Способ крепления горной выработки

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ ГОРНОЙ ВЫРАБОТКИ(71) Заявитель Открытое акционерное общество Белгорхимпром(72) Авторы Смычник Анатолий Данилович Осипов Сергей Николаевич Кириенко Валерий Михайлович Шваб Роберт Григорьевич(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество Белгорхимпром(57) 1. Способ крепления горной выработки, включающий бурение шпуров, установку коротких погружных и длинных податливых анкеров, формирование в кровле упрочненной потолочины, проведение в кровле разгрузочной щели вдоль горной выработки и заполнение ее податливым материалом, отличающийся тем, что проводят не более чем две разгрузочные щели в кровле выработки, причем каждую разгрузочную щель проводят на расстоянии от 0,3 до 0,35 длины пролетавыработки от ее стенки и под углом , равным 6010, к горизонту в направлении стенки выработки, как показано на фигуре 1 чертежей, а длинуразгрузочной щели определяют из выражения где- угол естественного обрушения пород, град. 10785 1 2008.06.30 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что бурят шпур через каждую разгрузочную щель под тем же углом наклона, что и разгрузочная щель, до полного пересечения с упрочненной потолочиной, при этом в шпур вставляют длинный податливый анкер, замок которого помещают у устья щели, и устанавливают подкладку в виде шайбы для удержания породы по обеим сторонам от щели. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нижнюю границу упрочненной потолочины располагают выше контура кровли выработки на расстоянии , которое выбирают из соотношения 4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что при определении расчетной величины мощности упрочненной потолочины усредненную прочность пород на сжатие определяют из выражения 0 12,где- прочность породы на сжатие через времяпребывания в напряженном состоянии,МПа 0 - прочность породы на сжатие при весьма кратковременном действии напряжения,МПа 1 - доля прочности породы при весьма длительном действии напряжения 2 - доля прочности породы, зависящая от времени действия напряжения с - эмпирический коэффициент показателя степени, сут.-1- промежуток времени действия напряжения, сут. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что проводят одну разгрузочную щель в кровле выработки со стороны возможного разрушения кровли. Изобретение относится к области горного дела, а именно к способам крепления горных выработок при подземной разработке месторождений полезных ископаемых. Известен способ крепления горных выработок, включающий создание разгрузочных щелей вдоль выработки, заполнение их эластичным материалом, бурение шпуров и установку анкеров, которые устанавливают в щели 1. Недостатком известного способа является недостаточная надежность крепления выработки с увеличением ее ширины. Известен способ укрепления пород штангами в горных выработках, включающий определение систем трещин, образующих структурные блоки пород по геологическим разрезам в поперечном сечении, бурение наклонных шпуров с заглублением их за контур деформаций пород, установку в шпуры штанг 2. Недостатком известного способа является высокая вероятность срезания штанг в шпурах, ориентированных по нормали к основной системе трещин, опасной по сдвигу, а также отсутствие мер по частичной или полной разгрузке пород, примыкающих к контуру горной выработки. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ крепления горной выработки, включающий бурение шпуров, установку коротких погружных и длинных податливых анкеров, проведение в кровле разгрузочной щели вдоль горной выработки и заполнение ее податливым материалом 3 - прототип. Недостатками данного способа являются высокая вероятность среза анкеров деформирующимися по нормали к ним в направлении к щели слоями пород, расположенными между контуром горной выработки и потолочиной, а также отсутствие учета понижения 2 10785 1 2008.06.30 прочностных свойств пород, составляющих потолочину и находящихся в напряженном состоянии во времени, что может привести к разрушению потолочины и горной выработки. Задача изобретения - повышение устойчивости горной выработки при невысокой трудоемкости и стоимости ее крепления. Поставленная задача достигается тем, что в способе крепления горной выработки,включающем бурение шпуров, установку коротких погружных и длинных податливых анкеров, формирование в кровле упрочненной потолочины, проведение в кровле разгрузочной щели вдоль горной выработки и заполнение ее податливым материалом, причем проводят не более чем две разгрузочные щели в кровле выработки, каждую разгрузочную щель проводят на расстоянии от 0,3 до 0,35 длины пролета выработки от ее стенки и под углом, равным 6010, к горизонту в направлении стенки выработки, а длину разгрузочной щели определяют из выражения где- длина щели, м- пролет выработки, м- угол наклона щели к горизонту (6010), град.- угол естественного обрушения пород, град. При этом через каждую разгрузочную щель бурят шпур под тем же углом наклона,что и разгрузочная щель, до полного пересечения с упрочненной потолочиной, в шпур вставляют длинный податливый анкер, замок которого помещается у устья щели, и устанавливают подкладку в виде шайбы для удержания породы по обеим сторонам от щели, а нижнюю границу упрочненной потолочины располагают выше контура кровли выработки на расстоянии, которое выбирают из соотношения При определении расчетной величины мощности упрочненной потолочины усредненную прочность пород на сжатие определяют из выражения 0 12,где- прочность породы на сжатие через время пребывания в напряженном состоянии,МПа 0 - прочность породы на сжатие при весьма кратковременном действии напряжения,МПа 1 - доля прочности породы при весьма длительном (бесконечном) действии напряжения 2 - доля прочности породы, зависящая от времени действия напряжения с - эмпирический коэффициент показателя степени, сут.