СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК
METHOD FOR REINFORCEMENT OF MINES

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и используется преимущественно для проведения и крепления горизонтальных и наклонных горных выработок. Оно позволяет повысить устойчивость кровли выработок при их проведении на участках сильно трещиноватых пород и в зонах разрывных тектонических нарушений.
Известен способ крепления горных пород в выработках (а.с. СССР №1002594, Е21D 20/00, 1983 г.), включающий бурение опережающих скважин в направлении проведения выработки и установку в них анкеров, при котором бурят опережающие скважины переменного направления - сначала наклонно, затем криволинейно и на последнем участке перпендикулярно к продольной оси выработки.
Недостатком известного способа является сложность технологии бурения таких скважин, технологии установки анкеров и их конструкции. К недостаткам следует отнести также снижение эффективности закрепления трещиноватых пород впереди забоя без натяжения анкеров.
Известен также способ крепления горных выработок (а.с. СССР №1112125, Е21D 20/00, 1984 г.), включающий бурение под определенным углом опережающих скважин на сопряжении кровли с забоем в направлении проведения выработки и установку в них анкеров. При этом концы анкеров заглубляют за линию контура зоны разгрузки впереди забоя, а их натяжение производится после подвигания забоя за счет увеличения объема пород в зоне разгрузки, в результате чего предотвращается разупрочнение пород при проходке.
Однако данный способ становится малоэффективным в сильно трещиноватых породах, поскольку такие породы склонны к самообрушению при подвигании забоя за счет собственного веса, а натяжение анкеров за счет увеличения объема пород в зоне разгрузки возможно только в условиях преобладания деформаций упругого восстановления, что нехарактерно для сильно трещиноватых пород.
Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является способ крепления горных выработок (а.с. СССР №1544985, Е21D 20/00, 1990 г.), выбранный в качестве прототипа, включающий бурение на сопряжении кровли с забоем на каждой заходке наклонных опережающих скважин и дополнительно в створе с ними вертикальных скважин с последующей установкой в них анкеров. При этом наклонные скважины бурят длиной, превышающей длину двух заходок на величину замковой части анкера, а устья скважин последующей заходки располагают между наклонными скважинами предыдущей заходки. При установке вертикальные и наклонные анкеры зацепляют концевыми частями на каждой заходке.
Основными недостатками такого способа являются слабое взаимодействие вертикальных и опережающих наклонных анкеров между собой и призабойным массивом, а также недостаточная надежность узла сцепления концевых частей наклонных и вертикальных анкеров.
Техническим результатом изобретения является достижение активного взаимодействия вертикальных анкеров основной крепи и опережающих наклонных анкеров между собой и с массивом горных пород, а также повышение эффективности упрочнения трещиноватого приконтурного массива впереди проходческого забоя за счет натяжения наклонных анкеров и восстановления таким путем утраченного при проходке распора в породах.
Технический результат в способе крепления горных выработок, включающем бурение на сопряжении кровли с забоем на каждой заходке вертикальных скважин и в створе с ними наклонных скважин длиной, превышающей длину заходок на величину замковой части анкера, установку в них анкеров и зацепление вертикальных и наклонных анкеров концевыми частями при каждой заходке, согласно изобретению достигается тем, что связь анкеров концевыми частями производят с помощью опорного уголка с отверстиями, выполненными в его полках, и гаек, одной из которых натягивают вертикальный анкер, а другую используют для натяжения опережающего наклонного анкера, при этом количество заходок по длине наклонных анкеров передового ряда выбирают в зависимости от состояния пород кровли впереди забоя.
a
в
На фиг.1 показан продольный разрез выработки после проходки через зону влияния разрывного тектонического нарушения (участок L) с креплением трещиноватых пород кровли вертикальными анкерами основной крепи и опережающими наклонными анкерами и в стадии проходки выработки через зону дезинтеграции пород в зоне тектонического нарушения (участок L) при двойном перекрытии кровли наклонными анкерами; на фиг.2 - вид на кровлю той же выработки с расположением элементов крепи; на фиг.3 - узел связи вертикальных и наклонных анкеров с помощью опорного уголка.
На фиг.1-3 обозначены: горная выработка 1, проводимая в зоне тектонического нарушения 2, вертикальные анкеры 3, устанавливаемые в кровлю выработки, распорный замок 4, опорный уголок 5, гайка 6, слабонаклонные опережающие анкеры 7, металлическая решетка 8, шайба 9.
Способ осуществляется следующим образом.
При подходе забоя выработки 1 к участку сильно нарушенных пород 2 вблизи сопряжения кровли с забоем бурят вертикальные скважины в кровле, в которые по известной технологии устанавливают железобетонные анкеры 3 с замками распорного типа 4 и опорными элементами 5 из отрезков уголка металлопроката с отверстиями в обеих полках. Отрезки уголков устанавливают на устья скважин, обращая отверстия вертикальных полок в сторону забоя, и с помощью гаек 6 натягивают вертикальные анкеры 3 с усилием, не превышающим прочность закрепления распорного замка анкера 4. Далее через отверстие в вертикальной полке уголка 5 пропускают штангу бурового инструмента и бурят опережающие наклонные скважины под углом 5÷10° на глубину, превышающую длину заходки не менее, чем на длину распорного замка анкера 4.
