Спосіб анкерного кріплення гірничої виробки з використанням підшиваючих елементів

Реферат: Спосіб анкерного кріплення гірничої виробки з використанням підшиваючих елементів включає збір та аналіз гірничо-геологічних даних, визначення фізико-механічних властивостей вміщуючих порід, розрахунок схеми розміщення анкерів, створення анкерно-породної конструкції із силового, опорного, підпірного елементів та основи конструкції. Також у способі періодично по довжині виробки в силовому або підпірному елементах установлюють підшиваючі елементи - канатні анкери глибокого закладання з довжиною, не меншою, ніж ширина виробки, і з полімерним закріпленням у шпурі, з нахилом на борти виробки під кутом до 10°, таким чином, щоб донна частина канатних анкерів опинилася вище за зону ймовірного руйнування, кількість яких визначають в залежності від гірничо-геологічних умов проведення виробки, потужності, міцності та висоти розташування слабкого шару порід або вугільного прошарку, терміну і умов експлуатації. UA 105224 U (12) UA 105224 U UA 105224 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до гірничої справи, а саме до анкерного кріплення гірничих виробок. Відомі способи анкерного кріплення гірничих виробок, які включають визначення розташування навколо виробки зони максимальних напружень гірських порід, буріння у напрямку дії максимальних напружень центральних шпурів у покрівлі і бокових шпурів в кутах і стінках виробки та установку в шпурах анкерів. При цьому попередньо по геологічному розрізу в поперечному перерізі виробки визначають розташування систем з тріщинами, що перетинаються, і утворюють структурні блоки порід, при цьому при бурінні центральні шпури розташовують у покрівлі паралельно діагоналі структурних блоків, а в кутах і стінках перпендикулярно одній із систем з тріщинами [1,2]. Необхідно відзначити, що при розробці даних способів використано уявлення про механізм роботи анкерного кріплення як такого, що армує розвантажений від гірського тиску масив або підшиває розшаровані приконтурні породи до основної покрівлі, і не враховано можливість не допустити розвантаження взагалі [3]. Тому ці способи кріплення не є достатньо ефективними. Найближчим аналогом по технічній суті і результату, що досягається, є спосіб кріплення гірничої виробки, що включає збір та аналіз гірничо-геологічних даних для її зведення, визначення фізико-механічних властивостей вміщуючих порід, розрахунок схеми розміщення анкерів в околі виробки, буріння шпурів і установку в них сталевих анкерів з полімерним закріпленням. При цьому кріплення гірничої виробки проводять за рахунок створення анкернопородної конструкції, яку формують із наступних елементів: силового, розміщеного по центру покрівлі виробки, опорного - в боках виробки, підпірного - між силовим і опорним, основи - у нижній частині боків і підошві виробки, яка блокує процес початку розвитку непружних деформацій і розшарування порід в околі виробки, з урахуванням умов її експлуатації та призначення [4]. Але, як показав практичний досвід, у разі розташування у покрівлі виробки шару порід або вугільного прошарку малої міцності на відстані, що перевищує довжину сталево-полімерних анкерів, існує ймовірність відокремлення створеної анкерно-породної конструкції від основної покрівлі. З часом це призводить до ослаблення конструкції, порушення природної монолітності приконтурних порід та сприяє їх руйнуванню. Така сама ситуація виникає при повторному використанні виробки, коли після проходу лави анкерно-породна конструкція відокремлюється від гірського масиву системою тріщин та опускається у виробку. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалити спосіб кріплення гірничої виробки з використанням підшиваючих елементів, які формуються шляхом установки канатних анкерів глибокого закладання, що значно сприяє підвищенню стійкості гірничої виробки, у покрівлі якої розташовано шар слабких порід або вугільний прошарок на відстані, що перевищує довжину сталево-полімерних анкерів, або виробки, яку зберігають на повторне використання. