Спосіб підтримання гірничої виробки

1. Спосіб підтримання гірничої виробки, що включає встановлення перед зоною підвищеного гірського тиску уздовж виробки на рамах основного кріплення підсилювального кріплення шляхом послідовного жорсткого з'єднання з кожною рамою основного кріплення ланок, щонайменше однієї повздовжньої балки фасонного профілю й жорсткого з'єднання ланок повздовжньої балки внапуск між собою, який відрізняється тим, що підсилювальне кріплення встановлюють з загальною жорсткістю, обумовленою наступною залежністю: Gп.кpп=Gосн.крп(Uфакт.верт/Uпасп.верт)kHkвиг, де Gп.кpп - загальна жорсткість підсилювального 2 кріплення, Нм ; 2 Gосн.крп - жорсткість основного кріплення, Нм ; Uфакт.верт - середнє значення фактичних вертикальних зміщень основного кріплення по довжині виробки, м; Uпасп.верт - конструктивна вертикальна податливість основного кріплення виробки, м; kH - коефіцієнт, що характеризує напруженодеформований стан вміщуючих порід по довжині виробки, визначений за формулою: kH=kконцН/пoр, U 2 (11) 1 3 просторі встановлюють раму основного кріплення й з'єднують її з задньою секцією запобіжного кріплення. Використання відомого способу підтримання гірничої виробки у зоні підвищеного гірського тиску неможливо без перекріплення виробки основним кріпленням за значних зміщень породного контуру. Найбільш близьким аналогом запропонованої корисної моделі є спосіб підтримання гірничої виробки [Соловьев Г.И. Особенности физической модели самоорганизации боковых пород на контуре выемочной выработки при продольно-жестком усилении арочной крепи // Науково-технічний журнал "Науковий вісник НГУ". - Дніпропетровськ, 2006. - №1. - С. 11-18], що включає встановлення перед зоною підвищеного гірського тиску уздовж виробки на рамах основного кріплення підсилювального кріплення шляхом послідовного жорсткого з'єднання з кожною рамою основного кріплення ланок щонайменше однієї повздовжньої балки фасонного профілю й жорсткого з'єднання ланок повздовжньої балки внапуск між собою, причому повздовжні балки розташовують по периметру симетрично вертикальній осі рами основного кріплення або симетрично нормалі нашаруванню порід покрівлі, а жорсткість повздовжньої балки підсилювального кріплення приймають рівною жорсткості основного кріплення. Встановлення підсилювального кріплення із загальною жорсткістю, яка нерегламентована в залежності від параметрів напруженодеформованого стану вміщуючих порід, фактичних зміщень порід покрівлі та деформацій профілю елементів основного кріплення, а також місце розміщення повздовжніх балок приводить до значних зміщень породного контуру виробки. При цьому через нерівномірність зміщень вміщуючих порід по довжині виробки відбувається неузгодженість податливості основного кріплення з переважним напрямком зміщень вміщуючих порід. Це приводить до перекосу рам у поперечному перетині й у повздовжньому напрямку виробки, втраті режиму податливості основного кріплення й розриву замкових з'єднань, вигину верхняків i викривленню стояків рам основного кріплення під дією підвищеного гірського тиску, зсуву балок підсилювального кріплення по верхняку основного кріплення верхніми кінцями стояків з наступним скривленням і вигином балок у повздовжньому напрямку виробки, що порушує поздовжньо-жорсткий режим перерозподілу підвищеного навантаження між різнонавантаженими рамами основного кріплення. У результаті цього на окремих ділянках гірничої виробки відбувається руйнування рам основного кріплення з наступним обваленням порід покрівлі у порожнину виробки. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення способу підтримання гірничої виробки, в якому за рахунок встановлення підсилювального кріплення з регламентованими параметрами й місцем розташування по периметру рами основного кріплення відповідно параметрам напружено-деформованого стану вміщуючих порід забезпечується перерозподіл, вирівнювання й компенсація підвищеного навантаження на рами 65155 4 основного кріплення по периметру і по довжині гірничої виробки, що призводить до зниження зміщень породного контуру виробки й зменшенню деформацій елементів основного кріплення. Поставлена задача вирішується тим, що в способі підтримання гірничої виробки, що включає встановлення перед зоною підвищеного гірського тиску уздовж виробки на рамах основного кріплення підсилювального кріплення шляхом послідовного жорсткого з'єднання з кожною рамою основного кріплення ланок, щонайменше однієї повздовжньої балки фасонного профілю й жорсткого з'єднання ланок повздовжньої балки внапуск між собою, відповідно корисної моделі підсилювальне кріплення встановлюють з загальною жорсткістю, обумовленою наступною залежністю: Gп.