Способ крепления горной выработки в условиях повышенных напряжений и удароопасности пород

 

СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ ГОРНОЙ ВЫРАБОТКИ В УСЛОВИЯХ ПОВЫШЕННЫХ НАПРЯЖЕНИЙ И УДАРООПАСНОСТИ ПОРОД, включающий проходку выработки, перераспределение напряжений в ее окрестности с помощью разгрузочных щелей, заполнение их податливым материалом и возведение постоянной крепи, о тличающийся тем, что, с целью повышения эффективности крепления при проходке горной выработки путем приведения пород вблизи выра ботки в неудароопасное состояние и снижения затрат на крепление, разгрузочные щели вьшолняют в процессе проходки на диаметрально противоположных стенках ствола перпендикулярно направлению максимальных напряжений , затем возводят временную податливую крепь, после чего герметично перекрывают заполненные податливым материалом щели податливой опалубкой , причем разгрузочные щели вьшолняют с наклоном к оси выработки в разные стороны под углом оС , определяемым из соотношения /dp I где g - вертикальные максимальные напряжения j - горизонтальные максимальные напряжения.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (д)) Е 21 D 13/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbfTHA Ъ " -: Л> ь с)»

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3480784/22-03 (22) 10.08.82 (46) 30.03.84. Бюл. 9 12 (72) И.M.Ïåòóõoâ, Б.Ш.Винокур, Ю.М.Басинский, В.А.Борисовец, А.А.Филинков, Э.Н.Кулигин и В.А.Генкин (71) Всесоюзный ордена Трудового

Красного Знамени научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела (53) 622.832 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 825982, кл. Е 21 D 9/00, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР

У 641 109, кл. Е 21 D 13/02, 1973 (прототип). (54) (57) СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ ГОРНОЙ

ВЫРАБОТКИ В УСЛОВИЯХ ПОВЫШЕННЫХ НАПРЯЖЕНИЙ И УДАРООПАСНОСТИ ПОРОД, включающий проходку выработки, перераспределение напряжений в ее окрестности с помощью разгрузочных щелей, заполнение их податливым материалом и возведение постоянной крепи, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности крепления при проходке горной выработки путем приведения пород вблизи выра ботки в неудароопасное состояние и снижения затрат на крепление, разгрузочные щели выполняют в процессе проходки на диаметрально противоположных стенках ствола перпендикулярно направлению максимальных напряжений, затем возводят временную податливую крель, после чего герметично перекрывают заполненные податливым материалом щели податливой опалубкой, причем разгрузочные щели выполняют с наклоном к оси выработки в разные стороны под углом d., определяемым из соотношения g 0 = б / Г где 8 — вертикальные максимальные напряжения;

6 — горизонтальные максимальные напряжения.

1082960

Изобретение относится к орной промышленности и может быть использовано для разгрузки массива от напряжений при сооружении горных выработок, например, вертикальных шахт- 5 ных стволов и их крепления в условиях повышенных напряжений и удароопас15 ности пород.

Известен способ разгрузки капитальных выработок, расположенных под угольным пластом, включающий проведение вспомогательных выработок и бурение из них по пласту для cosдания щели разгрузочных скважин малого и большого диаметра (1g.

Недостатком является то, что известный способ обеспечивает разгрузку массива пород вблизи горной выработки, и для его осуществления необходимо наличие угольного пласта или слабого слоя пород и кроме того, проведение вспомогательных вырабо-ток, что в условиях удароопасных пород приведет к дополнительной концентрации напряжений и существенно снизит эффект разгрузки.

Наиболее близким к предлагаемому является способ разгрузки контура выработок от напряжений, включающий проходку выработки, перераспределе- 50 ние напряжении с помощью разгрузочных щелей, заполнение их податливым материалом и возведение постоянной крепи 32 ).

Недостатком указанного способа З5 является только частичная ранг@;-.Зка массива от одного вида напряжеиий.

Так, например, при вертикальной щели разгрузка происходит только от горизонтальных напряжений, а вертикаль-40 ные остаются без изменения. При выполнении горизонтальной или наклонной щели разгрузка происходит в основном от вертикальных напряжений на небольшом по протяженности участ- 45 ке выработки. Для разгрузки всего удароопасного участка ствола необходимо при этом способе выполниФь большое число разгрузочных щелей.

Цель изобретения — повышение эффективности крепления при проход-ке горной выработки путем приведения пород вблизи выработки в неудароопасное состояние и снижение затрат на крепление. 55

Указанная цель достигается тем, что согласно способу крепления горной выработки в условиях повышенных напряжений и удароопасности пород, включающем проходку выработки, перераспределение напряжений в ее окрестности с помощью разгрузочных щелей, заполнение их податливым материалом и возведение постоянной крепи, разгрузочные щели выполняют в процессе проходки на диаметрально противоположных стенках ствола перпендикулярно напфйвлению максимальных напряжений, затем возводят временную податливую крепь, после чего герметично перекрывают заполненные податливым материалом щели падатливой опалубкой, причем разгрузочные щели выполняют с наклоном к оси выработки в разные стороны под углом oL, определяемым из соотношения 4 +- 6 г где 65 — вертикальные максимальные напряжения;

Ьг — горизонтальные максимальные напряжения.

