Спосіб кріплення підготовчої виробки

Реферат: Винахід належить до гірничої промисловості і може бути використаний для забезпечення стійкості підготовчої виробки в умовах інтенсивного вуглевидобутку. Спосіб включає установку рамного кріплення та установку анкерів з відставанням від прохідницького вибою. Перед установкою анкерів визначають мінімально допустиму відстань між ними, максимально допустиму глибину закріплення анкерів. Кількість анкерів та їх довжину збільшують на коефіцієнти запасу, що залежать від відношення величини відставання установки анкерів позаду прохідницького вибою до ширини перерізу виробки. Використання способу дозволяє зменшити матеріальні витрати на кріплення виробок та забезпечити необхідні темпи проходки для своєчасної підготовки запасів. UA 113337 C2 (12) UA 113337 C2 UA 113337 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до гірничої промисловості і може бути використаний для забезпечення стійкості підготовчої виробки в умовах інтенсивного вуглевидобутку. Відомий спосіб комбінованого кріплення виробки анкерним кріпленням UA 53899 U, МПК E21D13/00, публ. 25.10.2010. Спосіб включає визначення глибини зони зруйнованих порід, буріння шпурів по контуру виробки глибиною, яка дорівнює глибині зони зруйнованих порід, встановлення коротких анкерів, буріння шпурів по контуру виробки глибиною, яка більша глибини зони зруйнованих порід, з відставанням від прохідницького вибою, і встановлення довгих анкерів. Спосіб виконується наступним чином. Пластова підготовча виробка розмірами В=5,0 м та Н=3,0 м проходилась на глибині 800 м у породах зі середньозваженою міцністю порід покрівлі R=30 МПа за допомогою прохідницького комбайну. Глибина зони зруйнованих порід за розрахунками склала 2,0 м, а очікувані зміщення у незакріпленій виробці дорівнювали U°=400 мм. Бурили шпури довжиною LM=2,0 м. Одночасно з цим з відставанням від вибою Lвідст=7 м бурили шпури довжиною LB=6,5 м. Потім у пробурені шпури встановили та закріпили анкерне кріплення, при цьому у шпури довжиною LM встановили жорстке анкерне кріплення, а у шпури довжиною LВ - встановили з відставанням від прохідницького вибою піддатливе анкерне кріплення. Недоліком способу є неможливість забезпечення задовільної стійкості виробки в умовах інтенсивного вуглевидобутку і нестійких порід. Нестійкі породи примушують використовувати комбіноване рамо-анкерне кріплення, оскільки тільки анкерне кріплення не може забезпечити належної стійкості порід міцністю 20-30 МПа на глибині, що перевищує 600 м. Найбільш близьким аналогом до способу, що заявляється, є спосіб RU 2308599 С2, МПК E21D11/14, публ. 20.10.2007. Спосіб кріплення гірничих виробок містить визначення глибини розробки, міцності оточуючих порід, розміру перерізу виробки, визначення відстані між рамним кріпленням та його несучої спроможності, щільності й довжини анкерів, проходку виробки, установку рамного кріплення, установку анкерного кріплення, буріння шпурів під анкери, установку центрального анкера у склепову частину покрівлі виробки безпосередньо у прохідницькому вибої, підвішування верхняка рамного кріплення до центрального анкера, зборку рамного кріплення, установку посилюючих анкерів у міжрамному просторі з відставанням від прохідницького вибою. Спосіб реалізується наступним чином. Визначають глибину розробки, міцність оточуючих порід, розмір перерізу виробки. В залежності від глибини, міцності порід та розмірів перерізу виробки визначають необхідну відстань між рамним кріпленням, та його несучу спроможність. Визначають також щільність й довжину анкерів як функцію глибини і міцності порід. Потім проходять виробку, бурять центральний шпур під анкери у склепову частину покрівлі виробки, установлюють в цей шпур центральний анкер безпосередньо у прохідницькому вибої. Після цього підвішують верхняк рамного кріплення до центрального анкера і продовжують зборку рамного кріплення шляхом установки рамних стояків. Далі встановлюють додаткові посилюючі анкери у міжрамному просторі з відставанням від