Способ крепления горных выработок
METHOD FOR SECURING MINE WORKINGS

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано для крепления горных выработок, укрепления целиков, бортов карьеров и т.п.
Изобретение решает задачу повышения эффективности и безопасности крепления выработок с помощью анкерных крепей, упрощения технологии производства и снижения стоимости.
Способ включает бурение шпуров рядами, установку в них анкеров и прижатие хвостовиков анкеров к поверхности выработки. Сцепление анкеров между собой производят посредством кольцевых элементов с отверстиями, выполненными в их стенках и пластинах, закрепленных на торцах. Концы хвостовиков анкеров пропускают через отверстия в торцевых пластинах колец, совпадающих с местоположением их геометрической оси вращения, и закрепляют к ним гайками. Соединение кольцевых элементов и хвостовиков смежных анкеров между собой осуществляют стержнями, которые с обоих концов заводят внутрь колец через отверстия в их стенках и натягивают крепежными гайками.
Анкера и стержни, соединяющие их между собой через кольцевые элементы, закрепленные на хвостовиках анкеров, могут выполняться из стержней прокатной винтовой арматуры для железобетона. Это удобно, так как позволяет осуществлять раскрой разной длины стержней без необходимости нарезки или накатки крепежной резьбы по концам. Кольцевые элементы могут быть изготовлены из отрезков толстостенных труб, массово выпускаемых промышленностью.
Образуемая в процессе реализации конструкций изобретения пространственная структура из преднапряженных стержней, закрепленных к анкерам и между собой, предохраняет от обрушения горных пород как при их выработке, так и эксплуатации проходческих тоннелей и подземных пространств. Данное техническое решение позволяет легко монтировать и, при необходимости, демонтировать его конструктивные элементы для многократного повторного использования.
Данное изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано для крепления горных выработок, укрепления целиков, бортов карьеров и т.п.
Известен способ крепления горных выработок по а. с. СССР №1305356, Е21Д 11/00, 1987, включающий бурение шпуров, установку в них анкеров с петлями на концах хвостовиков, подвеску к анкерам сварной металлической решетки, протягивания в петли анкеров металлического каната и натяжения его путем закручивания в скрутку и с помощью распорных элементов, закладываемых в зазор между канатами и поверхностью выработки, с последующим нанесением на поверхность выработки торкрет-бетона.
Основной недостаток данного способа заключается в сложности технологии крепления; большого количества операций и их трудоемкости. Напряжение канатов скручиванием нетехнологично и приводит к обрыву отдельных проволок с потерей прочности канатов. Вытягивание каната во времени приводят к потере в нем напряжения и снижению эффективности крепи. Данный способ не позволяет контролировать преднапряжение крепежных элементов, их демонтаж и повторное использование невозможно.
Близким к изобретению является способ крепления горных выработок по патенту RU 2177550, C1, Е21Д 20/00, 2001, включающий бурение шпуров рядами установку в них анкеров, загибание хвостовиков вдоль выработки и сцепление анкеров между собой с помощью уголка с отверстиями, выполненными в его полках, объединяемых также гибкими тросами с натяжением или с помощью петлевых загибов.
Недостатком данного способа является высокая трудоемкость производства, загиб хвостовой части анкера снижает эффективность анкеровки и не обеспечивает необходимую жесткость его крепления на поверхности грунта.
Податливость тросов и петлевых элементов, соединяющих анкеры посредством концевых уголков не обеспечивает эффективность крепи за счет потерь преднапряжения ее элементов во времени.
Изобретение решает задачу повышения эффективности крепления выработок с помощью анкерных крепей, упрощает технологию крепления и снижает его себестоимость.
Для этого, согласно способу крепления горных выработок, включающему бурение шпуров рядами и установку в них анкеров, сцепление между анкерами производят посредством кольцевых элементов с отверстиями, выполненными в их боковых стенках и пластинах, закрепленных по торцам.
Соединение кольцевых элементов с хвостовой частью анкеров осуществляется нанизыванием их через отверстия в торцевых пластинах, расположенных в местах, совпадающих с геометрической осью колец, и закреплением к ним гайками.