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб кріплення гірничої виробки з використанням підшиваючих елементів, який включає збір та аналіз гірничо-геологічних даних, визначення фізико-механічних властивостей вміщуючих порід, розрахунок схеми розміщення анкерів, створення анкерно-породної конструкції із силового, опорного, підпірного елементів та основи конструкції, в якому згідно з корисною моделлю, періодично по довжині виробки в силовому або підпірному елементах установлюють підшиваючі елементи - канатні анкери глибокого закладання з довжиною, не меншою, ніж ширина виробки, і з полімерним закріпленням у шпурі, з нахилом на борти виробки під кутом до 10°, таким чином, щоб донна частина канатних анкерів опинилася вище за зону ймовірного руйнування, кількість яких визначають в залежності від гірничо-геологічних умов проведення виробки, потужності, міцності та висоти розташування слабкого шару порід або вугільного прошарку, терміну і умов експлуатації. Застосування підшиваючих елементів анкерно-породної конструкції, створених за допомогою канатних анкерів глибокого закладання довжиною, як правило, 4-6 м, які зафіксовано у шпурах полімерним закріплювачем, збільшує висоту анкерно-породної конструкції навколо гірничої виробки та підвищує монолітність порід її покрівлі, нейтралізує вплив слабкого породного шару, запобігає виникненню тріщин та розшарування і значно сприяє підвищенню стійкості гірничої виробки, у покрівлі якої розташовано шар слабких порід або вугільний прошарок на відстані, що перевищує довжину сталево-полімерних анкерів, або виробки, яку зберігають на повторне використання. Підшиваючий елемент анкерного кріплення міцно з'єднує анкерно-породну конструкцію з основною покрівлею. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де на фіг. 1 зображено схему анкернопородної конструкції з підшиваючими елементами; на фіг. 2 - приклад схеми анкерного кріплення, посиленого канатними анкерами, у подовжньому перерізі гірничої виробки; на фіг. 3 1 UA 105224 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 схему анкерного кріплення, посиленого канатними анкерами, у поперечному перерізі гірничої виробки. На кресленні наведено наступні позначення: 1 - гірнича виробка; 2 - сталевий анкер з полімерним закріпленням; 3 - канатний анкер глибокого закладання з полімерним закріпленням; 4 - анкерно-породна конструкція; 5 - силовий елемент анкерно-породної конструкції; 6 підпірний елемент конструкції; 7 - опора конструкції; 8 - основа конструкції; 9 - вибій виробки; 10 - прямолінійна ділянка спецпрофілю СВП; 11 - ослаблений вугільний прошарок; L - відставання місця встановлення канатних анкерів від вибою виробки; α - відстань між рядами канатних анкерів; β - кут нахилу канатних анкерів на борти виробки. Спосіб здійснюється наступним чином. До початку проведення гірничої виробки 1 визначають гірничогеологічні та геомеханічні умови, спосіб проведення виробки, умови зберігання виробки, визначають фізико-механічні властивості вміщуючих порід, проводять розрахунок схеми розміщення анкерів в околі виробки. Кількість Nка канатних анкерів 3 в ряду розраховують за значенням параметра вільного зміщення порід U [5] за співвідношенням: 2 анкери на ряд, при U  600мм; 1 анкер на ряд, при 600мм  U  600мм;  Nка   1 анкер через ряд, при 200мм  U  300мм; 1 анкер через 2 ряди, при U  200мм.  Одержавши розрахункові дані, складають паспорт кріплення виробки, згідно з яким проводять буріння шпурів та установку сталевих анкерів 2 з полімерним закріпленням у шпурах на повну їх довжину. Розмітку розміщення анкерів 2 та їх орієнтацію у приконтурному просторі рекомендується проводити за допомогою шаблонів. При цьому роботи по зведенню виробки з анкерно-породною конструкцією 4 проводяться безупинно так, щоб технологічні перерви не встигали приводити до розвантаження гірських порід у зоні вибою виробки. Канатні анкери 3 встановлюють після завершення фази активних деформацій гірського масиву, викликаних їх проведенням, на відстані L від вибою виробки. Для виробок з анкерним кріпленням L становить 20-50 м. Канатні анкери 3 встановлюють в масив, в непорушені очисними роботами породи покрівлі, в одному ряду із звичайними анкерами під кутом β закріплюють муфтами на спеціально