Способ крепления и проходки подготовительных выработок

 

СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ И ПРОХОДКИ ПОДГОТОВИТЕЛЬНБ1Х ВЫРАБОТОК , включающий сооружение монтажной камеры, установку в ней рабочего оборудования , заделку в породу несущих элементов крепления выработки и выемку породы под защитой несущих элементов, отличающийся тем, что, с целью увеличения скорости проведения подготовительных выработок, заделку несущих элементов крепи в породу производят путем установки металлических труб в скважины, предварительно пробуренные по контуру подготовительного забоя параллельно продольной оси проводимой выработки, при этом вслед за выемкой породы между несущими элементами в щахматном порядке с образованием окон производят установку распорных элементов, причем в этих окнах производят бурение и крепление разгрузочных скважин. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4Ш. Е 21 D 1114

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABT0PGH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТБЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3655919/22-03 (22) 24.10.83 (46) 15.02.85. Бюл. № 6 (72) В. Г. Горельцев, В. В. Миронов, Б. В. Цыплаков, Ю. В. Казанский, Ю. Ф. Бусаров, В. И. Постников, В. А. Слюняев и В. П. Шапошников (53) 622.281.5 (088.8) (56) 1. Мельников Н. И. Проведение и крепление подготовительных выработок. М., «Недра», 1972, с. 239-245, рис. 122, 123.

2. Эткин С. М., Симоненко В. М. Сооружение подземных выработок проходческими щитами. М., «Недра», 1980, с. 165-174, рис. 6, 1, 6.2 (прототип). (54) (57) СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ И ПРОХОДКИ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК, включающий сооружение монтаж,.SU„„1139856 А ной камеры, установку в ней рабочего оборудования, заделку в породу несущих элементов крепления выработки и выемку породы под защитой несущих элементов, отличающийся тем, что, с целью увеличения скорости проведения подготовительных выработок, заделку несущих элементов крепи в породу производят путем установки металлических труб в скважины, предварительно пробуренные по контуру подготовительного забоя параллельно продольной оси проводимой выработки, при этом вслед за выемкой породы между несущими элементами в шахматном порядке с образованием окон производят установку распорных элементов, причем в этих окнах производят бурение и крепление разгрузоч- . ных скважин. ф

1139856

Изобретение относится к горному делу и может использоваться при креплении и проведении подготовительных горных выработок.

Известен способ проходки и крепления подготовительных выработок при помощи проходческого комбайна с возведением крепи в подготовительном забое после выемки породы из него, включающий выемку и удаление породы из подготовительного забоя на некоторую величину (глубину), а затем возведение согласно паспорта крепления отдельных рам штрековой крепи, которые располагают в плоскости, перпендикулярной продольной оси проводимой выработки. Установке основной штрековой крепи может предшествовать возведение временной поддерживающей крепи, которая передвигается совместно с подвиганием подготовительного забоя (1) .

Недостатки способа — низкие темпы проходки, нерациональное использование проходческой техники, высокие затраты на крепление.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ крепления и проходки подготовительных выработок, включающий сооружение монтажной камеры, установку в ней рабочего оборудования, заделку в породу несущих элементов крепления выработки и выемку породы под защитой несущих элементов (2).

Недостаток данного способа обусловлен низкой скоростью проведения подготовительных выработок.

Цель изобретения — увеличение скорости проведения подготовительных выработок.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу крепления и проходки подготовительных выработок, включающему сооружение монтажной камеры, установку в ней рабочего оборудования, заделку в породу несущих элементов крепления выработки и выемку породы под защитой несущих элементов, заделку несущих элементов крепи в породу производят путем установки металлических труб в скважины, предварительно пробуренные по контуру подготовительного забоя параллельно продольной оси проводимой выработки, при этом вслед за выемкой породы между несущими элементами в шахматном порядке с образованием окон производят установку распорных элементов, причем в этих окнах производят бурение и крепление разгрузочных скважин.

На фиг. 1 показана монтажная камера, согласно изобретению, обгций вид; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3— часть монтажной камеры с установленными в массиве металлическими трубами; на фиг. 4 — разрез Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5— узел 1 на фиг. 3; на фиг. 6 — часть пройденной выработки с установкой распорных элементов; на фиг. 7 — разрез В-В на фиг. 6; на фиг. 8 — узел II на фиг. 7; на фиг. 9 — часть готовой выработки; на фиг. 10 — разрез Г-Г на фиг. 9; на фиг. 11вид выработки при эксплуатации.

Цикл крепления и проходки подготовительной выработки осуществляют следующим образом.

Первоначально разделывают (устраивают) монтажную камеру 1 (фиг. 1) известным способом. При этом сначала.производят выемку породы из забоя проходческим комбайном и ее удаление, а затем останавливают комбайн и производят крепление выработки у груди подготовительного забоя кольцевой металлической крепыш 2 с перетяжкой кровли и боков деревянной затяжкой 3. В конкретном случае конструкция крепи 2 для монтажной камеры 1 при20 нята жесткой и металлической. Форма монтажной камеры 1 является круглой, поэтому она и обуславливает применение кольцевой металлической крепи 2. Монтажную камеру 1 проходят небольшой длины в пределах 5-7 м и ее длина обуславливается возможностью размещения в ней необходимого технологического проходческого оборудования (бурильного станка, проходческого комбайна) . Сечение монтажной камеры 1 несколько больше сечения провозц димой в дальнейшем подготовительной выработки. Это делается для того, чтобы из монтажной камеры 1 было удобнее бурить горизонтальные скважины 4 (фиг. 3) в породном массиве 6 подготовительного забоя.

