Способ крепления горных выработок (варианты)

Способ крепления горных выработок (варианты)

Реферат

 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при креплении горных выработок с применением опережающей анкерной крепи при разработке полезных ископаемых на больших глубинах. Задача изобретения - повысить эффективность крепления горных выработок за счет улучшения их эксплуатационного состояния путем повышения устойчивости кровли. По мере выемки горного массива проходческим комбайном образуют опережающую выработку, сечение которой меньше проектного сечения проводимой выработки, на полную высоту последней. Длину ее принимают из условия устойчивости обнаженной поверхности кровли. В кровлю опережающей выработки бурят шпуры под анкеры с подхватом, который располагают вдоль продольной оси проводимой выработки, концы которого поджимают к кровле анкерами. Один из них устанавливают у забоя выработки по первому варианту под углом к продольной оси выработки, а по второму - с разворотом в ту или другую сторону от направления подвигания так, что проекция его на горизонтальную плоскость составляет угол менее 90^o к продольной оси выработки. Остальные анкеры устанавливают под подхват между ранее установленными анкерами параллельно им, причем во втором варианте их устанавливают в шахматном порядке. Добор сечения выработки осуществляют поочередным выполнением двух заходок, кровлю в которых крепят анкерами под подхват, располагаемый параллельно проходческому забою выработки, причем крайними в ряду анкеры со стороны нетронутого массива устанавливают с наклоном к горизонтали, а остальные анкеры в ряду устанавливают вертикально. После крепления кровли в заходках на обнаженной поверхности проводимой выработки образуется анкерная сетка, выполняющая роль постоянной крепи. 2 c.п. ф-лы, 15 ил.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при креплении горных выработок с применением опережающей анкерной крепи при подземной разработке полезных ископаемых на больших глубинах.

Известен способ сооружения горной выработки, включающий проведение опережающей выработки, бурение из нее шпуров впереди забоя основной выработки и установку в них анкеров вне ее сечения, разрушение породы и раскрытие сечения основной выработки, при этом анкеры устанавливают с заглублением на величину смещения контура основной выработки после ее проведения и выполняют их составными, при этом в пределах сечения основной выработки составные части анкеров выполняют в виде распорных элементов, а разрушение породы производят путем создания усилий распора в этих элементах (1).

Недостатком известного способа является то, что вследствие принятой технологии проведения горной выработки создаются условия, при которых возможно обрушение кровли при ее эксплуатации, поскольку кровля опережающей выработки до закрепления ее составными анкерами продолжительное время будет обнажена по всей ее поверхности из-за необходимости выполнения значительного объема работ по бурению шпуров, что в результате не способствует сохранению работоспособного состояния выработки.

Известен способ крепления горных выработок, включающий проведение опережающей выработки сечением, меньшим проектного сечения проводимой выработки, бурение шпуров из опережающей выработки впереди забоя проводимой выработки с наклоном от ее продольной оси, установку анкеров с последующим добором сечения проводимой выработки, при этом шпуры под анкеры бурят в кровлю проводимой выработки в местах сопряжения вертикальных стенок опережающей выработки с кровлей, причем опережающую выработку выполняют на полную высоту проводимой выработки и длиной, равной величине подвигания проходческого забоя за один цикл, при этом после добора сечения проводимой выработки до ее проектного контура возводят рамную крепь под защитой анкерной крепи с отставанием от проходческого забоя на расстояние, определяемое несущей способностью заанкерованной кровли проводимой выработки (2).

Однако данный способ обеспечивает лишь скрепление пачек слоев пород кровли проводимой выработки в добираемых ее участках и совершенно не обеспечивает такого скрепления в глубине нетронутого массива в зонах, подлежащих впоследствии выемки. Последнее может привести к расслоению и обрушению пород кровли проводимой выработки во время ее эксплуатации, т.к. отсутствует опережающее упрочнение ее, что, в конечном итоге, снижает устойчивость кровли выработки и соответственно эффективность ее крепления.

В основу изобретения поставлена задача повысить эффективность крепления горных выработок, особенно при проведении их на больших глубинах.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявляемого изобретения, является улучшение эксплуатационного состояния горных выработок за счет повышения устойчивости кровли путем обеспечения опережающего ее упрочнения, достигаемого укреплением пород кровли выработки в глубине нетронутого массива на величину его выемки.

