крепь вертикальной вентиляционно-ходовой буровой сбойки и устройство для ее монтажа

Формула изобретения

1. Крепь вертикальной вентиляционно-ходовой буровой сбойки, включающая металлическую гофрированную крепь из листового металла с продольными гофрами в виде чередующихся образных элементов с боковыми ребрами жесткости и полками, отличающаяся тем, что крепь по вертикали разделена на секции, выполненные в виде упругих разомкнутых колец, причем жесткость боковых ребер жесткости гофрирования обеспечивает упругую деформацию секции по изменению ее диаметра в пределах от 10 до 30% диаметра буровой сбойки, причем в свободном состоянии диаметр разомкнутого кольца на 5 - 15% больше диаметра буровой сбойки, а в сжатом состоянии на 5 - 15% меньше диаметра буровой сбойки, полки гофрирования выполнены перфорированными с отверстиями перфораций, которые обеспечивают бурение и установку анкеров, количество которых определяется прочностью поддержания пород по контуру сбойки между ребрами жесткости.

2. Устройство для монтажа крепи, включающее буросбоечную машину, состоящую из привода, буровой штанги и бурового инструмента, отличающееся тем, что снабжено клетью с механизмами для безопасных спуско-подъемных операций и приспособлениями для сжатия и закрепления секций крепи, которые обеспечивают монтаж крепи вслед за расширением скважины.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу, а именно к креплению вертикальных выработок, пройденных посредством бурения, и может быть использовано для крепления вертикальных вентиляционно-ходовых буровых сбоек при подземной разработке, например, алмазных месторождений.

При подземной разработке алмазных месторождений Якутии широкое распространение получили системы разработки с применением закладки в восходящем порядке. Для обеспечения безопасных условий труда в этом случае требуется проходка и поддержание в рабочем состоянии большого количества блоковых вертикальных вентиляционных выработок высотой от 20 до 80 м и более обычно пройденных по кимберлитам крепостью до 3-6 по шкале профессора М.М. Протодьяконова.

Вентиляционные вертикальные выработки обеспечивают жизнедеятельность небольшого участка месторождения, поэтому могут иметь ограниченное сечение диаметром 0,8-1,5 м. Небольшая крепость кимберлита, ограниченный диаметр, возможность удаления горной массы снизу и небольшая высота (до 100 м) позволяют применять для проходки буросбоечные машины, которые получили широкое распространение при разработке угольных месторождений.

Кимберлиты неоднородны, имеют ограниченную устойчивость, а месторождения обводнены, для этих условий необходимо крепление вентиляционных выработок и желательно вслед за производством бурения.

Блоковые вентиляционные выработки имеют ограниченный срок эксплуатации, в основном до одного года. По мере отработки блока выработки погашаются (изменяется их высота), в связи с этим желательно, чтобы крепь обладала возможностью инвентарной крепи, то есть разборки и повторного использования. Блоковые вентиляционные выработки в основном используются для выдачи исходящей струи использованного воздуха из блока и в то же время являются запасными выходами для аварийного вывода рабочего персонала и поэтому должны быть оборудованы лестничными скобами.

Алмазные месторождения Якутии обводнены и воды агрессивны, поэтому желательно чтобы элементы крепления были устойчивы к агрессивным водам. Кроме того, следует отметить, что кимберлитовые месторождения Якутии находятся в труднодоступных районах, что сопряжено с высокими финансовыми затратами. Исходя из этих условий, с целью уменьшения затрат, предлагаются следующие основные требования к крепи: легкость, компактность и функциональность, то есть возможность многоразового использования. В то же время конструкция крепи должна обеспечивать минимальные трудовые затраты на монтаж в выработках. Вышеуказанными требованиями должны обладать как крепь вертикальной вентиляционно-ходовой сбойки, так и устройство для ее монтажа.

Известен способ крепления вертикальной круговой выработки упругой крепью (см. а.с. N 875064 E 21 D 11/00), включающий спуск кольцевых упругих элементов, выполненных из покрышек задних скатов трактора "Беларусь" с установкой их с распором в стенку выработки и герметизацией стыков между элементами; при этом кольцевые упругие элементы крепи перед спуском сжимают с четырех сторон по двум взаимно перпендикулярным направлениям и фиксируют, а после спуска в выработку крепь освобождают и фиксируют.

В случае крепления вертикальных выработок на алмазных месторождениях Якутии потребуется большое количество отработанных шин трактора "Беларусь", однако транспортные затраты с учетом труднодоступности района будут во много раз превосходить кажущуюся эффективность от их использования.