кpп=Gосн.крп(Uфакт.верт/Uпасп.верт)kHkвиг, де Gп.кpп - загальна жорсткість підсилювально2 го кріплення, Нм ; 2 Gосн.крп - жорсткість основного кріплення, Нм ; Uфакт.верт - середнє значення фактичних вертикальних зміщень основного кріплення по довжині виробки, м; Uпасп.верт - конструктивна вертикальна податливість основного кріплення виробки, м; kH - коефіцієнт, що характеризує напруженодеформований стан вміщуючих порід по довжині виробки, визначений за формулою: kH=kконцН/пoр, де kконц - коефіцієнт концентрації підвищеного гірського тиску; 3  - питома вага вміщуючих порід, Н/м ; Н - глибина розташування гірничої виробки, м; 2 пoр - міцність вміщуючих порід, Н/м ; kвиг - коефіцієнт вигину основного кріплення під дією підвищеного гірського тиску, визначений за формулою: kвиг=rпасп/rфакт, де rпасп, rфакт - радіуси кривизни рами основного кріплення відповідно паспортний і фактичний, м, при цьому повздовжню балку розташовують так, щоб її поперечна вісь була симетрична вектору максимального гірського тиску, а кількість повздовжніх балок вибирають із формули: Nбалок=Gп.крп/Gбалки, де Nбалок - кількість повздовжніх балок, од.; Gбалки - жорсткість однієї повздовжньої балки, 2 Нм ; Доцільно при виборі однієї повздовжньої балки розташовувати її так, щоб її поперечна вісь збігалася з вектором максимального гірського тиску. Доцільно при виборі парної кількості повздовжніх балок розташовувати їх попарно симетрично щодо вектора максимального гірського тиску. Доцільно при виборі непарної кількості повздовжніх балок одну з них розташовувати так, щоб її поперечна вісь збігалася з вектором максимального гірського тиску, а інші балки розташовувати попарно симетрично щодо даного вектора. Суть способу пояснюється кресленнями, де на фіг.1 зображена схема встановлення підсилювального кріплення на рамах основного кріплення уздовж виробки; на фіг.2, 3, 4 схематично показане розташування в поперечному перерізі гірничої виробки відповідно однієї, двох і трьох балок. 5 Спосіб підтримання гірничої виробки здійснюють наступним чином. Щоб встановити у гірничій виробці перед зоною підвищеного гірського тиску на рамах 1 основного кріплення підсилювальне кріплення 2 попередньо визначають її загальну жорсткість за наступною залежністю: Gп.крп=Gосн.крп(Uфакт.верт/Uпасп.верт)kHkвиг. Вхідні в пропоновану залежність kH - коефіцієнт, що характеризує напружено-деформований стан вміщуючих порід по довжині виробки, визначають за формулою: kH=kконцН/пор, та kвиг - коефіцієнт вигину основного кріплення під дією підвищеного гірського тиску, визначають за формулою: kвиг=rпасп/rфакт. Вхідні змінні параметри, що включені в залежність (Uфакт.верт, kконц, Н, rфакт, , пор) визначають натурно-досвідним шляхом у виробках, а постійні параметри (Gосн.кpп, Gбалки, Uпасп.верт, rпасп) визначають по довідковій літературі. Для повздовжньої балки використовують ланки фасонного профілю (двотавр, швелер, коритоподібний взаємозамінний шахтний профіль та ін.) з конструкційних марок сталі довжиною 4-8 м, обумовленою можливістю їхнього транспортування по гірничих виробках до місця встановлення. Потім вибирають кількість повздовжніх балок за формулою: Nбалок=Gп.