Спосіб кріплення гірничої виробки

Спосіб кріплення гірничої виробки, що складається з буріння шпурів, збірки піддатливої рами, з'єднання опорних пластин опорними кінцями з кінцями анкерів, закручування гайок на кінцях анкерів, який відрізняється тим, що шпур бурять після збірки піддатливої рами через отвір в опор ній пластині на відстані один від одного вздовж площини рами, яка визначається виразом: kR/c,м де k - коефіцієнт перевантаження; о - вертикальна компонента гірського тиску навколо виробки в МПа; R - міцність породи на одноосьовий стиск в масиві в МПа, а опорні пластини встановлюють опорними кінцями в шахматному порядку відносно площини рами, причому діаметр отвору під анкер в опорній пластині вибирається не меншим діаметра шпуру. Корисна модель відноситься до гірничої справи і може бути використана для кріплення підготовчих виробок в складних гірничо-геологічних умовах при інтенсивному прояві гірського тиску. Відомий спосіб застосування анкерно-рамного кріплення згідно [а.с. СССР 622982 М. Кл. E21D11/14], що складається з анкерів, установлених в шпурах та окремих сегментів арочної або прямолінійної форми із спецпрофілю, що з'єднані з анкерами опорними прижимними пристроями у вигляді втулок, скоб та клинів І між собою внапустку піддатливими замками, що складаються зі скоби, планки та гайок, опубліковане 20.07.78 в бюл. №33. Сутність способу кріплення виробки розкривається в процесі його зборки. Кріплення встановлюють наступним чином. Спочатку уставляють анкери в покрівлю і боки виробки в попередньо пробурені шпури. Потім нагвинчують на анкери втулки в зборі зі скобами, які є частиною опорного прижимного пристою. Після цього в скоби вставляють арочні елементи у вигляді верхняка та ніжок кріплення і забивають клини у скоби, закріплюючи арку та ніжки кріплення. Аркові сусідні елементи встановлюють внапустку одне з одним. Потім з'єднують аркові та прямолінійні елементи замками піддатливості На напустку одягають скобу, пролягають через неї планку отворами і затягують гайки, стискуючи суміжні аркові елементи між собою. Після цього встановлюють затяжку між кріпленням та породним оголенням і затягують втулки рожко вими ключами. Головки анкерів при цьому притискуються до породного оголення, що забезпечує надійне з'єднання анкерів з рамним кріпленням і сприяє їх спільній дії проти гірського тиску. Спільно з анкерами піддатлива арка опирається дії гірського тиску ефективніше, ніж це роблять арки та анкери поодинці. Проте процес встановлення такого кріплення є трудомістким і не гарантує нормальну зборку кріплення в цілому. Причина в тому, що в процесі буріння шпурів і встановлення анкерів їх треба зорієнтувати строго по кривій лінії, що повторює зовнішні контури аркового піддатливого кріплення у зборі. Підібрати таке положення завчасно практично неможливо тому, що контур виробки вчорні є нерівним. Крім того накопичуються похибки при орієнтації бурильних установок, від нерівностей підошви, а також загромадження її породою від проходки, та матеріалами. Випробування показали, що в 80% випадків при зборці такого комбінованого рамноаркового кріплення виникають серйозні проблеми з підгонкою положення прижимних пристроїв зі скоб. Це робилось вручну, кувалдою, оскільки при закріпленні арки та ніжок їх кінці не сходяться або заважають одне одному що не дає можливості встановити замки піддатливості і стягнути між собою сусідні сегменти аркового кріплення. Крім того металоємність кріплення висока, оскільки прижимні пристрої незграбні І складаються з трьох окремих елементів. Найбільш металоємний з них є скоба та клин. со О) о о > 11096 Отже недоліком аналогу є висока