами быстрорасширяющегося и быстротвердеющего состава, каждую из которых в продольном направлении огибает разрывающая нить, концы которой помещены с торца затяжки, причем затяжка со стороны продольного углубления снабжена покрытием из легкоразрывающегося материала. Новым в способе крепления по отношению к прототипу является забутовка закрепного пространства путем заполнения его быстрорасширяющимся и быстротвердеющим составом, который получают непосредственно в забое в закрепном пространстве смешиванием исходных компонентов, которые предварительно укладывают в капсулах в углубления затяжки со стороны массива пород, а кратность вспенивания быстрорасширяющегося и быстротвердеющего состава определяют из соотношения К = 1,3 db/nd, где d - средняя по периметру выработки толщина закрепного пространства, м; b - ширина затяжки, м; n количество капсул в углублениях затяжки с исходными компонентами быстрорасширяющегося и быстротвердеющего состава, шт.; d - диаметр капсулы, м. Новым в конструкции предлагаемой затяжки по отношению к прототипу является то, что она выполнена с поперечным сечением в виде прямоугольника, а в углублениях размещены двухсекционные капсулы с компонентами быстрорасширяющегося и быстротвердеющего состава, каждую из которых в продольном направлении огибает разрывающая нить, концы которой помещены с торца затяжки, причем затяжка со стороны продольных углублений снабжена покрытием из легкоразрывающегося материала. В заявляемом способе используется затяжка, позволяющая одновременно с ее установкой производить забутовку закрепного пространства быстрорасширяющимся и быстротвердеющим составом, который получают непосредственно в забое в закрепном пространстве смешиванием исходных компонентов, которые помещены в тело затяжки, тем самым непосредственно в забое достигается плотный контакт крепи с породным массивом, заполняются трещины и неровности контура и создается возможность для благоприятного поддержания выработки путем сглаживания концентрированных нагрузок на крепь. При этом операция по забутовке закрепного пространства полностью совмещается с укладкой затяжки. В предлагаемом способе укладка забутовочного материала за крепь не выполняется, а его получают непосредственно в забое в закрепном пространстве смешиванием исходных компонентов, которые предварительно укладывают в капсулах в углубления затяжки со стороны массива пород, а кратность вспенивания быстрорасширяющегося и быстротвердеющего состава определяют из соотношения К = 1,3 db/nd 2, где d - средняя по периметру выработки толщина закрепного пространства, м; b - ширина затяжки, м; n - количество капсул в углублениях затяжки с исходными компонентами быстрорасширяющегося и быстротвердеющего состава, шт.; d - диаметр капсулы, м. Тем самым обеспечивается равномерное нагружение крепи за счет забутовки закрепного пространства уже непосредственно в проходческом забое сразу после укладки затяжки. В предлагаемой конструкции предусмотрено в углублениях расположение двухсекционных капсул с компонентами быстрорасширяющегося и быстротвердеющего состава, при смешивании которых образуется забутовка для закрепного пространства, т.е. в предлагаемой конструкции затяжки капсула используется для приготовления забутовочного материала крепи. Каждую капсулу огибает в продольном направлении разрывающая нить, концы которой помещены с торца затяжки. Это позволяет выполнять смешивание исходных компонентов путем разрыва ампулы нитью непосредственно в забое в закрепном пространстве. Затяжка со стороны продольных углублений снабжена покрытием из легкоразрывающегося материала, что позволяет удерживать капсулы с исходными компонент тами забутовки в процессе транспортировки и монтажа затяжки, а также способствует более полному перемешиванию исходных компонентов в замкнутом пространстве, после чего под действием сил расширяющегося состава разрывается. После всего изложенного очевидно, что реализация заявляемого способа крепления горных выработок невозможна без затяжки предлагаемой конструкции, и соответственно, заявляемая конструкция затяжки может быть использована только для осуществления предложенного способа крепления. На фиг. 1 изображена схема способа крепления горной выработки; на фиг.2 - конструкция затяжки для крепи; на фиг.3 - сечение А-А по фиг.2. Цифрами обозначены: 1 - выработка, 2 - крепь, 3 - затяжка для крепи, 4 - закрепленное пространство, 5 - разрывающая нить, 6 - двухсекционная капсула, 7 - углубления в затяжке, 8 - забутовка из быстрорасширяющегося и быстротвердеющего состава, 9 - покрытие из легкоразрывающегося материала. Пример. В выработке 1 устанавливают крепь 2; начиная от почвы к кровле выработки 1 укладывают затяжку 3 шириной b=0,2 м и одновременно производят забутовку закрепленного пространства 4 средней толщиной d=0,4 м по периметру выработки 1, для чего смешивают кодицин и полиэфир (И.Т.Бутенко, В.В.Кара, В.К.Сальников, И.Я.Пихович (Химический способ упрочнения пород в очистных забоях угольных шахт. К., Техника, 1978, с.9-20) путем разрыва разрывающей нитью 5 двух двухсекционных капсул 6, диаметром d=0,04 м, которые предварительно укладывают в углублений 7 затяжки 3 и перекрывают легкоразрывающимся покрытием 9, и получают под действием химической реакции быстрорасширяющийся и быстротвердеющий состав 8, который, увеличиваясь в объеме, разрывает покрытие 9 и заполняет закрепное пространство 4 с кратностью вспенивания, определяемой из условия заполнения составом 8 всего объема закрепного пространства 4, т.е. где Vз.п – объем закрепного пространства, м3; к - кратность вспенивания; Vк - объем компонентов, м3. При этом объем закрепного пространства 1 м выработки равен где m - количество затяжек; b - ширина затяжки, м; d - средняя по периметру выработки толщина закрепного пространства, м. Объем исходных компонентов на забутовку 1 м выработки равен где n - количество капсул в углублениях затяжки; d - диаметр капсулы, м. Таким образом, подставив выражения (2) и (3) в (1), получим откуда В условиях примера необходимая кратность вспенивания равна: k=1,3×0,4×0,2/2×,04 2=32 раза Ее получают добавлением воды в смешиваемые компоненты в количестве 4 мас.ч. Компоненты пенополиуретана: После укладки затяжки 3 по всему периметру выработки 1 и забутовки всего объема закрепного пространства 4 быстрорасширяющимся и быстротвердеющим составом 8 способ считается выполненным. Использование способа крепления горной выработки и затяжки для крепления обеспечивает повышение устойчивости выработки и снижает затраты на поддержание на 50%. * •