кpп/Gбалки. Вектор максимального гірського тиску визначають дослідним шляхом по величині середніх зміщень вміщуючих порід, обмірюваних у гірничий виробці. Потім здійснюють встановлення підсилювального кріплення на рамах основного кріплення. Для цього кожну з ланок повздовжньої балки жорстко з'єднують з кожною рамою основного кріплення за допомогою, наприклад хомутів, гаків, болтових з'єднань та ін. так, щоб поперечна вісь повздовжньої балки була симетрична вектору максимального гірського тиску. Ланки повздовжньої балки жорстко з'єднують внапуск між собою на 0,4-0,6 м за допомогою хомутів. При цьому залежно від обраної кількості балок їх розташовують на рамі основного кріплення наступним чином. Одну повздовжню балку (фіг.2) розташовують на рамах основного кріплення так, щоб її поперечна вісь збігалася з вектором максимального гірського тиску. Парну кількість повздовжніх балок, наприклад дві (фіг.3), розташовують на рамах основного кріплення попарно симетрично щодо вектора максимального гірського тиску. При непарній кількості повздовжніх балок, наприклад три (фіг.4), одну балку, розташовують так, що її поперечна вісь збігається з вектором максимального гірського тиску, а інші балки розташовують попарно симетрично щодо даного вектора. Встановлення підсилювального кріплення за пропонованими регламентованими параметрами забезпечує перерозподіл, вирівнювання й компенсацію підвищеного навантаження на рами основного кріплення по периметру і по довжині гірничої виробки, що призводить до узгодження поздовж 65155 6 ньо-жорсткого режиму перерозподілу підвищеного навантаження між різнонавантаженими рамами основного кріплення, а саме, до збігу напрямку податливості рам основного кріплення з напрямком переважних зміщень вміщуючих порід, зниженню підвищених й нерівномірних зміщень породного контуру виробки, вирівнюванню швидкості деформування вміщуючих порід на сусідніх рамах основного кріплення та зменшенню величини деформацій елементів основного кріплення. Приклад. Реалізацію способу підтримання гірничої виробки проводили у конвеєрному штреку в умовах шахти ім. М.І. Калініна на глибині 1260 м, де за допомогою візуально-інструментальних спостережень визначали напружено-деформований стан вміщуючих порід. За результатами проведених досліджень були встановлені величина й напрямок зміщень елементів основного кріплення гірничої виробки в зоні підвищеного гірського тиску, що дозволило встановити напрямок і величину вектора максимального гірського тиску на рами основного кріплення по периметру і по довжині гірничої виробки. Загальну жорсткість підсилювального кріплення визначали за пропонованою залежністю з урахуванням наступних параметрів: Н=1260 м; тип основного кріплення КМП-А5/16,1; Uпасп.верт = 6 2 =1000 мм; rпасп=2,62 м; Gосн.крп=610 Нм ; Uфакт.верт=1800 мм; rфакт=2,40 м; kвиг=2,62/2,40=1,09; 3 6 2 =24525 Н/м ; пор=4810 Н/м ; kконц=1,5; 6 6 2 kH=1,5245251260/4810 = 0,97; Gбалки=610 Hм . Загальну жорсткість підсилювального кріплення визначали за формулою: 6 6 Gп.кpп=610 (1800/1000)0,971,09=11,4210 2 Нм . Кількість повздовжніх балок підсилювального кріплення вибирали за формулою: 6 6 Nбалок=11,4210 /610 =1,9. Вибрали 2 балки. Після цього у прохідницькому вибої конвеєрного штреку перед зоною підвищеного гірського тиску встановлювали підсилювальне кріплення на рамах основного кріплення, кожна з яких складалася з одного верхняка й двох стояків, з'єднаних між собою внапуск на 0,4 м двома симетрично розташованими на ділянці напуску хомутами. Підсилювальне кріплення уявляло собою дві повздовжні балки з ланок коритоподібного взаємозамінного шахтного профілю довжиною 4,5 м, які жорстко з'єднували гаками з кожною рамою основного кріплення, а ланки жорстко з'єднували між собою внапуск на 0,5 м двома хомутами. Обидві балки підсилювального кріплення розташовували на основному кріпленні попарно симетрично щодо вектора максимального гірського тиску на відстані, рівній 1,0 м від нього. Реалізація пропонованого способу в порівнянні з найближчим аналогом показала, що величина зміщень породного контуру виробки була знижена на сполученні з лавою в середньому на 0,8 м (в 1,3 рази), а на відстані 120 м за лавою - на 1,5 м (в 1,2 рази). При цьому візуально-інструментальними спостереженнями встановлено, що узгодженість напрямів основних зміщень бічних порід з подат 7 ливістю основного кріплення зменшило деформації елементів основного кріплення в цілому на 55 % у поперечному перетині та по довжині виробки, а саме вигини верхняків на 35 %, викривлення 65155 8 та перекоси стояків на 40 % та зменшило зсуви балок підсилювального кріплення в цілому на 50 % по всій дільниці гірничої виробки посиленою підсилювальним кріпленням. 9 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 65155 Підписне 10 Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601