SU1694914A1

SU1694914A1 - Способ сооружени горной выработки

Info

Publication number: SU1694914A1
Application number: SU894764724A
Authority: SU
Inventors: Иракли Кирилович Гуджабидзе; Теймураз Вахтангович Хурошвили; Сергей Анатольевич Чачурин; Павел Александрович Пилевский; Владимир Андреевич Кушиташвили
Original assignee: Грузинский политехнический институт; Московский Горный Институт
Priority date: 1989-11-30
Filing date: 1989-11-30
Publication date: 1991-11-30

Abstract

Изобретение относитс к подземному строительству и может быть использовано в услови х преобладающего вертикального давлени слабых пород. При сооружении выработки в услови х сводообразовани под действием раст гивающих напр жений используют опережающий защитный экран. Определ ют модуль деформации и коэффициент Пуассона пород. Подбирают раствор с близкими деформационными характеристиками , Выбирают тип стержневой арматуры и определ ют критический изгибающий момент элемента защитного экрана На длине участка свода, определ емого из аналитического выражени , бур т скважины, устанавливают в них стержневую арматуру и заполн ют твердеющим раствором. После устройства опережающего защитного экрана работы по раскрытию сечени выработки возобновл ютс . Посто нную крепь возвод т с отставанием от забо на рассто нии, не превышающем величины, определ емой из аналитического выражени , 2 ил (Л С

Description

Изобретение относитс к подземному строительству, в частности к способам проходки и креплени горных выработок в слабых породах в услови х преобладающего вертикального давлени с применением опережающих защитных экранов.

Целью изобретени вл етс повышение устойчивости выработки и снижение затрат на ее крепление в слабых породах с коэффициентом бокового давлени менее 1/3.

Сущность предложенного технического решени состоит в следующем.

При преобладающем вертикальном давлении , т.е. при коэффициенте бокового давлени менее 1/3, что наиболее характерно дл выработок мелкого заложени , при раскрытии сечени последних в их своде образуетс зона раст гивающих напр жений, Размеры этой зоны завис т от величины коэффициента бокового давлени пород и при его уменьшении зоны увеличиваютс Действие раст гивающих напр жений в своде выработки, пройденной в слабых породах, приводит к разрушению последних, поскольку предел их прочности на раст жение крайне незначителен и, как правило равен нулю.

Таким образом, зона действи раст гивающих напр жений вл етс первоисточсь чэ

4 О

i

ником разрушени пород и, как следствие, первичного вывалообразовани . Вывалооб- разование сопровождаетс перераспределением напр жений в своде выработки, в результате чего в процесс разрушени вовлекаютс все новые и новые области массива . Идет процесс формоизменени вывала, который сопровождаетс увеличением его размеров. Если этот процесс не приостановить путем возведени крепи, то он будет продолжатьс до достижени выработкой устойчивой формы, если така существует в конкретных услови х. При этом нагрузка на крепь посто нно увеличиваетс , поскольку в услови х сводообразовани она определ етс из выражени

J-ys,О)

где S - площадь разрушенных пород (котора соответствует площади действи раст гивающих напр жений), м ;

у- объемный вес пород, мН/м3.

В этой ситуации целесообразно осуществить меропри ти , направленные на предотвращение увеличени размеров вывала и стабилизации его на первоначальном уровне. Дл этого можно использовать опережающее крепление в виде возведени защитного экрана, который должен обеспечивать воспри тие нагрузки, возникающей от действи веса пород в объеме потенциального первичного вывала. Тем самым открываетс возможность уменьшить затраты на сооружение выработки и увеличить ее устойчивость за счет направленной ликвидации причин обрушени .

Еще большее увеличение устойчивости выработки без привлечени дополнительных средств может быть достигнуто путем ликвидации концентраторов напр жений, которыми вл ютс элементы защитного экрана в известных решени х. Это становитс возможным, если при заполнении скважин твердеющим раствором использовать дл этой цели раствор, деформационные характеристики которого приближаютс к деформационным характеристикам пород. В этом случае роль твердеющего раствора в основном сводитс к заполнению скважины материалом с деформационными характеристиками массива.

В этом смысле несущей каркас, выполненный в виде стержневой арматуры, вл етс предпочтительным по сравнению с трубчатым каркасом, поскольку в непосредственный контакт с породой входит материал с близкими по отношению к ней свойствами. Такой прием позвол ет снизить или даже вообще ликвидировать концентрацию напр жени вокруг элементов опережающего защитного экрана.

Наиболее опасными вл ютс тангенциальные раст гивающие напр жени , зона распространени которых превышает зону распространени радиальных. Именно они вл ютс ответственными за вывалообразовани в слабых породах и, следовательно, именно их действие необходимо нейтрализовать. Граница зоны раст гивающих напр жений определ етс из выражени

6{A-1) cos26

15

1 4 i. + V(1 +ЯУ -12 cos 2 9(1 -A +(1 -A ) cos 29} /y

а угол полуохвата зоны раст гивающих напр жений

ft

1 Т

arccos

1 +А

(3)

0v a™° )

где А - коэффициент бокового давлени ; R - радиус выработки в проходке, м; г, 0- пол рные координаты м, град Площадь возможного обрушени дл

5 выработки единичного радиуса

,541-4,1421 +11,953 А2-13,311 Я3, (4) коэффициент коррел ции / 0,996. На фиг.1 изображена выработка, попе0 речный разрез; на фиг.2-то же. продольный разрез.,

Изобретение реализуетс следующим образом,

При сооружении выработки 1 в усло5 ви х сводообразовани , имеющего место в результате действи в ее своде раст гивающих напр жений, используетс опережающий защитный экран. Предварительно определ ют такие деформационные харак0 теристики пород, как модуль деформации и коэффициент Пуассона. С их учетом выбирают твердеющий раствор 2, деформационные характеристики которого приближаютс , а в идеале макси5 мально соответствуют аналогичным характеристикам породы. Выбирают также тип стержневой арматуры 3, в качестве которой могут быть использованы как арматурные стержни, так и различные про0 катные профили. В соответствии с выбранным диаметром опережающих скважин 4. а также параметрами стержневой арматуры 3 и раствора 2, которые вл ютс составл ющими элементов опережающего защитного

5 экрана, представл ющими собой заполнение скважин 4, определ ют критический изгибающий момент, который способен выдержать каждый элемент защитного экрана .

