Способ крепления горной выработки

(19) 1 011/ БРЕТ И ОПИСАН Ь,1 Г/.:Од)ЯФ У ИДЕТЕЛ 0 К АВТ щая чеаботки,ии порпорции роход ре вь сече ала в игде Ч - ент фо метри задан м Ьпр от геости до ления, точке сектопотерь ериала точке,контур ров ра матери с конт град, 3 риала, м;мы порции, ед.;етрического цей точки на пове бьем порции маткоэффициент форрасстояние от геоаботки до заданнрепления,м;- толщина крепивыработки мтношение секторкоэффициент по е ра вы ности аданнои точ 1)прконтурес - окпед,; в разлета, ед.;ерь материаловриала с контуроме, град. ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(71) Свердловский горный институт им,В.В,Вахрушева(56) Авторское свидетельство СССРМ 1282616, кл. Е 21 О 13/02.Авторское свидетел ьство СССРВ 860558, кл. Е 21 О 11/10,(54) СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ ГОРНОЙ ВЫРАБОТКИ(57) Использование; при строительстве иремонте горных выработок и подземныхсооружений, Сущность; размещают в выработке порции материала с зарядом ВВ инаносят материал направленным взрывомна контур, при этом порции материала ввыработке располагают так, чтобы вертиИзобретение относится к горному делу . и может быть использовано при строительстве и ремонте горных выработок и подземных сооружений.Целью изобретения является повышение качества крепления,Настоящая цель достигается тем, что в способе крепления горной выработки, включающем размещение в ней порций твердеющего материала с зарядом ВВ и нанесение материала взрывом, порции твердеющего материала в выработке располагают в плоскости сечения, проходящей через точку крепления на контуре выработки и в максимальное сечение порции, при этом объем в порции определяют по формуле кальная плоскость сечения, и рез точку крепления на конту находилась в максимальном ции, при этом объем матер определяют по формуле объем материала, м: гп - коэфф3,рмы порции; Н - .расстояниееского центра газовой полоой точки на поверхности креп- толщина крепи в заданнойа выработки, м; С - отношениезлета, ед; кп - коэффициенталов, ед.:/)и - угол встречи матуром выработки в заданнойил./Зп- угол встречи матвыработки в заданной тоПорции материала для крепления располагают в выработке так, чтобы вертикальная плоскость сечения, проходящая через точку крепления на контуре выработки, находилась в максимальном сечении порции материала.Из практики применения взрывных работ известно, что при вэрывании заряда ВВ в среде ее материал распространяется в пространстве от центра газовой полости, распределяясь над ней слоем равномернойтолщины. Причем, при разлете, толщина слоя материала изменяется и зависит от его обьема, конструкции заряда ВВ, координаты некоторой точки слоя в пространстве. Первоначальная форма порции метаемого материала на распределение материала при разлете влияния не оказывает,Для определения объема, метаемого взрывом материала, необходимого для возведения крепи заданной толщины, рассмотрим его распределение по контуру выработки, т,е. определим толщину крепи в различных точках контура выработки. Поскольку первоначальная геометрическая форма порции материала на толщину слоя влияния не оказывает, то в дальнейшем будет рассматривать метаемые объемы, имеющие форму шара или его части с центральным углом а в. максимальном сечении, т.к, такие объемы можно.определять наиболее точно и быстро, используя формулу объема шара,, К тому же, как показала практика наиболее целесообразно размещать в выработке порции материала, имеющие именно форму части шара (например, полушара или его четверти) в связи с реологическими свойствами материала, проявляющимися при укладке (например, бетонной смеси),Первоначальное рассмотрим распределение материала на плоскости при взрывании точечного заряда ВВ, расположенного в порции, имеющей форму шара с радиусом Й. При этом толщина слоя й определяется в зависимости от сектора разлета О и расстояния по нормали от центра заряда до плоскости. На фиг. 1 показан сектор, симметричный относительно перпендикулярна Н, опущенного из центра полушара на плоскость у.Поскольку при взрыве заряда ВВ образуется газовая полость, то характер распределения над ней материала зависит от автомодальной переменной ВЙ. Автомодальность решения позволяет считать массу материала распределенной равномерно по поверхности газовой полости,Объем бетонной смеси, заключенный в шаровом секторе, зависит от угла Ои вычисляется в сферических координатах (фиг.1) 5 2 гг 0 Ч(й 19 = б Рб Ву 2 Вп Об у=о о о2 дз 10 3 .= -- (1 - соз Я,Изменение этого объема, соответствующее приращению, равно2 жкэ дЧо=ЧодО= . зи 01,01 Е(010+дО)При занесении этот объем бетона попадает на плоскость внутрь круга, радиус ко торого равен г= Н щ О.Площадь круга равна З(Н,О) =д Н 21 оО, Приращению угла д 0 соответствует изменение площади дд(,0, В д 0) =д 0(Н, %) дО= 30 =2 л Н з д 01 Ж Е ( О, О + д О )созэ 02Масса бетона, распределившегося на 35 единице площади кольца д д определяет толщину Ь слоя на плоскости, соответствующую приращению дО. С учетом того, что д 0-ф 0 и 01 .+6 -+О толщина слоя равна 40 й (0 й, Н 1) =гп 1(2) 45 соз О.