Также известна металлическая крепь (см. а.с. N 1800038 E 21 D 11/00) из профилей, выполненных по винтовой спирали. Крепь возводится из стержневых и полых секций путем изгиба по породному контуру в виде секций пружин, причем стержневые концы секций вводят внутрь полой секции. Кроме того, стержневые секции можно формировать в виде жгута, при этом полые секции заполняют сжимающим составом.

Недостатком данной металлической крепи является сложность выполнения монтажа в стесненных условиях выработки. т.е. вертикальной вентиляционно-ходовой выработки.

Наиболее близкой по технической сущности является металлическая гофрированная застежка из листовой стали (см. а.с. N 768995 E 21 D 11/15), выполненная с продольными гофрами, для обеспечения продольной связи боковые стенки гофров выполнены с поперечными рифлениями, что способствует взаимодействию в местах соединения с такими же рифлениями другой застежки.

Для обеспечения крепления вертикальной вентиляционной сбойки при использовании данного технического решения потребуется несущий корпус (несущая крепь), что значительно упростит ее применение в стесненных условиях, увеличив трудоемкость монтажа.

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение конструкции крепи, уменьшение металлоемкости и упрощение технологии возведения.

Поставленная задача выполняется следующим образом.

Крепь вертикальной вентиляционно-ходовой сбойки включает металлическую гофрированную крепь из листового металла с продольными гофрами в виде чередующихся образных элементов с боковыми ребрами жесткости и полками, а для решения поставленной задачи крепь по вертикали разделена на секции, выполненные в виде упругих разомкнутых колец, причем жесткость боковых ребер жесткости гофрирования обеспечивает упругую деформацию секции по изменению ее диаметра в пределах 10-30% диаметра буровой стойки. В свободном состоянии диаметр разомкнутого кольца на 5-15% больше диаметра буровой стойки, а в сжатом состоянии на 5-15% меньше; полки гофрирования выполнены перфорированными с отверстиями перфораций, обеспечивающими бурение и установку анкеров, количество перфораций определяется необходимой прочностью для поддержания пород по контуру сбойки между ребрами жесткости.

Кроме того, секция крепи может быть выполнена из двух секторов, отличающихся между собой размерами гофрирования и обеспечивающих при взаимной накладке контактирование поверхностей боковых ребер жесткости и полок, при этом одни торцы секторов жестко соединены между собой, а вторые торцы выполнены с возможностью перемещения относительно друг друга при контакте ребер жесткости и полок.

Монтаж предлагаемой крепи ведется в стесненных условиях вертикальной выработки, на сегодняшний день нам не известны механизмы и устройства, обеспечивающие нетрудоемкий монтаж в этих условиях.

В то же время широко известны буросбоечные машины и бурильные установки, например БГА-2, БГА-4, "Стрела 77" и другие (см. "Справочник механика угольный шахты" Москва, Недра, 1985 г., стр. 380-385), посредством которых сначала бурят вертикальные скважины, а в последующем расширяют до 0,8-1,5 м. Буросбоечные машины состоят из буровой машины, с помощью которой осуществляется вращение бурового снаряда и его спуско-подъемные операции, буровой штанги и бурового инструмента.

Общим недостатком буросбоечных машин и буровых установок является отсутствие устройства и приспособлений для крепления буровой сбойки вслед за ее проведением, что ограничивает их применение для проходки вертикальных вентиляционно-ходовых выработок в неустойчивых породах.

Для решения задачи по монтажу вышеописанной крепи предлагается использование известных буросбоечных машин для применения при проходке буровых сбоек. Машина снабжается клетью для монтажа крепи вслед за расширением скважины, при этом предусматриваются механизмы для безопасных спуско-подъемных операций и приспособления для сжатия и закрепления секций крепи. Кроме того, при разбуривании скважин "прямым ходом" крепь может быть смонтирована между приводом буросбоечной машины и буровым инструментом на буровой штанге, причем буровая штанга используется как направляющая для клети, а механизм подъема клети может быть смонтирован совместно с приводом буросбоечной машины; при разбуривании скважины "обратным ходом" верхняя часть бурового инструмента может быть снабжена предохранительным полком для установки крепи во время монтажа, а механизм для спуска-подъемных операций клети мог бы быть смонтирован над устьем буровой сбойки. Направляющую для клети можно выполнить из калибpованной цепи, а механизм с ручным приводом для спуско-подъемных операций установить в клети, приводная звездочка которого взаимодействует с калиброванной цепью.

Также клеть может быть соединена через гибкий проводник энергии с источником энергоснабжения, а механизм для спуско-подъемных операций клети оснащен двигателем, работающим от источника энергоснабжения (сжатый воздух, жидкость под давлением, электроэнергия).

