способ крепления горных выработок

Формула изобретения

1. Способ крепления горных выработок, включающий возведение рам крепи, каждая из которых состоит из верхняка и стоек, соединенных узлами податливости, с межрамным ограждением, отличающийся тем, что предварительно до установки рам крепи в кровле выработки за пределами ее контура с шагом, равным шагу установки рам крепи, выполняют углубление с пятами, которые формируют на уровне торцов верхняка рамы крепи, причем форма углубления соответствует форме верхняка, а глубину его принимают величиной не менее суммы высоты профиля верхняка и толщины межрамного ограждения, причем после образования углубления в последнее заводят верхняк рамы крепи с предварительно уложенным на его внешнюю поверхность межрамным ограждением, которые поджимают к дну углубления, при этом после распора верхняка рамы крепи его сторона, обращенная внутрь выработки, совпадает с ее контуром, а крепление боков выработки осуществляют стойками без их заглубления с расположением каждого узла податливости выше пяты углубления.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что верхняк рамы крепи устанавливают в углубления через шаг их установки, причем в пропущенное углубление устанавливают верхняк после возведения последующей рамы крепи непосредственно у забоя.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в пропущенные углубления устанавливают верхняки рам крепи с отставанием от проходческого забоя на расстояние, определяемое устойчивостью пород в кровле выработки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано при креплении горных выработок рамной крепью.

Известен способ крепления горных выработок, включающий формирование сводчатой формы кровли выработки и образование пят под крепление свода за пределами контура выработки, на которых формируют постель из податливого материала, а сводчатую часть выработки крепят всплошную арочными поясами из трех железобетонных блоков, причем боковые блоки оснащают упорными устройствами для крепления стенок выработки (1).

Недостатком данного способа является то, что вследствие наличия технологических зазоров между арочным поясом из блоков и поддерживаемым массивом горных пород происходит интенсивный процесс смещений с потерей устойчивости массива и рост нагрузок на крепь выработки.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению по технической сущности является способ крепления выемочных выработок, включающий установку анкеров в надбермовые породы кровли выработки, возведение рам арочной крепи, на которые укладывают полосы из водонепроницаемой ткани с закреплением из концов на анкерах, перекрытие кровли выработки затяжкой и заполнение закрепного пространства твердеющим материалом (2).

Недостатком данного способа при его использовании в горных выработках является разнесение во времени и пространстве операций по возведению арочной крепи и заполнению сводчатой части закрепного пространства твердеющим материалом, а это не обеспечивает своевременного создания предварительного распора крепи и активного ее включения в работу. А наличие протяженных участков выработки с отсутствием контакта между устанавливаемой крепью и массивом горных пород при их интенсивных смещениях в зоне опорного давления от проводимой выработки приводит к расслоению и последующему обрушению горного массива.

В основу изобретения поставлена задача повысить устойчивость горных выработок при их эксплуатации за счет предупреждения расслоений и обрушений пород в кровле выработки при повышенных смещениях массива горных пород в зонах их активных сдвижений путем уменьшения технологических зазоров между поддерживаемой кровлей и верхняком крепи и сокращения времени нахождения кровли выработки без активного подпора со стороны рам крепи во время ее крепления.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе крепления горных выработок, включающем возведение рам крепи, каждая из которых состоит из верхняка и стоек, соединенных узлами податливости, с межрамным ограждением, согласно изобретению предварительно до установки рам крепи в кровле выработки с шагом, равным шагу установки рам крепи, выполняют углубление с пятами, которые формируют на уровне торцов верхняка рамы крепи, причем форма углубления соответствует форме верхняка, а глубину его принимают величиной не менее суммы высоты профиля верхняка и толщины межрамного ограждения, причем после образования углубления в последнее устанавливают верхняк рамы крепи с предварительно уложенным на его внешнюю поверхность межрамным ограждением, которые подпирают к дну углубления, при этом после распора верхняка рамы крепи его сторона, обращенная внутрь выработки, совпадает с ее контуром, а крепление боков выработки осуществляют стойками без их заглубления с расположением каждого узла податливости выше пяты углубления.

Кроме того, верхняк рамы крепи устанавливают в углубления через шаг установки рам, причем в пропущенное углубление устанавливают верхняк после возведения последующей рамы крепи непосредственно у проходческого забоя.

При этом в пропущенные углубления устанавливают верхняк рамы крепи с отставанием от проходческого забоя на расстояние, определяемое устойчивостью пород в кровле выработки.

Известный из уровня техники способ крепления горных выработок путем установки усиливающих элементов в углубления за контуром выработки с последующим покрытием их и контура выработки набрызгбетоном имеет ряд недостатков, из которых главным является невозможность создать предварительный распор усиливающих элементов и крепи в целом в момент их возведения. Так, для обеспечения плотного контакта усиливающих элементов крепи с кровлей углубления необходимо заполнение зазора между ними твердеющим составом. При выполнении этой операции их взаимодействие наступает после отвердения раствора, т.е. через промежуток времени, за который происходит расслоение пород контура выработки.

Другой недостаток состоит в том, что этот способ имеет ограниченную область применения по назначению выработок, т.е. он может быть применен только для крепления капитальных выработок, имеющих незначительное смещение кровли и почвы и не может быть использован в подготовительных выработках, находящихся в массиве со смещениями, превышающими допустимую податливость набрызгбетонной крепи.

Как установлено изобретателями, все указанные недостатки вышеизложенного технического решения устраняются, если углубление выполнить только в сводчатой части за проектным контуром выработки и установить в него верхняк, контактирующий через затяжку непосредственно с кровлей углубления, практически исключая при этом наличие зазоров между верхняком и кровлей.

