Обоснование параметров двухуровневой анкерной крепи для поддержания повторно используемых выработок в условиях шахт Восточного Донбасса icon

Обоснование параметров двухуровневой анкерной крепи для поддержания повторно используемых выработок в условиях шахт Восточного Донбасса




Скачати 246.42 Kb.
НазваОбоснование параметров двухуровневой анкерной крепи для поддержания повторно используемых выработок в условиях шахт Восточного Донбасса
ПРИВАЛОВ Александр Александрович
Дата29.06.2012
Розмір246.42 Kb.
ТипАвтореферат



На правах рукописи


ПРИВАЛОВ Александр Александрович


Обоснование параметров

двухуровневой анкерной крепи

для поддержания повторно используемых выработок

в условиях шахт Восточного Донбасса


Специальность 25.00.22 – «Геотехнология

(подземная, открытая, строительная)»


Автореферат

диссертации на соискание ученой

степени кандидата технических наук


г. Новочеркасск 2011 г.


Работа выполнена в Шахтинском институте (филиале) Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)» на кафедре «Подземное, промышленное, гражданское строительство и строительные материалы».


Научный руководитель – доктор технических наук, профессор

^ Страданченко Сергей Георгиевич


Официальные оппоненты: доктор технических наук, доцент

Сарычев Владимир Иванович


кандидат технических наук

^ Коренной Юрий Петрович


Ведущая организация – ОАО «Научно-исследовательский
институт горной геомеханики и маркшейдерского дела – Межотраслевой научный центр ВНИМИ», г. Санкт-Петербург


Защита состоится 5 июля 2011 г. в 1000 часов на заседании диссертационного совета Д 212.304.07 при Южно-Российском государственном техническом университете (Новочеркасском политехническом институте) по адресу: 346428, г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132, ЮРГТУ (НПИ), аудитория 107, тел./факс: (863-52) 2-84-63, email: ngtu@novoch.ru.


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЮРГТУ (НПИ) (г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132).


Автореферат разослан 3 июня 2011 г.


Ученый секретарь

диссертационного совета Плешко Михаил Степанович


^ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ


Актуальность работы. Проводимая реструктуризация угольной промышленности РФ предусматривает закрытие нерентабельных предприятий с повышением эффективности работы перспективных шахт и сохранением существующих объемов добычи угля. Это будет возможно при увеличении нагрузок на очистные забои до среднего мирового уровня добычи из очистного забоя. Для обеспечения такого уровня нагрузки на очистной забой его подвигание должно составлять 8-12 м/сут, а для воссоздания подготовленных запасов темпы проведения подготовительных выработок должны быть не менее 15-25 м/сут.

В современных условиях на шахтах Российской Федерации применяют три схемы бесцеликовой технологии: с сохранением выработок для повторного использования; с проведением новых выработок вприсечку к выработанному пространству; с проведением спаренных выработок с выемкой целика между ними смежной лавой.

Наиболее прогрессивной схемой бесцеликовой технологии является технология подготовки и отработки пластов сохранением выемочных выработок на границе с выемочным пространством при отработке смежной лавы.

В настоящее время бесцеликовая технология разработки угольных пластов с повторным использованием выемочных выработок благодаря ученым ВНИМИ, ИГД им. А.А. Скочинского, других отраслевых, учебных и научно-исследовательских институтов, а также большому объему шахтных исследований и производственных экспериментов получила широкое применение на шахтах РФ, отрабатывающих пласты тонкие и средней мощности.

В последнее время в научной и технической литературе появились сведения об успешном применении анкерных крепей различных конструкций для крепления подготовительных выработок. Однако наблюдаются, и довольно часто, случаи перекрепления и ремонта подготовительных выработок. Вопросам решения задач скоординированного метода крепления повторно используемых выработок и посвящена данная работа.

Диссертационная работа выполнена в рамках темы НИР 17.05 «Исследование геомеханических процессов подземного пространства, влияние этих процессов на сопутствующие среды и земную поверхность», выполняемой в Шахтинском институте ЮРГТУ (НПИ) по заданию Федерального агентства по образованию.


^ Целью работы является научное обоснование параметров крепления и поддержания повторно используемых выемочных выработок, закрепленных двухуровневой анкерной крепью, обеспечивающих компенсацию максимальных смещений пород в зоне интенсивного горного давления и воспроизводство фронта очистных работ при скорости его подвигания 8-12 м/сутки.