прохідницького вибою таким чином, щоб один анкер посилював покрівлю, другий - бокову стінку. Комбінування рамного та анкерного кріплення збільшує несучу спроможність кріплення, а відставання посилюючих анкерів від прохідницького вибою дає можливість рознести процес кріплення у часі й просторі, що сприяє підвищенню темпів проходки й дозволяє збільшувати інтенсивність підготовки запасів, а отже й інтенсивність вуглевидобутку. Недоліки способу найближчого аналогу. Згідно з цим способом число анкерів й величина відставання їх установки від прохідницького вибою не узгоджені. Чим більше величина відставання, тим більше анкерів необхідно встановити, щоб компенсувати процес розшарування порід, величина якого зростає з відставанням. Неврахування цієї закономірності зменшує стійкість виробки в умовах інтенсивного вуглевидобутку та призводить до додаткових матеріальних витрат, що й обумовлює недоліки способу аналогу. Суттєві ознаки найближчого аналогу, які співпадають з ознаками об'єкту, що заявляється, є наступні: 1. визначення глибини розробки, 2. визначення міцності оточуючих порід, 3. визначення розміру перерізу виробки, 4. визначення несучої спроможності кріплення, 5. визначення відстані між рамним кріпленням, 6. визначення щільності й довжини анкерів, 7. установка рамного кріплення, 8. установка анкерів з відставанням від прохідницького вибою. 1 UA 113337 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 В основу винаходу поставлена задача розробки нового способу кріплення підготовчої виробки, в якому за рахунок узгодження щільності та довжини анкерів з величиною відставання їх установки позаду прохідницького вибою забезпечується підвищення стійкості підготовчої виробки в умовах інтенсивного вуглевидобутку при зменшенні матеріальних витрат. Поставлена задача вирішується тим, що у способі кріплення підготовчої виробки, який включає визначення глибини розробки, міцності оточуючих порід, розміру перерізу виробки, визначення несучої спроможності рамного кріплення та відстані між рамами, щільності й довжини анкерів, установку рамного кріплення, установку анкерів з відставанням від прохідницького вибою, згідно з винаходом, перед установкою анкерів визначають мінімально допустиму відстань між ними, максимально допустиму глибину закріплення анкерів, а кількість анкерів та їх довжину збільшують на коефіцієнти запасу, що залежить від величин відставання й визначаються згідно з залежностями: 2 (1) Кк=-0,0004x +0,0405х+1,013, якщо х≤50, у іншому випадку 2 - для щільності анкерів; 2 (2) Кд=-0,0001x +0,0135х+1,004, якщо х≤50, у іншому випадку 1,27 - для їх довжини, де х - безрозмірна величина відставання установки анкерів позаду прохідницького вибою, яка визначається як відношення величини відставання установки анкерів до ширини перерізу виробки. Необов'язково, але доцільно мінімальне відставання установки анкерів підтримувати від центру склепової частини покрівлі виробки. Забезпечення підвищення стійкості підготовчої виробки досягається визначенням мінімально допустимої відстані між анкерами, й максимально допустимої глибини закріплення анкерів. Доведено, що зі зменшенням відстані між сусідніми анкерами менше за мінімально допустиму подальше ущільнення анкерів не має сенсу, оскільки вони починають дублювати один одного. Те ж саме стосується й подовження анкерів. Існує доцільна (максимальна) глибина закріплення анкерів, вище якої їх ефективність стабілізується і тому подальше подовження анкерів не має сенсу. Таким чином доцільна глибина закріплення анкерів у масиві обмежена. Урахування вказаних факторів дозволяє вибирати раціональну комбінацію між кількістю анкерів та їх довжиною і таким чином вибирати економне кріплення. Операція, якою кількість анкерів та їх довжину збільшують на коефіцієнти запасу, що залежить від величин відставання, враховує той експериментальний факт, згідно з яким відставання установки анкерів збільшує розшарування порід, яке необхідно компенсувати або збільшенням щільності анкерів, або їх подовженням. Встановлені