способ крепления горных выработок и рамная крепь для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ крепления горных выработок, включающий поддержание обнаженной поверхности кровли временной крепью, состоящей из секций механизированной крепи, установку межрамного ограждения на перекрытиях секций крепи и возведение рам постоянной крепи под межрамное ограждение после передвижения секций крепи, отличающийся тем, что установку межрамного ограждения осуществляют на перекрытиях секций крепи, которые располагают непосредственно у забоя рядом друг с другом по ширине проводимой выработки, причем в качестве межрамного ограждения используют металлические решетчатые затяжки, соединяемые на перекрытиях секций в продольном направлении выработки в два приема, при этом вначале перед передвижением секций крепи затяжки заводят со стороны забоя между первым и вторым поперечными стержнями затяжек, ранее установленных на перекрытиях каждой секции крепи, и навешивают их крючками за вторые поперечные стержни затяжек, а затем каждую навешенную затяжку поворачивают в сторону обнаженной поверхности кровли путем надвигания перекрытия секции крепи при ее передвижении на нижнюю поверхность затяжки с последующим ее размещением на перекрытии секции крепи по окончании ее передвижки с одновременным натяжением стержней ранее установленной затяжки, ориентированных вдоль оси проводимой выработки, после этого распором секций крепи соединяемые затяжки прижимают к кровле для взаимного скрепления продольных стержней в месте нахлестки затяжек с образованием соединения в виде шарнира с ограниченной степенью свободы, воспринимающего нагрузку со стороны горного массива, далее аналогично соединяют друг с другом следующие затяжки по мере передвижения секций крепи с образованием сплошного межрамного решетчатого ограждения на поверхности кровли проводимой выработки, под защитой которого устанавливают рамы постоянной крепи.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для повышения устойчивости кровли проводимой горной выработки дополнительно в межрамном пространстве возводят анкерную крепь под затяжку.

3. Рамная крепь для горных выработок, включающая верхняк, стойки и установленные на верхняке затяжки, каждая из которых состоит из жестко соединенных между собой поперечных и продольных стержней, причем одни продольные стержни на концах имеют консоли, а другие консоли с крючками для соединения двух затяжек между собой, отличающаяся тем, что продольные стержни в плоскости затяжки объединены в соединительные группы, в промежутках которых расположены связующие продольные стержни без консолей для обеспечения жесткости конструкции затяжки, причем консоли продольных стержней в каждой группе выполнены с одной их стороны, а с противоположной стороны концы этих продольных стержней скреплены между собой с нижней их стороны посредством первого от края затяжки поперечного стержня, остальные поперечные стержни размещены сверху продольных стержней, при этом в пределах каждой группы одной затяжки крючок выполнен загнутым по вертикали на одной из консолей продольного стержня для зацепления его за второй поперечный стержень другой затяжки так, что на участке нахлестки двух затяжек при прижатии их к кровле продольные стержни образуют соединение в виде шарнира с ограниченной степенью свободы за счет взаимного их скрепления вокруг первого нижнего и второго верхнего поперечных стержней одной из натяжек, причем затяжки по ширине выработки расположены впритык одна к другой с образованием из них совместно с рядом расположенными затяжками сплошного ограждения над верхняками рамной крепи.

4. Крепь по п. 3, отличающаяся тем, что консоли продольных стержней каждой группы имеют длину, равную длине консолей продольных стержней, имеющих крючки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу, в частности, к способам крепления подземных горных выработок, преимущественно монтажных камер на маломощных пластах.

Известен способ крепления кровли и боков выработки, включающий укладывание и натягивание рулонного ограждения по кровли и бокам выработки и прикрепление к поверхности последней, например с помощью анкеров, причем ограждение перед укладыванием намачивают для создания предварительного удлинения от набухания материала с последующим укорочением при высыхании после укладки (1).

Недостатком известного способа является необходимость использования анкеров для закрепления рулонной затяжки к кровле, причем затяжку заранее намачивают, а это в целом усложняет процесс крепления горных выработок.

Известен способ возведения постоянной крепи при проходке штрека с временной механизированной двухсекционной крепью, включающей поочередное передвижение головной и концевой секций временной крепи с укладыванием на перекрытие секции рулонной затяжки и возведением позади концевой секции постоянной крепи с распором, причем одновременно с укладкой затяжки производят забучивание пространства над ней посредством пневмозакладочной машины, подающей забутовочный материал по трубопроводу со стороны переднего торца концевой секции временной крепи (2).

