Спосіб підтримання спарених виробок

Реферат: Спосіб підтримання спарених виробок включає проведення двох виробок з залишенням між ними податливого цілика, їх кріплення та армування цілика анкерним кріпленням. Ширину цілика вибирають з умови a≈h, де а - ширина цілика, h - висота виробок. Визначають залишкову несучу здатність цілика Рзал.=σзал.·a, де Рзал. - залишкова несуча здатність цілика, σзал. залишкова міцність гірських порід цілика, а - ширина цілика, а кріплення здійснюють з урахуванням збереження Рзал.. UA 108398 C2 (12) UA 108398 C2 UA 108398 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до гірничої справи і може бути використаний при підготовці запасів до виймання спареними виробками з подальшим їх повторним використанням. Відомий спосіб охорони виробки ціликами вугілля, що виключає шкідливий вплив очисних робіт [Методические указания. Расположение, охрана и поддержание горных выработок при отработке угольных пластов на шахтах. – Минуглепром, 1998. – С. 149, стор. 57-59]. Ширина ціликів становить не менше розмірів зони опорного тиску, що вибирається в залежності від глибини залягання пласта та розрахункового опору порід стисненню по контуру виробки. Недолік даного способу - це залишення ціликів значних розмірів, що спричиняє великі втрати вугілля в надрах. Такі цілики є концентраторами підвищених напружень, вони найчастіше призводять до газодинамічних явищ. Найближчим аналогом винаходу є спосіб проведення двох виробок з залишенням між ними цілика та армування цілика анкерним кріпленням [RU 2164293 C2, Е21С 41/18, 20.03.2001. Способ отработки угольных пластов]. Недоліком даного способу є необхідність проведення робіт по демонтажу анкерів для виключення концентрації напружень в цілику. В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу підтримання спарених виробок з податливим ціликом, в якому шляхом введення нових технологічних параметрів і операцій реалізується експлуатація цілика як податливої конструкції із несучою здатністю при розмірах на порядок нижче, що виключає концентрацію в ній напружень і проявів газодинамічних явищ, зменшує втрати корисної копалини, забезпечує прискорення виїмки корисної копалини та збереження перерізу виробок після проходу лави, що задовольняє знаходження в них людей і повторному використанню, за рахунок чого відбувається поліпшення безпеки умов праці. Задача вирішується тим, що в способі підтримання спарених виробок, що включає проведення двох виробок з залишенням між ними податливого цілика, їх кріплення, армування цілика анкерним кріпленням, який відрізняється тим, що ширину цілика вибирають з умови: a≈h (1), де: а - ширина цілика; h - висота виробок, визначають залишкову несучу здатність цілика з умови: Рзал=σзал.·a (2) де: Рзал. - залишкова несуча здатність цілика; σзал. - залишкова міцність гірських порід цілика; а - ширина цілика, а кріплення здійснюють з урахуванням збереження Рзал. Винахід пояснюється кресленнями. На Фіг. 1 зображена схема формування навантаження на цілик, де: 1 - виробка з боку лави І; 2 - крайня виробка, що повторно використовується при відпрацюванні лави II; 3 - податливий цілик; I - лава, що відпрацьовується в першу чергу; II - лава, що відпрацьовується після відпрацювання лави І; h1 і h2 - склепіння обвалення над виробками 1 і 2 відповідно; h1-2 - об'єднане склепіння обвалення над виробками 1 і 2; макс h1-2 - склепіння обвалення над виробками 1 і 2, досягнувши максимальної висоти; hлави - склепіння обвалення при відпрацюванні лави І; Q - вага порід у склепінні обвалення hлави при відпрацюванні лави І; P1 - опір кріплення у виробці 1; Р2 - опір кріплення у виробці 2; Рзал. - залишкова несуча здатність цілика; а - ширина цілика; h - висота виробок, b1 і b2 - ширина виробок 1 і 2 відповідно. На Фіг. 2, 3 зображені варіанти установки армуючого кріплення у цілик, де: 4 - анкери; 5 - стягуюче наскрізне кріплення; 6 - стійка рамного кріплення; 7 - підхоплення. На Фіг. 4 зображена діаграма залежності напружень від деформацій. Спосіб реалізується так. 1. Попередньо, до проведення виробок визначається ширина цілика 3, виходячи з умови: 1 UA 108398 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 a≈h (1), де: а - ширина цілика 3; h - висота виробки 1 або 2 (Фіг. 2). Якщо висоти виробок 1 і 2 різні, то приймаємо найбільшу. Одночасно забезпечити стійкість цілика і мінімізувати втрати корисної копалини можливо при виконанні умови (1). Відомо, що при проведенні виробки навколо неї утворюється зона розвантаження, що характеризується пониженими напруженнями та пружно-пластичними деформаціями порід. При виконанні умови (1), цілик повністю попадає в зони розвантаження від виробок 1 і 2 (Фіг. 1), що виключає концентрацію у ньому напружень, а при відпрацюванні лав І і II руйнування порід цілика буде відбуватися поступово, без прояву динаміки. 2. Випробування порід в режимі заданих деформацій на "жорстких" пресах дозволили отримати повну діаграму залежності напружень від деформацій. За межею міцності σмах випробуваний зразок породи чинить опір напруженням, відповідним рівню деформацій в позамежному режимі εзамеж (Фіг. 4). В аналогічних умовах деформування знаходиться податливий цілик. Визначається залишкова міцність σзал найбільш слабкого шару порід, що формує цілик 3. Для цього виконують випробування порід в "жорстких" пресах, користуються задокументованими результатами випробувань, або приймають як 10 % від максимальної міцності на одноосьовий стиск σмакс: σзал=0,1·σмакс, (3). 