^ Идея работы состоит в том, что устойчивость повторно используемых выработок обеспечивается созданием несущего слоя пород путем применения двухуровневой анкерной крепи глубокого заложения и высокой несущей способности в сочетании с усиливающей крепью.


^ Задачи исследований:

-установление закономерностей и количественных показателей разрушения и смещения пород в кровле и боках выработок в различные периоды их поддержания и определение основных причин неработоспособности применяемых видов крепей;

-определение параметров анкерной крепи повторно используемых выемочных выработок, обеспечивающих надежное поддержание кровли и боков в течение всего срока службы без применения рамных крепей;

-разработка паспортов безремонтного поддержания бесцеликовых повторно используемых выработок для типовых горно-геологических условий.


^ Методы исследований. В работе использован комплексный метод исследований, включающий обобщение и анализ сведений, содержащихся в литературных и патентных источниках, экспериментальные шахтные и лабораторные исследования в сочетании с аналитическими методами обработки их результатов.


^ Положения, защищаемые в диссертации:

  1. Анкерная крепь второго уровня, установленная в повторно используемой выработке при смещениях пород кровли до 50 мм после установки основной анкерной крепи, создает несущий слой пород, воспринимающий нагрузки от вышележащих деформированных пород кровли, которые возникают в зоне влияния очистных работ, несущая способность которого уменьшается с увеличением смещений в повторно используемой выработке.

  2. Снижение степени влияния призмы сползания в боках повторно используемых выработках, закрепленных как рамной, так и анкерной крепью, достигается установкой в них анкерной крепи с длиной стержня, определяемого прочностью боковых пород, не превышающей 2,0 метра.

  3. Единый паспорт крепления, включающий двухуровневую сталеполимерную анкерную крепь с длиной анкерного стержня 3,0 метра и более, усилием закрепления стержня в породе – 130-160 кН, определяющий последовательность установки сталеполимерной анкерной крепи и первого и второго уровня с учетом прочности вмещающих пород, пролета выработки и коэффициентов обрушаемости и устойчивости обеспечивает устойчивое состояние повторно используемых выработок, находящихся в зоне влияния очистных работ.


^ Научная новизна работы:

        1. Установлено, что в интервале времени до крепления выработок усиливающей анкерной крепью на любой стадии интенсивности горного давления смещения пород кровли не должны превышать 50 мм; смещения 50, 100, 150, 200 мм ведут к снижению несущей способности консолидируемой системы «деформированные породы, прошитые анкерными стержнями» на 10, 45, 55, 60 процентов соответственно.

  1. Установлено, что за счет призм сползания в боках выработок происходит приращение пролета на величину удвоенной величины смещения пород кровли в середине выработки и составляет 0,3-1,5 метра. Для устранения этих негативных явлений в боках выработок устанавливается анкерная крепь с длиной анкерного стержня, определяемой глубиной расположения выработки и составляющей 2,2-5,2 метра, при этом ширина зоны разрушения пород в боках для средних глубин в 2,0-2,5 раза, а на больших глубинах - в 1,5-2,0 раза меньше ширины призмы сползания при условии, что разрушение пород происходит в условиях одноосного сжатия. На большем расстоянии породы призмы сползания находятся в условиях объемного сжатия, анкерные стержни длиной 2,0 м и более, закрепленные в этой области, имеют величину усилия выдергивания 60-80 кН, обеспечивая при этом уменьшение смещения пород в боках выработок до 200-250 мм.

  2. Установлено, что податливая анкерная крепь второго уровня глубокого заложения с длиной анкерного стержня 3,0 и более метров в сочетании с основной рамной или анкерной крепью предохраняет породы кровли от неуправляемого процесса развития деформаций, замедляет процесс разрушения кровли, и в сочетании с усиливающими подпорными стойками и охранными конструкциями обеспечивает безремонтную эксплуатацию повторно используемых выработок.


^ Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаютс использованием апробированных аналитических и экспериментальных методов, представительным объемом данных, полученных в лабораторных и натурных условиях (выполнены исследования на моделях из эквивалентных материалов с применением численного метода МКЭ на 10 замерных станциях в угольных шахтах), хорошей сходимостью расчетных и фактических параметров работы анкерной крепи выработок.