ЗНКак показывают исследования и практика, при изменении конструкции заряда ВВ и порции бетонной смеси изменяется сектор разлета материала. Так, например, при нанесении материала полушаровой формы на контур горной выработки линейным зарядом ВВ (фиг,2) при ограниче нии секторов разлета в и ределахй Л -- О- и -- у- толщина2 2 4 4 крепи определяется по выражению22 Ь соз(г р) созР О), (3)3 Н 2(10) 50 55 слоя материала на поверхности крепления зависит от первоначального обьемэ порции и величины потерь материалов. Потери материалов при нанесении уменьшают конечный объем материала в крепи и таким образом уменьшают толщину крепи, а следовательно,должны быть учтены заранее. В известных способах крепления горных выработок этот фактор не учитывается,Как показала практика крепления горных выработок взрывным способом потери материалов при нанесении обусловлены как отскоком от поверхности, так и разлетом их по выработке, и особенно вдоль продольной оси, В первом случае на величину потерь материалов наибольшее влияние оказывает состав материала, а во втором - конструкция заряда ВВ, При оптимальных составах материалов (например, мелкозернистый бетон состава 1:2 - 1:3) величина потерь в результате отскока может составлять от 2 до 8;(, общего обьема материалов, э в результате разброса от 1,2 до 85,6%. Поэтому потери материалов должны учитываться коэффициентом, С учетом перечисленныхвидов потерь, при креплении выработки должна вводиться поправка на изменение объема порции материала, необходимого для крепления, которая учитывается суммарным коэффициентом Ь. Этот коэффициент наиболее целесообразно определять практически, Так например, из практики применения взрывного способа крепления определено, что с учетом еще и дополнительного фактора- неровности контура, при оптимальных составах бетона коэффициент кп для выработок; пройденных комбайновым способом, принимаю равным 0,10, а для выработок, сооружаемых буровзрывным способом без контурного взрывания - . 40 0,22,Сказанное подтверждает повышенноекачество крепи в прилагаемом техническомрешении.Известный способ возведения обделки. подземных горных выработок включает размещение заряда ВВ на длине, равной длине участка крепления, При этом объем материала принят равным разнице между фактической и проектной площадью сечения выработки. Однако при этом не принимается во внимание сектор разлета материала, в результате чего толщина крепи не может соответствовать проектной,В предлагаемом способе качество крепление выше в связи с комплексным учетом влияющих факторов и в том числе в связи с учетом значений секторов разлета в поперечном сечении и вдоль выработки. Этим также определяется повышенное качество крепления.Располагая. порции твердеющего материала в выработке так, чтобы плоскость сечения, проходящая через заданную точку контура выработки, проходила и через максимальное сечение порции материала, тем самым обеспечивается максимальная тол-, щина крепи в этой точке, При подстановке в выражение (9) вместо ппзх проектной (заданной) толщины крепи напр можно определить необходимый объем порции материала, который требуется для крепления, В связи с разнообразием схем размещения материала в поперечном сечении выработок, и особенно в горизонтальных (фиг,3) и кривизной поверхности контура, необходимый объем материала для крепления различных точек, расположенных в одной плоскости поперечного сечения выработки, может быть различным, однако во всех отдельных случаях предлагаемое техническое решение позволяет обеспечивать высокое качество крепления и в частности толщину крепи не менее проектнойДля этого на контуре (в поперечном сечении выработки) необходимо определить точку с минимальной толщиной слоя от нанесения одной порции материала, и в дальнейшем, проектную толщину крепи пр, задавать именно для этой точки, В результате во всех остальных точках контура выработки толщина слоя материала (крепи) будет более проектной. Таким образом, во всех точках поверхности контура выработки (в поперечном сечении) толщина крепи будет соответствовать необходимому условию Выбор точки с минимальной толщиной крепи на контуре (в поперечном сечении выработки) можно производить, используя условие которое получено из выражения (9), При еговыводе было учтено, что в расчете толщиныслоя (крепи) для всех точек контура значения В и С постоянны (й = сопзт, С = сопзт),а значения Н-иД изменяются. Таким образом, минимальное значение функции(10) соответствует точке на контуре выработки, вкоторой толщина крепи минимальна, ДляКэк показывает практика, в горизонтальных горных выработках, точки с минимальным значением функции (10) находятся в пяте или замке свода,При необходимости любая точка поверхности может указываться в проекте или задаваться техническими условиями (например при ремонте крепи).Способ осуществляют следующим обРазом,В подземной горной выработке на почве или в специальном устройстве, располагают порцию твердеющей смеси, например, бетонной, Причем твердеющую смесь располагают так, чтобы максимальное сечение порции (например, имеющей форму полушара) находилась в одной плоскости с точкой крепления, расположенной на контуре выработки. Объем порции твердеющего материала определяют до его размещения в выработке в соответствии с заданной в проекте строительства (проектной) толщиной крепи, После размещения заряда ВВ в порции, посредством взрывания производят .нанесение материала на контур горной выработки,Формула изобретенияСпособ крепления горной выработки, включающий размещение в ней порций твердеющего материала с зарядом ВВ и на несение материала взрывом, о т л и ч а ю гци й с я тем, что, с целью повышения качества крепи, порции твердеющего материала в выработке располагают в плоскости сечения, проходящей через точку крепления на 10 контуре выработки и в максимальное сечение порции, при этом обьем матеоиалэ в порции определяют по формуле4 к щ Н 15 где Ч - объем порции материала, м;з . а - коэффициент формы порции, ед; Н - расстояние от геометрического центра выработки до заданной точки на поверхности крепления,м;ппр - толщина крепи в заданной точке контура выработки,м; С - отношение секторов разлета, ед п - коэффициент потерь материалов, ед; Д - угол встречи материала с контуром выработки в заданной точке, град.1810558 оставитель А, Рукавищникоехред М,Моргентал едактор О. С ина ор С, Иисина Ко каз 1430Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям и , 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 ГКНТ СССР иэводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101