3. З встановленої ширини цілика а і залишкової міцності σзал найбільш слабкого шару порід, що формують цілик, знаходять його несучу здатність в режимі податливості Р зал: Рзал=σзал·a, (4). де: Рзал - залишкова несуча здатність цілика, т; σзал - залишкова міцність гірських порід цілика, т/м; а - ширина цілика, м. 4. Будь-яким відомим способом визначають вагу порід Q в склепінні обвалення h лави при відпрацюванні лави І, наприклад за методикою, наведеною в [Халимендик Ю.М., Бруй Г.В., Халимендик В.Ю. Обоснование параметров поддержания горных выработок для повторного использования // Науковий вісник НГУ. Дніпропетровськ. № 6, 2010. - С. 32-35] і розраховують необхідний сумарний опір Рзал.+Ρ1+Р2 за умови: Рзал.+Р1+Р2≥2·Q (5) де: Рзал. - залишкова несуча здатність цілика; Ρ1 - опір кріплення у виробці 1 (Фіг. 2); Ρ2 - опір кріплення у виробці 2 (Фіг. 2); Q - вага порід у склепінні обвалення hлави при відпрацюванні лави І (Фіг. 2); 2 - коефіцієнт динамічності. 5. При проведенні виробок 1, 2 забезпечують формування заданої ширини цілика а, а слідом за посуванням прохідницьких вибоїв виконують установку кріплення у вигляді армуючого стягуючого анкерного кріплення 4, 5 згідно із запропонованими схемами (Фіг. 3, 4), орієнтуючись на збереження Рзал. При виключенні процесу видавлювання порід в виробку можливе збереження залишкової несучої здатності Рзал цілика 3, що формує несучу конструкцію, яка сприймає на себе частину навантаження і працює спільно з кріпленням виробок. Для цього установка армуючого кріплення 4, 5 ведеться через металевий підхват 7, що попереджає "обігравання" анкерів породами цілика. 6. До початку відпрацювання лав І, II породи цілика 3 деформуються в пружно-пластичному режимі. При цьому над виробками 1 і 2 формуються окремі склепіння обвалення h 1 і h2. 7. Під впливом опорного тиску попереду лави І, що відпрацьовується, породи покрівлі руйнуються, склепіння обвалення h1 і h2 об'єднуються в склепіння h1-2. Цілик 3 деформується спочатку в пружно-пластичному режимі до досягнення межі міцності складових його порід на одноосьовий стиск, далі деформується в пластичному режимі. При цьому висота склепіння макс обвалення h1-2 збільшується до максимального значення h1-2 . 8. Після проходу очисного вибою лави І під впливом ваги порід у склепінні обвалення h лави цілик 3 поступово руйнується до досягнення породами, що його складають, залишкової міцності σост. При деформаціях порід цілика 3 за межею міцності відбувається витискування складаючих його порід у виробки 1, 2, що тягне за собою подальше зниження несучої здатності, до повного руйнування. При виключенні процесу видавлювання порід в виробку методом встановлення армуючого кріплення (пункт 5), можливе збереження залишкової несучої здатності Р зал цілика 3, що формує несучу конструкцію, яка сприймає на себе частину навантаження і працює спільно з кріпленням виробок. При цьому можливо мінімізувати роботи на сполученні лави з виробкою при пересуванні крайньої секції за рахунок перенесення охоронної конструкції з лави у виробку. 2 UA 108398 C2 5 10 15 20 9. Далі цілик 3 працює як несуча конструкція з опором Рзал в сукупності з кріпленням виробок 1 и 2 (з опором Р1 і Р2 відповідно), що забезпечує збереження виробки 2. Експериментально встановлено, що зміцнення цілика шириною: а≈h, де: а - ширина цілика; h - висота виробок, армуючим анкерним кріпленням, яке пересікається або встановлюється наскрізь цілика, забезпечує формування конструкції, що володіє несучою здатністю Р зал: Рзал.=σзал.·a, де: Рзал. - залишкова несуча здатність цілика; σзал. - залишкова міцність гірських порід цілика; а - ширина цілика, що гарантує стійкість системи "виробки-цілик". При цьому умови взаємодії кріплення з породами дозволяють деформуватися цілику, забезпечуючи його експлуатацію в податливому режимі і виключаючи необхідність проведення демонтажних робіт. Експлуатація цілика мінімальних розмірів і податливість армуючого кріплення виключає концентрацію напружень і наступні прояви газодинамічних явищ. Використання запропонованого технічного рішення дозволить мінімізувати втрати корисної копалини, виключити прояв газодинамічних явищ, забезпечити збереження перерізу виробок після проходу лави, що задовольняє знаходженню в них людей і повторному використанню. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 Спосіб підтримання спарених виробок, що включає проведення двох виробок з залишенням між ними податливого цілика, їх кріплення, армування цілика анкерним кріпленням, який відрізняється тим, що ширину цілика вибирають з умови: a≈h, де: а - ширина цілика; h - висота виробок, визначають залишкову несучу здатність цілика з умови: Рзал.=σзал.·a, де: Рзал. - залишкова несуча здатність цілика; σзал. - залишкова міцність гірських порід цілика, а - ширина цілика, а кріплення здійснюють з урахуванням збереження Рзал. 3 UA 108398 C2 Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4