трудоємнють зборки, висока металоємність, та низька ефективність роботи кріплення з причини низької якості зборки Відомий спосіб кріплення виробки рамноарковим кріпленням згідно [ а с СССР 1657646, МПК E21D11/14, опубліковане 23 06 91 в бюл №23] Кріплення складається з анкерів, встановлених в шпурах, окремих елементів із спецпрофілю, що зібрані в напуску між собою у вигляді рами піддатливими замками, що складаються зі скоби, планки та гайок, причому рама з'єднана з анкерами опорними пластинами з парою отворів на кожному із КІНЦІВ для скоби та анкеру ВІДПОВІДНО, а горизонтальні ділянки скоб мають отвори з внутрішньою різьбою, яка має відповідати ЗОВНІШНІЙ різьбі на хвостовику анкера Сутність способу кріплення виробки розкривається в процесі його зборки Згідно опису кріплення збирається наступним чином Спочатку бурять шпури Потім розмічають положення рами і встановлюють Гі сегменти, з єднуючи їх між собою замками у вигляді скоб, планок та гайок Після цього опорні пластини з'єднують з сегментами рами скобами, планками та гайками Потім встановлюють анкери через отвори в опорних пластинах в наперед пробурені шпури При цьому необхідно задовольнити дві вимоги. По-перше вісь кожного шпуру повинна співпадати з віссю отвору у ВІДПОВІДНИХ опорних пластинах і осями різьбових отворів на горизонтальних ділянках скоб Згідно опису аналогу в обидва КІНЦІ кожної з опорних пластин вставляється пара анкерів. Таких пар по периметру рами встановлюється кілька, мінімум три Очевидно, що вгадати положення шпурів, що буряться загодя з точністю до міліметру практично неможливо На практиці доведеться відсувати зібрану раму і кілька разів перебурювати шпури до тих пір, поки вищезгадана вимога не задовольниться По-друге, анкери неможливо вставити знизу у отвори опорних пластин, оскільки замкова частина та тіло стрижня анкера мають більший діаметр ніж отвори у скобах Треба відсувати раму і вкручувати анкер в різьбовий отвір у скобі з боку породного оголення При цьому треба одночасно попадати в отвір у опорній пластині, що дуже важко зробити на практиці Проте головним недоліком є те, що анкер можна вгвинчувати у різьбовий отвір тільки до його закріплення у шпурі Після закріплення анкер обертати неможливо Можна змінити порядок зборки кріплення на відміну від описаного в аналогу новим способом Для цього спочатку треба пробурити шпур, потім закріпити в ньому анкер і нагвинтити на його хвостовик скобу м різьбовим отвором При цьому треба вгадати положення шпурів так, щоб всі пари скоб зайняли єдино правильне положення, при якому між цими скобами можна буде всунути зібрану раму, а на їх КІНЦІ одінуться опорні планки Таку умову важче виконати ніж ту, що формулюється у А С 622982, оскільки там використовувався один анкер на прижимний пристрій, а тут два Найбільш близьким аналогом є відомий спосіб кріплення виробки рамно-анкерним кріпленням [згідно А С СССР 1716148, МПК E21D11/14, що опубліковане 29 02 92 в бюл №8] Це кріплення складається з піддатливої рами, парних анкерів, з'єднаних с піддатливою рамою опорними пластинами, скоб, планок та гайок Сутність способу кріплення виробки розкривається в процесі його зборки Спочатку збирається піддатлива рама з окремих сегментів за допомогою вузлів піддатливості, потім бурять шпури попарно з кожного боку рами і закріплюють у них анкери Після цього на кінці анкерів надівають фігурні опорні пластини, які охоплюють піддатливу раму і з'єднують анкери між собою При цьому неминуче виникає необхідність підбивання та підгинання КІНЦІВ анкерів для того, щоб забезпечити можливість вставити раму між всіма парами КІНЦІВ анкерів В процесі активної дії гірського тиску піддатлива