Способ крепления горной выработки
Изобретение относится к горному делу и м.б. использовано для крепления выработок. Цель - повышение эксплуатационной надежности крепи (К). После установки рамной К 1 производят ее усиление в продольном направлении пропорционально периодическому изменению смещений пород (СП) по длине выработки. Усиление производят, используя съемные элементы межрамного усиления. На замерных рамах f( определяют СП кровли для определения зон повышенного опорного давления и в этих зонах производят усиление рам в вертикальной плоскости. Несущую способность межрамного усиления для каждой рамы определяют по формуле Рус=Ррасч. + К (UI/UMHH). где Рус - несущая способность межрамного усиления; Ррасч. - расчетное сопротивление податливости К; Ui - замеренное С пород на 1-й замерной раме; UMMH - минимальное СП на раме, периодически повторяющееся вдоль выработки; К - коэффициент кривизны продольного профиля кровли выработки. 2 ил.слс
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК ((9) (11) (5()5 Е 21 0 11/00
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4793239/03 (22) 15;02.90 (46) 15.02.92. Бюл. ЬЬ 6
{71) Московский горный институт (72) Ю.И.Бурчаков, В.Е.Зайденварг, И.Л,Черняк и И.Б.Усан-Подгорнов (53) 622.281 (088.8) (56) Черняк И:Л.,Бурчаков Ю.И, Управление горным давлением в подготовительных выработках глубоких шахт. M.: Недра, 1984, с,24-25.
Авторское свидетельство СССР
М 1195008, кл, Е 21 0 11/14, 1985. (54) СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ ГОРНОЙ ВЫРАБОТКИ (57) Изобретение относится к горному делу и м.б. Использовано для крепления выработок. Цель — повышение эксплуатационной надежности крепи (К). После установки рамИзобретение относится к горной промышленности, в частности к способу крепления горных выработок на глубоких горизонтах, испытывающих влияние очистных работ в условиях интенсивного смещения боковых пород.
Известен способ. крепления горной выработки в зоне влияния очистных работ, при котором при проведении устанавливают рамную крепь, а впереди очистного забоя ее усиливают металлическими податливыми стойками типа Т, ГС или другими с аналогичными характеристиками. Усиление производят равномерно путем установки под каждую раму одной или двух стоек усиления. ной К 1 производят ее усиление в продольном направлении пропорционально периодическому изменению смещений пород(СП) по длине выработки. Усиление производят, используя сьемные элементы межрамного усиления. На замерных рамах К определяют
СП кровли для определения зон повышенного опорного давления и в этих зонах производят усиление рам в вертикальной плоскости. Несущую способность межрамного усиления для каждой рамы определяют по фоРмУле Pyc=Ppacs. + К {0Г/0мин), где Рус несущая способность межрамного усиления: Ррасч, — расчетное сопротивление податливости К; Ul — замеренное С пород на
i-й замерной раме; 0мии — минимальное СП на раме, периодически повторяющееся вдоль выработки; К вЂ” коэффициент кривизны продольного профиля кровли выработки.
2 ил. амй ,)
Однако полная устойчивость крепи не достигается, поскольку в зоне влияния очистных работ на каждую раму помимо возрастающей вертикальной нагрузки действует © возрастающая горизонтальная составляющая. косонаправленного давления горных пород, которая создает опрокидывающий момент е крепи и деформаиию скртчиаааник (;» ее элементов. К тому же равномерное усилеwe каждой рамы не соответствует фактически имеющему место неравномерному проявлению опорного давления вдоль выработки.
Наиболее близким к предложенному способу является способ крепления горной выработки в зоне влияния очистных работ, заключающийся в установке при проходке
1712617 выработки податливой рамной крепи, проведении в выработке замеров смещений пород кровли для определения эон повышенного опорного давления и усилении рамной крепи в вертикальной плоскости в этих зонах.
Однако известный способ имеет следующие недостатки. Практика крепления горных выработок показывает, что происходит потеря продольной устойчивости рамной крепи вследствие скручивания . профиля ее элементов и ОпрокИдывания рам в виду недостаточной прочности межрамных связей, что нередко влечет за собой внезапное обрушение пород или неоднократное перекрепление выработки, Для подготовительных выработок в зоне влияния очистных работ характерен не дискретный вид смещений порбд кровли вдоль выработки, равной шагу обрушения основной кровли, а непрерывно волнообразно изменяющийся. Поэтому реКомендуемое оставление рамной крепи без усиления на
Отдельных интервально йовторяющихся ,участках выработки является нерациональным.