Несмотря на то, что в заявляемом изобретении углубление тоже предназначено для размещения в нем верхняка рамы крепи, использование этого приема приводит к следующему техническому результату. Поскольку достигается взаимодействие крепи с кровлей через межрамное ограждение, это обуславливает равномерную передачу нагрузки от массива горных пород на раму крепи. В этом случае рама крепи и поддерживаемая ею кровля работают во взаимодействующем режиме.

Благодаря этому предотвращается расслоение приконтурного массива кровли и, как следствие, повышается ее устойчивость, а выработка сохраняется в эксплуатационном состоянии на весь срок ее службы, т.е. достигается технический результат, который не следует явным образом из уровня техники, следовательно, заявляемое изобретение имеет изобретательский уровень.

Кроме того, в заявленном способе углубление выполняют с пятой, форма которого соответствует форме верхняка, при этом глубину углубления принимают не менее суммы высоты профиля верхняка и толщины межрамного ограждения. Пяту углубления формируют на уровне торцов верхняка рамы крепи, причем верхняк в углубление располагают заподлицо с контуром выработки, а стойки рамы крепи устанавливают в пределах проектного контура без углубления и контактируют через межрамное ограждение с боками выработки.

Такой подход к креплению выработки основан на принципе быстрого включения в работу рамы крепи с кровлей, сразу после ее установки, что не допускает расслоение приконтурного массива, а это позволяет изменять последовательность возведения рам крепи.

А именно, возможно установка верхняков рам крепи не в каждое углубление, а через одно углубление с последующей установкой верхняков в пропущенные углубления после возведения последующей рамы крепи непосредственно у забоя.

При устойчивых кровлях возможен вариант установки рам крепи в пропущенные углубления с отставанием от проходческого забоя на расстояние L, определяемое временным и пространственным интервалом, т.е. за проходческим оборудованием (10-20 м); на расстоянии 50-100 м от забоя; после проведения выработки, а также при отработке выемочного участка. Такая последовательность возведения рам крепи, выраженная в пропуске установки верхняков в углубления через шаг крепи, а затем в установке в эти пропущенные углубления верхняков рам крепи, позволяет снизить трудоемкость проходческого цикла и повысить скорость проведения выработки.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет, с учетом раскрытого технического результата, достигаемого изобретением, достигнуть поставленную задачу обеспечить устойчивость горных выработок при их эксплуатации.

На фиг. 1 показано крепление выработки, продольный разрез; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 узел I на фиг. 1 (в увеличенном виде), в аксонометрии (расположение верхняка в углублении); на фиг. 4 вариант крепления выработки, когда верхняки установлены в пропущенные углубления через шаг возведения рам крепи.

Способ крепления горных выработок осуществляется следующим образом.

После выемки пород в проходческом забой 1 в пределах проектного контура выработки 2 на глубину, большую чем шаг (l) установки рам крепи, в ее кровле выполняют углубление 3 с пятой 4. Углубление 3 формируют в кровле выработки 2 с шагом, равным шагу установки рам крепи, и задают ему форму, соответствующую форме верхняка 5 рамы крепи, причем глубину углубления 3 принимают величиной не менее суммы высоты профиля верхняка 5 и толщины межрамного ограждения 6. При выполнении углубления 3 ее пяты 4 формируют на уровне торцов верхняка 5 рамы крепи.

После окончания работы по формированию углубления 3 осуществляют возведение рамы крепи, состоящей из верхняка 5 и стоек 7. Для чего в углубление 3 заводят верхняк 5 с предварительно уложенным на его внешнюю поверхность межрамным ограждением 6 и поджимают их к дну 8 углубления 3 посредством известных средств, например с помощью крепеподъемника, устанавливаемого на исполнительном органе проходческого комбайна (на чертеже не показан). В результате распора верхняка 5 в углублении 3 его сторона, обращенная внутрь выработки 1, совпадает с ее контуром. Затем закрепляют бока стойками 7, которые устанавливают без их заглубления так, что узлы податливости 9 рамы крепи располагаются выше пят 4 углубления 3, причем стойки 7 контактируют с боками выработки 1 через межрамное ограждение 6.

Расположение узлов податливости 9 выше пят 4 углубления 3 и прилегание торца верхняка 5 к кровле углубления 3 позволяют уменьшить раскрытие элементов рамной крепи на участке их нахлестки во время проявления сил горного давления, а это улучшит эксплуатационные качества крепи горной выработки.

В результате после установки рам крепи в углублении 3 и поджатия межрамного ограждения 6 непосредственно к контуру выработки 1 в первоначальный период ее образования происходит взаимодействие кровли выработки с рамами крепи сразу же после их возведения.

При этом достигается равномерный контакт крепи с контуром выработки без дополнительных трудоемких операций, например, забутовки закрепного пространства, что припятствует расслоению вмещающего массива выработки и сохраняет его несущую способность, а следовательно, повышается устойчивость выработки.

Таким образом, за счет сокращения времени нахождения массива пород без подпора рамами крепи в начальный период образования выработки последняя сохраняется в эксплуатационном состоянии на весь срок ее службы.

При креплении горных выработок, пройденных в условиях устойчивых и средней устойчивости горных пород (по классификации института ВНИМИ) допускается увеличение шага возведения рам крепи, т. е. верхняки рамы крепи устанавливают в углубление через шаг (l) их установки, причем в пропущенное углубление устанавливают верхняк после возведения последующей рамы крепи непосредственно у забоя. Кроме этого, в пропущенные углубления могут устанавливать верхняки рам крепи с отставанием от проходческого забоя на расстояние (L), определяемое устойчивостью пород кровли выработки (фиг. 4).

Таким образом, при использовании заявляемого способа крепления горных выработок по сравнению с существующими повышается устойчивость выработок путем снижения расслоений пород приконтурного слоя кровли выработки.