рама чинить опір за рахунок напружень на стиснення, а анкери протидіють розтягувальним напруженням масиву Недоліком такого способу кріплення є підвищена металоємність та вартість, оскільки використовуються спарені анкери На такій відстані один від одного (приблизно 20-30см) вони дублюють свою спроможність опиратися ди гірського тиску Крім того, ця спроможність використовується неповністю з причин неякісної зборки рамноанкерного кріплення Як і в попередніх аналогах тут існує проблема розмітки точок буріння шпурів Перший шпур можна бурити приблизно біля рами, натомість другий (спарений) шпур має бути розташований на відстані, яка точно дорівнює відстані між отворами в опорній пластині під кінці анкерів В шахтних умовах таку вимогу дотримувати важко На практиці після встановлення другого (спареного) анкера його кінець часто підгинають кувалдою так, щоб опорна пластина могла одітися на КІНЦІ обох спарених анкерів Це підвищує трудоємнють та знижує якість кріплення, що в підсумку знижує його спроможність опиратися ди гірського тиску Суттєві ознаки найближчого аналогу, які співпадають з ознаками об'єкту, що заявляється. 1 буріння шпурів 2 збірка піддатливої рами 3 з'єднання опорних КІНЦІВ пластин з кінцями анкерів 4 закручування гайок на КІНЦЯХ анкерів Задача корисної моделі полягає в удосконаленні відомого способу кріплення гірничої виробки та рамно-анкерного кріплення для його реалізації за рахунок нової послідовності виконання операцій, введення додаткових конструктивних елементів та їх взаємозв'язків В результаті забезпечується зниження трудоємності зборки комбінованого рамно-анкерного кріплення з одночасним підвищенням ефективності його опору ди гірського тиску за рахунок якісної зборки Поставлена задача досягається тим, що у відомому способі кріплення гірничої виробки рамноанкерним кріпленням, який складається з буріння шпурів, зборки піддатливої рами, з'єднання опорних пластин опорними кінцями з кінцями анкерів, закручування гайок на кінцях анкерів згідно корисної моделі шпур бурять після зборки піддатливої рами через отвір в опорній пластині на відстані один від одного вздовж площини рами, яка визначається виразом kR/c , м 11096 розташування опорних пластин, а на Фіг.8 показаде к - коефіцієнт перевантаження; - вертиканий вид січення А-А з Фіг.7. На Фіг.9 наданий вид льна компонента гірського тиску навколо виробки; R - міцність породи на одноосьовий стиск в масиві, рами зверху з укороченими опорними пластинами, а опорні пластини встановлюють опорними кінцяа на Фіг. 10 показаний варіант з'єднання анкеру з ми відносно площини рами в шахматному порядку, сегментом рами за допомогою опорної' пластини, причому діаметр отвору під анкер в опорній пласколи вона використовується як прижимна планка у тині вибирається не меншим діаметра шпуру. вузлі піддатливості. На Фіг.11 показаний варіант опорної пластини з похилим отвором під анкер. Спеціальний порядок зборки кріплення, при Спосіб виконуються у наступній послідовності. якому шпур бурять після зборки піддатливої рами Спочатку збирають піддатливу раму 1 із сегментів через отвір в опорній пластині, дозволяє спрости2 шляхом з'єднання 'їх в напуски 3. Скоби 4 продяти зборку та знизити її трудоємність. Буріння шпуру через отвір в опорній пластині гарантує точність гають через опорні пластини 5 і заводять за сегрозташування осі шпуру впродовж осі отвору під менти 2. На кінці скоб 4 одягають планки 6 і накруанкер, що досилають в цей шпур. Це повністю лікчують на скоби 4 гайки 7. Після установки рами 1 відує проблеми з'єднання опорної' пластини з рачерез отвори 8 в опорних пластинах 5 заводять мою і кінцем анкера та