Целью изобретения является обеспечение устойчивости выработки путем повышения эксплуатационной надежности крепи в зоне влияния очистных работ.
Поставленная цель достигается тем, что в способе крепления горной выработки в зоне влияния очистных работ,. заключаю. 4емся в установке при проходке податливой рамкой крепи, проведении в выработке замеров смещений пород кровли для определения зон повышенного опорного давления и усилении рамной крепи в вертикальной плоскости в этих зонах, в зоне повышенного опорного давления дополнительно усиливают рамную крепь в продольном направлении пропорционально периодическому непрерывному изменению смещений по длине выработки в этой зоне путем установки дополнйтельных сьемных элементов межрамного усиления;при этом несущую способность межрамного усиления определяют по каждой раме, исходя из максимального. искривления продольного профиля выработки и смещений по следующей формуле;
Рус Ррасч к Ui/0мин, где Рус — несущая способность межрамного усилия, кН;
Ррасч — расчетное сопротивление податливости рамной крепи, кН;
U — смещение пород кровли по замерам на i-й раме, мм;
U » — минимальное смещение на раме, периодически повторяющееся вдоль выработки, мм;
k — коэффициент, учитывающий кривизну продольного профиля кровли выработки (безразмерная величина).
Позади очистного забоя элементы межрамного усиления снимают и переносят для повторной установки на другие тождественные по смещениям рамы впереди передвигающегося очистного забоя.
10
Численное значение коэффициента k можно получить по данным шахтных замеров или расчетом по эмпирической формуле
На фиг. 1 изображена схема искривленного профиля кровли вблизи очистного за15 боя; на фиг. 2- график изменений смещений пород кровли выработки по данным шахтных инструментальных наблюдений.
На раму крепи 1 действует косонаправленное давление. пород кровли Р, направ20 ленное перпендикулярно касательной к искривленному контуру кровли 2 в точке приложения нагрузки 0 вблизи очистного забоя 3. Силу Р в декартовой системе координат XOY можно разложить на две состав25 ляющие: Рх и Ру, Составляющей давление Ру противостоит сопротивление податливости
РаМЫ 1, РаВНОй Ррасч, Э СОСтаВЛЯЮЩЕй Рх несущая способность элементов межрамного усилия 4 (стяжек, распорок), равная Рус, 30 Очевидная зависимость Pyc:k Ррасч„где k— коэффициент кривизны продольного профиля кровли выработки (тангенс угла наклона касательной в точке О), Шахтными инструментальными измере35 ниями установлено, что при подвигании очистного забоя в зоне его влияния в подготовительной выработке происходят смещения пород кровли, имеющие по длине выработки волнообразный характер с опре40 деленным периодом Т(см.фиг.2), в пределах которого для рамы А смещения пород кровли минимальны 0м н, для рамы В максимальны
0макс, а для рам в промежутке между ними, например С составляют Оь причем выполня45 ется неравенство Омин < Ul < Омакс. В сооТветствии с этим будет неодинаковым по длине выработки требуемое межрамное усиление. Для рамы В с максимальной велиЧИНОй СМЕЩЕНИЙ 0макс Этс УСИЛЕНИЕ ПО НЕ50 сущей способности будет больше, чем для рамы А с минимальными смещениями Омин
S Омакс/Омин Раз, СоотавтСтВЕННО ДЛЯ РаМЫ
С величиной смещений Ui- в U /0мин раз.
Тогда несущую способность межрамного
55 усиления можно определить для любой рамы по формуле (1).
1712617 (2) н.к п1 + 50 5 у mî.ê/Rî.ê
I ехр (1.04 у Н/RH.к + 0,04 m
10
1
К— с1 04 25 . 10 1000 +004 15 +50525 10 34
42 1,24 81 — 0,185 . т.д
50 где у- удельный вес пород кровли, MH/ì ;
Вн.к и Ro.ê — соответственно предел прочности на одноосное сжатие пород непосредственной и основной кровли, МПа;
Н вЂ” глубина заложения выработки, м; вн.к, во.к и m — соответственно мощность пород непосредственной и основной кровли и вынимаемая мощность угольного пласта, м.
Предлагаемый способ крепления горной выработки в зоне влияния очистных работ заключается в следующем.