Для достижения поставленной задачи по первому варианту в способе крепления горных выработок, включающем проведение опережающей выработки сечением, меньшим проектного сечения проводимой выработки и на полную высоту последней, установку анкеров с подхватом в кровлю опережающей выработки и добор сечения проводимой выработки до ее проектного контура с последующим креплением обнаженной поверхности кровли, согласно изобретению, опережающую выработку проводят на длину, определяемую устойчивостью обнаженной кровли, при этом подхват под анкеры располагают вдоль продольной оси проводимой выработки, один конец которого соединяют с ранее установленным анкером, расположенным в пределах проводимой выработки, причем анкеры под упомянутый подхват устанавливают таким образом, что один из них поджимает к кровле другой конец этого подхвата и его располагают у забоя опережающей выработки под углом к продольной оси проводимой выработки в направлении ее подвигания так, что величина его проекции на горизонтальную плоскость составляет не менее шага установки анкеров проводимой выработки в ее продольном направлении, а остальные анкеры под этот подхват устанавливают в промежутке между ранее установленным анкером и анкером, расположенным у забоя опережающей выработки, и параллельно им с шагом, равным шагу установки анкеров по длине проводимой выработки, при этом добор сечения проводимой выработки осуществляют поочередно отдельными заходками, крепление кровли в каждой из которых производят анкерами с подхватами, которые располагают параллельно проходческому забою проводимой выработки, причем анкеры в заходках, которые крайние в ряду со стороны нетронутого массива, устанавливают с наклоном к горизонтальной плоскости, а остальные анкеры в упомянутом ряду устанавливают вертикально, при этом после крепления заходок образуют анкерную сетку на обнаженной поверхности проводимой выработки.

Для достижения поставленной задачи по второму варианту, в способе крепления горных выработок, включающем проведение опережающей выработки сечением, меньшим проектного сечения проводимой выработки и на полную высоту последней, установку анкеров с подхватом в кровлю опережающей выработки и добор сечения проводимой выработки до ее проектного контура с последующим креплением обнаженной поверхности кровли, согласно изобретению, опережающую выработку проводят на длину, определяемую устойчивостью обнаженной кровли, при этом подхват под анкеры располагают вдоль продольной оси проводимой выработки, один конец которого соединяют с ранее установленным анкером, расположенным в пределах проводимой выработки, причем анкеры под упомянутый подхват устанавливают таким образом, что один из них поджимает к кровле другой конец этого подхвата и располагают его у забоя опережающей выработки в ту или другую сторону добираемого сечения проводимой выработки с разворотом от направления ее подвигания и так, что линия проекции упомянутого анкера на горизонтальную плоскость составляет угол менее 90^o к продольной оси проводимой выработки, а остальные анкеры под упомянутый подхват устанавливают в промежутке между ранее установленным анкером и анкером, расположенным у забоя опережающей выработки, в шахматном порядке с шагом, равным шагу установки анкеров по длине проводимой выработки, и угол наклона которых относительно продольной оси проводимой выработки идентичен углу наклона анкера, устанавливаемого у забоя опережающей выработки, при этом добор сечения проводимой выработки осуществляют поочередно отдельными заходками, крепление кровли в каждой из которых производят анкерами с подхватами, которые располагают параллельно проходческому забою проводимой выработки, причем анкеры в заходках, которые крайние в ряду со стороны нетронутого массива, устанавливают с наклоном к горизонтальной плоскости, а остальные анкеры в упомянутом ряду устанавливают вертикально, при этом после крепления заходок образуют анкерную сетку на обнаженной поверхности проводимой выработки.

В сравнении с известным уровнем техники заявляемое изобретение за счет обеспечения возможности опережающего упрочнения пород кровли проводимой выработки, достигаемого установкой анкеров в кровлю опережающей выработки с наклоном вдоль ее продольной оси, обеспечивается заблаговременное скрепление слоев пород кровли проводимой выработки в глубине нетронутого массива на величину его выемки, которая, в свою очередь, предопределяет условия для исключения расслоения и разрушения пород кровли проводимой выработки при доборе ее сечения в виде отдельных заходок, сохраняя таким образом положительные свойства прототипа (2).

Это, в конечном итоге, обеспечит устойчивость кровли проводимой выработки и соответственно улучшит ее эксплуатационное состояние, особенно в условиях ведения горных работ на больших глубинах.

Данный технический результат достигается совокупностью существенных признаков заявляемого способа, доказательство которого приводим ниже.