Недостатком известного способа является то, что вследствие многооперационности процесса возведения постоянной крепи, выражающейся в необходимости выполнения не только основных операций крепления призабойного пространства секциями и установки рам постоянной крепи под рулонную затяжку, но и дополнительной операции забутовки закрепного пространства с применением специального оборудования, которое совместно с навешенным барабаном рулонной затяжки на концевой секции загромождает призабойное пространство, усложняется весь технологический процесс крепления горной выработки, а также увеличивается продолжительность его выполнения.

Кроме того, в известном способе невозможно достигнуть надежного перекрытия кровли в призабойном пространстве над секциями крепи во время отбойки горной массы из-за зазоров между продольными балками перекрытий секции.

Использование в качестве межрамного ограждения рулонной затяжки, которая не может препятствовать проникновению кусков породы кровли в призабойное пространство проводимой выработки в местах стыка полос этой затяжки, снижает безопасность работ в этой опасной зоне. Чтобы устранить недостаток необходимы дополнительные средства для скрепления полос рулонной затяжки между собой по их длине, а это приводит к увеличению затрат труда по монтажу межрамного ограждения.

В известном способе не могут быть совмещены во времени процессы укладки рулонной затяжки и установки рам крепи из-за необходимости выполнения работ по забутовке, так как вначале необходимо подать закладочный материал в пространство над затяжкой, а затем возвести раму крепи.

Не совмещение во времени указанных процессов приводит к увеличению продолжительности работ по креплению горных выработок и, как следствие, снижению темпов их проведения.

Известна металлическая крепь, состоящая из арок или рам постоянной крепи, над которыми уложена затяжка, имеющая продольные и поперечные стержни, причем нечетные продольные стержни выполнены удлиненными, а концы их, обхватывающие элементы крепи, закреплены в узлы (3).

Недостатком известной рамной крепи является большая трудоемкость монтажа крепи при выполнении соединения смежных затяжек между собой над рамой крепи, которая обусловлена тем, что необходимо вручную удлиненные концы продольных стержней загнуть, а затем при помощи специального приспособления, например ключа, эти концы скрутить в узлы.

Известна металлическая крепь, включающая рамы крепи из спецпрофиля и установленные на рамах затяжки, состоящие из поперечных, продольных внутренних и удлиненных внешних стержней, концы которых заведены в смежных затяжках за спецпрофили рам и соединены между собой, причем концы удлиненных внешних стержней с одной стороны выполнены с вертикальными крючками, а внутренние продольные стержни через один на концах имеют крючки, плоскости которых развернуты на 90^o относительно одна другой для соединения смежных затяжек между собой, а концы удлиненных внешних продольных стержней соединены между собой посредством заведения незагнутых концов одной из затяжек за вертикальные крючки другой у одной из стенок спецпрофиля рам крепи (4).

Недостатком этой крепи является нетехнологичность монтажа на рамах крепи, так как соединение смежных затяжек осуществляется в несколько приемов - вначале удлиненные концы стержней огибают вокруг спецпрофиля рамы, а затем концы их скручивают с образованием замка. Кроме того, работы по образованию этого замка выполняются вручную, что приводит к повышению трудоемкости работ по установке затяжки на рамах крепи. Причем работы по установке затяжки осуществляются под обнаженной кровлей выработки, что снижает безопасность выполняемых работ.

В основу изобретения поставлена задача сократить продолжительность технологических операций по креплению горных выработок за счет совмещения во времени процессов установки межрамного ограждения под кровлю призабойного пространства и рам постоянной крепи при снижении трудоемкости монтажа межрамного ограждения и повышении безопасности работ в проходческом забое.

