ОГРАЖДЕНИЕ ГОРНОЙ ВЫРАБОТКИ
MINE BARRIER

Изобретение относится к горному делу и направлено на совершенствование конструкции ограждения горной выработки и повышение его долговечности.
Известно ограждение горной выработки, содержащее сетку, выполненную из металлической проволоки и подвешенную к подхватам закрепленными на массиве анкерами, стержни которых выступают из скважин (Широков В.П., Лидер В.А. и др. Анкерная крепь. Справочник. М.: Недра, 1990 г., с.68-71).
Такое ограждение защищает людей и машины от выпадающих кусков пород массива из кровли выработки. Однако сетки между подхватами и сами подхваты, особенно канатные и из полосовой стали, под действием нагрузки чрезмерно провисают, что сужает область использования ограждения. При этом выполнение подхватов связано с высокими и не всегда обоснованными затратами.
Также известно ограждение, содержащее решетку, выполненную из металлических стержней и закрепленную на массиве анкерами, каждый выступающий из скважины резьбовой конец стержня которых пересекает решетку в пределах ее ячейки и снабжен шайбой с центральным отверстием и гайкой, прижимающими решетку к поверхности массива.
Решетки, в сравнении с сетками, более металлоемки и имеют более крупные ячейки. Поэтому такие ограждения обычно содержат стеклоткань и используются в особо неустойчивых породах, причем чаще всего в сочетании с анкерной крепью. Все это ограничивает область их применения.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является ограждение (патент РФ на полезную модель №59148, МКИ Е21Д 21/00, опубл. 10.12.2006), содержащее сетку, закрепленную на массиве анкерами, каждый выступающий из скважины резьбовой конец стержня которых пересекает сетку в пределах ее ячейки и снабжен шайбой (опорная плита) с центральным отверстием и гайкой, прижимающими сетку к поверхности массива.
Недостатком этого известного ограждения является, прежде всего, всесторонняя гибкость сетки, из-за чего невозможна передача нагрузки естественным путем с одной нити сетки на смежную с ней нить, параллельную первой. Поэтому любая нить сетки загрузится выпавшим на сетку куском породы только в том случае, если нить будет непосредственно соприкасаться с куском породы массива в одном месте сетки и одновременно будет прочно прижата шайбой к поверхности массива в другом. В зависимости от размеров шайбы и ячеек сетки максимальное количество нитей, прочно прижатых шайбой к поверхности массива, может быть равно от 4-х до 16-и, т.к. шайба обычно накрывает одну ячейку сетки или, соответственно, девять ячеек. Однако неровности поверхности массива обуславливают неравномерность и недостаточность прижатия нитей к поверхности массива, что может уменьшить расчетное количество нитей в месте прижатия сетки в два и более раза, а шайба своим ребром боковой грани может повредить сетку, прежде всего защитный слой нити. В таких условиях трудно обеспечить высокую степень защиты сетки от коррозии. Все это снижает эффективность работы ограждения и его долговечность.
Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении эффективности работы ограждения и его долговечности. Технический же результат заключается в придании сетке жесткости в ее плоскости, снижающей усилия в элементах сетки, в обеспечении равномерности прижатия сетки к поверхности массива и в предотвращении повреждения сетки шайбой и коррозией.
Задача решается, а технический результат достигается тем, что в ограждении горной выработки, содержащей сетку, закрепленную на массиве анкерами, каждый выступающий из скважины резьбовой конец стержня которых пересекает сетку в пределах ее ячейки и снабжен шайбой с центральным отверстием и гайкой, прижимающими сетку к поверхности массива, согласно изобретению сетка выполнена из лент путем их сваривания в узлах пересечения по всей площади наложения лент друг на друга. Каждая лента изготовлена из пластмассы и содержит в себе вытянутые вдоль ленты стальные проволоки. Между шайбой и сеткой расположена прокладка с центральным отверстием, которая выполнена из эластичного материала, а ее размеры обеспечивают предотвращение касания сеткой шайбы по ее периметру.
Дополнительно:
- поверхность массива в месте прижатия к ней сетки шлифована;
- в месте прижатия сетки к поверхности массива между ними расположена дополнительная прокладка с центральным отверстием, которая выполнена из эластичного материала, а ее размеры в плане, по меньшей мере, равны размерам шайбы в плане;
- в анкере пространство между стержнем и стенками скважины заполнено затвердевшим раствором;
- диаметр центрального отверстия в дополнительной шайбе не превышает диаметр стержня анкера.