По первому варианту заявляемого способа за счет проведения опережающей выработки на длину, определяемую устойчивостью обнаженной кровли, обеспечивается возможность исключения обрушения ее, поскольку заранее определяется площадь обнажения кровли, при которой соблюдается условие ее устойчивости.

Расположение каждого подхвата под анкеры вдоль продольной оси проводимой выработки, один конец которого соединяют с ранее установленным анкером в пределах проводимой выработки, позволяет обеспечить связь подхвата с анкерной крепью проводимой выработки.

Установка анкеров под упомянутый подхват таким образом, что один из них поджимает к кровле другой конец подхвата, позволяет не допустить обрушение обнаженной кровли опережающей выработки.

Благодаря принятой схеме расстановки анкеров, заключающейся в установке их под углом к продольной оси проводимой выработки в направлении ее подвигания и так, что величина их проекции на горизонтальную плоскость составляет менее шага установки анкеров проводимой выработки, достигается возможность обеспечения заранее скрепление слоев пород кровли проводимой выработки в глубине нетронутого массива, подлежащего в последующем выемки, и соответственно опережающее ее упрочнение.

Установка упомянутых анкеров параллельно между собой с шагом, равным шагу установки анкеров по длине проводимой выработки, позволяет усилить вышеописанный положительный эффект, обеспечивая таким образом надежную устойчивость кровли проводимой выработки.

Осуществление добора сечения проводимой выработки поочередно отдельными заходками и крепление кровли в каждой из них анкерами с подхватами, располагаемыми параллельно проходческому забою проводимой выработки и которые крайние в ряду со стороны массива, устанавливают с наклоном к горизонтальной плоскости, а остальные - вертикально, позволяет образовать анкерную сетку на всей обнаженной поверхности проводимой выработки, обеспечивая таким образом надежное крепление последней.

Второй вариант заявляемого способа отличается от первого варианта тем, что анкер, располагаемый у забоя опережающей выработки, устанавливают в ту или другую сторону добираемого сечения проводимой выработки с разворотом от направления ее подвигания и так, что линия проекции упомянутого анкера на горизонтальную плоскость составляет угол менее 90^o к продольной оси проводимой выработки. Остальные анкеры устанавливают в промежутке между ранее установленным анкером и анкером, расположенным у забоя опережающей выработки, в шахматном порядке с шагом, равным шагу установки анкеров по длине проводимой выработки, причем угол их наклона идентичен углу наклона анкера, устанавливаемого у забоя опережающей выработки. Такая схема расстановки анкеров в опережающей выработке позволит обеспечить, как и в первом варианте, опережающее упрочнение кровли проводимой выработки и как следствие повысить ее устойчивость.

Из изложенного следует, что второй вариант, как и первый, позволяет полностью осуществить технологический процесс крепления горной выработки и соответственно достигнуть поставленную задачу - повысить устойчивость кровли проводимой выработки и как следствие эффективность ее крепления.

Таким образом, оба варианта заявляемого способа благодаря предлагаемому порядку выполнения действий и условию их осуществления позволяют повысить устойчивость кровли, как опережающей выработки, так и проводимой выработки, а так же обеспечить безопасность ведения горных работ при проведении и креплении выработки на больших глубинах.

Преимуществом первого варианта по сравнению со вторым вариантом является то, что за счет увеличения зоны крепления опережающей выработки в глубине массива повышается надежность крепления проводимой выработки и как следствие ее эксплуатационное состояние.

При втором варианте заявляемого способа достигается повышение безопасности работ при доборе сечения проводимой выработки за счет предотвращения возможности расслоения и обрушенная пород кровли в заходках в процессе их выемки.

В настоящей заявке на выдачу патента соблюдено требование единства изобретения, поскольку оба варианта способа предназначены для крепления горных выработок, решают одну и туже задачу - повышение эффективности крепления горных выработок за счет повышения устойчивости кровли этих выработок.

Таким образом, существенные признаки каждого из заявляемых способов находятся в причинно-следственной связи с достигаемым техническим результатом и из анализа уровня техники в данной области не очевидна, явным образом для специалиста. Следовательно, каждое из заявляемых изобретений соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".