Поставленная задача достигается тем, что согласно способу крепления горных выработок, включающему поддержание обнаженной поверхности кровли временной крепью, состоящей из передвижных секций механизированной крепи, установку межрамного ограждения на перекрытиях секций крепи и возведение рам постоянной крепи под межрамное ограждение после передвижения секций крепи, при этом установку межрамного ограждения осуществляют на перекрытиях секций крепи, которые располагают непосредственно у забоя рядом друг с другом по ширине проводимой выработки, причем в качестве межрамного ограждения используют металлические решетчатые затяжки, соединяемые на перекрытиях секций в продольном направлении выработки в два приема, при этом вначале перед передвижением секций крепи затяжки заводят со стороны забоя между первым и вторым поперечными стержнями затяжек, ранее установленных на перекрытиях каждой секции крепи, и навешивают их крючками за вторые поперечные стержни упомянутых затяжек, а затем каждую навешенную затяжку поворачивают в сторону обнаженной поверхности кровли путем надвигания перекрытия секции крепи при ее передвижении на нижнюю поверхность упомянутой затяжки с последующим ее размещением на перекрытии секции крепи по окончании ее передвижки с одновременным натяжением стержней ранее установленной затяжки, ориентированных вдоль оси проводимой выработки, после этого распором секций крепи соединяемые затяжки прижимают к кровле для взаимного скрепления продольных стержней в месте нахлестки упомянутых затяжек с образованием соединения в виде шарнира с ограниченной степенью свободы, воспринимающего нагрузку со стороны горного массива, далее аналогично соединяют друг с другом следующие затяжки по мере передвижения секций крепи с образованием сплошного межрамного решетчатого ограждения на поверхности кровли проводимой выработки, под защитой которого устанавливают рамы постоянной крепи.

Причем дополнительно в межрамном пространстве возводят анкерную крепь под решетчатое ограждение.

Рамная крепь для осуществления предлагаемого способа, включающая верхняк, стойки и установленные на верхняке затяжки, каждая из которых состоит из жестко соединенных между собой поперечных и продольных стержней, причем одни продольные стержни на концах имеют консоли, а другие консоли с крючками для соединения двух затяжек между собой, согласно изобретению, продольные стержни в плоскости затяжки объединены в соединительные группы, в промежутках которых расположены связующие продольные стержни без консолей для обеспечения жесткости конструкции затяжки, причем консоли продольных стержней в каждой группе выполнены с одной их стороны, а с противоположной стороны концы этих продольных стержней скреплены между собой с нижней их стороны посредством первого от края затяжки поперечного стержня, остальные поперечные стержни размещены сверху продольных стержней, при этом в пределах каждой группы крючок выполнен загнутым по вертикали на одной из консолей продольного стержня для зацепления его за второй поперечный стержень другой затяжки так, что на участке нахлестки двух затяжек при прижатии их к кровле продольные стержни образуют соединение в виде шарнира с ограниченной степенью свободы за счет взаимного их скрепления вокруг первого нижнего и второго верхнего поперечных стержней одной из затяжек, причем затяжки по ширине выработки расположены впритык друг к другу с образованием из них совместно с рядом расположенными затяжками сплошного ограждения над верхняками рамной крепи.

При этом консоли продольных стержней каждой группы имеют длину, равную длине консолей продольных стержней, имеющих крючки.

В отличие от известного уровня техники заявляемое изобретение, за счет расположения секций временной крепи по ширине проводимой выработки, позволяет осуществить монтаж межрамного ограждения в призабойном пространстве у забоя на перекрытиях секций крепи и независимо от этого процесса одновременно возводить рамы постоянной крепи под ограждение, заранее возведенное под кровлей в проходческом забое. То есть процессы монтажа межрамного ограждения и возведение крепи разобщены в пространстве, но совмещены во времени.

В итоге достигается описанный выше технический результат и решается поставленная задача снижаются затраты времени на процесс крепления, а следовательно, увеличивается скорость проведения и крепления горных выработок, при этом сам процесс крепления делается более технологичным.

Кроме того, перенос процесса затяжки кровли в обнаженное пространство у проходческого забоя обеспечивает полное перекрытие обнаженной кровли вплоть до места установки рам постоянной крепи, вследствие чего улучшаются условия безопасного ведения работ, связанных с выполнением проходческого цикла.

Причем реализация заявляемого способа не требует значительных затрат труда по монтажу затяжек, так как после подвески одной затяжки с помощью крючков за другую затяжку дальнейший процесс по соединению затяжек между собой механизирован и осуществляется передвижением и распором секций крепи, что позволяет снизить трудоемкость работ по монтажу межрамного ограждения в целом.

Существующие конструкции рамных крепей для горных выработок, верхняки которых устанавливают под затяжки, могут быть применены для их крепления, когда монтаж затяжек производится на месте установки рам крепи.

Опережающий монтаж затяжек в хоне обнаженной кровли у забоя стал возможен благодаря новой конструкции затяжки, отличающейся от прототипа простотой и технологичностью ее монтажа.

