Спосіб підтримання у робочому стані розпірно-піддатливого кріплення із спеціального профілю

Реферат: Спосіб підтримування у робочому стані розпірно-піддатливого кріплення із спецпрофілю включає встановлення рами (арки) та її силовий розпір. При проведенні виробки під час складання рами (арки) з її утримуючих елементів за допомогою гідродомкратів, які монтують безпосередньо на спецпрофілі, та пересувної гідравлічної станції, виконують силове розсунення утримуючих елементів у напуску з'єднувальних вузлів, збільшують периметр кріплення до величини, що відповідає розмірам уніфікованих поперечних перерізів виробок, ущільнюють зруйновані породи, які контактують з кріпленням, на глибину буферної зони й формують активний підпір зміщенням порід по контуру виробки. Після цього гідродомкрат демонтують, встановлюють знімні упори й регулювальні вкладиші. Оперативну інформацію про розвиток геомеханічних процесів отримують за допомогою моніторингу за порожністю зруйнованих порід, глибиною буферної зони, прогинами вкладишів і утримуючих елементів кріплення та шляхом діагностики спроможності рами (арки) нести навантаження. UA 84123 U (54) СПОСІБ ПІДТРИМАННЯ У РОБОЧОМУ СТАНІ РОЗПІРНО-ПІДДАТЛИВОГО КРІПЛЕННЯ ІЗ СПЕЦІАЛЬНОГО ПРОФІЛЮ UA 84123 U UA 84123 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до гірничої промисловості і може бути використана під час кріплення та підтримки виробок у змінних гірничо-геологічних умовах за допомогою кріплення із спецпрофілю. Відомий спосіб проведення та підтримки підготовчої виробки з піддатливим рамним кріпленням, що включає монтаж рам та їх розпір за допомогою пристрою, який встановлюють під верхняк по середині виробки [А.с. СРСР № 887812, МПК E21D11/00, опубл. 07.12.1981, Бюл. № 45]. Недолік цього способу полягає в тому, що параметри кріплення встановлюють на етапі його проектування, а розпір рам кріплення виконують лише після втрати стійкості виробки за рахунок встановлення додаткового стояка, ущільнюючи породи покрівлі без підвищення опору основної рами. Тому після демонтажу підсилюючого елемента породи знову будуть зміщуватися усередину виробки, оскільки рама не має належного опору і не запобігає руйнуванню та розшаруванню порід. Крім того, додатковий елемент кріплення захаращує виробку, а саме кріплення не підлягає обслуговуванню під час експлуатації виробки. Відоме також кріплення гірничих виробок, що включає додаткові підсилюючі елементи, які виконані з траверс та розсувних стійок. Рами постійного кріплення з'єднують траверсами попарно, а додаткові стояки тертя встановлюють між рамами на підошву з боків виробки. Для утворення попереднього підпору породам стояки розсовують за допомогою домкратів, що встановлені на них, та розпирають раму кріплення, після чого затягують гайки вузлів піддатливості [А.с. СРСР № 1458581, МПК E21D11/14, опубл. 15.02.89, Бюл. № 6]. Недоліком даного способу розпору піддатливого кріплення є те, що нижній елемент стійок постійного рамного кріплення у процесі розпору не бере участі, бо через нього не проходить силове навантаження. Тому після зняття підсилюючого кріплення розпірне зусилля неминуче падає і стає рівним вазі обвалених порід, а під час прохідки нових виробок воно дорівнює нулю. Таким чином, за допомогою такого способу не створюють достатній розпір кріплення, породи отримують можливість розшарування, тому над виробкою утворюється зона зруйнованих порід значних розмірів, що знижує стійкість виробки й призводить до значних зміщень порід покрівлі. Крім того, цей спосіб встановлення кріплення характеризується додатковими витратами, бо для розпору рами потрібні траверси, башмаки, розсувні стояки, а обслуговування кріплення з метою пристосування його параметрів до змінних гірничо-геологічних умов не можливе. Найбільш близьким до корисної моделі за технічною суттю та результатом, що досягається, є спосіб монтажу рамного піддатливого кріплення, який включає встановлення рами, затяжку міжрамного простору, заповнення порожнин та попередній розпір кріплення за допомогою пристрою, що монтується безпосередньо на рамі [Патент України № 35719, МПК E21D11/14, опубл. 