Проходческие работы ведут отдельными заходками. В начале каждой заходки работы по раскрытию сечени выработки 1 временно приостанавливают и вдоль ее продольной оси на всю длину заходки устраивают опережающий защитный экран. Дл этого из забо 5 выработки 1 бур т опережающие скважины 4. Скважины 4 бур т в шельге свода на участке, длина которого определ етс из выражени

1 +А

JlR arccos г, / т

h г (. л)

П180

(5)

где h - длина участка свода, на котором бур т опережающие скважины, м.

В случае, если выработка не вл етс круговой, то в этом и последующих выражени х используетс пон тие эквивалентного радиуса, который, в свою очередь, определ етс из выражени

,63 ,

где S - площадь сечени выработки в проходке , м2.

Скважины 4 располагают равномерно по длине участка. В каждую скважину 4 устанавливают стержневую арматуру 3. Затем скважины 4 заполн ют твердеющим раствором 2.

Угол наклона опережающих скважин 4 по отношению к продольной оси выработки 1 с тем, чтобы увеличить длину заходки, должен быть минимальным и фактически определ етс возможностью установки бурильного оборудовани . Дл облегчени ведени буровых работ с минимальным углом наклона целесообразно в начале каждой заходки устраивать нишу, в которой размещать бурильное оборудование.

После устройства опережающего защитного экрана работы по раскрытию сечени выработки 1 возобновл ютс и ведутс под прикрытием последнего. Крепь 6 возводитс с отстранением от забо 5 на рассто нии, не превышающем величины, определ емой из выражени :

L-vL

yR2(0068 -0,Б1ВА+1.494А2 -1.664А3

(7)

где L - максимальное рассто ние отставани крепи от забо , м;

М - критический изгибающий момент, который способен выдержать элемент защитного экрана, МН-м;

п - количество опережающих скважин.

При подходе забо 5 к концу опережающих скважин очередной заходки проходческие работы вновь приостанавливаютс и

устраиваетс защитный экран на следующей заходке.

Варьиру количеством скважин 4, а также примен различное конструктивное вы- 5 полнение самих элементов защитного экрана, можно измен ть длину незакрепленного участка в призабойной части выработки 1, подбира ее под имеющуюс технологию возведени крепи 6 и необходи0 мые темпы проходки выработки 1.

Выбира между количеством элементов опережающего защитного экрана, а также их прочностными и деформационными параметрами , следует иметь в виду, что чрез5 мерное уменьшение их количества нежелательно. Это св зано с тем, что в этом случае возможна их неравномерна загрузка , а также повышаетс веро тность вывала отдельностей массива между ними.

0 Скважины 4 могут располагатьс как в пределах проектного контура выработки 1, так и вне его. Первый вариант вл етс более предпочтительным при возведении монолитных крепей 6, поскольку в этом случае

5 элементы опережающего защитного экрана вход т в состав последней. В противном случае целесообразно будить опережающие скважины 4 над проектным контуром выработки 1.

0 На таком подходе основываетс принцип опережающей стабилизации кровли выработок . Соблюдение параметров способа позвол ет сохранить размеры зоны нарушений , возникающих при раскрытии сечени

5 выработки под воздействием раст гиваю- , щих напр жений, на первоначальном уровне дает возможность обеспечить устойчивость выработки при минимальных материальных и трудовых затратах на ее

0 сооружение, увеличить темпы проходки по сравнению с другими разновидност ми опережающего креплени .

Claims

Формула изобретени Способ сооружени горной выработки,

5 включающий бурение опережающих скважин в своде выработки, устройство в них элементов защитного экрана путем установки стержневой арматуры и заполнени твердеющим раствором, раскрытие под его

0 защитой сечени выработки и возведени крепи, отличающийс тем, что, с целью повышени устойчивости выработки и снижени затрат на ее крепление в слабых породах с коэффициентом бокового давлени

5 менее 1 /3, предварительно определ ют деформационные характеристики пород и критический изгибающий момент элементов защитного экрана, при этом скважины бур т на участке свода, длину которого определ ют из выражени

Р arccos

h

1 +A

ШЕЛ.

180

где h - длина участка свода, на котором бур т опережающие скважины, м;

R - радиус выработки, м;

Я - коэффициент бокового давлени , и дл их заполнени используют раствор с деформационными характеристиками, близкими к деформационным характеристикам пород, а крепь возвод т с отставанием от забо на рассто нии, не превышающем величины, определ емой из выражени

у

м -п

0

У RZ (0,068 -0.518Л + 1.494 А -1.664А3

где L -максимальное рассто ние отставани крепи от забо , м;

у- объемна масса пород, МН/м3;

М - критический изгибающий момент, который способен выдержать элемент защитного экрана, МН/м;

п - количество опережающих скважин.

Фиг.1