Ç5 Далее в монтажной камере 1 устанавливают бурильный станок, например, типа

ДС-4 или СБД (условно не показан) и при помощи его производят бурение в породном массиве 6 подготовительного забоя горизонтальных скважин 4, т.е. скважины 4 (фиг. 3) бурят параллельно продольной оси проводимой выработки. По контуру подготовительного забоя скважины 4 располагают так, как показано на фиг. 4. Одновременно с бурением скважин 4 произ45, водят их обсадку металлическими трубами

5 (фиг. 3), каждая из которых имеет длину в 0,7-1-,0 м. Соединение отдельных труб

5 между собой в продольный став показано в двух вариантах (вариант а, вариант б) на фиг. 5. При варианте а металлические трубы 5 просто стыкуются между собой, для этого они выполнены с необходимыми расточками (с обработкой резцом на токарном станке) по концам. При варианте б соединение отдельных металлических труб у 5 в единый став осуществляют при помощи резьбы (резьбовых соединений), которая образована также с обоих концов каждой отдельной трубы 5 (фиг. 5).

1139856

Ставы продольных металлических труб

5, образованные указанным путем в породном массиве 6 подготовительного забоя по его контуру, в дальнейшем будут основными несущими элементами крепи проводимой подготовительной выработки. В настоящий момент ставы труб 5 используют для осушения породного массива 6 подготовительного забоя, ибо по трубам стекает вода из массива. Для повышения водоотдачи породного массива 6 и скорейшего его осушения металлические несущие трубы 5 могут выполняться перфорированными, т.е. трубы 5 имеют небольшие отверстия, которые лишь незначительно снижают их несущую способность, увеличивая при этом водоотток из породного массива 6. Глубина бурения горизонтальных скважин 4 (фиг. 3), и заделки в них металлических труб 5 обуславливается возможностью бурения проходческого оборудования (бурильного станка), т.е. его производительностью.

На современном этапе развития техники глубина бурения бурильным станком горизонтальных скважин 4 может достигать

100 и более метров.

Пока производят бурение горизонтальных скважин 4 с заделкой в них металлических несущих труб 5 и осуществляют опережающее осушение породного м ассива

6 из монтажной камеры 1, выполняются работы по монтажу проходческого комбайна (не показан) в монтажной камере 1.

Кроме того, одновременно с этим ведется осушение пород с дневной поверхности в районе, намечаемом к проведению выработки, путем бурения глубинных скважин с поверхности (не показаны) и установкой в них глубинных насосов. Таким образом, до момента проходки выработки проходческим комбайном породы массива уже оказываются осушенными. Вести проходку по обводненным породам не рационально, а порой и невозможно.

Далее включается в работу проходческий комбайн (условно не показан), и те° перь он (в отличие от аналога) может работать непрерывно, т.е. его для производства работ, связанных с креплением выработки, можно не выключать, так как основные несущие элементы крепи (металлические несущие трубы 5) уже возведены в породном массиве 6 подготовительного забоя. Окончательное возведение крепи заканчивается после установки между ставами продольных труб 5 распорных элементов 7, .которые ставят за комбайном и в шахматном порядке (фиг. 6). Таким образом, согласно предлагаемому способу крепление и проходка выработки осуществляются параллельно, т.е. процесс крепления выработки не сдерживает проходку (проведение) выработки. При этом проходческая техника используется рационально, так как уменьшаются бесполезные простои комбайна за счет совмещения по времени выполнения основных операций проходческого цикла.

После установки распорных элементов

7 между ставами продольных труб 5 в выработке за комбайном образуется как бы крепь полигональной формы (фиг. 7). Конструкция распорных элементов 7 приведена в двух вариантах (вариант а, вариант б) на фиг. 8.

При варианте а распорный элемент 7— это прямолинейный отрезок из двутавра, по концам которого приварены опорные пластины криволинейной формы для луч15 шего взаимодействия с металлическими трубами 5.

При варианте б распорный элемент 7это деревянная распорка с круглыми выемками под металлические трубы 5 по концам.

Распорные элементы 7 устанавливают в

20 шахматном порядке (фиг. 6) и поэтому между ними образуются окна. Указанная технология возведения крепи (как было указано) приводит к образованию в выработке как бы полигональной крепи, кото25 рая имеет высокую несущую способность.