16.04.2001, Бюл. № 3]. Недоліком цього способу є нездатність до розпору кріплення з криволінійним контуром (аркової, кільцевої форм поперечного перерізу), а також неможливість змінення параметрів кріплення при експлуатації виробки з метою їх пристосування до змінних гірничо-геологічних умов. Корисна модель вирішує задачу створення такого способу монтажу кріплення із шахтного жолобчатого профілю та його підтримування під час експлуатації виробки, який полягає у забезпеченні кріплення розпірно-піддатливими функціями протягом усього життєвого циклу виробки, отриманні інформації про розвиток геомеханічних процесів навколо виробки і стан кріплення за допомогою спостережень за деформуванням порід, утримуючих елементів та регулювальних вкладишів, діагностиці стану порід та кріплення по деформаціям вкладишів, оперативному реагуванні на змінення гірничо-геологічних умов регулюванням параметрів кріплення шляхом заміни вкладишів і розпору кріплення, що дозволить штучно створити геомеханічну ситуацію, адекватну існуючим конструкціям металевого кріплення із спеціального профілю. Це дасть змогу за рахунок ущільнення зруйнованих порід підвищити несучу спроможність металевого рамного кріплення, знизити зміщення порід у виробку, запобігти утворенню зони руйнування порід великих розмірів та, тим самим, підвищити надійність експлуатації виробки. Поставлена задача вирішується тим, що в способі підтримання у робочому стані розпірнопіддатливого кріплення із спецпрофілю, який включає встановлення рами (арки) та її силовий розпір, згідно з корисною моделлю при проведенні виробки під час складання рами (арки) з її утримуючих елементів та при експлуатації виробки під час обслуговування кріплення для забезпечення його робочого стану за допомогою гідродомкратів, які монтують безпосередньо на спецпрофілі та пересувної гідравлічної станції, виконують силове розсунення утримуючих елементів у напуску з'єднувальних вузлів, збільшують периметр до величини, що відповідає розмірам уніфікованих поперечних перерізів виробок, ущільнюють зруйновані породи, які 1 UA 84123 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 контактують з кріпленням, на глибину буферної зони й формують активний підпір зміщенням порід по контуру виробки, після цього гідродомкрати демонтують, а для збереження зусилля в рамі (арці) у з'єднувальних вузлах встановлюють знімні упори й регулювальні вкладиші, забезпечуючи, тим самим, належний опір вузлів у піддатливому режимі роботи та регулюючи їх робочу характеристику відповідно до мінливої геомеханічної ситуації; при зміщенні порід усередину виробки під час її експлуатації утримуючі елементи переміщуються у напуску з'єднувальних вузлів, периметр кріплення зменшується, регулювальні вкладиші деформуються внаслідок втрати їх стійкості й зминання, а оперативну інформацію про розвиток геомеханічних процесів у породному масиві і необхідність періодичного замінювання деформованих вкладишів й відновлення максимального опору з'єднувальних вузлів отримують за допомогою моніторингу за порожністю зруйнованих порід, глибиною буферної зони, прогинами вкладишів і утримуючих елементів кріплення та шляхом діагностики спроможності рами (арки) нести навантаження. Крім того, згідно з корисною моделлю, попередній розпір рами кріплення під час спорудження виробки виконують за ділянкою розташування прохідницького обладнання на оптимальній відстані від вибою, яка визначається за мінімумом відносної площі зони непружних деформацій порід навколо виробки з урахуванням взаємодії кріплення зі зруйнованими породами. Окрім того, згідно з корисною моделлю, періодичне замінювання деформованих вкладишів та подальші розпори рами кріплення виконують після утворення складки вкладиша внаслідок переміщення утримуючих елементів рами (арки) під дією гірського тиску до моменту вичерпання конструктивної податливості та досягнення граничної спроможності кріплення нести навантаження. Більш того, згідно з корисною моделлю, максимальний опір вкладишів під час попереднього й подальших силових розпорів рами (арки) кріплення не має перевищувати величини, яка спричиняє граничний момент, що вигинає утримуючі елементи кріплення, у пластичній стадії роботи матеріалу в найбільш небезпечному перерізі для даного типа спецпрофілю з урахуванням схеми навантаження рами (арки) та стабільності роботи вузла у піддатливому режимі. Спосіб пояснюється за допомогою креслень, на яких наведені схема виконання робіт під час монтажу арки кріплення (фіг. 1) у привибійній частині виробки, поперечний переріз А-А (фіг. 2) виробки на фіг. 1, схема замінювання деформованих вкладишів (фіг. 3) під час експлуатації виробки для одного із можливих варіантів здійснення способу з арковим металевим триелементним кріпленням із спецпрофілю. Арка кріплення виготовлена із шахтного спеціального взаємозамінювального профілю (СВП) і складається з верхняка 1 та двох стояків 2, які з'єднані внапуск вузлами піддатливості 3 підвищеного опору, що має у своєму складі пару укорочених П-подібних скоб, котрі з'єднані гайками з вигнутими у формі профілю планками. Для надання кріпленню повздовжньої стійкості арки з'єднані між собою трьома стяжками 4, а міжарковий простір перекритий затяжкою 5. Арки встановлюють після посування вибою виробки на довжину західки за традиційною технологією, а силовий розпір кріплення виконують за ділянкою розташування прохідницького обладнання 6 на оптимальній відстані від вибою L0, що розраховується за мінімумом відносної площі зони непружних деформацій 