^ Научное значение работы состоит в получении новых зависимостей взаимодействия системы «слоистый массив – двухуровневая податливая анкерная крепь глубокого заложения» в повторно используемых выработках.


^ Практическое использование работы заключается в следующем:

1. Результаты работы нашли применение при проектировании паспортов крепления выработок проектными организациями и широко используются в учебном процессе, что отражено в учебных пособиях.

2. Разработаны паспорта поддержания и крепления бесцеликовых повторно используемых выработок на основе двухуровневой анкерной крепи и определены их рациональные параметры для типичных условий угольных шахт России.


^ Реализация работы. Результаты работы использованы при креплении кровли анкерной крепью на шахтах ОАО «Гуковуголь» и Донуголь».


Апробация. Основные результаты исследований рассматривались на конференции «Неделя горняка», г. Москва, 2003, 2009 гг.; в институте ВНИМИ на совещании по применению анкерной крепи на шахтах РФ, 2005 г.; на конференции Шахтинского института ЮРГТУ, Шахты, 2009 г.; на секции по горному давлению и горным ударам Ученого совета ВНИМИ (Санкт-Петербург, 2009 г.).


Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, из которых 2 монографии, том числе в изданиях, рекомендованных ВАК, - 3 работы.

^ Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 81 наименования, приложения и содержит140 страниц машинописного текста, в том числе 4 таблиц и 47 рисунков.


Основное ^ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ


Вопросам крепления горных выработок на больших глубинах, в том числе и с применением анкерного крепления, было посвящено большое количество работ. В качестве основополагающих следует отметить работы таких ученых, как Семевский В. Н., Широков А.П., Ардашев К.А., Заславский Ю.З., Глушко В.Т., Кошелев К.Р., Дружко Е.Б., Фисенко Г.Л, Зубов В.П., Кравченко Г.И., Черняк И.Л., Тимофеев О.В., Протосеня А.Г., Козел А.М., Лидер В.А., Штумпф Г.Г., Борисовец В.А., Рева В.Н., Розенбаум М.А., Райский В.В., Мельников Н.И. и др.

Однако, несмотря на научно-технический прогресс, задача поддержания выработок при применении бесцеликовой технологии с повторным использованием выемочных выработок на шахтах полностью не решена.

Проведенные шахтные исследования показали, что при больших смещениях пород в зоне опорного давления первой лавы и, особенно, в периоды поддержания выработок на границе с выработанным пространством происходили вырывания замков или разрывы штанг, что приводило к необходимости установки рамных крепей. Установка в таких условиях рамных крепей не всегда приводила к желаемым результатам.

На угольных шахтах, начиная 1996 года, для крепления повторно используемых выработок применяется сталеполимерная анкерная крепь. В зоне влияния очистных работ устанавливается усиливающая крепь в различных комбинациях. Однако объем выработок, где устанавливается дополнительная анкерная крепь с длинной стержня 3,0 и более метров, незначителен. При проведении выработок вне зоны влияния очистных работ параметры анкерной крепи определяются для смещений 50 мм. Как показали шахтные исследования, через 50-70 суток после проведения выработки смещения в кровле достигают величин 65-90 мм. Высота зоны неупругих деформаций пород кровли достигает значений 3-4 метра, что требует других параметров анкерной крепи. Несмотря на большой объем шахтных измерений и исследований, механизм взаимодействия деформированных вмещающих пород и анкерной крепи остается недостаточно изученным.

Исследование влияния анкерной крепи, установленной в кровлю выработки, на деформирование пород кровли и установление влияния величин смещений при установке основной анкерной крепи осуществлялось на моделях из эквивалентных материалов. В сечении модели выработки анкера в кровле устанавливались после придания слоистым породам кровли смещений 0, 1, 2, 3, 4 мм, что соответствует в масштабе 1:50 смещениям в натуре соответственно 0, 50,100, 150, 200 мм. После установки анкерных стержней модели нагружались ступенчато до ее предельной нагрузки. Диаграмма нагружения модели приведена на рис. 1.