Кроме того, при креплении буровой сбойки, без совмещения операций бурением (расширением), клеть может быть снабжена узлом присоединения к концу буровой штанги, а спуско-подъемные операции могут выполняться приводом буросбоечной машины.

Клеть может быть снабжена контейнером с устройством для сжатия и закрепления секций крепи и механизмом для перемещения их от устья буровой сбойки до монтажной клети закрепленной на конце буровой штанги, а монтажная клеть выполнена с посадочынм местом для приема контейнера и монтажа секций крепи на станке буровой сбойки.

Существенные отличия предлагаемого технического решения заключаются в следующем:

- Крепь по вертикали разделена на секции, выполненные в виде упругих разомкнутых колец.

Данное техническое решение обеспечивает простоту монтажа крепи в стесненных условиях вертикальной сбойки за счет использования упругих свойств разомкнутых колец. Разделение на секции по вертикали обеспечивает разборку крепи по мере погашения вентиляционно-ходовой выработки во время отработки блока.

- Жесткость боковых ребер жесткости гофрирования обеспечивает упругую деформацию секции по изменению ее диаметра в пределах 10-30% диаметра буровой сбойки, причем в свободном состоянии диаметр разомкнутого кольца на 5-15% больше диаметра буровой сбойки, а в сжатом состоянии на 5-15% меньше диаметра буровой сбойки.

Данное техническое решение обеспечивает предварительный распор секции крепи на стенках буровой сбойки без каких-либо дополнительных приспособлений за счет упругих свойств сжатой секции, то есть кольца, диаметр которого на 5-15% больше чем диаметр сбойки, что упрощает технологию возведения крепи в стесненных условиях буровой сбойки.

Уменьшение диаметра секции на 5-15% от диаметра буровой сбойки обеспечивает проход сжатой секции по закрепленному пространству, что также способствует уменьшению трудоемкости возведения крепи.

Нижний предел 10% можно обеспечить, когда буровая сбойка пройдена в устойчивых породах и небольшой высоты, высота секций не превышает 0,5 м, а диаметр буровой сбойки до 1,0 м. Верхний предел 30% диктуется соображениями прочности гофрирования металлической конструкции секции и необходимой степенью поддержания стенок выработки.

Боковые ребра жесткости выполняются из цельного металла, без перфорации, с закрепленными кромками, без концентраторов напряжения, что обеспечивает прочность, расчетную жесткость и позволяет значительно уменьшить высоту ребер жесткости, уменьшая объем, занимаемый крепью, и расход металла на погонный метр выработки.

- Полки гофрирования выполнены перфорированными с отверстиями перфораций, которые обеспечивают бурение и установку анкеров, количество перфораций определяется из условия прочности поддержания пород по контуру сбойки между ребрами жесткости.

Данное техническое решение позволяет упрощать технологию крепления стенок буровой сбойки бурением шпуров по месту с учетом специфики положения секции на стенке выработки и состояния горных пород. Перемычки между отверстиями могут выполняться минимальными, например 3-5 мм, и это количество металла в перемычках обеспечивает большую прочность по поддержанию стенок выработки между ребрами жесткости, что значительно сокращает расход металла на погонный метр выработки и облегчает вес секции, тем самым сокращая трудоемкость как при транспортировке, так и при монтаже крепи.

- Секция крепи выполнена из двух секторов, отличающихся между собой размерами гофрирования, обеспечивающих при взаимной накладке контактирование поверхностей боковых ребер жесткости и полок, причем одни торцы сектора жестко соединены между собой, а вторые торцы выполнены с возможностью перемещения относительно друг друга при контакте ребер жесткости и полок.

Данное техническое решение позволяет упрощать технологию монтажа крепи на стенках буровой сбойки, позволяя прочно соединять свободные концы разомкнутого упругого кольца секции после закрепления ее на стенках выработки, установкой анкерных болтов в местах накладок концов секторов, что увеличивает несущую способность крепи.

- Буросбоечная машина, состоящая из привода, буровой штанги и бурового инструмента, снабжена клетью для монтажа крепи вслед за расширением скважины, при этом предусматриваются механизмы для безопасных спуско-подъемных операций и приспособления для сжатия и закрепления секций крепи.

Данное техническое решение позволяет использовать буросбоечную машину для крепления буровой сбойки специальной сборно-разборной секционированной металлической крепью, обеспечивая при этом минимальную трудоемкость ее монтажа.

Монтажная клеть оборудуется известными механизмами для перемещения ее по вертикальной буровой сбойке, средствами торможения и остановки клети при аварийных ситуациях, и средствами связи. В монтажной клети имеется инструмент для установки анкеров.