-1- промежуток времени действия напряжения, сут. При необходимости проводят одну разгрузочную щель в кровле выработки со стороны возможного разрушения кровли. На фиг. 1 изображена горная выработка, поперечное сечение на фиг. 2 -разрез по А-А на фиг. 1. Позиции на фиг. 1 и фиг. 2 обозначают 1 - короткий анкер потолочины 2 - упрочненная потолочина 3 - длинный податливый анкер 4 - разгрузочная щель, заполненная податливым материалом с отверстием под анкер 5 - замок анкера. 3 10785 1 2008.06.30 В щелях 4 бурятся шпуры в упрочненную потолочину 2 на всю ее толщину, в которые заделываются длинные податливые анкеры 3 длиной, равной сумме длин заделки в упрочненную потолочину и щели . Замки 5 анкеров располагают с внешней стороны устья щели с прочными прокладками (шайбами), надежно захватывающими обнажения пород по обе стороны от щели. Треугольный фасон поперечного сечения прокладки компенсирует угол наклона щели и анкера. Вдоль вертикальной оси горной выработки в кровле бурятся скважины и закладываются длинные податливые анкеры, которые совместно с анкерами, проходящими через боковые щели, поддерживают центральную часть кровли горной выработки. Благодаря этим щелям, заполненным эластичным материалом с отверстиями под анкеры, фактические величины пролетов для слоев пород от контура выработки до упрочненной потолочины уменьшаются в 3 раза, что в соответствии с формулой Л. Эйлера в 9 раз увеличивает поперечную устойчивость крайних отрезков даже без учета возможности деформации в пространстве щелей. Таким образом, главная причина неустойчивости слоистой кровли горной выработки на большой глубине (Н 0700800 м) - поперечная(по отношению к направлению проходки выработки) деформация пород, непосредственно залегающих в кровле (1 м), под действием горизонтальных напряжений Рх, доходящих с учетом пластичности пород и опорного давления до 1,5 уН, в основном нейтрализуется. Центральная часть приконтурного слоя пород, где наиболее часто начинается разрушение кровли, вообще освобождается от горизонтальных напряжений. С течением времени центральная часть кровли горной выработки вместе и под действием упрочненной потолочины опускается и благодаря конусности формы через податливый материал щели начинает распирать боковые части кровли (фиг. 1), в результате чего их смещение замедляется. Таким образом, отрицательные процессы опускания центральной части кровли и горизонтальной деформации ее боковых частей начинают взаимно компенсироваться. При расчете мощности упрочненной потолочины необходимо учитывать явление существенного снижения прочности пород, находящихся в напряженном состоянии, с течением времени. Предлагаемый способ используют преимущественно для крепления капитальных горных выработок, проходимых с плоской кровлей шириной до 5 м и находящихся вне зоны влияния опорного давления других горных работ. По мере проведения горной выработки в ее кровлю по центральной линии бурят шпуры глубиной, соответствующей расстоянию от контура выработки до верхней границы упрочненной потолочины, в которые устанавливают податливые длинные анкеры. При этом мощность упрочненной потолочины М определяют из выражения, где- пролет выработки, м- расстояние от контура выработки до упрочненной потолочины, м М - мощность упрочненной потолочины, м. - усредненный для данного типа пород коэффициент Пуассона уср сж - усредненная прочность пород на сжатие, кПа Ку - коэффициент упрочнения пород анкерами- объемный вес пород, кН/м- угол естественного обрушения пород, град. Рх - величина горизонтальных напряжений, кПа Ркр. - величина критических напряжений, кПа 4 К - коэффициент концентрации опорного давления Н 0 - глубина разработки, м. Расстояние от контура горной выработки до нижней границы упрочненной зоны определяется по формуле При расчете мощности упрочненной потолочины учитывают влияние расчетного вреуср мени эксплуатации горной выработкинасж . Затем в кровле бурят шпуры длиной, в которые ввинчивают погружные короткие анкеры длиной, равной мощности М упрочненной потолочины. После создания упрочненной потолочины и закрепления центральной, наиболее подверженной разрушению части кровли короткими анкерами 1 проводят разгрузочные щели 4, через которые бурят шпуры длиной, необходимой для пересечения упрочненной потолочины, и после заполнения щелей податливым материалом с отверстиями для податливых анкеров устанавливают последние с подкладками в виде шайбы под замки, поддерживающими обнаженную кровлю по обе стороны от щели. В случае нарушения симметрии полей напряжений и (или) прочностей пород относительно вертикальной оси симметрии горной выработки, в результате чего может происходить разрушение кровли с одной стороны, с целью экономии средств, проведение наклонной щели с указанными ранее параметрами производится со стороны разрушения кровли. При этом вторая щель вместе со шпуром и длинным податливым анкером не делается, а схема установки остальных коротких (создание упрочненной потолочины) и длинных податливых анкеров (поддержание кровли) остается прежней с возможным усилением поддержания кровли между центральным длинным податливым анкером 3 (на фиг. 1) и стенкой горной выработки без наклонной щели. В общем случае количество, длина, податливость, шаг установки и направления штанг, кроме установленных через разгрузочные щели, зависят от горно-геологических условий проведения выработки (условия и глубина залегания пород, их физико-механические свойства и т.п.), а также размеров, конфигурации и срока службы самой горной выработки. Проведенные расчеты показывают, что при использовании предлагаемого способа соотношение глубины щелей от пролета выработки составляет(0,20,35), что является оптимальным для условий Старобинского месторождения калийных солей. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6