Простота, конструкции затяжек приводит к снижению металлоемкости, и, как следствие, не затруднительна ее навеска на ранее установленные затяжки на секциях временной механизированной крепи. Процесс соединения концов смежных затяжек вообще не требует труда, поскольку эта операция происходит за счет прижатия соединяемых затяжек к кровле под действием распора секций временной крепи.

Таким образом, непрерывный процесс монтажа ограждения для крепления обнаженной кровли у забоя и установка рам крепи под ограждение, сформированное в забое, позволили сократить продолжительность основных операций по креплению горных выработок, т. е. достигнут технический результат, который явным образом не следует из сведений об известном уровне техники, и поэтому изобретение имеет изобретательский уровень.

На фиг. 1 изображена металлическая решетчатая затяжка, в аксонометрии; на фиг. 2 вид по стрелке А на фиг. 1; на фиг. 3 крепление горной выработки, проводимой с применением секций временной механизированной крепи, вид сверху; на фиг. 4 разрез Б-Б на фиг. 3 (исходное положение секций крепи перед выемкой очередного цикла); на фиг. 5 процесс надвигания перекрытия секции временной крепи на подвешенную затяжку после выемки очередного цикла (тонкими линиями показано место установки рамы постоянной крепи под затяжку); на фиг. 6 окончание процесса установки затяжки на перекрытия секции временной крепи у кровли с возведенными за ней рамами постоянной крепи; на фиг. 7 последовательность образования соединения между смежными концами двух затяжек при передвижении секции крепи к проходческому забою.

Рамная крепь включает верхняк 1, стойки 2 и межрамное ограждение, выполненное из металлических решетчатых затяжек 3, установленных на верхняке 1. Каждая затяжка 3 представляет собой сварную решетку прямоугольной формы и состоит из жестко соединенных между собой продольных стержней 4 и 5, ориентированных относительно короткой стороны решетки, и поперечных стержней 6 и 7, ориентированных относительно длинной стороны решетки. Продольные стержни 4, 5 в плоскости затяжки объединены в соединительные группы, в промежутках которых расположены связующие продольные стержни 8 без консолей для обеспечения жесткости конструкции затяжки 3. Продольные стержни 4 каждой группы с одной их стороны имеют консоли 9, а продольные стержни 5 консоли 9 с крючками 10, загнутыми по вертикали для зацепления этого стержня 5 за второй поперечный стержень 6 смежной затяжки 3 при монтаже двух затяжек 3. С противоположной стороны концы продольных стержней 4 и 5 скреплены между собой с их нижней стороны посредством поперечного стержня 7, являющегося нижним и первым от края относительно остальных поперечных стержней 6, которые размещены сверху продольных стержней 4 и 5.

Консоли 9 продольных стержней 4 каждой группы имеют длину, равную длине консолей 9 продольных стержней 5, имеющих крючки 10.

Способ крепления горных выработок предлагаемой конструкции рамной крепи осуществляется следующим образом.

По мере проведения горной выработки 11 под обнаженную поверхность кровли призабойного пространства 12 передвигают временную крепь, состоящую из отдельных секций механизированной крепи 13 (например, типа М-88), позади которых устанавливают рамы постоянной крепи под затяжку 3, предварительно установленную под кровлей призабойного пространства 12 на перекрытиях 14 секций крепи 13 с образованием межрамного ограждения 15. Причем установку затяжек 3 осуществляют так, чтобы продольные стержни 4, 5 и 8 были ориентированы по длине проводимой выработки 11, а поперечные стержни 6 и 7 - по ширине проводимой выработки 11.

Установку затяжек 3 на перекрытиях 14 секций крепи 13 и соединение их между собой осуществляют в следующей технологической последовательности.

В исходном положении секции крепи 13 установлены по ширине выработки 11 рядом друг с другом и придвинуты к проходческому забою 16, а выработка 11 закреплена рамами постоянной крепи до места расположения секций крепи 13. Затем приступают к установке на перекрытиях 14 секций крепи 13 затяжек 3 в продольном направлении выработки 11.

Для чего вначале со стороны забоя 16 к секции крепи 13 подводят присоединяемую затяжку 3 между первым нижним 7 и вторым 6 верхним поперечными стержнями ранее установленной на перекрытии 14 секции крепи 13 затяжки 3 и с помощью ее крючков 10 подвешивают за второй поперечный стержень 6 этой же затяжки 3 (фиг. 7, положение I). Аналогично подвешивают остальные затяжки 3 по всей ширине выработки 11 (фиг. 4).