Именно выполнение сетки из сталепластмассовых (металлопластиковых) лент по указанным правилам придает сетке жесткость в ее плоскости, что обеспечивает передачу нагрузки с одной ленты на смежные параллельные ей ленты. Одновременно с этим эластичная прокладка способствует более равномерному прижатию лент сетки к поверхности массива и предотвращает повреждение ленты шайбой. Равномерность этого прижатия повышают также шлифование (выравнивание) места прижатия сетки к поверхности массива и дополнительная эластичная прокладка. Эта дополнительная прокладка при заполнении раствором пространства между стержнем анкера и стенками скважины предотвращает вытекание раствора, т.е. при выполнении анкера дополнительная прокладка одновременно выполняет функцию манжеты. Все это обеспечивает достижение ранее указанного технического результата: придание сетке жесткости в ее плоскости, снижающей усилия в элементах сетки, обеспечение равномерности прижатия сетки к поверхности массива и предотвращение повреждения сетки шайбой и коррозией.
Сетка ограждения может быть закреплена на массиве посредством как анкеров крепи, так и анкеров, специально выполненных для крепления сетки. В первом случае уместно название «анкерная крепь с сетчатым ограждением», во втором случае - «сетчатое ограждение», а при комбинированном креплении сетки - одно из этих двух названий в зависимости от преобладающего количества анкеров. При этом длина первых анкеров обычно находится в пределах 1,5-3,0 м, а длина вторых анкеров менее 1,5 м.
Изобретения поясняются чертежами, на которых изображено:
- на фиг.1 - анкерная крепь с сетчатым ограждением горной выработки в трещиноватом массиве, поперечный разрез выработки;
- на фиг.2 - узел I на фиг.1;
- на фиг.3 - фрагмент сетки, план;
- на фиг.4 - сечение А-А на фиг.3;
- на фиг.5 - анкерная крепь с сетчатым ограждением почвенного борта мощного крутого угольного пласта, отработанного открытым способом, поперечный разрез борта;
- на фиг.6 - сетчатое ограждение, предохраняющее горную выработку со сводом естественного равновесия от коржевания и высыпания массива, поперечный разрез выработки.
Пример 1 (фиг.1-4). Горная выработка (далее: выработка) 1 произведена в массиве 2, расчлененном трещинами 3 на относительно крупные куски 4, которые анкерами 5 анкерного крепления прижаты друг к другу и образуют в поперечном сечении выработки устойчивый свод.
Ограждение выработки 1 содержит сетку 6, закрепленную на массиве 2 теми же анкерами 5. Выступающий из скважины 7 (фиг.2) резьбовой конец грузонесущего стержня (далее: стержень) 8 каждого анкера 5 пересекает сетку 6 в пределах ее ячейки 9 (фиг.3) и снабжен шайбой 10 (то же: опорная плитка) с центральным отверстием и гайкой 11, прижимающих сетку 6 к поверхности 12 массива 2.
Сетка 6 выполнена из лент 13 путем их сваривания, например, ультразвуком в узлах пересечения 14 по всей площади наложения лент 13 друг на друга. Каждая лента 13 изготовлена из пластмассы, например поливинилхлорида (ГОСТ 5960), и содержит в себе (фиг.4) вытянутые вдоль ленты стальные проволоки 15 (ГОСТ 9389). Между шайбой 10 и сеткой 6 расположена прокладка 16 с центральным отверстием, которая выполнена из эластичного материала, например резинотканевого, а ее размеры, по меньшей мере, равны размерам шайбы 10 и обеспечивают предотвращение касания сеткой шайбы по ее периметру.
Поверхность 12 массива 2 в месте прижатия к ней сетки 6, т.е. против шайбы 10, шлифована, а между сеткой 6 и поверхностью 12 массива 2 в этом месте независимо от того, шлифована поверхность 12 или не шлифована, целесообразно расположить дополнительную прокладку 17 с центральным отверстием под стержень 8. Прокладку 17 также следует выполнить из эластичного материала, ее размеры в плане, по меньшей мере, не должны быть меньше размеров шайбы 10 в плане, а диаметр ее центрального отверстия не должен превышать диаметр D стержня 8. В анкере 5 пространство между стержнем 8 и стенками скважины 7 целесообразно заполнить твердеющим раствором, например цементным, т.е. анкер 5 выполнить железобетонным.
Работы по выполнению анкерной крепи выработки и ее сетчатого ограждения производятся с инвентарных подмостей (не показаны) и в следующей последовательности.
Сначала по контуру выработки 1 в намеченных местах на заданную глубину бурят скважины 7, при этом поверхность 12 массива 2 вокруг устья каждой скважины 7, в месте будущего прижатия сетки 6, посредством торца круга станка (не показан) шлифуют. Затем в каждую скважину 7 вставляют металлический стержень 8, например, клинощелевого типа и производят его закрепление в скважине 7 посредством замковой части 18 стержня 8. После чего на каждый выступающий из скважины 7 резьбовой конец стержня 8 последовательно надевают дополнительную прокладку 17 и шайбу 10, а посредством гайки 11 с заданным осевым усилием производят натяжение стержня 8, что повышает устойчивость выработки 1, при этом прокладка 17, как манжета, закупоривает устье скважины 7. Далее, например, инъекционным способом пространство между стержнем 8 и стенками скважины 7 заполняют цементным раствором (трубка для инъекции раствора и трубка для отвода воздуха на чертежах не показаны). Затвердеванием раствора в скважине 7 заканчивается выполнение железобетонных анкеров 5, обладающих высокой несущей способностью, не зависящей от дальнейшего положения гаек 11. Последние в дальнейшем функционально преобразуются из натяжных гаек стержней 8 в прижимные гайки сетки 6.