Одновременно с проведением выработки по всей ее длине устанавливают металлическую рамную податливую крепь 1. Путем проведения кратковременных замеров сме щеиий пород по реперным контурным станциям или величин замков рам при отходе очистного забоя от разрезной печи устанавливают периодичность проявлений горного давления и величины смещения пород кровли для каждой рамы участка замеров на интервале, равном периоду их изменения.
По результатам замеров или расчетом по формуле (2) определяют значение коэффициента k. Затем по формуле (1) рассчитывают для каждой рамы необходимую несущую способность межрамного усиления и в соотРассчитываем по формуле (1) несущую способность межрамного усиления: для рамы В с U»«Py 320 0.185 630/370- 100,8 кН: для рамы С с Ui Рус =
320 0.185 500/370= 80 кН; для рамы А О и =
- 320 0,185 370/370- 59,2 кН.
Таким образом рассчитывают усилие остальных промежуточных рам и в соответствии с этим в зоне влияния очистных работ одновременно с установкой устанавливают дополнительные элементы межрамных связей с полученной расчетной несущей способностью, обеспечивающей продольную устойчивость крепи. Позади очистного забоя по мере его подвигания элементы межрамного усиления снимают и переносят для повторной установки на другие тождествен. ные по смещениям рамы впереди очистного забоя. Например. снимают межрамное усилие рамы с максимальными смещениями ветствии с результатами этих расчетов осуществляют установку сьемных элементов межрамного усиления по длине выработки в зоне повышенного опорного давления, создаваемого очистным забоем при его подвигании. Одновременно рамную крепь усиливают известным способом в вертикальной плоскости. После прохода очистного забоя и уменьшения интенсивности смещений элементы межрамного усиления снимают и перейосят для. повторной установки на другие тождественные по смещению рамы в зоне повышенного опорного давления впередй передвигающегося очистного забоя.
Пример. В 4-й южной бортовой выработке блока ЬЬЗ шахты им.А.Г.Стаханова ПО."Красноармейскуголь", как установлено шахтными инструментальными наблюдениями, период изменения смещения
Т равен 20 м; 0»щ 630; UMvltl 370 мм и для
- произвольно выбранной рамы Ц - 500 мм.
Выработка при проходке закреплена арочной податливой крепыш КМП-А5 с Рр ч. 320 кН.
25 Определяем по формуле (2) значение коэффициента k, учитывая, что у= 2 5 10 2
НМ/м;йи.к42МПа;В0к.=81МПа; Н 1000 м; mH. " 15 м; m = 1,24 м; в0.к = 34 м;
0»кс позади забоя и устанавливают на со30 ответствующую раму с U»«впереди забоя, усиление с рамы с минимальными смещениями пород кровли U«H позади забоя устанавливают на раму с UMgq впереди забоя и.Предложенный способ крепления горной выработки в зоне влияния очистных работ позволяет повысить эксплуатационную надежность податливой рамной крепи и обеспечить безрамное поддержание выработки.
По сравнению с прототипом благодаря установке элементов межрамного усиления с несущей способностью, пропорциональ- ной смещениям пород кровли, крепь приобретает способность противостоять изменяющейся горизонтальной составляющей косонаправленного давления горных пород, что исключает возможность ее выхода из строя вследствие потери продольной устойчивости отдельных рам в зоне влияния очистных работ.
Редактор О.Спесивых Техред «ЧГМоргентал Корректор Э.Лончакова
Заказ 520 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комигета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул.Гаг «рина, 101
Формула изобретения
Способ крепления горной выработки включающий установку податливой рамной крепи и ее усиление в продольном направлении, определение на замерных рамах смещений пород кровли для определения зон повышенного onop»oro давления и усиление рамной крепи в вертикальной плоскости в этих зонах, о т л и ч а «о шийся тем; что, с целью повышения эксплуатационной надежности крепи, усиление рамной крепи в продольном направлении призводят пропорционально периодическому изменению смещений пород по длине выработки путем установки съемных элементов межрамного усиления, при этом несущую способность межрамного усиления для каждой рамы крепи определя«от по формуле
Pyc = Ррасч к О!Инин
5 где Pyc — несущая способность межрамного усиления, кН;
Ррасч. — расчетноесопротивление податливости рамной крепи,кН;
О« — смещение пород кровли на l-й за10 мерной раме, мм;
Опия — минимальное смещение на раме, периодически повторяющееся вдоль выработки, мм;, k- коэффициент кривизны продольногоt5 профиля кровли выработки.
2 г