7, яка утворюється навколо виробки внаслідок розвитку геомеханічних процесів, з урахуванням взаємодії зруйнованих порід з кріпленням. Під час складання арки поблизу вибою забезпечують запас напуску верхняка 1 та стояків 2 на величину, яка визначається розміром монтажного зазору між кріпленням й породним оголенням виробки та податливістю матеріалу, яким забучують порожнечі. Для силового розпору арки безпосередньо на спецпрофіль за допомогою швидкороз'ємного ексцентрикового захвата 8 монтують гідравлічний домкрат 9, який шлангами 10 під'єднують до пересувної гідравлічної станції 11, та з їх використанням розсовують профілі верхняка 1 й стояка 2 у напуску з'єднувального вузла 3, попередньо послабивши гайки. Для забезпечення безпеки праці та полегшення процесу розсовування елементів кріплення під верхняк 1 посередині виробки встановлюють шахтну гідравлічну стійку з внутрішньою гідравлікою. Завдяки переміщенню верхняка 1 і стояка 2 периметр кріплення збільшується до величини, що відповідає розмірам уніфікованих поперечних перерізів виробок, матеріал забудування й частина зруйнованих порід зони непружних деформацій 7 ущільнюються, і в її межах утворюється буферна зона 12, яка у режимі взаємодії із металевим кріпленням запобігає подальшому розповсюдженню руйнування гірських порід у глибину масиву. Внаслідок розпору арки на ділянках контакту кріплення з породами формується активний підпір зміщенням порід усередину виробки і забезпечується рівноважний стан системи "кріплення-масив", причому 2 UA 84123 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 стояки 2 рами (арки) беруть участь у розпорі кріплення, а башмак стояка 2 вдавлюється у породи підошви. Для збереження зусилля в арці у з'єднувальних вузлах 3 встановлюють знімні упори 13 та регулювальні вкладиші 14, форму і довжину яких назначають відповідно до потрібного опору вузлів 3 у піддатливому режимі роботи кріплення. Вкладиші 14 розміщують у місці з'єднання верхняка 1 зі стояком 2, причому одним кінцем вони входять у зазор між днищами профілів утримуючих елементів, а другим - у зазор між знімним упором 13 та профілем верхняка 1 й спирається на планку упора 13. Змінюючи параметри вкладишів 14, тим самим, регулюють робочу характеристику вузлів піддатливості 3 відповідно до мінливої геомеханічної ситуації та пристосовують параметри кріплення до проявів гірського тиску безпосередньо під час спорудження виробки. При цьому максимальний опір вкладишів 14 не повинен перевищувати величину, яка спричиняє граничний момент, що вигинає верхняк 1 і стояки 2 кріплення, у пластичній стадії роботи сталі в найбільш небезпечному перерізі для даного типа спецпрофілю з урахуванням схеми навантаження рами (арки) та стабільності роботи вузла 3 у піддатливому режимі. В результаті розвитку геомеханічних процесів з часом або внаслідок зміни умов підтримання виробки, наприклад, у разі впливу очисних робіт, рівноважний стан системи "кріплення-масив" може порушуватися, тому породи, що оточують виробку, будуть переміщатися усередину виробки, а кріплення працюватиме в межах конструктивної податливості у піддатливому режимі. При цьому периметр кріплення зменшується, а регульовані вкладиші 14 деформуються внаслідок втрати стійкості й зминання у залежності від їх конструкції, форми і розмірів. У початковій стадії деформування вкладиша 14 здатність вузла 3 нести навантаження є максимальною, тобто вона дорівнює сумарному опору вузла 3 внаслідок дії затискних гайок, тертя профілів у напуску й зусилля деформування вкладиша 14. По мірі роботи вузла 3 у податливому режимі опір вкладишів 14 знижується, але за рахунок їх роботи у режимі зминання падіння спроможності кріплення нести навантаження буде незначним. Періодичне замінювання деформованих вкладишів 14 та послідуючі розпори рами кріплення виконують після утворення складки вкладиша внаслідок переміщення утримуючих елементів рами (арки) під дією гірського тиску до моменту вичерпання конструктивної піддатливостіта досягнення граничної спроможності кріплення нести навантаження. Після вичерпання конструктивної податливості або у разі заклинювання вузлів 3, кріплення починає працювати у режимі, який не передбачається правилами безпечної експлуатації виробок, що може призвести до аварійних ситуацій. Для запобігання таким ситуаціям у способі, що заявляється, передбачається постійне отримання інформації про розвиток геомеханічних процесів. Для отримання оперативної геомеханічної інформації і прийняття рішень щодо замінювання деформованих вкладишів 14 проводяться спостереження з метою контролю тріщинної порожності порід у буферній зоні 12 та виміри прогинів складки вкладишів 14 й утримуючих елементів кріплення на ділянках найбільших згинальних моментів, значення яких використовують для діагностики глибини lб буферної зони 12 й спроможності