В опережающую слабонаклонную скважину через отверстие в полке опорного уголка 5 устанавливают по известной технологии опережающий железобетонный анкер 7 с замком распорного типа 4. Длина слабонаклонного анкера  равна сумме принятых длин заходок на данном участке выработки, замковой и концевой частей анкера:
L=Σl+З+К,
где L - длина слабонаклонного анкера, м;
Σl - сумма заходок после каждого цикла крепления слабонаклонными анкерами, м;
З - длина замковой части анкера, м;
К - длина концевой части анкера, м.
Длину заходки и в конечном счете длину слабонаклонного анкера, выполняющего функцию подхвата, принимают в зависимости от степени нарушенности пород.
Например, если принять длину заходки 1,0 м, а длину слабонаклонного анкера 7 равной 2,5 м, то при постоянных величинах З и К (в сумме, например, равных 0,5 м) в кровле выработки образуется двухслойное перекрытие из слабонаклонных анкеров 7.
После установки слабонаклонного анкера 7 на концевую часть анкера устанавливают шайбу 9 и навинчивают гайку 6, помощью которой натягивают анкер 7 с усилием, не превышающим прочность раскрепления распорного замка 4. Решетку 8 навешивают при установке вертикальных анкеров передового ряда или с определенным отставанием в зависимости от состояния кровли. Далее подвигают проходческий забой выработки на величину заходки (l) и процесс крепления в призабойной зоне повторяется в той же последовательности. Образованное таким образом перекрытие в кровле из напряженных опережающих слабонаклонных анкеров 7, концы которых с одной стороны прочно связаны с вертикальными анкерами, а с другой - заделаны в массив, позволяет в безопасных условиях проходить выработку на участках сильно трещиноватых пород.
Пример применения способа
При разработке месторождений полезных ископаемых и подземном строительстве в районах интенсивной тектонической нарушенности горного массива проходку выработок часто приходится вести на участках залегания сильно трещиноватых пород. На этих участках, вследствие склонности пород к обрушению вслед за подвиганием проходческого забоя, часто требуются специальные меры по обеспечению безопасности работ в призабойной зоне.
Например, при проведении капитальной выработки на руднике «Скалистый» Талнахского месторождения в качестве временной крепи применяется комбинированная крепь из железобетонных анкеров, оснащенных распорными замками с прочностью их закрепления 6 Тс, и набрызгбетона с последующим возведением с определенным отставанием постоянной крепи из монолитного бетона. Анкеры длиной 1,8 м устанавливаются по сетке анкерования 0,8×0,8 м, толщина набрызгбетона - 1÷3 см.
По трассе выработки выявлен участок сильно нарушенных пород, сопутствующих пересекаемому тектоническому нарушению с зоной дробления, мощностью 7,5 м. По имеющимся данным при пересечении этого нарушения другой выработкой были случаи обрушения сильно нарушенных пород сразу вслед за подвиганием забоя, что приводило к большим задержкам проходки, а при проходке в зоне дробления применялся весьма дорогостоящий способ предварительной цементации пород.
В рассматриваемом случае при подходе к участку сильно нарушенных пород перед очередной заходкой вертикальные штанги в кровле устанавливают вплотную к сопряжению с забоем и на их хвостовиках вместо опорных плиток с помощью гаек крепят опорные элементы (опорные уголки) из отрезков прокатной угловой стали №10/8 (ГОСТ 8510-72) длиной 150 мм с толщиной полки 12 мм. В опорных уголках выполнены отверстия. В отверстие широкой полки пропускают хвостовик вертикального анкера и с помощью гайки прижимают полку уголка к кровле выработки. Другую полку уголка располагают параллельно поверхности забоя. Размер отверстия в ней соответствует диаметру буровой коронки. После установки всех вертикальных анкеров ряда вплотную к забою через отверстия в вертикальных полках бурят слабонаклонные шпуры такой же длины, как и для вертикальных анкеров. В слабонаклонные шпуры устанавливают железобетонные анкеры, оснащенные распорными замками, и натягивают их с помощью гаек с усилием не более 4 Тс. Далее с применением контурного взрывания шпуров подвигают забой на длину 1,2-1,3 м, отгружают горную массу и крепят кровлю вертикальными анкерами вплотную к забою. Последний ряд у забоя устанавливают с применением опорных уголков и далее повторяют цикл операций по установке опережающих анкеров, подвиганию забоя, отгрузке отбитой горной массы и креплению. Навешивание металлической решетки и нанесение набрызгбетона производят с отставанием от забоя по условию воздействия взрывных работ на эти элементы. Навешивание решетки и прижатие ее к кровле на этом участке производят с помощью опорных плиток и гаек на тех вертикальных штангах, где не установлены опорные уголки.
При подходе непосредственно к шву тектонического нарушения, представленного зоной дробления, переходят на паспорта буровзрывных работ и крепления, предусматривающие уменьшение длины заходки до 0,6÷0,7 м с установкой связанных между собой вертикальных и опережающих наклонных анкеров при каждой заходке. Таким образом, в интервале зоны дробления выработку проходят под двойным перекрытием опережающих слабонаклонных анкеров, концы которых при каждой заходке с одной стороны прочно связаны с вертикальными анкерами, а с другой - заделаны в массив. При этом за счет натяжения обоих видов анкеров впереди забоя повышается распор в породах кровли, повышающий устойчивость кровли.
Образованное перекрытие в кровле из напряженных опережающих слабонаклонных анкеров позволяет в безопасных условиях проходить выработку на участках сильнонарушенных и раздробленных пород.
Постоянную крепь, например из монолитного бетона, устанавливают с отставанием от забоя не более 20 м на участках пород сильной нарушенности и не более 5 м в раздробленных породах.