Способ крепления горных выработок

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 42488 А 9) 5)5 Е 21 О 11/О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ЗОБРЕТЕНИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ст ля(57) Изобреи может бьния устойчилей, Оно по КРЕПЛЕНИЯ ЫХ ВЫРАение относитс ь использован ости выработо валяет.повыси к горному делу для обеспечес плоской кровь безопасность(71) Ленинградский горный институт (72) В.Л.Трушко, О.В.Тимофеев, Е,С,Горев и Г.Д.Фоминых(56) Авторское свидетельство СССР М 1129365, кл. Р 21 О 20/00, 1983.Мирзаев Р.Г., Протосеня А,ГОгородников Ю,Н., Выхарев В.И. Крепь выработок глубоких рудников.-М,; Недра, 1984, с, 252. Изобретение относится к горному делу, в частности к креплению горных выработок, и может быть использовано для обеспечения устойчивости выработок, проводимых в условияхдинамических проявлений горного давления.Известен способ крепления горных выработок при динамических проявлениях горного давления и повышенных напряже ниях, предусматривающий перераспределение напряжений и демпфирование ударных волн напряжений в приконтурной зоне пород и на контуре выработки за счет устройства разгрузочных щелей с заполнением их податливым материалом.Такой способ крепления выработки основан на снижении концентрации напряже.ний и демпфировании импульсного воздействия волн напряжений в приконтурработ при динамических проявлениях горного давления, Определяют горизонтальную составляющую поля статических напряжений, нагрузку от веса пород в зоне возможного обрушения и модуль упругости пород, Измеряют собственную круговую чаоту колебаний упрочненной перпендикурными к обнажению анкерами зоны пород, Дополнительные длинные анкера,. замки которых закрепляют в основной кровле, устанавливают по крайней мере в два ряда симметрично относительно оси выработки, с расстоянием между рядами О,ЗЗ ширины выработки. Несущую способность анкеров определяют из аналитического выражения, Эти мероприятия позволяют снизить амплитуду колебаний пород на контуре выработки путем увеличения жесткости упрочненной зоны. 1 ил. ной зоне пород в начальный момент времени. Однако он не препятствует развитию колебательных процессов в приконтурной зоне, возникновению в ней резонансных явлений и как следствие резкому.росту амплитуды колебаний. приконтурного массива пород, приводящему к потере устойчивости выработок и разрушению пород, Известно, что демпфирование импульсного воздействия лишь частично снижает максимальные значения амплитуды колебаний пород в приконтурной зоне, но мало влияет на изменение частоты ее свободных колебаний и не предотвращает возникновение резонансных явлений,Известна сейсмостойкая тоннельная обделка, включающая два слоя: внутренний и наружный, с образованием между ними прослойки, причем наружный слой жесткосвязан с окружающей породой, а внутренний поддерживает наружный слой 1. Такой способ также .основан на демпфировании импульсного воздействия волн динамических напряжений на контуре выработки. Однако он не препятствует развитию колебательных процессов и возникновению в ней резонансных явлений, приводящих к разрушению пород.Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ крепления горных выработок, подверженных динамическим воздействиями, включающий определение действующего поля напряжений и акустическую. жесткость массива, установку в приконтурной зоне пород анкеров-волноводов одинаковой длины, связанных на контуре выработки со стержневым сейсмическим экраном 2.Однако известный способ обладает недостатками: он основан на демпфировании импульсного воздействия волн динамических напряжений на контуре выработки, что лишь частично снижает максимальные значения амплитуды колебаний пород в приконтурной зоне массива, но мало влияет на изменение частоты ее собственных колебаний, Таким образом, он не препятствует развитию колебательных процессов в приконтурной зоне пород. возникновению в ней резонансных явлений, приводящих к резкому росту амплитуды колебаний приконтурного массива, и как следствие к разрушению пород на контуре и потере устойчивости выработок.Целью изобретения .является повышение устойчивости выработок с плоской кровлей и безопасности работ при динамических проявлениях горного давленияДостигается это тем, что определяют статическую нагрузку от веса пород в зоне возможного обрушения, а затем устанавливают дополнительные длинные анкера, замки которых закрепляют в основной кровле, и снижают амплитуду.колебаний пород на контуре выработки путем увеличения жесткости упрочненной зоны, при этом длинные анкера устанавливают по крайней мере в два ряда симметрично относительно оси выработки с расстоянием между рядами 0,33 ширины выработки, а несущую способность анкеровопределяют по формуле:8 ЕОр рп 1 О Ощ 1 З 2 2 2Рг2 О б3 2 Осоз -2 где Е - модуль упругости массива .пород,, кН/м;д 1 гаа - -момент инерции поперечного125 сечения упрочненной зоны пород, м;а - шаг длинных анкеров, м;1 г - мощность упрочненной зоны пород,м;д - ускорение силы тяжести, м/с; па 1, 1О= - -безразыерныи параЕ 2метр;сг- горизонтальная составляющая поля15 статических напряжений, кН/м 2;- ширина выработки, м;в- собственная круговая частота колебаний упрочненной эоны пород, 1/с;с - статическая нагрузка на кровлю вы 20 работки.