арки нести навантаження. Для відновлення робочого стану піддатливого кріплення під час експлуатації виробки безпосередньо на спецпрофіль за допомогою швидкороз'ємного ексцентрикового захвата 8 періодично монтують гідравлічний домкрат 9 та з використанням пересувної гідравлічної станції 11 розсовують у напуску вузла 3 утримуючі елементи у розпірному режимі, попередньо послабивши гайки, і знову ущільнюють породи буферної зони 12, що розшарувались внаслідок дії гірського тиску. Для гарантування безпеки робіт під верхняк 1 по осі виробки можуть встановлювати додаткові гідравлічні стояки 15 з внутрішньою гідравлікою. Далі, деформований вкладиш 16 замінюється на новий, параметри якого відповідають стану кріплення на цей час. Тим самим параметри кріплення пристосовують до проявів гірського тиску безпосередньо під час підтримання виробки. Таким чином, запропонований спосіб підтримування кріплення у робочому стані забезпечує отримання оперативної інформації про розвиток геомеханічних процесів навколо виробки, діагностику стану породного масиву та кріплення, адаптацію параметрів кріплення до змінних гірничо-геологічних й гірничотехнічних умов безпосередньо під час спорудження та підтримання виробок, тобто протягом усього терміну служби виробки. Це дозволяє підвищити надійність експлуатації виробок й досягти економії металу за рахунок зниження щільності встановлення рам (арок). У випадку заміни традиційного аркового кріплення на розпірно-піддатливе економічний ефект лише за рахунок економії матеріалу становить від 725 до 2930 грн. на 1 м виробки у залежності від базової відстані між арками та типа спецпрофілю. 60 3 UA 84123 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 20 25 30 35 1. Спосіб підтримування у робочому стані розпірно-піддатливого кріплення із спецпрофілю, що включає встановлення рами (арки) та її силовий розпір, який відрізняється тим, що при проведенні виробки під час складання рами (арки) з її утримуючих елементів та при експлуатації виробки під час обслуговування кріплення для забезпечення його робочого стану за допомогою гідродомкратів, які монтують безпосередньо на спецпрофілі, та пересувної гідравлічної станції, виконують силове розсунення утримуючих елементів у напуску з'єднувальних вузлів, збільшують периметр кріплення до величини, що відповідає розмірам уніфікованих поперечних перерізів виробок, ущільнюють зруйновані породи, які контактують з кріпленням, на глибину буферної зони й формують активний підпір зміщенням порід по контуру виробки, після цього гідродомкрат демонтують, а для збереження зусилля в арці у з'єднувальних вузлах встановлюють знімні упори й регулювальні вкладиші, забезпечуючи, тим самим, належний опір вузлів у піддатливому режимі роботи та регулюють їх робочу характеристику відповідно до мінливої геомеханічної ситуації; при зміщенні порід усередину виробки під час її експлуатації утримуючі елементи переміщують у напуску з'єднувальних вузлів, периметр кріплення зменшується, а регулювальні вкладиші деформуються внаслідок втрати їх стійкості й зминання, а оперативну інформацію про розвиток геомеханічних процесів у породному масиві і необхідність періодичного замінювання деформованих вкладишів й відновлення максимального опору з'єднувальних вузлів отримують за допомогою моніторингу за порожністю зруйнованих порід, глибиною буферної зони, прогинами вкладишів і утримуючих елементів кріплення та шляхом діагностики спроможності рами (арки) нести навантаження. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що попередній розпір рами кріплення під час спорудження виробки виконують за ділянкою розташування прохідницького обладнання на оптимальній відстані від вибою, яка визначається за мінімумом відносної площі зони непружних деформацій порід навколо виробки з урахуванням взаємодії кріплення зі зруйнованими породами. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що періодичне замінювання деформованих вкладишів та подальші розпори рами кріплення виконують після утворення складки вкладиша внаслідок переміщення утримуючих елементів рами (арки) під дією гірського тиску до моменту вичерпання конструктивної піддатливості та досягнення граничної спроможності кріплення нести навантаження. 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що максимальний опір вкладишів під час попереднього й подальших силових розпорів рами (арки) кріплення не має перевищувати величини, яка спричиняє граничний момент, що вигинає утримуючі елементи кріплення, у пластичній стадії роботи матеріалу у найбільш небезпечному перерізі для даного типу спецпрофілю з урахуванням схеми навантаження рами (арки) та стабільності роботи вузла у піддатливому режимі. 4 UA 84123 U 5 UA 84123 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 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 6