Наличие приспособлений для сжатия и закрепления секций крепи обеспечивает их транспортировку по закрепленной буровой сбойке в готовом для монтажа виде, что создает минимальную трудоемкость на эту операцию.

На месте монтажа секции крепи освобождаются от сжимающих приспособлений и за счет собственных упругих свойств закрепляются на стенке буровой сбойки, что обеспечивает минимальные затраты на установку. При необходимости в зависимости от свойств породы по месту, то есть через перфорированные полки секции крепи, устанавливаются анкерные болты.

Специальная монтажная клеть обеспечивает минимальные трудовые затраты на монтаж крепи. Монтажная клеть позволяет производить крепление буровой сбойки вслед за ее проходкой, то есть с минимальным на высоту одной секции крепи отставанием незакрепленной выработки, что обеспечивает проходку выработок в неустойчивых породах.

Для крепления используется тот же механизм, что применялся при проходке, а это уменьшает капитальные затраты на приобретение оборудования и упрощает технологию проведения.

- При разбуривании скважин "прямым ходом" клеть устанавливается между приводом буросбоечной машины и буровым инструментом на буровой штанге, причем буровая штанга используется как направляющая для клети, а механизм подъема клети смонтирован совместно с приводом буросбоечной машины.

Данное техническое решение рациональнее использовать при проходке вентиляционно-ходовых буровых сбоек ограниченной высоты (до 50 м) с размещением буросбоечной машины на верхнем горизонте, при этом обеспечивается минимальная трудоемкость монтажа крепи.

- При разбуривании скважины "обратным ходом" верхняя часть бурового инструмента снабжена предохранительным полком для установки клети во время монтажа крепи, а механизм для спуско-подъемных операций клети смонтирован над устьем буровой сбойки.

Данное техническое решение рациональнее использовать при проходке вентиляционно-ходовых буровых сбоек высотой до 100 м с размещением буровой машины на нижнем горизонте, при этом обеспечивается проходка и крепление вентиляционно-ходовой сбойки без осложнений в малоустойчивых горных породах.

- Направляющая для клети выполнена калиброванной цепью, а механизм с ручным приводом для спуско-подъемных операций установлен в клети, приводная звездочка которого взаимодействует с калиброванной цепью.

Данное техническое решение упрощает конструкцию механизма по спуско-подъемным операциям клети, но при этом снижается производительность по монтажу крепи.

- Клеть соединена через гибкий проводник энергии с источником электроснабжения, а механизм для спуско-подъемных операций клети снабжен двигателем, работающим от источника энергоснабжения (сжатый воздух, жидкость под давлением, электроэнергия).

Данное техническое решение позволяет снизить трудоемкость по перемещению монтажной клети и увеличить производительность труда.

- Для крепления буровой сбойки без совмещения с бурением клеть снабжена узлом присоединения к забойному концу буровой штанги, а спуско-подъемные операции ее выполняются приводом буросбоечной машины.

Данное техническое решение применяется тогда, когда устойчивость горных пород позволяет расширять скважину до диаметра вентиляционно-ходовой сбойки на всю высоту. При этом упрощается конструкция узлов дополнений к буросбоечной машине, которая осуществляет крепление сбойки.

- Клеть снабжена контейнером с устройством для сжатия и закрепления секции крепи и механизмом для перемещения его от устья буровой сбойки до монтажной клети, закрепленной на забойном конце буровой штанги, а монтажная клеть выполнена с посадочным местом для приема контейнера и монтажа секции крепи на стенки буровой сбойки.

Данное техническое решение позволяет повысить производительность труда по монтажу крепи в буровой сбойке за счет обеспечения подачи секций крепи в монтажную клеть, сокращение вспомогательных операций. Этот вариант возможен когда устойчивость горных пород позволяет расширить скважину до диаметра вентиляционно-ходовой сбойки на всю высоту.

Сущность предлагаемого технического решения.

На металлургическом заводе по расчетам элементов гофрированной металлической крепи, размеров ребер жесткости, величины полок производят перфорирование листов металла (стали, листового титана, листов алюминиевых сплавов).

Специальными штампами с необходимыми расчетными рисунками удаляют неэффективно используемый металл из элементов гофрированной металлической крепи. При этом количество удаляемого металла может составлять от 30 до 70% веса листа. Удаленный металл отправляется на переработку. Перфорированные листы разделяют на заготовки секций крепи. Заготовки секции крепи собираются в пакеты для отправки потребителям (на рудники). Это обеспечивает минимальные транспортные расходы по доставке крепи в труднодоступные районы, например, алмазные рудники Якутии.

В механических мастерских рудника заготовки секций крепи гофрируют с образованием ребер жесткости и полок, соответствующих заданным расчетным размерам.