Разбросанные по поверхности свода горной выработки анкерные элементы с закрепленными на их хвостовых частях кольцевыми элементами соединяются между собой стержнями, заводимыми обоими концами внутрь смежных колец через отверстия в боковых стенках. Крепление этих стержней и их предварительное натяжение производится гайками. Стержни, закрепленные в кольцевых элементах с предварительным напряжением, образуют пространственную структуру, надежно соединенную с анкерами. Крепление горных выработок по данному способу может выполняться поэтапно, по мере производства проходческих работ.
В процессе эксплуатации, предварительное напряжение в пространственной структуре крепи может регулироваться путем подкручивания гаек соединяемых стержней и хвостовых частей анкеров.
При необходимости возможен демонтаж элементов крепления горных выработок и многократное их повторное использование.
В процессе производства крепления по предлагаемому способу возможно использование расклинивающих промежуточных элементов, располагаемых между стержнями пространственной системы крепления и поверхностью свода горной выработки.
Возможно также использование любых ограждающих покрытий, закрепляемых к стержням и кольцевым элементам крепежной системы.
Способ поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен поперечный разрез выработки на участке, закрепленном предлагаемым способом. Такая крепь может служить в качестве временной, а также постоянной для поддержания выработок в благоприятных условиях.
На фиг. 2 представлен вид в направлении 1-1 на фиг. 1, показывающий расположение элементов крепежной системы на поверхности свода выработки.
На фиг. 3 показан узел А крепи на фиг. 1, включающий кольцевой элемент, закрепленный на хвостовике анкера, с крепежом к нему стержней, образующих пространственную связевую систему крепи.
На фиг. 4 показан вид узла А по направлению 2-2.
Способ осуществляется следующим образом:
По мере производства работ в забое (фиг. 1) в кровле (1) и боках выработки бурят шпуры по заданной сетке анкерования, в которые устанавливают рядами анкера (2). На выступающие из шпуров хвостовики анкеров (2) надевают пластины (6) и накручивают анкерные гайки (4), а затем надевают кольцевые элементы (3) и закрепляют их гайками (4) через торцевые пластины (5) в свободном положении, позволяющем ориентировать их по мере необходимости.
Через отверстия в стенках смежных кольцевых элементов пропускают концы стержней (7) и крепят их изнутри колец гайками (4) динамометрическими ключами с заданным предварительным натяжением. После этого закрепляют кольцевые элементы (3) на хвостовиках анкеров (2) гайками (4).
В результате поэтапного выполнения указанных простейших операций образуется пространственная предварительно напряженная стержневая структура, предохраняющая внутреннее пространство выработки от обрушения грунта. К стержневым элементам и анкерным кольцевым элементам структуры могут крепиться различного вида ограждающие элементы (сетки, плитки и т.п.). В пространстве между стержнями структуры и поверхностью выработки могут прокладываться различные виды инженерных коммуникаций (вентиляции, электроснабжения и т.п.).
Преднапряжение данной конструктивной системы может регулироваться в процессе эксплуатации. Она позволяет устанавливать, при необходимости, дополнительные распорки между стержнями системы и поверхностью грунтовой выработки, укрепляя ее.
Элементы системы могут быть демонтированы и многократно повторно использованы на других объектах.
При длительном сроке службы выработки после установки крепи по предлагаемому способу в качестве изолирующего покрытия на поверхность выработки может быть нанесен торкрет-бетон.
Изготовление кольцевых элементов, нарезку стержней из винтовой арматуры, целесообразно производить в технических мастерских, а затем доставлять на выработку.
Преимущество предлагаемого способа по сравнению с известными заключаются в простоте его осуществления, возможности регулирования предварительного напряжения системы крепежа в процессе эксплуатации, многоразовом использовании применяемых для его осуществления элементов, надежности при выполнении требований по безопасности при производстве строительных работ и эксплуатации выработки. Данный способ не требует высокой точности расположения анкерных элементов, так как использование стержней из винтовой прокатной арматуры при его осуществлении позволяет в построечных условиях производить корректировку их размеров.
Список литературы
1. Патент СССР №1305356 А1, E21D 11/00, 1987. Способ крепления горных выработок. Рева В.Н., Розенбаум М.А., Кузнецов Ю.С., Самусенко А.К., Кузнецов А.Г., Рева С.Н.
2. Патент RU №2177550 С1, E21D 20/00, 2001. Способ крепления горных выработок. Смирнов В.А., Звездкин В.А., Розенбаум М.А., Шабаров А.Н., Шевченко М.Ф.