Рис. 1. Диаграмма пригрузки модели


По мере ступенчатого нагружения кровли выработки делались эскизы характера деформируемых пород. На эскизе модели без предварительного прогиба, как и на других моделях, появились незначительные трещины в результате принудительного прогиба скрепленных анкерами пород. На модели с прогибом 4 мм межслоевые контакты ослабили массив до такой степени, что последующее введение анкерной крепи не обеспечивало совместной работы слоеной кровли, а лишь способствовало предотвращению просыпания кусков породы в выработку.

Анализ результатов, полученных на моделях из эквивалентных материалов и шахтных измерений, показал, что основная анкерная крепь, установленная в кровле сразу после обнажения выработки, препятствует расслоению и сдвиговым деформациям пород. Штанги крепи испытывают максимальные растягивающие усилия. Поэтому в выработках, пройденных даже вне зоны влияния очистных работ, в отличие от требований действующих нормативных документов, должны устанавливаться демпфирующие элементы с конструктивной податливостью не менее 40 мм.

Повторно используемые выработки в зоне влияния очистных работ крепятся дополнительной крепью. Существует два варианта дополнительной усиливающей крепи.

При выборе первого варианта крепи усиления гидравлические стойки устанавливаются под подхваты. При смещениях более 200 мм, слоистая породная конструкция, прижатая анкерными стержнями основной крепи, теряет свою несущую способность, а стойки усиления вместе с подпорными элементами удерживают расслоившиеся породы. В этой ситуации нередки обыгрывание подпорных элементов и вывалы породы в выработку, что подтверждается результатами многочисленных наблюдений в шахтных условиях.

При выборе второго варианта в период проведения выработки устанавливается первый уровень анкерной крепи. Анкерная крепь с длиной анкерного стержня в интервале 2,0-2,4 метра, обеспечивает формирование упругой, слоистой породной балки. Второй уровень анкерной крепи с длиной анкерного стержня 3,0 метра и более устанавливается на расстоянии 0,1Н до первой лавы. При этом варианте предусматривается снижение применения дополнительных подпорных гидравлических стоек до 80 %.

Проведенные шахтные наблюдения показали, что при втором варианте крепления повторно используемых выработок имеют место случаи установки подпорных стоек в зоне влияния очистных работ. Для установления причин такого положения выполнен комплекс исследований, включающий моделирование на моделях из эквивалентных материалов, шахтные исследования, решение аналитических задач геомеханики.

Проведенные шахтные исследования показали, что анкерная крепь второго уровня устанавливается в повторно используемых выработках, имеющих в кровле и боках деформированные породы.

Анализ зависимости, представленной на рис. 1, показал, что слоистые породные толщи кровли при увеличении смещений теряют свою несущую способность. Это обстоятельство необходимо учитывать при расчете параметров анкерной крепи путем введения коэффициента повышения несущей способности крепи. Значение коэффициента повышения несущей способности анкерной крепи второго уровня составляет 1,1-1,6 и принимается в зависимости от величины смещения пород кровли в период между установкой анкерной крепи первого уровня и установки анкерной крепи второго уровня. Применение коэффициента повышения несущей способности анкерной крепи второго уровня при определении параметров анкерной крепи подтверждается с исследованиями, представленными на рис. 2.

Консолидируемая несущая способность системы «слоистый массив – двухуровневая податливая анкерная крепь глубокого заложения» в значительной степени зависит от размеров призм сползания в боках выработки. Для установления механизма деформирования пород в боках выработок и определения параметров анкерной крепи, устанавливаемой в боках выработок, устанавливались усилие бокового распора и длина анкерного стержня:

. (1)

В уравнении (1) силы бокового распора , вызывающие разрушение в боках выработок, определяется по выражению

, (2)




Рис. 2. Зависимость снижения несущей способности породной толщи от смещений

где - коэффициент концентрации опорного давления; - средний объемный вес массива; - глубина заложения выработки от поверхности; - коэффициент бокового распора; - высота выработки.

Силы трения препятствуют отжиму разрушенных пород в боках выработки и определяются выражением

, (3)

здесь - сопротивление крепи отжиму; - коэффициент трения пласта с породами кровли и почвы; - глубина зоны разрушенных пород в боках выработок; - мощность разрушаемых пород в боках выработки.

Максимальное значение силы отжатых пород в выработку определяется выражением

, (4)

здесь - объемный вес разрушенных пород в боках выработки.