встановлювану прямолінійну ділянку спецпрофілю СВП 10. Відстань а між рядами канатних анкерів 3 повинна відповідати щільності основного кріплення. Перед встановленням канатних анкерів 3 необхідно підготувати ампули з полімерним закріплювачем. У той час як оператор виконує буріння шпуру, помічник повинен підготувати ампули з закріплювачем - встановити їх в аплікатор (відрізок тонкостінної пластикової труби із зовнішнім діаметром 32 мм, довжиною 1,5-2 м), за допомогою дерев'яної забивки. Довжина аплікатора повинна становити різницю між висотою виробки і висотою робочого з не повністю витягнутою рукою, що дозволяє без використання сторонніх технічних засобів підвести аплікатор до гирла шпуру. Довжина забивки повинна забезпечити проштовхування полімерних ампул в донну частину шпуру. По цьому, як правило, вона конструктивно виготовляється двоабо трискладовою. Для канатних анкерів 3 використовують ампули з повільно тверднучим закріплювачем, установка виконується в наступному порядку. У аплікатор встановлюється необхідна кількість ампул з повільно тверднучим закріплювачем (зелене або біле маркування) з фіксатором, що перешкоджає випаданню ампул з нього і з шпуру. Аплікатор, споряджений ампулами і набійкою, підводять до гирла шпуру (фіксатор розташовується під ампулою з боку забивки, тим самим перешкоджаючи випаданню ампул з шпуру). Потім, утримуючи аплікатор в нерухомому стані, за допомогою забивки висувають патрони в шпур. Після цього забивку виводять зі шпуру і прибирають аплікатор. Далі без аплікатора проштовхують патрони по шпуру забивкою, нарощуючи її довжину іншими частинами. Коли ампули досягають донної частини шпуру, забивку розбирають у зворотній послідовності і виймають із шпуру. Наступним етапом проводиться безпосередня установка канатного анкера 3. Таким чином, застосування канатних анкерів глибокого закладання дозволяє зв'язати вантажонесуче породно-анкерне перекриття з непорушеними породами в глибині масиву і значно зменшити область непружних деформацій над виробкою. Застосування такого виду кріплення забезпечує збереження контуру та зменшення втрати перерізу виробок, що підвищує 2 UA 105224 U 5 10 15 20 25 можливість їх повторного застосування при відпрацюванні наступної лави в складних горногеологічних умовах. Джерела інформації: 1. А.С. СССР, № 1559185, М. Кл. Е21Д 20/00, 1990. 2. Патент РФ, № 2132464, М. Кл. Е21Д 20/00, 1999. 3. Круковський О.П. Наукові основи технології опорно-анкерного кріплення гірничих виробок вугільних шахт: дис. докт. техн. наук: 05.15.02; захист 26.06.12: затв. 26.09.2012 / Круковський Олександр Петрович. - Дніпропетровськ, 2012.-375 с. 4. Спосіб кріплення гірничої виробки. Патент України по заявці u201405651 МПК E21D 20/00; заявник і власник патенту ІГТМ НАН України. - № 93779; 10.10.2014.-Бюл. № 19. 5. Система забезпечення надійного та безпечного функціонування гірничих виробок із анкерним кріпленням. Загальні технічні вимоги. Стандарт Міністерства вугільної промисловості України // СОУ 10.1.05411357.010:2014. - К.: Мінвуглепром України, 2014.-84 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб анкерного кріплення гірничої виробки з використанням підшиваючих елементів, який включає збір та аналіз гірничо-геологічних даних, визначення фізико-механічних властивостей вміщуючих порід, розрахунок схеми розміщення анкерів, створення анкерно-породної конструкції із силового, опорного, підпірного елементів та основи конструкції, який відрізняється тим, що періодично по довжині виробки в силовому або підпірному елементах установлюють підшиваючі елементи - канатні анкери глибокого закладання з довжиною, не меншою, ніж ширина виробки, і з полімерним закріпленням у шпурі, з нахилом на борти виробки під кутом до 10°, таким чином, щоб донна частина канатних анкерів опинилася вище за зону ймовірного руйнування, кількість яких визначають в залежності від гірничо-геологічних умов проведення виробки, потужності, міцності та висоти розташування слабкого шару порід або вугільного прошарку, терміну і умов експлуатації. 3 UA 105224 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 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 4