Замкнутая крепь горных выработок

 

Использование: в горной промышленности , конкретно при креплении горных выработок в сложных горно-геологических условиях. Сущность изобретения: лежень обратного свода выполнен составным из двух разновеликих несущих элементов, соединенных внахлестку при помощи болтовых соединений,1 п.ф. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 21 D 11/14

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССP (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4784483/03 (22) 15.08.91 (46) 23.04.93, Бюл, N 15 (71) Днепропетровский государственный головной проектный институт "Днепрогипрошахт" (72) О.Г.Пиньковский и С,В.Зиньковский (56) Авторское свидетельство СССР

М 576419, кл. E 21 D 1/14, 1974, Авторское свидетельство СССР

%452018, кл, Е 21 О 11/14, 1975.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к креплению горных выработок в сложных горно-геологических условиях, Цель изобретения — повышение устойчивости выработки.

На фиг. 1 представлен общий вид крепи до осадка; на фиг, 2 — то же, после осадки крепй.

Крепь включает в себя верхняк 1, соединенный с двумя стойками 2, расположенными под углом к почве выработки, и лежень, соединенный встык со стойками 2 и состоящий из меньшего 3 и большего 4 грузонесущих элементов, соединенных между собой внахлестку при помощи замков податливости 5.

Крепь устанавливают следующим образом.

По мере проведения выработки в ее забое устанавливают рамы крепи, включающие две стойки 2 и верхняк 1, Затем, с отставанием от забоя на расстоянии, определяемом горно-техническими факторами, „„5Q 1810560 А1 (54) ЗАМКНУТАЯ КРЕПЬ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК (57) Использование: в горной промышленности, конкретно при креплении горных выработок в сложных горно-геологических условиях. Сущность изобретения: лежень обратного свода вы пол н ен составн ым из двух разновеликих несущих элементов, соединенных внахлестку при помощи болтовых соединений, 1 п,ф. 2 ил, производят установку лежня обратного свода. При этом разновеликие грузонесущие элементы лежня 3 и 4 соединяют внахлестку таким образом, чтобы обеспечить предварительный распор лежня между стойками 2 крепи и фиксируются замками податливости 5.

Технология выполнения работ по подведению обратного свода предполагает отставание от забоя проводимой выработки. Это обусловлено насыщенностью забоя проходческим оборудованием, что мешает выемке породы и установке лежня. Поэтому обычно крепь обратного свода устанавливается с отставанием от забоя выработки; определяемым горно-геологическими и горно-техническими факторами. Одним из основных показателей является смещение стоек крепи во внутрь выработки, так как эта величина определяет возможность установки лежней крепи. B то же время нельзя допустить значительных смещений стоек крепи за счет податливости обратного свода, так как это приводит к ухудшению работы креп ч

1810560 в целом, ввиду потери несущей способности приконтурного массива и образования значительных зон неупругих деформаций. Поэтому в предлагаемом техническом решении размеры элементов крепи обратного свода определяются в зависимости от условий сооружения выработки, Суть технического решения заключается в том, что в конструкции замкнутой крепи увязаны размеры составного лежня с ожидаемыми смещениями боков и почвы выработки, При этом минимальный размер хорды большого элемента лежня принимают равным. ширине выработки по почве после осадки.

Величйна меньшего элемента обратного свода определяется величиной боковых смещений стоек крепи и пучения пород почвы.

Принятые по расчету длины разновеликих элементов лежня являются предельными, рассчитанными на максимальные значения боковых смещений и величину пучения пород почвы. Поэтому в интервале этих смещений (которые могут изменяться по длине выработки) возможна установка крепи обратного свода, обеспечивающая распор между стойками крепи в любой отрезок времени, определяемым проектом проведения выработки.

Длина большого элемента лежня определяется шириной выработки после осадка крепи. Хорда криволинейного элемента принимается равной ширине по почве выработки после осадки. Этот размер оп ределяется исходя из технологического назначения выработки (транспортного или .вентиляционного).

Длина меньшего криволинейного элемента определяется исходя из ширины выработки до осадки и величины ожидаемых смещений стоек и поднятия почвы выработки. При этом для определения размеров меньшего элемента крепи принимаются худшие условия для поддержания выработки по ее длине.

Крепь горных вйработок, выполненная таким образом, обеспечивает возможность установки лежня обратного свода в любой определяемый горно-геологическими и горно-техническими факторами промежуток времени. Кроме того, после исчерпания боковой податливости крепи и достижения стойками крепи вертикального положения лежень продолжает работу в жестком режиме, что ограничит дальнейшее развитие смещений крепи во внутрь выработки, так как в работу включен и разгруженный от напряжений породный массив, Таким образом. использование заявляемого решения позволит повысить устойчивость выработок и снизить трудоемкость работ по монтажу крепи. Наклонно расположенные стойки в крепи обеспечивают сопротивление смещениям боковых пород и компенсируют смещения концов этих стоек во внутрь выработок за счет выдавливания породы почвы. При этом обеспечиваются необходимые габаритные размеры сечения горной выработки.