Гофрированные заготовки вальцуют с получением упругих разомкнутых колец с диаметром на 5-15% больше диаметра вентиляционно-ходовой буровой сбойки. Упругие разомкнутые кольца являются готовыми секциями крепи и отправляются в шахту для монтажа.

Монтаж секций крепи ведут с помощью буросбоечной машины, снабженной специальной монтажной клетью с устройством для сжатия и закрепления секций крепи для доставки их по закрепленной буровой сбойке к месту монтажа.

В зависимости от высоты вентиляционно-ходовой сбойки, устойчивости горных пород, технологии проведения буровой сбойки (восходящем или нисходящем порядке), размещения буросбоечной машины (на верхнем или на нижнем горизонте) предлагаются варианты выполнения технологии монтажа секций крепи с соответствующими приспособлениями буросбоечной машины и монтажной клети.

Пример 1. Высота вентиляционно-ходовой буровой сбойки до 50 м, породы неустойчивые, не допускающие обнажений более одного метра, буросбоечная машина располагается на верхнем горизонте и расширение скважины ведут прямым ходом. Для этих условий наиболее целесообразным является вариант, когда монтажная клеть устанавливается между приводом буросбоечной машины и буровым инструментом на буровой штанге, причем буровая штанга используется как направляющая для клети, а механизм подъема клети смонтирован совместно с приводом буросбоечной машины. Монтаж в этом случае ведется следующим образом. После расширения скважины буровым инструментом на заданную технологией высоту, определенную устойчивостью пород, например, высоту двух секций по 0,4 метра каждая, расширение скважины прекращают. На монтажную крепь устанавливают секцию крепи, сжимая и закрепляя ее специальным приспособлением. В клети размещается горнорабочий. Клеть с горнорабочим и закрепленной на ней секцией крепи с помощью механизма для ее спуска опускают в забой. В забое над буровым инструментом, в расширенном участке, клеть оставляют. Горнорабочий освобождает секцию клети и она за счет своих упругих свойств, расжимаясь, закрепляется на стенке буровой сбойки. При необходимости горнорабочий производит закрепление установленной секции крепи анкерными болтами. После этого клеть поднимается и на ней, сжимая, закрепляют следующую секцию крепи, и цикл повторяется. После закрепления расширенной части буровой сбойки производят дальнейшее расширение скважины буросбоечной машиной.

Пример 2. Высота вентиляционно-ходовой буровой сбойки до 100 м, породы неустойчивые, не допускающие обнажение более 1 метра. Буросбоечная машина располагается на нижнем горизонте, расширение скважины ведут обратным ходом.

Для этих условий наиболее целесообразным является вариант, когда механизм для спуско-подъемных операций монтажной клети смонтирован над устьем буровой сбойки, верхняя часть бурового инструмента снабжена предохранительным полком для установки клети во время монтажа крепи, направляющие для монтажной клети гибкие (трос, калиброванная цепь) закреплены на предохранительном полке (бурового инструмента). Монтаж крепи при этом варианте ведут следующим образом. После расширения скважины на технологически заданную величину, процесс расширения прекращают. (Совмещение операций по расширению скважины и креплению буровой сбойки недопустимo). Сжимая, закрепляют секцию крепи на клети. Механизмом спуска крепь с горнорабочим и сжатой секцией крепи спускают в буровую сбойку к незакрепленному участку. В закрепленном участке горнорабочий освобождает секцию крепи и она за счет своих упругих свойств, расжимаясь, закрепляется на стенке буровой сбойки, операции по креплению буровой сбойки аналогичны описанным выше, отличие заключается только в механизации доставки сжатой секции крепи к месту монтажа. При выполнении направляющей монтажной клети калиброванной цепью механизм для спуско-подъемных операций клети устанавливается внутри нее. Рабочий механизм при взаимодействии с калиброванной цепью может иметь как ручной, так и механизированный привод.

Пример 3. Высота вентиляционно-ходовой сбойки 50 м и более, породы устойчивые, позволяющие расширить скважину на всю высоту. Буросбоечная машина располагается на верхнем горизонте, также возможен вариант расположения буросбоечной машины на нижнем горизонте.

Для этих условий целесообразно использование привода буросбоечной машины для спуско-подъемных операций монтажной клети. Монтажная клеть снабжается узлом для присоединения к концу буровой штанги вместо бурового инструмента. А для увеличения производительности монтажа крепь снабжается специальным контейнером с устройством для сжатия и закрепления секций крепи. Перемещение специального контейнера осуществляется механизмом для спуско-подъемных операций. Специальный контейнер может быть выполнен с отделением для спуска и подъема горнорабочего.

