Спосіб кріплення виробки

Реферат: Спосіб кріплення виробки включає виявлення зони можливого руйнування порід по всьому контуру виробки, установлювання основного рамного кріплення, формування шпурів на глибину, що перевищує зону можливого руйнування порід, установлювання в них анкерів та їх закріплення. Зону можливого руйнування порід виявляють шляхом визначення розмірів зон умовно-миттєвого руйнування порід і непружних деформацій порід. Формування шпурів здійснюють у два етапи. На першому етапі бурять шпури на глибину, рівну 1,05-1,1 розміру зони непружних деформацій порід у місці буріння шпуру по його осі, діаметром рівним діаметру анкера, на другому - розбурюють гирлову частину пробурених шпурів на глибину, рівну розміру зони умовно-миттєвого руйнування порід в місці буріння шпуру по його осі і діаметром, що визначають залежно від діаметра гирлової частини шпуру, несучої здатності анкера, середнього значення опірності порід вдавлювання та середньоквадратичного відхилення опірності порід вдавлювання. UA 99045 C2 (12) UA 99045 C2 UA 99045 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до підземної розробки родовищ корисних копалин, а саме до кріплення виробок анкерним кріпленням. Відомий спосіб кріплення гірничих виробок шляхом зведення комбінованого кріплення, що працює в обмежено-податливому режимі (Солодянкін О.В., Геомеханічні моделі в системі геомоніторингу глибоких вугільних шахт та способи забезпечення стійкості протяжних виробок. Автореф. дис. д-ра техн. наук. – Дніпропетровськ: Національний гірничий університет, 2009 - С. 34), що включає визначення розмірів зони зруйнованих порід, формування шпурів довжиною менше розміру зони непружних деформацій (зони зруйнованих порід) і встановлення в них податливо-анкерного кріплення в вибої виробки, буріння шпурів глибиною більше розміру зони зруйнованих порід з наступним спорудженням в них на відстані від вибою жорсткого сталеполімерного кріплення. Після зведення у вибої виробки податливо-анкерного кріплення, породи приконтурної зони можуть зміщуватися в межах податливості анкерного кріплення, що зводиться у вибої, а отже розшаровуватися і руйнуватися. При реалізації способу не забезпечується збереження несучої здатності порід, що призводить до зниження працездатності анкерного кріплення. Найбільш близьким по технічній суті аналогом до способу, що заявляється, є спосіб підвищення стійкості гірничої виробки з породами підошви, схильними до здимання (UA 92538 С2, E21D 20/00, публ. 10.11.2010), який включає виявлення зони можливого руйнування порід (зону тріщинуватості) по всьому контуру виробки, установлювання основного рамного кріплення, формування шпурів у покрівлі, боках і підошві виробки, глибина яких перевищує існуючу зону можливого руйнування порід навколо виробки, установлювання в них анкерів і закріплення по всій довжині скріплювальним розчином, глибина закріплення яких перевищує існуючу зону можливого руйнування порід, при цьому попередньо визначають зону можливого руйнування порід підошви, схильної до здимання, з урахуванням цього анкери в підошві формують здвоєними, гнучкими, з троса, один кінець якого розміщують в центральній частині підошви виробки вертикально довжиною, яка перевищує зону можливого руйнування порід підошви, в разі їх здимання, а інший кінець встановлюють збоку під кутом, причому здвоєні анкери з одного боку виробки встановлюють з відставанням на крок щодо інших анкерів. Реалізація способу вимагає високих матеріальних витрат на підтримку гірничої виробки, причини яких полягають у тому, що анкери встановлюють на глибину, яка перевищує розмір зони можливого руйнування порід. При цьому їх необхідно виконувати однаковим діаметром по всій довжині, що вимагає застосування спеціально виготовлених бурильного обладнання і анкерів довжиною, що перевищує довжину стандартних анкерів. Оскільки анкери встановлюють без урахування особливостей формування зони можливого руйнування, більша частина їх довжини залишається незакріпленою, що знижує несучу здатність заанкерованих порід і тим самим порушує природну міцність порід, що призводить до погіршення стійкості виробки в процесі її експлуатації. При цьому відбувається розвиток зони можливого