SU1745949A1 - Способ защиты сопр жений вертикальных стволов с околоствольными выработками - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к горному делу и касаетс  предохранени  сопр жений шахтных стволов с околоствольными выработками от больших концентраций напр жений . В околоствольных выработках 1 проход т разгрузочные щели 2 дискообразной формы перпендикул рно главным ос м выработок 1. сопр гающихс  со стволом 3. на рассто нии (0,5-1,0)а и глубиной

Description

Изобретение относитс  к горному делу , а именно к разработке угольных месторождений и предохранению сопр жений шахтных стволов с околоствольными выработками от больших концентраций напр жений .

Известен способ разгрузки контура гор- ных вьфаботок от напр жений, заключающийс  в том, что 5 радиально направленных разгрузочных щелей нарезают одновремен но симметрично по периметру выработки.

Данный способ имеет следующие недостатки:

Ввиду того, что нарезаетс  одновременно 5 радиальных щелей, приконтурна  зона горных пород тер ет св зность, и тем самым тер етс  устойчивость выработки, что может привести к вывалам. Это особенно опасно дл  узлов сопр жени , на которые приходитс  до 80-90% вывалов.

При прорезке щелей на сопр жении вертикальных стволов с выработками начинаютс  активные пластические течени  горных пород, что при сочетании с жесткой крепью сопр жений (бетон, железобетон, тюбинги и т.п.) приводит к резкому возрастанию нагрузок на крепь и возможному разрушению последней.

В данном способе не указаны размеры разгружающих щелей, что реально делает невозможным его эффективное применение .

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  способ защиты сопр жений, суть которого заключаетс  в том, что разгрузочную щель провод т в горизонтальной плоскости через точку пересечени  осей сопр гающихс  выработок, при этом ширина щели равна удвоенной ширине горизонтальной выработки и щель проводитс  вдоль горизонтальной выработки на всю ее длину.

Этот способ имеет следующие недостатки:

отсутствует ув зка параметров разгрузочной щели с горно-геологическими услови ми;

снижены напр жени  в горизонтальной плоскости в направлении главной оси горизонтальной выработки, а в перпендикул рных к этому направлени х (горизонтальных и вертикальных) напр жени  даже несколько увеличены, т.е. способ защищает не от всех видов напр жений;

увеличен пролет выработки до 12-16 м (две ширины), что может привести к подвижкам в вертикальном направлении и снижает устойчивость сопр жени , особенно в сложных горно-геологических услови х.

Таким образом, известные технические решени  обеспечивают их эксплуатационную способность в ограниченном ч исле случаев и снижают устойчивость вмещающего массива.горных пород, особенно в сложных горно-геологических услови х.

Цель изобретени  - увеличение срока

службы и безремонтного поддержани  сопр жени  путем разгрузки его контура от концентрации напр жений и дифференцированного подхода к определению парамет0 ров и места расположени  разгрузочных щелей.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что разгрузочные щели разделывают перпендикул рно главным ос м, сопр гающимс  со

5 стволом горизонтальных выработок на рассто нии 0,5-1 их ширины и глубиной 0,5- 0,75 ширины. При этом ширина разгрузочных щелей определ етс  по формуле

0 (t)dt.(1)

о

где Т - срок службы сопр жени , мае;

U - скорость смещени  горных пород в районе сопр жени , мм/мес.

Основными отличительными признаками предлагаемого технического решени   вл ютс :

разгрузочные щели ориентированы перпендикул рно главной оси горизонтальных выработок, сопр гающихс  со стволом;

разгрузочные щели имеют форму дискового кольца;

оптимальные параметры разгрузочных щелей (глубина и ширина) и их расположение (рассто ние до стенок ствола) определены .

В результате проведенных аналитических и эмпирических исследований по определению коэффициента дополнительной концентрации напр жений в районе сопр жений и снижени  напр жений при разгрузке выработок дисковыми щел ми, ориентированными перпендикул рно главной оси выработок, установлено:

Коэффициент дополнительной концентрации напр жений в районе сопр жени  го- ризонтальных выработок со стволом достигает 1,5-2,0 см /3, 4/, что приводит к разрушению крепи. При этом в сложных горно-геологических услови х (большие глубины и слабые вмещающие породы) жесткие крепи (бетон, железобетон, тюбинги), как правило, не выдерживают возникающих

0

5

0

5

нагрузок.

Разгрузочное действие дисковых щелей распростран етс  на рассто ние 1-1.4 ее радиуса (включа  радиус выработки) вдоль главной оси выработки.

На рассто нии 0.5-1 ширины выработки от места разделки разгрузочной щели напр жени  снижаютс  на 40-60% при глубине щели 0,5-0,75 ширины выработки. Причем при указанных параметрах устойчивость массива горных пород наиболее велика (экстремум устойчивости).

Разгрузочное действие продолжаетс  до момента смыкани  стенок щели, затем напр жени  восстанавливаютс .

Эти выводы были получены при решении упругопластической задачи по определению напр женно-деформированного состо ни  массива горных пород в районе сопр жени  (в результате расчетов на ЭВМ) и проверены экспериментально на шахтах им. 50-лети  Окт бр  и Гуковска  ПО Гу- ковуголь.