На фиг. 1 изображена схема осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — схема наклона разгрузочной щели к оси ствола под углом с(Способ осуществляют следующим образомм.

Вертикальная выработка 1 при его углубке заходками на участке протяженностью менее двух диаметров крепят временно податливой крепыш 2 (например, металлической сеткой на анкерах). На диаметрально противоположных стенках ствола, перпендикулярно направлению максимальных напряжений, разделывают наклонные под углом к оси выработки в разные стороны зигзагообразные щели 3, которые образуют вокруг ствола разгруженную от повышен" ных напряжений зону 4, затем щели 3 перекрывают податливой опалубкой 5 из транспортерной ленты и заполняют податливым материалом 6, например, из опилко-песчано-цементной смеси.

На удалении от забоя 7 выработки, равном не менее двух его диаметров, устанавливают облегченную крепь 8.

После образования наклоненных к оси выработки и заполненных податливым материалом щелей, каждая точка массива пород, прилегающего к выработке, под действием вертикальных и горизонтальных напряжений перемещается не только по вертикали, но и по горизонтали, что приводит к одновре3 1С82 менной разгрузке от вертикальных и горизонтальных напряжений. Величина напряжений на контуре выработки резко уменьшается, а их экстремальная концентрация переносится вглубь массива.

По мере разгрузки от напряжений податливый материал в щелях постепен,но сжимается, а сами щели сужаются., Наличие в щелях податливого материала препятствует произвольному обру- 1О шению пород вокруг щелей, т.е. процесс разгрузки становится управляемым. Ha"" клон щелей определяется из соотношения вертикальных и горизонтальных нап яжений

960 4 полученная формула работает во всем диапазоне изМенения горизонтальных и вертикальных напряжений.

Разделка на диаметрально противоположных стенках выработки наклоненных в разные стороны под углом зигзагообразных щеЛей, обеспечивает равномерное оседание массива пород вблизи выработки. Заполнение щели податливым материалом производят после возведения временной податливой крепи и перекрытия устья щели податли вой опалубкой. Разделка разгрузочной щели приводит к перераспределению напряжений вокруг выработки.

Поэтому в этот период для обеспечения безопасности работ ствол должен быть закреплен временной податливой крепыш, предотвращающей возможное обрушение пород и не препятствующей разгрузке массива пород от высоких напряжений. В этой связи щель также перекрывается податливой опалубкой, для того чтобы смыкание щели, а спедовательно, и разгрузка пород от напряжений происходили беспрепятственно.

Отставание от забоя постоянной крепи на величину не менее двух диаметров ствола принято, исходя из закона затухания деформаций, который выражается формулой

-с"

e=e, е

P f5 с = 68/б,i где 6 — вертикальные;

Ьг — горизонтальные максимальные напряжения.

Рассмотрим общий случай, когда в точке А, расположенной на стенке ствола, действует одновременно вертикальное 6> и горизонтальное 6 наГ пряжение. Суммарная равнодействующая от напряжений 6 В и 5г будет 6 . д5

В параллелограмме стороны AD и СВ равны 6, а равнодействующая направлена под углом СС к горизонту, который определяется из треугольника АВС по формуле 1 0 -46 (bг. Разгрузочная 30 щель должна быть расположена перпендикулярно действию равнодействующей

Й . В этом случае эффект разгрузки будет максимальный. Поскольку углы

DBC и АВЕ равны 90 и имеют один

35 общий угол ABD, то на основании теоремы равенства углов со взаимно перпендикулярными сторонами угол DBE равен углу АВС, т.е. Ы . Линия )) В совпадает с вертикальной осью выработ4 ки. Следовательно, щель должна быть наклонена к вертикальной оси под углом о, который может быть определен из выражения 1 К=6 / „.Нетрудно убедиться, что при равенстве вертикальнык и горизонтальных напряжений разгрузочная щель должна быть расположена под углом 45 z вертикальной оси выработки. Если действуют преимущественно горизонтальные напряжения (т.е. 50

6<=0) то o(, тоже стремится к нулю и щель должна быть расположена вертикально. При действии в основном вертикальных напряжений (4„ = О) разгрузочная щель должна быть расположена

55 горизонтально, так как Ы в этом слуо чае стремится к 90. Таким образом, где Š— относительная деформация расширения пород по нормали к щели на удалении от забоя ствола;

Е© — максимальная относительная деформация данного типа пород у забоя ствола; — расстояние от забоя ствола; о — ширина щели; с — постоянный коэффициент.

Практически до установки постоянной крепи на расстоянии двух диаметров ствола в условиях прочных удароопасных пород происходит почти полная их разгрузка от напряжений.

Все это в конечном итоге приводит породы вблизи ствола в неудароопасное состояние и позволяет применять для крепления ствола более облегченные и дешевые крепи.

1С82960

Рт рузачнаю а юь ф

Составитель Н.Иванова

Редактор Ю.Середа Техред Л.Коцюбняк Корректор В.Гирняк

Заказ 1706/31 Тираж 43б Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4