- Кроме того, необходимость установки лежня обратного свода с отставанием от забоя выработки приводит к тому, что в ус15 ловиях постоянно изменяющихся горно-ге- ологических условий смещения стоек крепи неравномерйы по длине выработки, поэтому суммарная длина лежня обратного свода также должна изменяться, чтобы

20 обеспечить работоспособность всей крепи в целом. Это достигается в заявляемой конструкции за счет возможности взаимного перемещения грузонесущих элементов лежня относительно друг друга вдоль криволиней25 ной ос и.

Пример расчета. Как указывалось выше. одним из недостатков замкнутых конструкций крепи является отсутствие податливости без нарушения геометричеЗ0 ских параметров крепи, В условиях пучащих пород почвы отставание крепления обратного свода приводит к неопределенности величины податливости и размеров крепи обратного свода, что обусловлено изменчиЗ5 востью горно-геологических условий по дли. не выработки..

Вертикальное расположение стоек, при заданных габаритных размерах крепи, предопределяет выбор размеров лежня об40 ратного свода меньше ширины выработки по низу на величину ожидаемого смещения до момента установки крепи обратного сво"да. В то же время отклонение стоек от вертикального положения ведет к уменьшению габаритных размеров крепи и нарушению требуемых зазоров, определяемых "Правилами безопасности", что ведет к необходимости переключения выработки.

Смещение боков выработки определим

50 по формуле, приведенной в "Инструкции по выбору рамной металлической податливой крепи горных выработок", M., ВНИМИ, 1986, с, 7-9:

О=О К„К К, Кв К, где От — 260 м — типовое смещение для условий шахт Западного района Донбасса при прочности пород 20 МПа, глубине заложения выработки 400 м.

1810560

Значения коэффициентов, используемых в формуле, определим по таблицам, М= 1,0; Кв = 0,35 — для определения боковых смещений; . К = 1,0- для определения вертикальных смещений;

К = 0,2 (b-1) = 0,2 (5-1) = 0,8 — для вертикальных смещений;

К = 0,2 (-1) = 0,2 (3,2-i) = 0,44 — для боковых смещений, КБ=1, К1 = 1. ., Таким образом, для вертикальных смещений;

0ц=260х1 х1 х08х1,0х1 =208мм, для боковых смещений

Ug= 260 х 1 х 0 35 х0,,44 х 1 х 1 = 40 мм.

Проведенными исследованиями в условиях шахт Западного Донбасса (М,А.Выгодин, В.В.Евтушенко "Пучение пород почвы в выработках на шахтах Западного Донбасса — Уголь Украины", 1987 г, Q 7, с, 12-13, найдена функциональная зависимость между пучением пород почвы и сближением боков выработки. . где ЬЬ вЂ” высота выдавливания пород почвы,  — ширина выработки;

Л В вЂ” сближение породных боков выработки;

Kp — коэффициент разрыхления пород почвы (для шахт Западного Донбасса

К =1,8„,2,1), Величина пучения при этом составит х„=, 5 —,—

Таким образом, суммарные смещения кровли и почвы выработки составят

208+ 300 = 508 мм.

Гак как типовые конструкции крепи допускают смещения до 300 мм, то в рассматриваемом случае габаритные зазоры будут нарушены.

Определим далее геометрические размеры несущих элементов крепи обратного свода из формулы, полученной при рассмотрении геометрической схемы крепи;

Д}1 - — В1 (sll1 > — — 2 1/ К y з!и ---), 1 Л . 2 д

5 где K= —, R — радиус кривизны лежня обратного свода, В} — ширина выработки по ниЗу до осадки, Подставив исходные данные, получим значение угла, определяющего длину меньшего несущего элемента лежня обратного свода

Мп -)

P= 16o кЯЯ 3 14 х 3,400 х 16

20 180 180

Аналогично определим длину большего элемента обратного свода

25 . } = где а = arcsin = arcsln — - = 44,4 .

Й 45 о

2R 2х34

30 — 3960 м

С учетом величины нахлестки двух элементов длина большего составит:

3960 + 400 = 4360 мм.

Таким образом, внедрение замкнутой крепи горных выработок позволит повысить устойчивость выработки, 40

Формула изобретения

Замкнутая крепь горных выработок, включающая верхняк стойки из составных

; разновеликих элементов, лежень обратного

45 свода, соединенные замками податливости, отличающаяся тем, что, с целью повышения устойчивости выработки, лежень выполнен из двух элементов, при этом длина меньшего несущего элемента равна величине податливости обратного свода, а длина большего — ширине выработки после осадки.

Фиг, t

Фиг. 2

Составитель Е. Пахоль

Редактор О. Стенина Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор С. Лисина

-с-—

Заказ 1430 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-З5, Раушская. наб„4/5 !

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101