Спосіб кріплення гірничих виробок анкерним кріпленням

Спосіб кріплення виробок анкерним кріпленням, який включає буріння шпурів у виробці, установлення та закріплення анкерних штанг в шпури, який відрізняється тим, що матеріал і діаметр анкерної штанги, відстань між сусідніми анкерними штангами, кут нахилу анкерної штанги до поверхні породного оголення вибирають таким чином, щоб відношення приведеного модуля пружності армопородної конструкції EПР до модуля пружності Винахід належить до гірничої справи та може бути використаний при кріпленні гірничих виробок анкерним кріпленням. Відомий спосіб кріплення виробки анкерним кріпленням, що включає буріння шпурів по контуру, установку та закріплення анкерних штанг по всій довжині за допомогою швидкотвердіючих речовин (И. Г. Косков. Новые материалы и конструкции крепи горных выработок. - М: Недра, 1987. 196 с.) Спосіб-аналог має наступні недоліки. Так як параметри, які характеризують фізико-механічні властивості матеріалу анкерних штанг набагато перевищують відповідні значення для порід, які анкеруються, то після встановлення анкерних штанг навколо них виникають області концентрації напружень. Розміри цих областей залежать від схеми розташування анкерів у просторі, відстані між сусідніми анкерами, діаметра анкерних штанг та матеріалу, із якого вони виготовлені. При перевищенні граничних значень напружень відбувається розвиток руйнуючих деформацій у приконтурному масиві. Це призводить до втрати виробкою стійкості. Найбільш близьким аналогом пропонованого винаходу є спосіб кріплення гірничих виробок дерев'яним анкерним кріпленням (Анкерная крепь: Справочник - М.: Недра, 1990. - С. 43-47), який включає буріння шпурів у виробці, установлення та закріплення дерев'яних анкерних штанг в шпури. Загальними ознаками найближчого аналога і винаходу є буріння шпурів у виробці, установлення та закріплення анкерних штанг в шпури. Відомий спосіб кріплення виробок порід дерев'яним анкерним кріпленням не забезпечує необ анкерованих порід знаходилось у межах (13) 95155 (11) жності армопородної конструкції EПР розраховують по формулі 2  Ea  da  sin   ( t  da )  En EПР  , t де E a - модуль пружності матеріалу, із якого виготовлені анкерні штанги, Па; da - діаметр анкерної штанги, м;  - кут нахилу анкерної штанги до поверхні породного оголення, град; t - відстань між сусідніми анкерними штангами, м. C2  125 , при цьому приведений модуль пру, UA En EП (19) 1 Enp 3 хідного технічного результату з наступних причин. Спосіб має обмежену область використання (слабкі вміщуючі породи). У способі використовується радіальна схема розташування анкерних штанг, яка не дозволяє управляти величиною приведеного модуля пружності армопородної конструкції. Як матеріал використовується деревина, яка в окремих випадках не дозволяє уникнути концентрації напружень у місцях встановлення анкерних штанг. У цих місцях відбувається руйнування масиву, що призводить до втрати виробкою стійкості в цілому. В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу кріплення гірничих виробок, в якому за рахунок вибору таких значень параметрів анкерування, які не дозволять виникнути концентраціям напружень навколо місць встановлення анкерних штанг, усувається можливість виникнення руйнуючих деформацій та розширюється область використання анкерного кріплення, що дозволяє підвищити стійкість гірничих виробок, які проводяться у породах будь-якої категорії стійкості. Поставлена задача вирішується тим, що в способі кріплення виробок анкерним кріпленням, який включає буріння шпурів у виробці, установлення та закріплення анкерних штанг в шпури, згідно з винаходом попередньо вибирають матеріал анкерної штанги і її діаметр, відстань між сусідніми анкерними штангами, кут нахилу анкерної штанги до поверхні породного оголення таким чином, щоб відношення приведеного модуля пружності армопородної конструкції EПР до модуля пружності анкерованих порід EП , знаходилось у межах 1  Enp En  125 , при цьому приведений мо, дуль пружності армопородної конструкції EПР розраховують по формулі: 2  Ea  da  sin   ( t  da )  En EПР  , t де E a - модуль пружності матеріалу, із якого виготовлені анкерні штанги, Па; da - діаметр анкерної штанги, м;  - кут нахилу анкерної штанги до поверхні порідного оголення, град; t - відстань між сусідніми анкерними штангами, м; EП - модуль пружності анкерованих порід, МПа. Enp У випадку, коли відношення менше одиEn ниці, анкерне кріплення не зможе забезпечити потрібних силових характеристик, необхідних для зміцнення анкерованих порід. Enp У випадку, коли відношення більше ніж En 95155 4 1,25, у будь-яких породах навколо місця встановлення анкерних штанг напруження будуть перевищувати