Монтаж крепи при этом варианте отличается тем, что посредством специального контейнера производится доставка сжатых секций крепи. Горнорабочий, находящийся в монтажной клети, принимает контейнер и устанавливает доставленную секцию крепи, что увеличивает производительность монтажа за счет сокращения вспомогательных операций. Таким образом, предлагаемая крепь вентиляционно-ходовой буровой сбойки и устройство для ее монтажа обладают элементами новизны и обеспечивают упрощение конструкции крепи, уменьшение металлоемкости и упрощают технологию возведения.

Примеры выполнения крепи вертикальной вентиляционно-ходовой буровой сбойки и устройство для ее монтажа показаны на фиг. 1 - 17,

где:

фиг. 1 - крепь вертикальной вентиляционно-ходовой сбойки, вертикальный разрез;

фиг. 2 - то же в плане;

фиг. 3 - то же, узел А (фиг. 1.);

фиг. 4 - то же, узел А и сечение I-I (фиг. 3);

фиг. 5 - пример размещения перфорации (отверстий) в металлическом листе-заготовке для изготовления секции крепи;

фиг. 6 - секция крепи, подготовленная к спуску в шахту;

фиг. 7 - то же, узел Б (фиг. 6);

фиг. 8 - то же, узел Б, сечение II-II (фиг. 7);

фиг. 9 - схема, поясняющая изменение диаметра секции крепи во время подготовки и монтажа.

фиг. 10 - принципиальная схема для монтажа крепи "прямым ходом";

фиг. 11 - узел B (фиг. 10);

фиг. 12 - устройство для сжатия секции крепи посредством специальных болтов;

фиг. 13 - устройство для сжатия секции крепи лебедкой;

фиг. 14 - то же, разрез III-III (фиг. 13);

фиг. 15 - принципиальная схема для монтажа крепи "обратным ходом";

фиг. 16 - то же, но при выполнении механизма перемещения в клети;

фиг. 17 - принципиальная схема устройства для монтажа крепи с использованием привода буросбоечной машины для перемещения клети и специального контейнера для доставки секций крепи.

Клеть вертикальной вентиляционно-ходовой буровой сбойки 1 (фиг. 1, 2) по вертикали разделенa на секции 2, выполненные в виде упругих разомкнутых колец и изготовленные из металлических листов с продольными гофрами с боковыми ребрами жесткости 3 и полками 4 (фиг. 3, 4). Для обеспечения долговечности при использовании в шахтах с агрессивными водами лист может быть выполнен из листового титана.

Секция крепи готовится из листового металла (фиг. 5, 7), в которой перед гофрированием в заводских условиях посредством специального штампа выполняется перфорация 5 отверстий, причем отверстия располагают только в местах будущих полок 4. Размер отверстий должен позволять в последующем бурение через них шпуров под анкерные болты. Количество перфораций должно определяться из условия прочности поддержания пород по контуру сбойки 1 между ребрами жесткости 3. Чем больше количество отверстий, тем легче секция 2 крепи и, следовательно, меньше количество металла для доставки в труднодоступные районы якутских месторождений. В то же время облегчение секции уменьшает трудоемкость монтажа крепи в стесненных условиях буровой сбойки. Перфорированные листы собирают в пачки (пакеты) для транспортировки, что позволяет снизить трудоемкость доставки за счет компактности пачек заготовок секций крепи.

В механическом цехе рудника на вальцах листы гофрируют по линиям 6 с образованием ребер жесткости 3 (фиг. 1, 4). Причем высота ребер жесткости должна в последующем обеспечивать упругую деформацию разомкнутого кольца 2 (секции) крепи. Для уменьшения толщины "Н" (фиг. 4) перфорация ребер жесткости 3 нежелательна, при этом значительно сокращается расход металла и упрощается технология возведения. После гофрирования заготовки подвергают вальцеванию с образованием разомкнутых колец 2 (фиг. 6, 7, 8) способных упруго деформироваться. Причем полученное после вальцевания разомкнутое кольцо должно быть на 5-15% больше диаметра "D" буровой сбойки 1 (фиг. 1, 2). Увеличение диаметра необходимо для обеспечения предварительного поддержания стенок выработки за счет упругости разомкнутого кольца при монтаже секции крепи и закреплении секции без каких-либо дополнительных приспособлений.