мінімізує трудоємність дабурові штанги (на рисунках не показані) і бурять ної операції. Операція, при виконанні якої опорні шпури 9. Потім В шпури 9 встановлюють і закріппластини встановлюють опорними кінцями віднослюють анкери 10. Анкери 10 встановлюють в шпуно площини рами в шахматному порядку на відри 9 через отвори 8 в опорних пластинах 5 і закрістані один від одного вздовж площини рами, яка плюють в шпурах 9 наприклад полімерними визначається відношенням міцності породи на смолами (на рисунку не показані). Опорні пластиодноосьовий стиск та вертикальної компоненти ни 5 розташовують по довжині сегментів 2 в шахгірського тиску навколо виробки, дає змогу позбаматному порядку на відстані один від одного, що витись надмірних витрат анкерів, коли вони дубвизначається формулою kR/c . Наприклад на люються близько один від одного. Нове взаємо глибині 800м діє гірський тиск, вертикальна компорозташування анкерів не тільки забезпечує доцінента якого дорівнює 20МПа. При міцності оточульну щільність установки анкерів по площі оголенючих порід ЗОМПа в масиві і коефіцієнті перевання покрівлі, але й сприяє компенсації кружних мотаження 1,0 відстань між сусідніми анкерами ментів в податливій рамі, що в підсумку підвищує згідно формули має бути 1,5м. Величина коефіцієефективність опору рамно-анкерного кріплення нта перевантаження вибирається в діапазоні 0,5активній дії гірського тиску. 1,5 в залежності від призначення гірничої виробки. Для капітальних виробок треба брати менше знаЗа рахунок нової послідовності процесів та ночення коефіцієнта, а для тимчасових більшу. Вевих конструктивних ознак забезпечується максиличина коефіцієнту перевантаження для виробок, мально можливий опір комбінованого кріплення дії що підтримуються поза зонами активного гірського гірського тиску, оскільки при параметрах опорної планки, що заявляються створюється однаковість тиску симбатно залежить від тривалості експлуазапасу міцності усіх конструктивних елементів тації виробки. (елементів із спец профілю, скоб, опорних пласДля того, щоб забезпечити можливість буріння тин, та анкерів), що беруть участь у опорі гірськошпуру 9 через отвір 8 у опорній пластині 5 треба, му тискові. Це дає змогу рівномірно завантажити щоб діаметр 11 отвору 8 був не менший, ніж діавказані конструктивні елементи і запобігти переметр 12 шпуру 9. Шахматний порядок розташуабо недовантаженню окремих з них. Таким чином вання опорних пластин 5 вздовж сегментів 2 рампри фіксованій витраті матеріалу досягається макного кріплення 1 сприяє компенсації' кружних симальний опір гірському тиску. моментів, що виникали б у спецпрофілі при одноПриклад виконання способу надається кресбокому розташуванні анкерів 10. леннями, де на Фіг.1 показаний загальний вигляд Таким чином спосіб кріплення та рамнокомбінованого рамно-анкерного кріплення у зборі, арковий пристрій для його реалізацГі сприяє підна Фіг.2 фрагмент кріплення на ділянці з'єднання вищенню СТІЙКОСТІ виробки при мінімальних витраанкера з сегментом рами, на Фіг 3-5 показані варітах за рахунок високої якості зборки та низької анти форми опорної пластини, на Фіг.6 вид з'єдсобівартості. нання анкера з рамою у вузлі піддатливості на ділянці напуску сегментів із спецпрофілю, на Фіг.7 даний вид зверху на раму, де видно шахматне ФІг. 2 14 б 15 8 I—13 17 a " б Фіг. З 14 б 17 17 13 і 5 Фіг. 4 а и б 11096 ФІГ. б 14 ч. 17 • Т із Фіг. 7 Фіг. Є 11 11096 12 ІО Фіг. 11 Комп'ютерна верстка В Мацело Підписне Тираж 26 прим Міністерство освгти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул Урицького, 45, м Киш, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Глазунова, 1, м Київ - 42, 01601