Спосіб кріплення гірничої виробки

Реферат: Спосіб кріплення гірничої виробки включає збір та аналіз гірничогеологічних 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. Кріплення гірничої виробки проводять за рахунок створення анкернопородної конструкції, яку формують із наступних елементів: силового, розміщеного по центру покрівлі виробки, опірного - в боках виробки, підпірного - між силовим і опірним, 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. UA 93779 U (12) UA 93779 U UA 93779 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. Відомий спосіб анкерного кріплення гірничих виробок, який включає 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]. Необхідно відзначити, що при розробці даного способу 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. Тому спосіб кріплення не є достатньо ефективним. Найбільш близьким аналогом по технічній суті і результату, що досягається, є спосіб скріплення порід штангами в гірничих виробках, що включає визначення розміщення систем тріщин, що утворюють структурні блоки порід, по геологічним розрізам у поперечному перерізі, буріння похилих шпурів з заглибленням їх за контур деформацій порід, установку в шпури штанг. При цьому при наявності вираженої тріщинуватості дії найбільшого стискуючого напруження навколо виробки укріплюють ті ділянки її контуру, що збігаються з напрямком цих напружень, а в стінках виробки - без обліку напрямку дії стискуючих напружень [2]. Цей спосіб розрахований на кріплення виробки з наявністю вираженої тріщинуватості без створення єдиної анкерно-породної конструкції з урахуванням умов її експлуатації і призначення та без збереження природної монолітності гірських порід, що вміщують виробку [3]. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалити спосіб кріплення гірничої виробки за рахунок створення в ній анкерно-породної конструкції, яка обмежує зміщення порід у виробку, зберігаючи їх природну монолітність, що значно сприяє підвищенню стійкості гірничої виробки і забезпечує її безремонтну експлуатацію. Поставлена задача вирішується тим, що в способі кріплення гірничої виробки, який включає збір та аналіз гірничогеологічних даних для її зведення, визначення фізико-механічних властивостей вміщуючих порід, розрахунок схеми розміщення анкерів в околі виробки, буріння шпурів і установку сталевих анкерів з полімерним закріпленням, згідно з корисною моделлю, кріплення гірничої виробки проводять за рахунок створення анкерно-породної конструкції, яку формують із наступних елементів: силового, розміщеного по центру покрівлі виробки, опірного в боках виробки, підпірного - між силовим і опірним, 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, при цьому за сприятливих умов, із короткотерміновим строком експлуатації та за умов погашення виробки услід за лавою ; застосовують просту анкерно-породну конструкцію, яка включає установку анкерів у кожному елементі в площині перерізу виробки перпендикулярно поздовжній осі, а за складних гірничогеологічних умов, у виробках із тривалим строком експлуатації, застосовують посилену анкерно-породну конструкцію, яка включає установку частини анкерів з нахилом на вибій виробки, а за умов зберігання виробки на повторне використання застосовують потужну анкерно-породну конструкцію, яка включає установку частини анкерів з нахилом на вибій виробки, частини - в протилежний напрямок. Створення конструкції, яку формують із породно-анкерних елементів за рахунок просторового розташування сталевополімерних анкерів, дає можливість керувати рівнем монолітності виробки для різних умов їх застосування з урахуванням гірничогеологічних, геомеханічних та технологічних параметрів: для збільшення терміну служби виробки підвищити рівень монолітності, у разі погашення за лавою відокремити потрібні блоки і передбачити їх рухливість. Поділення конструкції на елементи: силовий, розміщений по центру покрівлі виробки, опірний - в боках виробки, підпірний - між силовим і опірним, основу - у нижній частині боків і підошві виробки, надає можливість блокувати процес початку розвитку непружних деформацій і розшарування порід в околі виробки, зберегти стійкість гірничої виробки, як системи в цілому. При використанні анкерного кріплення в сприятливих умовах, у виробках із короткотерміновим строком експлуатації та за умов погашення виробки услід за лавою, застосовують просту анкерно-породну конструкцію, яка включає установку анкерів у кожному елементі в площині перерізу виробки перпендикулярно поздовжній осі, що у зазначених 1 UA 93779 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 випадках є достатнім для підтримки виробки в експлуатаційному стані протягом усього терміну її експлуатації. При використанні анкерного кріплення у складних гірничогеологічних умовах, у виробках із тривалим строком експлуатації, застосовують посилену анкерно-породну конструкцію, яка включає установку частини анкерів з нахилом на вибій виробки, що значно посилює взаємодію між рядами анкерів, поліпшує стан покрівлі виробки, забезпечує охорону вибою та незакріпленої частини виробки біля вибою, протидіючи початку розвитку непружних деформацій і розшарування порід. При використанні анкерного кріплення за умов зберігання виробки на повторне використання, застосовують потужну анкерно-породну конструкцію, яка включає установку частини анкерів з нахилом на вибій виробки, частини - в протилежний напрямок, що сприяє більш жорсткому обмеженню зміщень порід у виробку, зберігаючи їх природну монолітність, та забезпечує безремонтну експлуатацію виробки за весь період її дії. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де на Фіг. 1 - зображено схему загального вигляду виробки, закріпленої з використанням анкерно-породної конструкції, на Фіг. 2 - розріз АА на Фіг. 1 при застосуванні простої анкерно-породної конструкції, на Фіг. 3 - розріз А-А на Фіг. 1 при застосуванні посиленої анкерно-породної конструкції, на Фіг. 4 - розріз А-А на Фіг. 1 при застосуванні потужної анкерно-породної конструкції. На кресленні наведено наступні позначення: 1 - гірнича виробка; 2 -вибій виробки; 3 анкерно-породна конструкція; 4 - сталевополімерний анкер; 5 - силовий елемент анкернопородної конструкції; 6 - опора конструкції; 7 -підпірний елемент конструкції; 8 - основа конструкції; α - кут нахилу анкера на вибій виробки, β - кут нахилу анкера на устя 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. Одержавши розрахункові дані, складають паспорт кріплення виробки, згідно з яким проводять буріння шпурів та установку сталевих анкерів 4 з полімерним закріпленням у шпурах на повну їх довжину. Розмітку розміщення анкерів 4 та їх орієнтацію у приконтурному просторі рекомендується проводити з допомогою шаблонів. Уточнюють величину відставання установки ряду анкерів від площини вибою 2 в залежності від способу її проведення. При буропідривному способі ця величина складає 400 мм, а при комбайновому способі зростає по експоненціальній залежності з 300 мм при швидкості її проведення 3-10 м/добу до 1000 мм при швидкості 30-40 м/добу. При цьому роботи по зведенню виробки з анкерно-породною конструкцією 3 проводяться безупинно так, щоб технологічні перерви не встигали приводити до розвантаження гірських порід у зоні вибою 2. Конструкція анкерного кріплення враховує умови її застосування і призначення, розташування анкерів у схемах базується на закономірностях формування з анкерів і масиву гірських порід конструкції, що блокує можливість самовільного руйнування порід в околі виробки. Так наприклад при застосуванні анкерногокріплення за умов зберігання виробки на повторне використання (схема на Фіг. 4) застосовують потужну анкерно-породну конструкцію 3, яка включає установку одних анкерів 4 з нахилом під кутом α на вибій виробки, а других - під кутом β, в протилежний напрямок, на устя виробки, що сприяє більш жорсткому обмеженню зміщень порід у виробку 1. При цьому анкерно-породну конструкцію 3 створюють із наступних елементів. Спочатку формують силовий елемент 5 в покрівлі пласта з установкою сталевополімерних анкерів 4, що дає можливість забезпечити охорону оголеного вибою 2 та породи, що підроблено, протидіючи гірському тиску та початку розвитку непружних деформацій і розшарування порід, зберігаючи рівень монолітності виробки 1 до її повного закріплення по контуру. Потім із двох сторін від силового елемента 5 формують підпірні елементи 7, які опираються на опори 6, під якими формують основу, це дає можливість блокувати процес початку розвитку непружних деформацій і розшарування порід в околі виробки. Таким чином створюється єдина опорна анкерно-породна конструкція 3, яка зберігає природну монолітність масиву, забезпечуючи безремонтну експлуатацію виробки 1 за весь період її дії. Джерела інформації: 1. А.С. СССР, № 1559185, М. Кл. Е21D 20/00, 1990. 2. Патент РФ, № 2132464, М. Кл. Е21D 20/00, 1999. 3. Булат А.Ф. Технологія анкерного кріплення гірничих виробок на вугільних шахтах України: стан та перспективи/ А.Ф. Булат, І.М. Попович, О.В. Вівчаренко, О.П. Круковський// Уголь Украины. - 2014. - № 2. - С. 3-7. 60 2 UA 93779 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 20 1. Спосіб кріплення гірничої виробки, який включає збір та аналіз гірничогеологічних 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, який відрізняється тим, що кріплення гірничої виробки проводять за рахунок створення анкерно-породної конструкції, яку формують із наступних елементів: силового, розміщеного по центру покрівлі виробки, опірного - в боках виробки, підпірного - між силовим і опірним, 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. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що за сприятливих умов, із короткотерміновим строком експлуатації та за умов погашення виробки услід за лавою, застосовують просту анкерно-породну конструкцію, яка включає установку анкерів у кожному елементі в площині перерізу виробки перпендикулярно поздовжній осі. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що за складних гірничогеологічних умов, у виробках із тривалим строком експлуатації, застосовують посилену анкерно-породну конструкцію, яка включає установку частини анкерів з нахилом на вибій виробки. 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що за умов зберігання виробки на повторне використання застосовують потужну анкерно-породну конструкцію, яка включає установку частини анкерів з нахилом на вибій виробки, частини - в протилежний напрямок. 3 UA 93779 U 4 UA 93779 U Комп’ютерна верстка М. Мацело 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 5