границю міцності порід. Це призводить до розвитку руйнуючих деформацій та, як наслідок, до втрати виробкою стійкості. Пропонований спосіб реалізується наступним чином. По відомому модулю пружності анкерованих порід EП експериментально підбирали параметри анкерного кріплення: матеріал анкерної штанги і її діаметр, відстань між сусідніми анкерними штангами, кут нахилу анкерної штанги до поверхні порідного оголення. Параметри акерування підбирали також таким чином, щоб відношення приведеного модуля пружності армопородної конструкції EП до модуля пружності анкерованих порід EП знаходилось у межах 1  Enp  125 . При цьому EПР визначали , En по заданих параметрах анкерного кріплення за формулою 2  Ea  da  sin   ( t  da )  En EПР  , t де E a - модуль пружності матеріалу, із якого виготовлені анкерні штанги, Па; da - діаметр анкерної штанги, м;  - кут нахилу анкерної штанги до поверхні порідного оголення, град; t - відстань між сусідніми анкерними штангами, м; EП - модуль пружності анкерованих порід, МПа. Розрахунки, які відповідали умові Enp 1  125 , заносили у таблицю. , En Відомо, що допустимі значення параметрів повинні знаходитися у межах: діаметр анкерної штанги - 0,02-0,04 м; кут нахилу анкерної штанги до поверхні порідного оголення - 20°-90°; відстань між сусідніми анкерними штангами - 0,5-1,5м. Далі перевіряли, щоб параметри анкерування знаходились у допустимих межах. Ті варіанти, які задовольняли цій умові, і були рекомендовані для впровадження. Потім, використовуючи ці параметри анкерування, бурили шпури у виробці, установлювали та закріплювали анкерні штанги у шпурах. Для різних значень модуля пружності армопородної конструкції Еп було проведено ряд експериментів і розрахунків, які приведені в таблицях. Вибір експлуатаційних параметрів анкерного кріплення у вугільному пласті, який мав EП =0,04  11 10 Па, наведений у таблиці 1. 5 95155 6 Таблиця 1 Параметри анкерування у вугільному пласті, який має модуль пружності Е п = 0,04  10 Па 11 Найменування параметрів d a, м t, м  , град Епр, Па Enp En 0,02 6,0 20 11 0,0432  10 Склопластик, 11 Еа=0,8  10 Па 0,02 3,0 30 11 0,0412  10 Алюміній, 11 Еа=0,69  10 Па 0,02 2,0 60 11 0,0408  10 Деревина, 11 Еа=0,12  10 Па 0,02 0,5 90 11 0,0404  10 1,08 1,02 1,01 1,03 Сталь, Еа=2  10 Па 11 Оптимальним варіантом для заданих умов є: матеріал анкера - деревина, діаметр анкерної штанги da=0,02 м, відстань між сусідніми анкерними штангами t=0,5 м, кут нахилу анкерних штанг до поверхні породного оголення =90°. Вибір експлуатаційних параметрів анкерного кріплення у піщаному сланці, який мав Еп=0,08  11 10 Па, наведений у таблиці 2. Таблиця 2 Параметри анкерування у піщаному сланці, який має модуль пружності Еп=0,08  10 Па 11 Найменування параметрів d a, м t, м  , град Епр, Па Enp En 0,02 3,0 20 11 0,084  10 Склопластик, 11 Еа=0,8  10 Па 0,02 1,6 30 11 0,084  10 Алюміній, 11 Еа=0,69  10 Па 0,02 1,4 45 11 0,0856  10 Деревина, Еа=0,12  10 Па 0,02 1,0 90 11 0,0816  10 1,05 1,05 1,07 1,02 Сталь, Еа=2  10 Па 11 до поверхні порідного оголення  =45. Вибір експлуатаційних параметрів анкерного кріплення: відстані між сусідніми анкерними штангами та кута нахилу анкерної штанги до поверхні породного оголення у піщаному сланці, який мав 11 Еп=0,2  10 Па, наведений у таблиці 3. Оптимальними варіантами для заданих умов є: матеріал анкера - деревина, діаметр анкерної штанги da=0,02 м, відстань між сусідніми анкерними штангами t=1,0 м, кут нахилу анкерних штанг до поверхні породного оголення  =90°; матеріал анкера - алюміній, діаметр анкерної штанги da=0,02 м, відстань між сусідніми анкерними штангами t=1,4 м, кут нахилу анкерних штанг Таблиця 3 Параметри анкерування у піщанику, який має модуль пружності Е п = 0,2  10 Па 11 Найменування параметрів d a, м t, м  , град Епр, Па Enp En 0,02 12,0 90 11 0,218  10 Склопластик, 11 Еа=0,8  10 Па 0,02 6,0 90 11 0,208  10 Алюміній 11 Еа=0,69  10 Па 0,02 4,0 90 11 0,206  10 Деревина, 11 Еа=0,12  10 Па 0,02 1,3 90 11 0,202  10 1,09 1,04 1,03 1,01 п Сталь, Еа=2  10 Па Оптимальним варіантом для заданих умов є: матеріал анкера - деревина, діаметр анкерної штанги da=0,02 м, відстань між сусідніми анкерни ми штангами t=1,3 м, кут нахилу анкерних штанг до поверхні порідного оголення  =90°. Таким чином, використання способу дозволи 7 95155 ло підібрати такі параметри анкерування (матеріал анкеру, діаметр анкерної штанги, відстань між сусідніми анкерними штангами, кут нахилу анкерних Комп’ютерна верстка А. Крулевський 8 штанг до поверхні порідного оголення), які усувають можливість створення областей концентрації напружень у породах з різним модулем пружності. Підписне Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601