Кроме того, было установлено, что разгрузочные дисковые щели оказывают экранирующее вли ние как в направлении главной оси выработки, так и перпендикул рно ей. чем и обеспечиваетс  разгрузочный эффект путем переноса точки максимума концентрации напр жений от основного контура сопр жени  вглубь массива .

Предлагаемый способ по сравнению с известным позвол ет дифференцированно подходить к определению параметров разгрузки в зависимости от горно-геологических условий и геометрических параметров охран емого сопр жени  и вы вить оптимальную глубину и место расположени  разгрузочных щелей так, чтобы с одной стороны они создавали максимальный разгрузочный эффект, а с другой - сохран лась устойчивость пород приконтурной зоны. Этот признак  вл етс  существенным, так как его невыполнение приводит к потере эффективности способа.

Способ позвол ет определить необходимую ширину разгрузочных щелей, ибо увеличение ширины приводит к излишним . трудозатратам, а уменьшение приводит к тому, что ЩРЛЬ быстро закрываетс  и разгрузка исчезает.

Ориентаци  дисковых щелей перпендикул рно главной оси горизонтальных выработок позвол ет экранировать сопр жение от концентрации напр жений, не снижа  устойчивости вмещающего массива (люба  друга  ориентаци  создает зависание пород со значительным пролетом, например в известном способе 12-16 м, что резко снижает устойчивость),

Таким образом, предлагаемый способ защиты сопр жени  позвол ет сохранить его эксплуатационную способность на весь период поддержани .

При его применении коэффициент дополнительной концентрации напр жений снижаетс  в 2-2,5 раза, и услови  поддержани  сопр жени  станов тс  эквивалент- 5 ными (или даже ::егче) услови м поддержани  прот женной части стволов и выработок на этой же глубине и при тех же вмещающих породах.

Способ учитывает как геометрические

0 размеры сопр жени , так и горно-геологические услови , что позвол ет максимально повысить устойчивость вмещающего масси-. ва горных пород и сохранить разгрузочный эффект на длительное врем .

5 Способ позвол ет экранировать сопр жение от концентрации напр жений, возникающей при вли нии очистных работ и снизить затраты на ремонт и поддержание сопр жени ,

0Кроме того, предлагаемый способ значительно технологичней как известного, где разгрузка щелей проводитс  в кровле и боках выработки вдоль их главной оси. Это св зано с тем обсто тельством, что при раз5 резке щелей в описанных способах необходимо сн тие металлических рам, а в предлагаемом способе разгрузка осуществл етс  между рамами.

На фиг. 1 изображено сопр жение ство0 ла с горизонтальной выработкой и разгрузочна  дискова  щель; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.

Способ осуществл етс  следующим образом .

5 Дисковые щели 2 указанных параметров провод тс  из горизонтальной выработки 1 (например, с помощью бара) перпендикул рно ее главной оси. Расчет эффективности способа.

0 Возьмем достаточно типичные услови  дл  Донбасса. Глубина сопр жени  1000 м, расчетна  прочность вмещающих пород 15 мПа, диаметр ствола 3 и ширина сопр гающейс  выработки 8 м, срок службы 30 лет,

5 скорость смещени  пород 0,5 мм/мес.

Расчет необходимой толщины крепи дл  бетона М200 (без применени  способа) согласно нормативному документу дает величину д 1370 мм.

0 При разделке разгрузочной щели глубиной 4 м, пройденной на рассто нии 5,5 м от . стенки ствола, уровень напр жений снизитс  на 50%, т.е. полностью устран етс  концентраци  напр жений, возникающа  из-за

5 самого узла сопр жени . Ширина щели равна b 360.0,5 180 мм. Тогда необходима  толщина крепи будет равна 6 490 мм, т.е. стандартной величине толщины крепи ствола .

Таким образом, применение способа позволило уменьшить толщину крепи почти в 3 раза. Отметим, что в приведенном примере при вли нии очистных работ в первом случае будут наблюдатьс  нарушени  крепи несмотр  на ее толщину, а во втором вли ние очистных работ приведет лишь к более быСтррму закрытию разгрузочной щели, которую впоследствии можно расширить.

Дл  примера укажем, что обьем ремонта сопр жений по ПО Донецкуголь составл ет 5-10 ремонтов в год.

Суммиру  сказанное, можно заключить, что предлагаемое техническое решение позвол ет увеличить срок службы и безремонтного поддержани  сопр жени  вертикального ствола с горизонтальными выработками, что достигаетс  за счет эффективной разгрузки и повышени  устойчивости сопр жени .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ защиты сопр жений вертикальных стволов с околоствольными выработка0

   5

   0

   ми, включающий проведение разгрузочных щелей в околоствольных выработках, от л и- чающийс  тем, что, с целью увеличени  срока службы и безремонтного поддержани  сопр жени  путем разгрузки его контура от концентрации напр жений и дифференцированного подхода к определению параметров разгрузочных щелей, последние выполн ют дискообразной формы перпендикул рно главным ос м околоствольных выработок, сопр гающихс  со стволом, на рассто нии (0,5-1)а и глубиной (0,5-0.75)а, где а - ширина околоствольной выработки, при этом ширину разгрузочных щелей определ ют из соотношени 

   b /U(t)dt,

   о

   где Т - срок службы сопр жени ;

   U(t) - скорость смещени  горных пород в районе сопр жени .

   А-А