После окончательных преобразований требуемое сопротивление анкерной крепи в боках выработки можно определить по формуле

. (5)

В последнем случае глубина зоны разрушения пласта определяется по формуле

. (6)

Результаты расчетов по формулам (5,6) сведены в табл. 1.

Анализ результатов приведенных в табл. 1 позволяет сделать вывод, что исключить разрушение боковых пород даже на глубинах до 100 м невозможно. Глубина анкерования боков выработки находится в пределах 2,2-5,2 и более метров.

Большой объем шахтных измерений глубины зоны разрушения боковых пород в зоне влияния очистных работ позволяет сделать вывод, что определяемая по выражению (7) глубина начала разрушения пород в боках соответствует фактическим данным.

Таблица 1

Глубина разработки,

м

Сопротивление крепи, кН/м

Значение,



=0

=1

=

200

18·103

2·102

60

2,2

300

24·103

5·102

70

2,6

400

36·103

9·102

80

3,0

500

44·103

15·102

90

3,2

600

-

-

100

3,6

700

-

-

110

4,0

800

-

-

120

4,4

900

-

-

130

4,8

1000

-

-

140

5,2


, (7)

где Rсб - прочность пород на одноосное сжатие боковых пород.

Одновременно было установлено, что на глубинах, значительно превышающих , ширина зоны разрушения пород в боках в 2,0-2,5 раза меньше ширины призм сползания, а на глубинах, значительно превышающих, больше их ширины в 1,5-2 раза. Следовательно, если принимать на всех глубинах, превышающих , одинаковые параметры анкерной крепи в боках и в кровле, то это будет противоречить реальным процессам, которые развиваются в породах кровли и боках выработки.

По результатам шахтных испытаний по выдергиванию анкерных стержней, установленных в условиях объемного сжатия, усилия выдергивания составляют 60-80кН и обеспечивают удержание призмы сползания пород в боках выработок. Проведенными шахтными испытаниями по выдергиванию анкерных стержней установлено, что длина анкерных стержней, установленных в боках выработок, определяется пределом прочности пород на одноосное сжатие, а зависимость представлена на рис. 3.




Рис. 3. Зависимость длины анкерного стержня от предела прочности пород

на одноосное сжатие в зоне влияния очистных работ


Параметры анкерной крепи для повторно используемых выработок в условиях крепких вмещающих пород имеют два варианта.

Первый вариант - без установки анкерной крепи в боках в повторно используемых выработках. В этом случае параметры анкерной крепи в кровле выработки определяются с учетом приращения пролета выработки от смещений пород кровли. По результатам моделирования с применением численного метода МКЭ и анализа аналитических расчетных схем получена зависимость, учитывающая приращение пролета выработки с учетом смещения пород кровли для глубин 600-900 метров, которая приведена на рис. 4.




Рис. 4. Зависимость приращения пролета выработки от величины смещения


Длина анкерного стержня, по действующей методике расчета параметров анкерной крепи, увеличивается на 10-15 %.

При втором варианте крепления повторно используемых выработок в боках выработки устанавливается анкерная крепь с параметрами, приведенными на рис. 3. Этот вариант не требует учета приращения пролета выработки.

Проведенные шахтные измерения и анализ работ других исследователей показали, что принятые паспорта крепления повторно используемых выработок рамными арочными и трапециевидными крепями являются нерациональными, имеют высокий показатель металлоемкости и трудоемкости установки. Они нетехнологичны, имеют высокую степень опасности при извлечении для повторного использования.

Рамные крепи практически не оказывают требуемого сопротивления смещению кровли, что приводит к снижению эффективности ее поддержания стойками усиления.

Анкерная крепь обеспечивает качественный контакт пород и крепи. Анализ состояния расчета параметров анкерной крепи показал, что для поддержания кровли в подготовительных выработках необходимо рассчитывать параметры анкерной крепи. К основным параметрам следует отнести длину анкеров, общее сопротивление анкерной крепи и плотность расстановки анкеров. Анкерная крепь формирует в породах кровли породные слоистые балки, которые обеспечивают устойчивость выработок.