Для закрепления сетки 6 на массиве 2 со стержней 8 свинчивают гайки 11 и снимают шайбы 10. После чего на стержни 8 последовательно надевают сетку 6, используя для этого ячейки 9 сетки 6, прокладки 16 и снова шайбы 10, затем повторно завинчивают гайки 11 с заданным осевым усилием. Это усилие необходимо для зажатия сетки 6 между эластичными прокладками 16 и 17 и плотного прижатия сетки 6 вместе с прокладками 16 и 17 к шлифованной поверхности 12 массива 2.
По мере перемещения забоя выработки 1 ранее описанным путем производят сначала выполнение железобетонных анкеров 5, а затем производят закрепление внахлест очередного рулона сетки 6. При этом со стержней 8 анкеров 5, включая стержни ранее выполненных анкеров 5 ряда нахлеста, временно отвинчивают гайки 11 и снимают шайбы 10 и прокладки 16.
Основные особенности работы описанного ограждения заключаются в следующем.
1. Высокая несущая способность ленты 13, как элемента сетки 6. Так, 10 стальных углеродистых проволок 15 диаметром 0,6 мм обеспечивают временное сопротивление разрыву ленте в пределах 600-800 кгс.
2. Жесткость в своей плоскости сталепластмассовой сетки 6 обеспечивает последовательную передачу нагрузки с одной ленты 13 на смежную с ней другую параллельную ленту 13 сетки 6. Это снижает усилия в лентах 13 в месте приложения к сетке 6 нагрузки от кусков породы и в месте прижатия сетки 6 шайбой 10 к поверхности 12 массива 2.
3. Эластичность прокладок 16 и 17, а также шлифованная поверхность 12 массива 2 обеспечивают равномерность прижатия сетки 6 к поверхности 12 массива 2, что обеспечивает включение в работу всех прижатых лент 13 сетки 6.
4. Прокладка 16 предотвращает повреждение сетки 6 шайбой 10.
5. Дополнительная прокладка 17 обеспечивает удержание раствора в скважине 7 при выполнении анкера 5 железобетонным.
6. Полимерный материал (пластмасса) ленты 13 обеспечивает высокую степень защиты стальной проволоки 15 от коррозии.
7. Выполнение анкеров 5 железобетонными допускает свинчивать гайки 11 со стержней 8 без ослабления анкерной крепи, что при перемещении забоя выработки 1 упрощает закрепление внахлест очередного рулона сетки 6.
Пример 2 (фиг.5). Выработка 1 произведена в процессе выемки угля 19 открытым способом с образованием крутого почвенного борта 20, закрепленного анкерной крепью с сетчатым ограждением. Конструкция крепи и сетчатого ограждения аналогичны описанным конструкциям в примере 1. Работы же по их выполнению производятся с инвентарных подмостей (не показаны), которые перемещают по высоте лебедкой 21.
Пример 3 (фиг.6). Сетчатое ограждение предохраняет выработку 1 со сводом естественного равновесия от коржевания и высыпания пород массива 2. Конструкция ограждения в этом примере отличается от описанной конструкции в примере 1 только тем, что длина анкеров 22 короче анкеров 5 примера 1 и она обычно не более 1,0-1,5 м. При этом перед заполнением скважин 7 цементным раствором натяжение стержней 8 производят с усилием, обеспечивающим только удержанием раствора в скважине 7 дополнительной прокладкой 17 или только прокладкой 16. В последнем случае диаметр центрального отверстия в прокладке 16 не превышает диаметр стержня анкера 22.
Производственная компания ЗАО «Техполимер», г.Красноярск, в 2011 году изготовила опытную партию сетки 6, наименовав ее «Сетка тоннельная «ТехПолимер». СТО 59910145-006-2011. Размеры ячеек 50×50; 75×75 и 100×100 мм.
Обозначения
1 - горная выработка (далее: выработка)
2 - массив
3 - трещина
4 - крупный кусок (массива)
5 - анкер
6 - сетка
7 - скважина
8 - грузонесущий стержень (далее: стержень)
9 - ячейка (сетки)
10 - шайба (то же: опорная плитка)
11 - гайка
12 - поверхность (массива)
13 - лента
14 - узел пересечения (лент)
15 - стальная проволока
16 - прокладка
17 - дополнительная прокладка
18 - замковая часть (стержня)
19 - уголь
20 - почвенный борт
21 - лебедка
22 - анкер (пример 3)
D - диаметр стержня