Кроме того, возводимая в выработке крепь за счет ставов продольных труб 5 имеет единую жесткую пространственную систему, что также повышает ее усто йч и вость при эксплуатации. При такой технологии возведения крепи форма проводимой выработки - исключает влияние на форму (конфигурацию) элементов крепи. Например, в конкретном случае форма выработки полигональная, т.е. в приближении эту форму можно считать криволинейной (круглой), 35 а все элементы данной крепи прямолинейные, что упрощает технологию их изготовления и снижает затраты при этом. При других известных способах крепления нужна была бы кольцевая (круглая) крепь, 4О например, приведенная на фиг. 1 и 2.

При выемке комбайном породы из породного массива 6 подготовительного забоя и последующем ее удалении достигается максимальная безопасность выполнения работ в околозабойном пространстве.

45 Это обуславливается тем, что призабойное пространство уже перекрыто защитной крепыш, т.е. ставами продольных труб 5, которые впереди забоя опираются на породы массива 6, а позади комбайна связаны жестко распорными элементами 7.

Снижения эксплуатационных качеств пройденной выработки (фиг. 9) не происходит со временем ее эксплуатации, так как возведенная в выработке крепь имеет жесткую конструкцию и поэтому (исключая деформации крепи) сечение ее не уменьшается в период службы, т.е. сечение выработки остается таким, каким оно было первоначально в момент ее проходки.

1139856

После того, как выработка пройдена на всю длину продольных ставов металлических труб 5 (100 и более метров), цикл проходческих операций повторяется вновь в той же последовательности, т.е. вновь разделывают монтажную камеру 1, бурят горизонтальные скважины 4 с обсадкой их металлическими трубами 5, потом производят выемку пород комбайном из породного массива 6 и ее удаление из забоя, а вслед за движением комбайна. устанавли- 10 вают распорные элементы 7 в шахматном порядке.

Для повышения устойчивости проводимой выработки при ее эксплуатации с отставанием от подготовительного забоя также производят бурение разгрузочных скважин 8 с обсадкой их уже металлическими охранными трубами 9 (фиг. 9 и 10).

Эти разгрузочные скважины 8 бурят между окнами распорных элементов 7 в бока выработки на определенную глубину. Раз- gp грузочные скважины 8 с охранными трубами 9 необходимы для того, чтобы произвести разгрузку окружающего выработку массива от напряжений горного давления. Под воздействием горного давлЕния металлические охранные трубы 9 снимаются в разгру- 5 зочных скважинах 8 и, таким образом, плотность окружающих пород в единице объема в массиве уменьшаетея, т.е. концентрация напряжений в массиве снижается. В результате разгрузочные скважины 8 с ме- ЗО таллическими охранными трубами 9 за счет смятия последних как бы компенсируют податливость, необходимую жесткой крепи в выработке. Вместо металлических охранных труб 9 в разгрузочных скважинах 8 могут использоваться деревянные проб-З5 ки (условно не показаны), которые при концентрации в массиве напряжений горного давления также сминаются, чем и осуществляется разгрузка массива. Вид выработки после длительной эксплуатации показан на фиг. 11, где металлические охранные трубы 9 уже полностью смялись. При таком способе охраны проведенной выработки достигается надежное состояние жесткой крепи в ней и в итоге достигается устойчивость самой выработки в период 4g ее службы. Глубина бурения разгрузочных

6 скважин 8 и обсадка их металлическими охранными трубами 9 зависит в каждом конкретном случае от горно-геологических условий и она определяется величиной (длиной) зоны влияния опорного давления лавы, так как при ее подвигании выраббтка попадает в зону влияния очистных работ.

Например, для условий Подмосковного бассейна зона влияния опорного давления лавы составляет: для легких горно-геологических условий 4-6 м, для средних 8-12 м, для тяжелых до 25 м. Глубина разгрузочных скважин 8 должна соответствовать указанным величинам соответственно горно-геологическим условиям. Металлические охранные трубы 9 имеют меньшую прочность и несущую прособность, чем основные металлические несущие трубы 5, так как они при эксплуатации должны сминаться горным давлением и компенсировать таким образом как бы податливость жесткой крепи.

Демонтаж крепи в выработке при ее погашении осуществляют путем извлечения распорных элементов 7 и разъединения на отдельные трубы 5 продольных трубчатых ставов.

Наиболее эффективная область применения предлагаемого способа крепления и проходки подготовительных выработок— это проведение профилированных подготовительных выработок, предназначенных для электровозной откатки, которые проходят строго горизонтальными. К ним относятся, например, капитальные выработки главных направлений.

Применение данного способа по сравнению с прототипом позволяет проходить выработку при прочных и весьма обводненных горных породах, когда вдавливать ro. товые звенья крепи в такой породный массив (как в прототипе) невозможно, а вести проходку (как в аналоге) по обводненным условиям также невозможно. Указанный способ более оптимален, ибо при нем бесполезные потери рабочего времени сведены до минимума и осушение породного массива ведется параллельно (совместно) с возведением основных несущих элементов будущей крепи подготовительной выработки.

1139856

ФЬг. 2 иг.

1139856

1139856

1139856

Рог. 7

Фиг.8

1139856

113985б

1139856

Составитель Л. Березкина

Редактор М. Келемеш Техред И. Верес Корректор Г. Огар

Заказ 29/24 Тираж 482 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )K — 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП <Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, .4