На фиг. 1 изображена горная выработка, крепление которой осуществляется по предлагаемому способу, вид в плане, первый вариант; на фиг.2- то же, что на фиг.1, после добора первой заходки; на фиг.3 - то же, что на фиг.2, после добора второй заходки; на фиг.4 - сечение по А-А фиг.1; на фиг.5 - сечение по Б-Б фиг. 2; на фиг.6 - сечение по В-В фиг.3; на фиг.7 - сечение по Г-Г фиг. 3; на фиг. 8 - горная выработка, крепление которой осуществляется по предлагаемому способу, вид в плане; второй вариант; на фиг.9 - то же, что на фиг. 8, после добора первой заходки; на фиг.10 - то же, что на фиг.9, после добора второй заходки; на фиг.11 - сечение по Д-Д фиг.8, на фиг.12 - сечение по Е-Е фиг.9; на фиг.13 - сечение по Ж-Ж фиг.10; на фиг.14 - сечение по З-З фиг. 10; на фиг.15 - анкеры, установленные с разворотом относительно продольной оси проводимой выработки, в аксонометрии.

Способ крепления горных выработок реализуется следующим образом по первому варианту.

По мере выемки горного массива проходческим комбайном образуют опережающую выработку 1 в пределах проектного сечения проводимой выработки 2.

При этом опережающую выработку 1 выполняют на полную высоту "h" проводимой выработки 2, а ее сечение принимают меньшим, чем проектное сечение проводимой выработки 2, причем длину опережающей выработки 1 принимают из условия устойчивости обнаженной поверхности кровли.

Затем из опережающей выработки 1 в ее кровлю бурят шпуры 3 под анкеры 4 с подхватом 5, причем подхват 5 располагают вдоль продольной оси проводимой выработки 2, один конец которого соединяют с ранее установленным анкером 4, расположенным в пределах проводимой выработки 2, а его второй конец поджимает к кровле другой анкер 4. Последний устанавливают у забоя 6 опережающей выработки 1 под углом к продольной оси проводимой выработки 2 в направлении ее подвигания и так, что величина его проекции "а" на горизонтальную плоскость составляет не менее шага "l" установки анкеров проводимой выработки 2. Конкретные величины параметров "а" и "l" рассчитывают на основе нормативных документов, например "Инструкции по расчету и применению анкерной крепи на угольных шахтах России", утвержденной руководителем Комитета по угольной промышленности при Минтопэнерго РФ 12.04.2000 г., Санкт-Петербург, 2000 г.

Далее после возведения анкера 4 у забоя 6 опережающей выработки 1 устанавливают остальные анкеры 4, как минимум два, под подхват 5 в промежутке между упомянутым анкером 4 и ранее установленным анкером 4 и параллельно им с шагом, равным шагу "l" установки анкеров по длине проводимой выработки 2. Такая схема расстановки анкеров 4 под подхват 5 заблаговременно обуславливает скрепление слоев пород кровли проводимой выработки 1 в глубине массива 7 на величину его выемки и соответственно опережающее упрочнение ее, создающее при этом благоприятные условия по фактору устойчивости кровли при доборе сечения проводимой выработки 2 впоследствии на участках 8.

После возведения анкеров 4 под подхват 5 в кровле опережающей выработки 1 проходческим комбайном производят добор сечения проводимой выработки 2 до ее проектной величины путем поочередного выполнения двух заходок 9 и 10. Для чего вначале образуют первую заходку 9, крепление которой осуществляют анкерами 11 и 12 под подхваты 13, располагаемые параллельно проходческому забою проводимой выработки 2. Причем анкеры 11 являются крайними в ряду со стороны нетронутого массива 14 и их устанавливают с наклоном к горизонтальной плоскости, а анкеры 12 в упомянутом ряду устанавливают вертикально. После этого выполняют вторую заходку 10, крепление которой осуществляют анкерами 11 и 12 аналогично креплению кровли выработки 2 анкерами 11 и 12 в первой заходке 9. В результате после крепления заходок 9 и 10 на обнаженной поверхности проводимой выработки 2 образуется анкерная сетка, выполняющая роль постоянной крепи.

Отличительной особенностью второго варианта способа крепления горных выработок, изображенного на фиг.8-15, является то, что анкер 15, устанавливаемый в шпур 16 у забоя 6 опережающей выработки 1, располагают в ту или другую сторону добираемого сечения проводимой выработки 2 с разворотом от направления ее подвигания и так, что линия 17 проекции упомянутого анкера на горизонтальную плоскость составляет угол к продольной оси проводимой выработки 2 и который менее 90^o (фиг.15).

При этом остальные анкеры 15 устанавливают под подхват 5 в промежутке между ранее установленным анкером 15 и анкером 15, расположенным у забоя 6 опережающей выработки 1, в шахматном порядке с шагом, равным шагу "l" установки анкеров по длине проводимой выработки 2, причем угол наклона упомянутых анкеров относительно продольной оси проводимой выработки 2 идентичен углу наклона анкера 15, устанавливаемого у забоя 6 опережающей выработки 1.