Для обеспечения прохода секции в сжатом состоянии по закрепленной буровой сбойке изготовленная секция должна упруго деформироваться до диаметра, равного значению [D- (5-15%) D)]. Таким образом, разомкнутое упругое кольцо должно упруго деформироваться на величину от 10 до 30%. Нижний предел 10% можно обеспечивать в тех условиях, когда буровая сбойка пройдена в устойчивых породах небольшой высоты (до 50 м) и высота секций не превышает 0,5 м, а диаметр буровой сбойки до 10 м. Верхний предел 30% диктуется соображениями прочности гофрированной металлической конструкции секции и необходимой степенью поддержания стенок выработки.

После установки секции в буровой сбойке 1 через отверстия 5 в полках 4 секций бурятся шпуры, в которых устанавливают анкерные болты 8 для закрепления в последующем скоб 9 лестничного ходка (фиг. 2). Кроме того, для крепления секции на стенках выработки могут буриться шпуры и устанавливаться дополнительные анкерные болты.

Между торцами разомкнутого упругого кольца секции при монтаже буровой сбойки могут быть зазоры. Для увеличения несущей способности крепления торцы секций соединяются между собой с образованием замкнутого кольца. Для этого секция крепи может быть изготовлена из двух секторов 10, 11 (фиг. 6, 7, 8), отличающихся между собой размерами гофрирования, обеспечивающих при взаимной накладке контактирование поверхностей боковых ребер жесткости 3 и полок 4, причем одни торцы секторов, во время изготовления в механической мастерской жестко соединяются между собой, например сваркой (фиг. 7), или соединяются болтовым креплением непосредственно в шахте при установке секций на монтажной клети (это будет оговорено ниже при описании конструкции монтажной клети). Вторые торцы секторов выполнены с возможностью перемещения относительно друг друга при контакте ребер жесткости и полок. После монтажа секций в буровой сбойке эти торцы могут соединяться между собой во время установки анкерных болтов.

Устройство для монтажа секций крепи в вертикальной вентиляционно-буровой сбойке состоит из буросбоечной машины МБС-3, ЛБС-4, БГА-2 и других машин, традиционно применяющихся в угольной промышленности для бурения углеспускных, вентиляционных ходовых сбоек диаметром от 800 до 1500 мм. Машина состоит из привода 12 (фиг. 10), буровой штанги 13, бурового инструмента 14 и снабжена монтажной клетью 15. Размеры клети 15 обеспечивают размещение одного или двух горнорабочих для ведения работ по монтажу секций крепи.

Клеть 15 снабжена известными механизмами 16 для безопасных спуско-подъемных операций. Нижняя часть клети 15 оборудована приспособлениями для сжатия и закрепления секций 1 крепи (фиг. 11, 12, 13 и 14). В корпусе клети 15 и ее днище 17 (фиг. 13) выполнены гнезда для установки стержней 18, к которым прижимается и прикрепляется секция 2 крепи для спуска в буровую сбойку 1. Сжатие секций крепи может производиться смежными болтами 19 (фиг. 12) или же тягальной лебедкой 20 (фиг. 13, 14) с механизированным 12 или ручным приводом.

При разбуривании скважины "прямым ходом" клеть 15 (фиг. 10) установлена между приводом 12 буросбоечной машины и буровым инструментом 14 на буровой штанге 13, причем буровая штанга 13 используется как направляющая для клети 15, а механизм подъема 16 клети смонтирован совместно с приводом 12 буросбоечной машины.

При разбуривании "обратным ходом" (фиг. 15), когда буросбоечная машина находится на нижнем горизонте (размещение буросбоечной машины на фиг. 15 не показано), на устьем скважины устанавливают механизм 15 для безопасных спуско-подъемных операций клети 15. Буровой инструмент 14 может быть снабжен предохранительным полком 22 для установки клети 15 во время монтажа крепи.

Кроме того, направляющая для клети 15 (фиг. 18) может быть выполнена калиброванной цепью 23, а механизм для ее спуско-подъемных операций 24 с ручным приводом 25 установлен в клети 15, при этом его приводная звездочка 26 взаимодействует с калиброванной цепью 23.

Механизм для спуско-подъемных операций 24 клети 15 (фиг. 16) может быть снабжен двигателем 27, работающим от источника энергоснабжения сжатого воздуха, жидкости под давлением или электроэнергии.

Когда горные породы устойчивые и позволяют расширять скважину до диаметра буровой сбойки на всю высоту или на значительную высоту (два - три десятка метров), целесообразно крепление производить с применением специального контейнера 28 (фиг. 17) для секций 2 крепи.

Для этого варианта монтажная клеть 15 снабжена узлом присоединения 23 к забойному концу буровой штанги 13. Спуско-подъемные операции монтажной клети 15 осуществляются механизмом подъема 12 бурового снаряда буросбоечной машины. Монтажная клеть выполнена с посадочным местом 30 для приема контейнера 28. Контейнер 28 выполнен с приспособлениями, аналогичными описанным выше, для сжатия и закрепления секций 2 крепи (фиг. 11, 12, 13, 14). Спуско-подъемные операции контейнера 28 производятся через гибкие связи 31 механизированного подъема, например 16 (фиг. 10). Контейнер может иметь место и приспособления для спуска и подъема горнорабочего.

