СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК
TIMBERING METHOD OF MINE OPENING

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности, а именно к поддержанию горных выработок с помощью крепи из системно связанных анкеров в условиях залегания сильно трещиноватых пород.
Известен способ крепления горных выработок, включающий бурение шпуров, установку в них анкеров с петлями на концах хвостовиков, подвеску к анкерам сварной металлической решетки, протягивание в петли анкеров металлического каната и натяжение его путем закручивания в скрутку и с помощью распорных элементов (а.с. №1305356 Е21Д 11/00, 01.11.85).
Основным недостатком данного способа является сложность технологии крепления, включающая большое количество трудоемких операций. При этом следует отметить, что натяжение металлического каната с помощью скрутки обычно сопровождается обрывом проволок каната и частичной потерей его прочности. Кроме того, вследствие способности каната к вытягиванию с течением времени и в связи с тенденцией смещений пород внутрь выработки по мере ее эксплуатации натяжение каната постепенно уменьшается, что приводит к снижению устойчивости пород на контуре выработки.
Известен также способ крепления горных выработок (патент РФ №1652592 Е21D 20/00, 1991), включающий бурение шпуров рядами, установку в них в две очереди анкеров, преимущественно железобетонных или сталеполимерных с петлями на концах хвостовиков, и сцепление их между собой с помощью хвостовиков, при этом хвостовики анкеров первой очереди изгибают и располагают вдоль выработки, а второй - изгибают и располагают поперек выработки, прижимая их к ее поверхности, причем для обеспечения их совместной работы сцепление анкеров производят путем пропускания стержня каждого последующего анкера в петлю предыдущего.
Недостатком способа является невозможность обеспечения совместной работы анкеров сразу после установки при принятом способе их сцепления в рядах, поскольку не предусмотрено стягивание их между собой. Кроме того, при этом способе требуется высокая точность бурения для возможности совмещения петли хвостовика каждого предыдущего анкер-подхвата со шпуром последующего. Эти недостатки существенно снижают эффективность крепи и усложняют технологию крепления.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ крепления горных выработок (патент РФ №2177550 Е21D 20/00, 2001.
Способ включает бурение шпуров рядами, установку в них анкеров, загибание их хвостовиков вдоль выработки и прижатие хвостовиков к поверхности выработки. Сцепление анкер-подхватов между собой производят с помощью уголка-переходника с отверстиями, выполненными в его полках. При этом отогнутый конец хвостовика анкера предыдущего ряда пропускают через отверстие в полке уголка-переходника, расположенной перпендикулярно поверхности выработки, и закрепляют его. Анкер следующего ряда устанавливают в шпур через отверстие, выполненное в полке того же уголка-переходника, прилегающей к поверхности выработки.
Хвостовик анкера может быть закреплен на уголке-переходнике с помощью стопорного устройства.
Хвостовик может быть закреплен на уголке-переходнике с натягом.
При закреплении хвостовика между полкой уголка-переходника и стопорным устройством может быть помещен упругоподатливый элемент.
Хвостовик можно закреплять клином, установленным между полкой уголка-переходника, прилегающей к поверхности выработки, и концом хвостовика.
В качестве анкера можно использовать гибкий трос.
Анкер может выполняться составным из анкерной части и хвостовика, связанных петлевыми загибами.
К недостаткам данного способа, прежде всего, следует отнести сложность обеспечения качественного сцепления и прижатия хвостовиков с петлевым загибом к поверхности выработки, а также решетки в случае ее применения. Сцепление составных анкеров с помощью петлевых загибов ограничивает усилие натяжения хвостовиков между анкерами и снижает их несущую способность, так как при сильном натяжении петли могут разогнуться. При натяжении хвостовиков анкер-подхватов уголки могут поворачиваться в плоскости полок, прилегающих к поверхности выработки из-за несоосности отверстий в полках уголка-переходника, что снижает натяг подхватов и, следовательно, эффективность поддерживающей функции крепи. Кроме того, при сводчатой форме сечения выработки не обеспечивается качественное натяжение и прижатие подхватов в плоскости поперечного сечения выработки в пятах и замке свода.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности крепления выработок с помощью крепей из системно связанных анкеров и упрощения технологии крепления.
Технический результат достигается тем, что способ крепления горных выработок, включающий бурение шпуров рядами, установку в них составных анкер-подхватов, прижатие подхватов к поверхности выработки, сцепление их между собой с помощью уголка с отверстиями, выполненными в его полках, в одно из которых пропускают конец подхвата анкера предыдущего ряда и натягивают подхват с помощью гайки, а через другое устанавливают в шпур анкер следующего ряда, согласно изобретению сцепление анкеров между собой в рядах производят подхватами с помощью двух гаек, одной из которых крепят конец подхвата через проушину в нем к анкеру предыдущего ряда и прижимают подхват к поверхности выработки, причем натяжение подхватов в рядах установленных анкеров в поперечном сечении выработки производят отдельно по кровле и бокам, последовательно натягивая подхваты по кровле в направлении от одного угла выработки к другому, а в боках выработки - в направлении от кровли к почве.