Порядок выполнения действий по добору сечения проводимой выработки 2 (фиг. 9, 10, 14) аналогичен порядку выполнения этих действий по первому варианту.

Таким образом, благодаря заблаговременному скреплению слоев пород кровли проводимой выработки достигается опережающее упрочнение ее кровли, а отсюда повышается ее устойчивость и соответственно эффективность крепления, обеспечивающего работоспособное состояние горной выработки при ее эксплуатации, т.е. достигается решение поставленной задачи.

Источники информации: 1. Авторское свидетельство СССР 1684510, кл. Е 21 D 20/00, 1989.

2. Патент РФ 2042032, кл. Е 21 D 20/00, 1992 (прототип).

Формула изобретения

1. Способ крепления горных выработок, включающий проведение опережающей выработки сечением, меньшим проектного сечения проводимой выработки и на полную высоту последней, установку анкеров с подхватом в кровлю опережающей выработки и добор сечения проводимой выработки до ее проектного контура с последующим креплением обнаженной поверхности кровли, отличающийся тем, что опережающую выработку проводят на длину, определяемую устойчивостью обнаженной кровли, при этом подхват под анкеры располагают вдоль продольной оси проводимой выработки, один конец которого соединяют с ранее установленным анкером, расположенным в пределах проводимой выработки, причем анкеры под упомянутый подхват устанавливают таким образом, что один из них поджимает к кровле другой конец этого подхвата и его располагают у забоя опережающей выработки под углом к продольной оси проводимой выработки в направлении ее подвигания так, что величина его проекции на горизонтальную плоскость составляет не менее шага установки анкеров проводимой выработки в ее продольном направлении, а остальные анкеры под этот подхват устанавливают в промежутке между ранее установленным анкером и анкером, расположенным у забоя опережающей выработки, и параллельно им с шагом, равным шагу установки анкеров по длине проводимой выработки, при этом добор сечения проводимой выработки осуществляют поочередно отдельными заходками, крепление кровли в каждой из которых производят анкерами с подхватами, которые располагают параллельно проходческому забою проводимой выработки, причем анкеры в заходках, которые крайние в ряду со стороны нетронутого массива, устанавливают с наклоном к горизонтальной плоскости, а остальные анкеры в упомянутом ряду устанавливают вертикально, при этом после крепления заходок образуют анкерную сетку на обнаженной поверхности проводимой выработки.

2. Способ крепления горных выработок, включающий проведение опережающей выработки сечением, меньшим проектного сечения проводимой выработки и на полную высоту последней, установку анкеров с подхватом в кровлю опережающей выработки и добор сечения проводимой выработки до ее проектного контура с последующим креплением обнаженной поверхности кровли, отличающийся тем, что опережающую выработку проводят на длину, определяемую устойчивостью обнаженной кровли, при этом подхват под анкеры располагают вдоль продольной оси проводимой выработки, один конец которого соединяют с ранее установленным анкером, расположенным в пределах проводимой выработки, причем анкеры под упомянутый подхват устанавливают таким образом, что один из них поджимает к кровле другой конец этого подхвата и располагают его у забоя опережающей выработки в ту или другую сторону добираемого сечения проводимой выработки с разворотом от направления ее подвигания и так, что линия проекции упомянутого анкера на горизонтальную плоскость составляет угол менее 90^o к продольной оси проводимой выработки, а остальные анкеры под упомянутый подхват устанавливают в промежутке между ранее установленным анкером и анкером, расположенным у забоя опережающей выработки, в шахматном порядке с шагом, равным шагу установки анкеров по длине проводимой выработки, угол наклона которых относительно продольной оси проводимой выработки идентичен углу наклона анкера, устанавливаемого у забоя опережающей выработки, при этом добор сечения проводимой выработки осуществляют поочередно отдельными заходками, крепление кровли в каждой из которых производят анкерами с подхватами, которые располагают параллельно проходческому забою проводимой выработки, причем анкеры в заходках, которые крайние в ряду со стороны нетронутого массива, устанавливают с наклоном к горизонтальной плоскости, а остальные анкеры в упомянутом ряду устанавливают вертикально, при этом после крепления заходок образуют анкерную сетку на обнаженной поверхности проводимой выработки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15