емпіричні залежності, згідно з якими вибираються обґрунтовані коефіцієнти запасу, що враховують негативний вплив відставання. Таким чином узгодження щільності та довжини анкерів з величиною відставання їх установки позаду прохідницького вибою забезпечує підвищення стійкості підготовчої виробки в умовах інтенсивного вуглевидобутку при зменшенні матеріальних витрат й одночасно створює значні резерви для підвищення швидкості проходки. Це дозволяє інтенсифікувати підготовку запасів до видобутку вугілля. Суть винаходу пояснює креслення. На фіг. 1 показана підготовча виробка 1 у плані (вигляд зверху), на фіг. 2 - вертикальний переріз А-А виробки, анкери в якій встановлені безпосередньо у прохідницькому вибої, на фіг. 3 - вертикальний переріз виробки, анкери в якій встановлено з відставанням від прохідницького вибою, на фіг. 4 - вигляд підготовчої виробки зверху у разі, коли частину анкерів встановлено безпосередньо у прохідницькому вибої (верхній фрагмент), а решта анкерів - з відставанням від нього (нижній фрагмент). На фіг. 5 наведено вертикальний переріз Б-Б підготовчої виробки з нижнього фрагменту фіг. 4. На фіг. 6 зображено графіки для визначення коефіцієнтів запасу по кількості анкерів та їх довжині. Відставання анкерів від прохідницького вибою вимірюється у безрозмірній величині, яка визначається через відношення відстані до ширини перерізу підготовчої виробки. На фіг. 7 наведено графіки для знаходження мінімальної допустимої відстані між сусідніми анкерами, та максимально допустимої їх довжини. Ці значення залежать від величин показника стійкості виробки, який визначається через відношення вертикальної компоненти гірського тиску до міцності порід на одноосьовий стиск і є безрозмірним. На фігурах показані: підготовча виробка - 1, її рамне кріплення - 2, прохідницький вибій - 3, анкери - 4, що встановлені у міжрамному кріпленні безпосередньо у підготовчому вибої, 6 й 7 - анкери, встановлені з відставанням від прохідницького вибою, графік - 8 для визначення коефіцієнта запасу по кількості анкерів, 9 - для визначення коефіцієнта запасу по довжині анкерів. Позицією 10 вказано графік для визначення мінімально допустимої відстані між сусідніми анкерами, 11 для визначення максимально допустимої довжини анкерів. Приклад 1. 2 UA 113337 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Спосіб реалізували наступним чином: визначили, що глибина розробки становила 800 м, а міцність оточуючих порід на одноосьовий стиск 40 МПа. Визначили ширину перерізу виробки 1, яка дорівнює 5 м. За допомогою стандартної методики визначили, що несуча спроможність рамного кріплення становить 150 кН, а відстань між рамами 2 повинна дорівнювати 0,8 м. Згідно з стандартною методикою визначили, що для забезпечення стійкості виробки необхідно додатково встановити у підготовчому вибої 3 анкери 4. Анкери потрібно встановлювати по п'ять штук у міжрамному просторі, тобто між сусідніми рамами 2, як показано на фіг. 1. Відстань між анкерами 4 у ряду повинна становити 1,4 м, а уздовж виробки 1-0,8 м. Таким чином проектна 2 щільність установки анкерів становила 0,89 анк/м . Необхідна проектна довжина анкерів 4 становила 2 м. Виробку 1 проходили механізованим способом. Рамне кріплення 2 встановлювали безпосередньо у прохідницькому вибої 3, а анкерне 4 - з відставанням від нього. Перед установкою анкерів визначили мінімально допустиму відстань між ними. Для цього 3 розрахували показник стійкості, що дорівнює 0,025 МН/м *800 м/40 МПа=0,5. За допомогою графіка 10 на фіг. 7 визначили, що мінімальна відстань між анкерами становить 0,4 м, а максимально допустима безрозмірна довжина 1,2. З урахуванням ширини перерізу виробки максимально допустима довжина анкерів дорівнювала 1,2*5 м=6 м. Для забезпечення необхідних темпів проходки установку анкерного кріплення здійснювали на відстані 50 м позаду прохідницького вибою, що становить 10 розмірів перерізу виробки. Таке відставання компенсували збільшенням числа анкерів або їх довжини. Для вибору раціонального варіанту