Достигается тем, что при проходке выработки установку анкеров в рядах вдоль выработки производят последовательно от закрепленного участка к забою по мере его подвигания, а установку и натяжение подхватов производят с отставанием во времени.
Достигается тем, что натяжение подхватов в смежных поперечных рядах анкеров, установленных в кровле выработки, производят в противоположных направлениях.
Достигается тем, что установку анкера следующего ряда производят в одно из ряда отверстий, соосно выполненных в полке уголка, прилегающей к поверхности выработки.
Натяжение подхватов в рядах в поперечном сечении выработки по кровле и бокам выработки производят раздельно: в кровле каждый подхват натягивают в направлении от одного угла выработки к другому, в боках - от кровли к почве (стрелки на фиг.1).
При проходке выработки установку анкер-подхватов производят, располагая и натягивая подхваты вдоль выработки последовательно рядами от закрепленного участка к забою по мере его подвигания (фиг.2).
В первом случае в кровле и боках приконтурного массива трещиноватые породы консолидируются в блоки, упрочненные анкерами и стянутые на контуре выработки подхватами, способные к саморасклиниванию при воздействии горного давления (блоки К и Б на фиг.1) и образованию грузонесущего свода вокруг выработки.
Во втором - подобным образом формируются блоки вдоль выработки. При этом частично восстанавливается утраченный при проходке распор пород в приконтурном массиве выработки (блоки N на фиг.2). С целью защиты крепи от воздействия взрывных работ здесь установка подхватов показана с определенным отставанием от установки анкеров.
На фиг.3 и 4 показаны конструкция узла сопряжения анкер-подхватов с применением гаек и неравнобокого уголка и схема сцепления анкер-подхватов в ряду.
На фиг.5 приведена конструкция уголка-переходника с рядом отверстий в полке, прилегающей к поверхности выработки, при больших отклонениях от заданного расстояния между шпурами в ряду вследствие неточности бурения.
Способ поясняется также чертежом на фиг.6, где представлен продольный разрез выработки, закрепленной предлагаемым способом, в сложных условиях проведения и поддержания, например, при проведении на участках залегания сильнотрещиноватых пород с последующим влиянием очистных работ.
Способ осуществляют следующим образом.
В выработке при проходке вслед за подвиганием забоя 1 (фиг.2) в кровле и боках бурят шпуры 2 по заданной сетке анкерования, в которые устанавливают анкеры 3 вплотную к забою. На выступающие из шпуров концы анкеров надевают уголки-переходники 4 и с помощью гаек 5 прижимают к поверхности выработки, используя уголки под гайки в качестве опорных элементов на контуре выработок. Такая крепь может быть использована в качестве предохранительной или входить в состав предохранительной крепи как дополнительная мера по обеспечению безопасности работ в призабойной зоне.
С определенным отставанием от забоя навешивают решетку 10 и устанавливают с натягом подхваты 6, которыми с помощью гаек 5 прижимают решетку к поверхности выработки. Такая крепь может служить как временной, так и постоянной в зависимости от условий проведения и поддержания выработки.
Для установки подхватов 6 используют уголки-переходники 4 из стального проката, например отрезки неравнобокого уголка 16/10 с толщиной полок 12 мм и длиной 150 мм (по ГОСТу 8510-72) с отверстиями 7 и 8, выполненными соосно на разных полках уголка.
При установке каждого последующего ряда анкер-подхватов резьбовый конец подхвата 6, связанного с установленным анкером предыдущего ряда через проушину 9 гайкой 5, пропускают через отверстие 7 уголки-переходники 4 второго ряда, устанавливают подхват 6 третьего ряда и с помощью гайки 5 натягивают подхват 6 второго ряда (фиг.4).
Навеску решетки 10 и установку подхватов 6 производят обычно с определенным отставанием от забоя 1 с целью снижения влияния взрывных работ на эти наиболее чувствительные к ним элементы крепи.
При усложнении условий поддержания выработки, например, с началом влияния очистных работ возможно усиление крепи с применением данного способа путем установки рядов анкеров 11 с подхватами 12, направленными поперек выработки, с шахматным расположением шпуров для этих анкер-подхватов по отношению к шпурам продольных рядов (фиг.6).
Сцепление анкер-подхватов в поперечных рядах и натяжение подхватов 12 производят отдельно по кровле и бокам после полной сборки комплекта анкер-подхватов в ряду. По кровле подхваты последовательно натягивают в направлении от одного бока выработки к другому, а по бокам - сверху вниз. При этом с целью усиления эффекта стягивания пород при хаотическом характере распределения трещин в массиве подхваты в смежных рядах по кровле стягивают в противоположных направлениях.