Способ крепления горной выработки

)5 Е 21 О 11 ЕТЕ ПИСАНИ ЗОБР И АВТОРС СВИ Ю.И, Управление отовительных вы- М,: Недра, 1984,ной вьют, при боя ее выми огич- извопод силеГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Московский горный институт(54) СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ ГОРНОЙ ВЫРАБОТКИ(57) Изобретение относится к горному делуи м.б, использовано для крепления выработок. Цель - повышение эксплуатационнойнадежности 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 гор работки в зоне влияния очистных раб котором при проведении устанавл рамную крепь, а впереди очистного за усиливают металлическими податли стойками типа Т, ГС или другими с ана ными характеристиками. Усиление про дят равномерно путем установки каждую раму одной или двух стоек у ния. 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 Рус=Ррасч, + К (О/Омин), где Рус - несущая способность межрамного усиления; Ррасч, - расчетное сопротивление податливости К; й - замеренное С пород на 1-й замерной раме; Омин - минимальное СП на раме, периодически повторяющееся вдоль выработки; К - коэффициент кривизны продольного профиля кровли выработки.2 ил. Однако полная устойчивость крепи недостигаетвя, поскольку в зоне влияния очистных работ на каждую раму помимо возрастающей вертикальной нагрузки действует фвозрастающая горизонтальная составляющая косонаправленного давления горныхпород, которая создает опрокидывающиймомент е крепи и деформацию скртчиаааникее элементов, К тому же равномерное усиление каждой рамы не соответствует фактически имеющему место неравномерномупроявлению опорного давления вдоль выработки,Наиболее близким к предложенномуспособу является способ крепления горнойвыработки в зоне влияния очистных работ,заключающийся в установке при проходке510 РусРрасч с О/Омин,выработки податливой рамной крепи, про.ведении 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, чтов способе крепления горной выработки в зоне влияния очистных работ,. заключающемся 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; где Рус - несущая способность межрамного усилия, кН;Ррасч - расчетное сопротивление податливости рамной крепи, кН;О- смещение пород кровли по замерам на 1-й раме, мм; Омнн - минимальное смещение на раме, периодически повторяющееся вдоль выработки, мм;к - 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. На фиг. 1 изображена схема искривленного профиля кровли вблизи очистного за 15 боя; на фиг. 2- график изменений смещенийпород кровли выработки по данным шахтных инструментальных наблюдений.На раму крепи 1 действует косонаправленное давление. пород кровли Р, направ 20 ленное перпендикулярно касательной кискривленному контуру кровли 2 в точкеприложения нагрузки 0 вблизи очистногозабоя 3. Силу Р в декартовой системе координат ХОУ можно разложить на две состав 25 ляющие: Рх и Ру, Составляющей давление Рупротивостоит сопротивление податливостирамы 1, равной Ррасч, а составляющей Рк -несущая способность элементов межрамного усилия 4 (стяжек, распорок), равная Рус,30 Очевидная зависимость Рус:Е Ррасчгде М -коэффициент кривизны продольного профиля кровли выработки (тангенс угла наклона касательной в точке О),Шахтными инструментальными измере 35 ниями установлено, что при подвиганииочистного забоя в зоне его влияния в подготовительной выработке происходят смещения пород кровли, имеющие по длиневыработки волнообразный характер с опре 40 деленным периодом Т(см.фиг.2), в пределахкоторого для рамы А смещения пород кровлиминимальны Омнн, для рамы В максимальныОмакс, а для рам в промежутке между ними,например С составляют Оь причем выполня 45 ется неравенство ОмннООиакс. В соответствии с этим будет неодинаковым подлине выработки требуемое межрамноеусиление. Для рамы В с максимальной величиной смещений Омакс это усиление по не 50 сущей способности будет больше, чем длярамы А с минимальными смещениями Омннв Омакс/Омнн раэ, соответственно для рамыС величиной смещений О 1- в О/Оинн раэ.Тогда несущую способность межрамного55 усиления можно определить для любой рамы по формуле (1). Численное значение коэффициента К можно получить по данным шахтных замеров или расчетом по эмпирической формуле,25 000+ 15 + 25 0 3421,2481- 0,185 . т.д 40 45 50 где у- удельный вес пород кровли, МН/мз;Йн.к и Во.к - соответственно предел прочностина одноосное сжатие пород непосредственной и основной кровли, МПа;Н - глубина заложения выработки, м; вн,к, во.к и гп - 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 К. Затем по формуле (1) рассчитывают для каждой рамы необходимую несущую способность межрамного усиления и в соотРассчитываем по формуле (1) несущуюспособность межрамного усиления:для рамы В с Омакс Рус 320 0.185 630/370- 100,8 кН;для рамы С с В Рус =320 0,185500/370=80 кН;для рамы Ас Осанн =-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.П р и м е р. 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; Омакс ф." 630; Омин 370 мм и для произвольно выбранной рамы О - 500 мм.Выработка при проходке закреплена арочной податливой крепыш КМП-А 5 с Ррч. 320 кН.25 Определяем по формуле (2) значение коэффициента й, учитывая, что у= 2,5 10 2 НМ/м;йн,к 42 МПа; йо.к.=81 МПа; Н 1000 м; гпн.к: 15 м; гп = 1,24 м; во,к = 34 м; Омакс позади забоя и устанавливают на со.30 ответствующую раму с Онакс впереди забоя,усиление с рамы с минимальными смещениями пород кровли Осанн позади забоя устанавливают на раму с Омнн впереди забоя и.Предложенный способ крепления горной выработки взоне 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 продольнойустойчивости отдельных рам в зоне влиянияочистных работ,Техред ЧГМоргентал . Корректор Э.Лончакова Редактор О.Спесивы Тираж Подписноеосударственного комигета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушсквя наб 4/5 аказ 52 ВНИИ бинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина оизводствен но-издател 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 опорного давления и усиление рамной крепи в вертикальной плоскости в этих зонах, о т л и ч а о щ и й с я 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 определяот по формулеРус = Ррасч 1( Ь/Оиин 5 где Ру - несущая способность межрамного усиления, кН;Ррасч. - расчетноесопротивление податливости рамной крепи,кН;О - смещение пород кровли на 1-й за мерной раме, мм;Опия - минимальное смещение на раме, периодически повторяющееся вдоль выработки, мм;,К- коэффициент кривизны продольного профиля кровли выработки, 2З