руйнування, що призводить до збільшення навантаження на анкер і при нерегламентованому діаметрі опорної плити зміщення заанкерованих порід у порожнину виробки разом з анкерами, а це формує високе навантаження на основне кріплення, викликаючи необхідність встановлювати його з високою щільністю. Крім того, при ремонті виробки, а саме при відновленні її проектного контуру, виникає необхідність демонтажу анкерів, що технологічно складно і знижує темпи проведення ремонтних робіт, а також підвищує їх трудомісткість. В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу кріплення виробки, в якому за рахунок нового розташування анкерів щодо складових зони можливого руйнування порід досягається підвищення несучої здатності заанкерованих порід із збереженням їх природної міцності при запобіганні демонтажу анкерів при ремонті виробки, що приводить до зниження матеріальних витрат на підтримку гірничої виробки. Поставлена задача вирішується тим, що в способі кріплення виробки, що включає виявлення зони можливого руйнування порід по всьому контуру виробки, установлювання основного рамного кріплення, формування шпурів на глибину, що перевищує зону можливого руйнування порід, установлювання в них анкерів та їх закріплення, згідно з винаходом, зону можливого руйнування порід виявляють шляхом визначення розмірів зон умовно-миттєвого руйнування порід і непружних деформацій порід, формування шпурів здійснюють у два етапи, при цьому на першому етапі бурять шпури на глибину, рівну 1,05-1,1 розміру зони непружних деформацій у місці буріння шпуру по його осі, діаметром рівним діаметру анкера, на другому розбурюють гирлову частину пробурених шпурів на глибину, рівну розміру зони умовномиттєвого руйнування порід в місці буріння шпуру по його осі і діаметром, що визначають за залежністю: 1 UA 99045 C2 Dp  2 Pa вд  2вд  , м, де D p - діаметр гирлової частини шпуру, м; Pa - несуча здатність анкера, Н; 5  вд - середнє значення опірності порід вдавлювання, Па;   - середньоквадратичне відхилення опірності порід вдавлювання, Па. вд 10 15 20 25 30 35 40 Доцільно, щоб розміри зон умовно-миттєвого руйнування порід і непружних деформацій порід визначали за зміщенням глибинних реперів, встановлених у площині, перпендикулярній нашаруванню порід. Попереднє виявлення зони можливого руйнування порід шляхом визначення розмірів зон умовно-миттєвого руйнування порід і непружних деформацій порід дозволяє сформувати шпури довжиною 1,05-1,1 розміру зони непружних деформацій, що призводить до надійного закріплення анкера в масиві. Визначення зони умовно-миттєвого руйнування дає можливість вибрати оптимальну довжину анкера, при якій у разі ремонту виробки він не досягне її проектного контуру, при цьому ремонтні роботи будуть проведені під захистом анкерного кріплення, що сприяє підвищенню безпеки робіт, а наявність заанкерованих порід на етапі проведення виробки дає можливість знизити навантаження на основне кріплення, що дозволяє встановлювати його з меншою щільністю установки, знижуючи матеріальні витрати, а після ремонту - перешкоджає інтенсифікації зсувів. Діаметр гирлової частини шпуру, в яку встановлюють опорну плиту під анкер для уникнення його зсуву, визначений за заявленою залежністю, дозволяє запобігти втискуванню опорної плити в закріплювані породи при їх розшаруванні, і забезпечує роботу анкера в оптимальному режимі навантажень. Зменшення діаметра гирлової частини шпуру призведе до втискування в породи опорної плити і зниження опору розшаруванню порід, який надає анкер. Підвищення діаметра гирлової частини шпуру призводить до складності робіт з розбурювання гирлової частини шпуру і підвищенню трудових витрат на розбурювання. Суть способу пояснюється кресленням, де на фіг. 1 зображена схема кріплення виробки анкерним кріпленням, на фіг. 2 - схема установлення анкера в шпур. На фігурах зазначені: 1 - гірнича виробка, 2 - шпур, 3 - анкер, 4 - розбурена гирлова частина шпуру, 5 - опорна плита анкера, 6 - гайка, І - зона умовно-миттєвого руйнування порід, II - зона непружних деформацій порід. Спосіб здійснюють так. Виявляють розмір зони можливого руйнування порід шляхом визначення розмірів (С) зони умовно-миттєвого руйнування порід (І) і розмірів (L) зони непружних деформацій порід (II) по всьому контуру виробки 1 за зміщенням глибинних реперів, встановлених у площині, перпендикулярній напластуванню порід, після чого встановлюють рами основного кріплення. Потім формують шпури 2 в два етапи, при цьому на першому етапі бурять шпури на глибину рівну 1,05-1,1 розміру зони (II) в місці буріння шпуру по його осі, діаметром, рівним діаметру анкера 3, на другому - розбурюють гирлову частину 4 пробурених шпурів на глибину (С) у місці буріння шпуру по його осі і діаметром (D), що визначають за залежністю: Dp  2 Pa  вд  2вд  , м, де Pa - несуча здатність анкера, Н;  вд - середнє значення опірності порід вдавлювання, Па;   - середньоквадратичне відхилення опірності порід вдавлювання, Па, далі встановлюють в вд 45 них анкери та закріплюють їх. Після чого на анкер встановлюють опорну плиту 5, яку притискають гайкою 6 при її загвинчуванні. Приклад. Умови застосування способу були наступними: несуча здатність анкера Pa =250 кН, середнє значення опірності покрівлі вдавлюванню  вд  32 МПа, середньоквадратичне відхилення 50 опірності покрівлі вдавлюванню вд  4 МПа. Розміри зони умовно-миттєвого руйнування порід С=1,3 м і зони непружних деформацій порід L=3,4 визначали за зміщенням глибинних реперів, встановлених у площині, перпендикулярній напластуванню порід у гірничій виробці, розташованій в аналогічних умовах з проектованою. Після чого проводили виробку, встановлювали рами основного кріплення, формували шпури в два етапи, при цьому на 2 UA 99045 C2 першому етапі бурили шпури на глибину, рівну 3,7 м по його осі, діаметром, рівним 0,043 м, на другому - розбурювали гирлову частину пробурених шпурів на глибину 1,3 м по його осі і діаметром D, що визначали за заявленою залежністю: Dp  2 5 10 15 250000  0,092 , м. 32000000 4000000  3,14 В шпури встановлювали анкери довжиною 2,4 м, закріплювали їх за допомогою опорної плити і гайки. У результаті проведення зазначених заходів за рахунок особливостей розташування анкерів щодо складових зони можливого руйнування порід було досягнуто збереження природної міцності заанкерованих порід і підвищення їх несучої здатності у порівнянні зі способомнайближчим аналогом на 30 %. Також була виключена необхідність демонтажу анкерів при ремонті виробки, що призвело до зниження матеріальних витрат на підтримання експлуатаційного стану закріпленої виробки, порівняно з найближчим аналогом на 40 %. Таким чином використання пропонованого способу дозволяє підвищити несучу здатність заанкерованих порід із збереженням їх природної міцності при запобіганні демонтажу анкерів при ремонті виробки, що призводить до зниження матеріальних витрат на підтримку гірничої виробки. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 25 30 Спосіб кріплення виробки, що включає виявлення зони можливого руйнування порід по всьому контуру виробки, установлювання основного рамного кріплення, формування шпурів на глибину, що перевищує зону можливого руйнування порід, установлювання в них анкерів та їх закріплення, який відрізняється тим, що зону можливого руйнування порід виявляють шляхом визначення розмірів зон умовно-миттєвого руйнування порід і непружних деформацій порід, формування шпурів здійснюють у два етапи, при цьому на першому етапі бурять шпури на глибину, рівну 1,05-1,1 розміру зони непружних деформацій порід у місці буріння шпуру по його осі, діаметром рівним діаметру анкера, на другому - розбурюють гирлову частину пробурених шпурів на глибину, рівну розміру зони умовно-миттєвого руйнування порід в місці буріння шпуру по його осі і діаметром, що визначають за залежністю: Dp  2 Pa  вд  2вд  , м, де D p - діаметр гирлової частини шпуру, м; Pa - несуча здатність анкера, Н;  вд - середнє значення опірності порід вдавлювання, Па;  - середньоквадратичне відхилення опірності порід вдавлювання, Па. вд 35 2. Спосіб кріплення виробки за п. 1, який відрізняється тим, що розміри зон умовно-миттєвого руйнування порід і непружних деформацій порід визначають за зміщенням глибинних реперів, встановлених у площині, перпендикулярній напластуванню порід. 3 UA 99045 C2 Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 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