от веса пород в зоне возможногообрушения, кН/м.Собственная частота колебаний упру,гих систем зависит только от свойств системы. ее массы и жесткости и не зависит от25 характера начального возмущения и амплитуды колебания. Так как жесткость упрочненной зоны пород отлична от остальногомассива, то она рассматривается как отдельная упругая система, а вмещающий30 массив учитывается как сила сопротивленияколебаниям упрочненной зоны,Причем при определении частот свободных колебаний можно пренебречь силами сопротивления, так как они практически35 не влияют на их изменения ввиду того, чтологарифмический декремент затуханияволн в горных породах не зависит от ихчастоты в широком диапазоне (до 10000 Гц),Таким образом, увеличивая жесткость40 упрочненной зоны пород, повышают собственную частоту ее колебаний до зарезонансной величины регулированием несущейспособности анкеров. что приводит к резкому снижению амплитуды колебаний прикон 45 турной зоны пород до неопасных с точкизрения потери. устойчивости величин. Приплоских кровлях горных выработок несущую способность анкеров рассчитывают изусловия получения наименьшей амплитуды50 ее колебаний при воздействиях динамических волн напряжений по формуле, полученной авторами.На чертеже приведена схема способакрепления горной выработки,55 Она состоит из выработки 1 (поперечное сечение), анкеров 2 и 3, расположенныхсоответственно в непосредственной кровле4 и в основной кровле 5. В предлагаемойсхеме предусматривается следующий порядок выполнения операций; толщу пород впределах непосредственной кровли 4 упрочняют анкерной крепыш 2 с параметрами,обеспечивающими ее устойчивость от весапород в пределах зоны возможного обруше,ния. Затем симметрично относительно осивыработки 1 устанавливают в кровлюдополнительные анкеры 3 по крайней мере в дваряда с расстоянием между рядами (2 с), равным 0,33 ширины выработки, а затем анкера 10закрепляют в основной кровле, Оптимальную несущую способность дополнительныханкеров "гребенки" (Рг; рассчитывают из условия максимального снижения амплитудыколебаний массива пород приконтурной зоны по формуле. Для этого определяют веспород в зоне возможного обрушения ц),модуль упругости (Е) и горизонтальную составляющую поля напряжений в нетронутом массиве пород (о), измеряют в массиве 20максимальные значения круговых частот колебаний пород (6) в возможном диапазонеэнергий динамических явлений и задаютсякруговой частотой собственных колебанийупрочненной зоны пород(в), большей измеренной в массиве, и полученные параметры,подставляют в формулу, Снижение амплитуды колебаний пород на контуре выработкидостигается повышение частоты собственных колебаний, примыкающей к выработке 30зоны массива пород до величины, большейизмеренной частоты колебаний волн динамических напряжений в массиве, за счетрегулирования параметров жесткости, создаваемой в приконтурном массиве упрочненной зоны пород, несущей способностьюи расположением рядов длинных анкеров,закрепляемых в основной кровле,Использование предлагаемого способаувеличивает устойчивость горных выработок при динамических проявлениях горногодавления, повышает безопасность труда иего производительность за счет уменьшения объемов обрушения пород и работ поперекреплению выработок, 45Формула изобретенияСпособ крепления горных выработок,включающий возведение анкерной крепиперпендикулярно обнажению и создание50 упрочненной зоны пород, определение горизонтальной составляющей поля статических напряжений и модуля упругости пород,измерение собственной круговой частотыколебаний упрочненной зоны, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышенияустойчивости выработок с плоской кровлейи безопасности работ при динамических .проявлениях горного давления, определяютстатическую нагрузку от веса пород е зоневозможного обрушения, а затем устанавливают дополнительные длинные анкера, замки которых закрепляют в основной кровле,и снижают амплитуду колебаний пород наконтуре выработки путем увеличения жесткости упрочненной зоны, при этом длинныеанкера устанавливают по крайней мере вдва ряда симметрично относительно оси выработки с расстоянием между рядами 0,33ширины выработки, а несущую способностьанкеров определяют по формуле:8 ЕО д дД О О 1з 2 2 2,О2 О 6ЗО тд 2 Осоз -2где Е - модуль упругости массива пород,кН/м;а 1 г1= -- момент инерции поперечного12сечения упрочненной зоны пород, м;а - шаг длинных анкеров, м;1 г - мощность упрочненной зоны пород,м;2,д - ускорение силы тяжести, м/с; О= -- безразмерный па- /о а г, Е 2раметр;0- горизонтальная составляющая поля статических напряжений, кН/м;г,- ширина выработки, м;в- собственная круговая частота колебаний упрочненной зоны пород, 1/с;ц - статическая нагрузка на кровлю выработки от веса пород в.зоне возможного обрушения, кН/м., ул,Гагарина, 10 Заказ 2269 . Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5