После выемки горной массы, например, комбайном с П-образным баром, входящим в состав модернизированного нарезного комплекса КМ-78Э1 (разработчик Донгипроуглемаш, усовершенствован Печорниипроектом), передвигают секции крепи 13 на забой 16 с подпором без отрыва от перекрытий 14 от кровли, при этом происходит поворот подвешенных затяжек 3 из вертикального положения в сторону обнаженной кровли путем надвигания перекрытия 14 каждой секции крепи 13 на нижнюю поверхность подвешенной затяжки 3 (фиг. 7, положение II) с последующим размещением этих затяжек 3 на перекрытиях 14 секций крепи 13, когда передвижка последних будет закончена (фиг. 7, положение III).

При надвигании каждого перекрытия 14 секции временной крепи 13 на подвешенную затяжку 3 одновременно происходит натяжение продольных стержней 4 и 5 ранее установленной затяжки 3.

После этого распирают секции крепи 13 вместе с находящимися на их перекрытиях 14 ранее установленными затяжками 3 и вновь установленными затяжками 3 (фиг. 5, 6).

При прижатии соединенных затяжек 3 к кровле распором секции крепи 13 консоли 9 с крючками 10 и консоли 9 без крючков соответственно продольных стержней 5 и 4 огибают снизу первый (крайний) поперечный стержень 7 ранее установленной затяжки 3 с одновременным опиранием их свободных концов на второй поперечный стержень 6 этой же затяжки 3.

Причем консоли 9 продольных стержней 5, кроме того, что опираются на указанный поперечный стержень 6, дополнительно зацепляются с ним с помощью крючков 10.

В то же время концы продольных стержней 4 и 5 ранее установленной затяжки 3 на участке между ее первым 7 и вторым 6 поперечными стержнями изгибаются в сторону кровли вокруг первого поперечного стержня 7 (фиг. 7).

В результате, после прижатия к кровле соединенных затяжек 3 на участке их нахлестки, консоли 9 продольных стержней 4 и 5 устанавливаемой затяжки 3 и концы продольных стержней 4 и 5 ранее установленной затяжки 3 принимают изогнутую форму за счет взаимного их скрепления вокруг первого нижнего 7 и второго верхнего 6 поперечных стержней выше упомянутой затяжки 3 и образования таким образом соединения в виде шарнира с ограниченной степенью свободы (фиг. 7, узел IV) двух смежных затяжек на участке их нахлестки. Причем соединение затяжек 3 с помощью упомянутого шарнира осуществляют по длине выработки 11, а по ширине эти затяжки не соединяют, а располагают впритык друг к другу или внахлестку.

Одновременно с монтажом затяжек 3 на перекрытиях 14 секций крепи 13 за последними устанавливают рамы постоянной крепи под затяжки, смонтированные заранее в призабойном пространстве 12 выработки 11.

Для повышения устойчивости кровли проводимой выработки по мере установки рам постоянной крепи в их промежутках возводят анкерную крепь 17 под решетчатое ограждение 15.

На этом заканчивается очередной цикл работ по креплению горной выработки 11.

Далее в описанной последовательности соединяют на перекрытиях 14 секций крепи 13 следующие затяжки 3, образуя таким образом сплошное решетчатое ограждение 15 под кровлей выработки 11, под защитой которого возводят рамы постоянной крепи.

В качестве средств механизации для возведения рам постоянной крепи могут быть использованы, например, известные манипуляторы или крепеукладчики.

При работе крепи, соединенные между собой затяжки по ширине выработки представляют шарнирную систему, воспринимающую нагрузку со стороны кровли и работающую по принципу гибкой нити в местах соединения двух рядом расположенных затяжек, что позволяет увеличить несущую способность этой крепи.

Благодаря тому, что межрамное ограждение образует сразу же после выемки горной массы, под которое за секциями крепи и под ее защитой одновременно возводят рамы постоянной крепи, достигается снижение продолжительности операций по креплению горных выработок.

Кроме того, описанный порядок крепления выработок обеспечивает полное перекрытие обнаженной кровли в призабойном пространстве, снижает вероятность отслоения пород непосредственной кровли, тем самым улучшая условия безопасного ведения работ на протяжении всего технологического цикла проведения и крепления горных выработок.