Скрепленная анкерными стержнями слоистая кровля представляет собой составную балку, несущая способность которой определяется сопротивлением нижних слоев на растяжение. Предполагается, что момент сопротивления составной балки всегда больше суммы моментов сопротивления отдельных слоев, но меньше момента сопротивления одной балки, имеющей высоту, равную пачке слоев. Проведенные исследования на шахтах Восточного Донбасса и других угольных бассейнов показали, что слоистые кровли представляют многослойные породные балки с числом слоев от 2 до 5, для которых устойчивая кровельная балка должна иметь толщину не менее 3,0-3,5 метров. Обобщенные зависимости толщины породных балок по результатам шахтных измерений приведены на рис. 5.





Рис. 5. Зависимость толщины балки от пролета выработки:

1 ряд - толщина многослойной балки; 2 ряд - толщина однослойной балки


Результаты шахтных измерений несущей способности существующих видов и типов анкерной крепи указывают на то, что технологически в большинстве выемочных выработок для применения анкерных стержней 3,0-3,5 и более метров необходимо применять составные анкерные и податливые анкерные стержни. В настоящее время для крепления выработок широко используется сталеполимерная анкерная крепь. По результатам шахтных измерений, она имеет несущую способность 130-160 кН/м, имеются равнопрочные узлы для соединения составных анкеров, разработано множество различных узлов податливости. Проведенные шахтные эксперименты различных узлов податливости показали, что их конструкции сложны в изготовлении или имеются трудности при их установке. Наиболее надежными в работе являются гидравлические клапана, разработанные и испытанные в шахтных условиях, которые обеспечивают надежные параметры податливости анкерной крепи.

Применение двухуровневой анкерной крепи для крепления повторно используемых выработок на экспериментальных участках шахт Восточного Донбасса и промышленного крепления этих выработок на шахтах Кузбасса подтверждает эффективность поддержания пород в кровле и боках повторно используемых выработок. В отличие от базовых, на экспериментальных участках с двухуровневой крепью изменился характер деформирования вмещающих пород, крепь полностью обеспечивала рабочее состояние исследуемых выработок. После подхода лавы к экспериментальным участкам основную нагрузку смешащейся кровли воспринимали анкера и верхняки анкерной крепи. Смещения пород кровли и боков со стороны лавы постепенно возрастали и достигли 250-300 мм. На экспериментальных участках выработки с двухуровневой анкерной крепью сохранились в рабочем состоянии без существенных деформаций.

Экспериментальные работы по установлению степени влияния сталеполимерной анкерной крепи на состояние пород вблизи выработок проводились в натурных условиях. Наиболее продолжительные исследования проводились на шахтах «Ростовская» и «Дальняя» ОАО «Гуковуголь», а также на шахте «Шерловская – Наклонная» ОАО «Донуголь».

Существующие методики позволяют в каждых конкретных условиях определить требуемые параметры крепи выемочных выработок и другие необходимые способы и средства поддержания бесцеликовых повторно используемых выемочных выработок. Однако для апробации рассчитанных паспортов крепления повторно используемых выработок необходимо проведение шахтных исследований характера и показателей проявлений горного давления для оценки и корректировки принятого паспорта.

Проведенный комплекс исследований показал, что по аналогии с паспортами для рамных крепей на угольных месторождениях с мощностью пластов в диапазоне от 0,7-2,5 метра, все паспорта крепления двухуровневой анкерной крепью возможно объединить в один типовой паспорт. Предложенный паспорт отвечает требованиям, предъявляемым к параметрам анкерной крепи в повторно используемых выработках с учетом величин смещения пород в кровле и боках, коэффициентов по обрушаемости и устойчивости, а также ширины пролета выработки. Рекомендации типовых паспортов крепления повторно используемых выработок приведены в табл. 2, 3.


^ Схема обоснования паспортов крепления повторно-используемых

выработок

Таблица 2

^ Типизация горно-геологических и горнотехнических условий отработки пологих угольных пластов

Крепи


Типовые паспорта

с учетом характера и показателей проявлений горного давления, мощности пласта m=07-2,5 метра, ширины выработки до 6 метров, смещения вмещающих пород вокруг выработки, глубины от поверхности, свойств пород кровли, определяющих их устойчивость и обрушаемость

рамные,

анкерные,

комбинированные

1.




2.