визначили коефіцієнти запасу згідно залежностей (1) і (2), або графіків 8 і 9, що зображені на фіг. 6. Для кількості анкерів величина коефіцієнта запасу становила 1,4, для довжини 1,14. Отже, замість п'яти анкерів безпосередньо у прохідницькому вибою треба було встановити дев'ять на відстані 50 м позаду нього або кількість анкерів залишити проектною (тобто п'ять штук), а довжину центрального анкера 5 (фіг. 3) збільшити до 3,4 м. Порівняння матеріальних витрат на реалізацію вказаних варіантів кріплення довело, що вигідно вибрати варіант збільшення довжини анкера. Приклад 2. Виробку планувалось розташувати на глибині 1000 м у породах, міцність яких на одноосьовий стиск становить 40 МПа. Ширина перерізу виробки згідно з вимогами транспорту становила 6 м. Необхідні темпи проходки складають 250 м на місяць. Розрахунок паспорту кріплення згідно з галузевою методикою показав, що за умов установки піддатливих трьох ланцюгових рам із спец профілю СВП27 через 0,5 м треба встановити 9 сталеполімерних анкерів у кожному між рамному просторі. Довжина кожного анкера повинна становити 2 м, а самі анкери мають бути встановлені безпосередньо у прохідницькому вибої. Для забезпечення проектних темпів проходки виробки приймаємо рішення про встановлення трьох анкерів у центральній склеповій частині покрівлі безпосередньо у прохідницькому вибої (фіг. 4 й 5). Решта анкерів відстає на відстань 50 м позаду прохідницького вибою або 8,3 ширини перерізу виробки. Якщо безпосередньо у вибої встановлювати більше трьох анкерів, темпи проходки будуть менші за 250 м/міс. Визначили, що коефіцієнт запасу по кількості анкерів становить 1,35. Це означає, що замість 9 анкерів на відстані 50 м треба встановити 9 × 1,35=12,15 або 13 анкерів. Перевірка модифікованого паспорту показало, що за такої кількості анкерів фактична відстань між сусідніми анкерами становитиме 0,3 м, що менше мінімально допустимої (0,4 м). Отже, доцільно перевірити модифікацію паспорта кріплення за рахунок подовження анкерів. Визначили коефіцієнт запасу для довжини, який дорівнює 1,15. Таким чином сумарна довжина анкерів модифікованого паспорту становить 6 × 2 м × 1,15=13,8 м. Таку довжину набрали з трьох довгих анкерів: одного довжиною 3,8 м (анкер 6) і двох 5-метрових (анкери 7). Модифікований паспорт наведений на фіг. 4 й 5. Таким чином спосіб, що заявляється, дозволяє вибрати й порівняти можливі варіанти посилення комбінованого рамно-анкерного кріплення з урахуванням величини відставання установки анкерів від прохідницького вибою, й дає можливість вибрати такий, що мінімізує матеріальні витрати на кріплення виробок, а також забезпечити необхідні темпи проходки для своєчасної підготовки запасів. 55 3 UA 113337 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 1. Спосіб кріплення підготовчої виробки, який включає визначення глибини розробки, міцності оточуючих порід, розміру перерізу виробки, визначення несучої спроможності рамного кріплення та відстані між рамами, щільності й довжини анкерів, установку рамного кріплення, установку анкерів з відставанням від прохідницького вибою, який відрізняється тим, що перед установкою анкерів визначають мінімально допустиму відстань між ними, максимально допустиму глибину закріплення анкерів, а кількість анкерів та їх довжину збільшують на коефіцієнти запасу, що залежать від величин відставання, й визначаються згідно з залежностями: 2 (1) Кк=-0,0004x +0,0405х+1,013, якщо х≤50, у іншому випадку 2 - для щільності анкерів; 2 (2) Кд=-0,0001х +0,0135х+1,004, якщо х≤50, у іншому випадку 1,27 - для їх довжини, де х - безрозмірна величина відставання установки анкерів позаду прохідницького вибою, яка визначається як відношення величини відставання установки анкерів до ширини перерізу виробки. 2. Спосіб кріплення підготовчої виробки за п. 1, який відрізняється тим, що мінімальне відставання установки анкерів підтримують від центру склепової частини покрівлі виробки. 4 UA 113337 C2 5 UA 113337 C2 Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6