Изготовление и монтаж крепи вертикальной вентиляционно-ходовой буровой сбойки осуществляется следующим образом.

На металлургическом заводе на прессовом оборудовании по заданной программе перфорируют листовой металл с образованием отверстий 5 (фиг. 6, 7). Полученные перфорированные листы (заготовки для секций крепи) собирают в пакеты и компактными пакетами заготовки направляют на рудник, что значительно снижает затраты на доставку металла для крепления.

На руднике в механическом цехе листовые заготовки крепи гофрируют (фиг. 3, 4) с образованием ребер жесткости 3 и полок 4, а затем прокатывают на вальцах с получением разомкнутых колец (фиг. 6). Причем, если крепление буровой сбойки 1 (фиг. 1, 2) производится без образования замкнутого кольца, то секция крепи изготавливается из одного гофрированного листа заготовки и после вальцевания с образованием кольца заданного диаметра [D + (5-15%) D] готова к монтажу в дучке шахты. Если крепление буровой сбойки производится с образованием замкнутого кольца, для изготовления используются две заготовки гофрированных листов. Заготовки отличаются между собой размерами гофрирования, обеспечивая при взаимной накладке контактирование поверхностей боковых ребер жесткости и полок (фиг. 6, 7, 8). Длина секторов 10 и 11 определяется из условия удобства монтажа, а также рациональным расходом заготовок. Изготовление разомкнутого кольца секции производится после вальцевания заготовок из секторов 10 и 11. Один конец жестко соединяется, например сваркой (фиг. 8, 9), в механических мастерских или же соединяется на болты при установке на монтажной клети 15 в шахте (фиг. 10).

Изготовленная в механических мастерских объемная секция 1 крепи доставляется в шахту к месту монтажа (фиг. 15).

При удаленных стержнях 18 (фиг. 10, 11) секция 2 устанавливается в клети 15 на днище 17. Затем устанавливаются стержни 18 и посредством сжимающего приспособления, например, выполненного болтами 19 (фиг. 12) или тягальной лебедки 20, 21 (фиг. 14, 15), производят сжатие секции 2 на стержнях 18. В сжатом состоянии закрепленная на стержнях 18, секция 2 в клети 15 (фиг. 12. 17) опускается в буровую сбойку 1.

Крепление буровой сбойки производится вслед за ее проходкой, расширением скважины до необходимого размера. Скважину расширяют на высоту 1 - 3 секции и более, в зависимости от устойчивости пород, в которых проходится буровая сбойка. Процесс расширения останавливается и далее производят крепление расширенной скважины, то есть образованной вентиляционно-ходовой сбойки.

Буросбоечной машиной, установленной на ней механизмом 16, по буровой штанге (фиг. 10) производят спуск клети 15 с находящимся в ней горнорабочим и сжатой и закрепленной на ней секцией 2. Клеть останавливают над незакрепленным участком буровой сбойки. Горнорабочий, находящийся в клети 15, освобождает секцию 2 посредством приспособления 19 (фиг. 12) или лебедки 20, 21 (фиг. 13, 14). Секция за счет своих упругих свойств прижимается к стенке буровой сбойки. При необходимости через отверстия 5 в полках 4 (фиг. 3, 4, 5) по месту бурятся шпуры и устанавливаются анкерные болты 8 (фиг. 10), на которые в последующем могут быть закреплены скобы 9 (фиг. 2) лестничного ходка. После установки секции 2 клеть 15 поднимается за следующей секцией и цикл повторяется.

Если расширение скважины ведут "обратным ходом", перемещение клети 15 производится по гибким направляющим в виде калиброванной цепи (фиг. 16) или троса (фиг. 15). При использовании калиброванной цепи механизм по перемещению клети находится в ней и горнорабочий, находящийся в клети, сам осуществляет спуско-подъемные операции, что обеспечивает большую маневренность и упрощает остановку клети в заданном месте.

При устойчивых породах процесс расширения скважины не совмещают с процессом по креплению. Клеть 15 спускают приводом буросбоечной машины (фиг. 17), а сжатые секции 2 доставляют специальным контейнером 28. Это повышает производительность крепления сбойки. При наличии на контейнере 28 отделения для спуска и подъема горнорабочего значительно снижается время на вспомогательные операции в начале и в конце смены, а также увеличивается безопасность работ.