Форма выработки

Плоская кровля

при мощности непосредственной кровли не превышающей 0,3-0,4 м;


3






Арочная

при мощности непосредственной кровли более 0,3-0,4 м

^ Легкообрушаемая кровля


Сопротивление посадочной крепи Rкр =1200-1300 кН/м


Труднообрушаемая кровля

1. Сопротивление посадочной крепи

Rкр =2000-2200 кН/м;

2. Сопротивление посадочной крепи

Rкр =1200-1300 кН/м и усиливающая крепь с сопротивлением Rcт=800 кН/м;

3. Сопротивление посадочной крепи

Rкр =1200-1300 кН/м с применением принудительного обрушения


Схемы паспорта крепления повторно-используемых выработок

и установки усиливающей крепи

Таблица 3

а)



б)



в)



г)



д)




Схема паспорта поддерживания

выработки, закрепленной анкерной крепью:

а) - первый период;

б) - второй период

в) - третий период;

г) - четвертый период;

д) - пятый период

Сравнительный расчет показателей при проведении и поддержании выработок по рекомендованным паспортам с базовыми в тыс. руб./м в ценах 1991 года приведен в табл. 4.

Таблица 4

Наименование

Затраты на проведение и крепление

Затраты

на поддержание

Затраты на ремонт

Общая стоимость выработки

работа

материалы

работы

материалы

Базовый с анкерной крепью

6,5

4,5

6,9

5,8

4,9

28,6

Паспорт с двухуровневой анкерной крепью

6,5

4,5

8,0

4,5

0,8

24,3


Заключение


В результате выполнения комплекса лабораторных, шахтных и аналитических исследований разработаны геотехнологические принципы крепления горных выработок на всех стадиях ее существования - от проведения до повторного использования, при этом любая основная крепь выемочной выработки усиливается дополнительной податливой анкерной крепью с длиной анкерного стержня 3,0 и более метров, параметры которой основаны на всестороннем изучении напряженно-деформированного состояния слоистого массива, оценке его собственной несущей способности и условий взаимодействия с крепью. Это позволило решить научно-техническую задачу обеспечения устойчивости подготовительных выработок при бесцеликовой отработке тонких пологих пластов при современных темпах подвигания очистных и подготовительных забоев.

Основные научные и практические результаты заключаются в следующем:

- установлено, что несущая способность кровельной слоистой породной толщи, прошитой анкерной крепью, зависит от величины смещений на момент установки анкерной крепи и в интервале величин смещений 50-200 мм уменьшается соответственно на 10-60 %;

- установлено, что ширина призм сползания деформированных пород в боках повторно используемых выработок определяется глубиной расположения выработки и составляет 2,2-5,2 метра;

- получена зависимость приращения пролета повторно используемых выработок от величины смещения пород кровли;

- установлено, что двухуровневая анкерная крепь с длиной анкерного стержня 3,0 метра и более, определяемая прочностью пород и пролетом выработки, с усилием закрепления 130-160 кН обеспечивает устойчивое состояние повторно используемых выработок, находящихся в зоне влияния очистных работ;

- установлено, что податливая анкерная крепь второго уровня глубокого заложения с длиной анкерного стержня 3,0 и более метров в сочетании с основной анкерной крепью предохраняет породы кровли от неуправляемого процесса развития деформаций, замедляет процесс разрушения кровли, и в сочетании с усиливающими подпорными стойками и охранными конструкциями обеспечивает безремонтную эксплуатацию повторно используемых выработок;

- разработан единый паспорт крепления повторно используемых выработок, определяющий последовательность установки сталеполимерной анкерной крепи и первого и второго уровня с учетом прочности вмещающих пород, пролета выработки и коэффициентов обрушаемости и устойчивости;

- установлено, что существующие соединения составных анкерных стержней, элементы податливости, отвечают требованиям для применения двухуровневой сталеполимерной анкерной крепи для крепления повторно используемых выработок.

Научные результаты достаточно полно опубликованы в следующих работах:

1. Привалов А.А., Сухарникова В.А., Евстратова А.В. Напряженное состояние пород вблизи горных выработок // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: МГГУ, 2003. - № 5. - С. 110-113.

2. Титов Н.В., Розенбаум М.А., Привалов А.А. Работоспособность механизированных комплексов в условиях отработки тонких угольных антрацитовых пластов. - Ростов н/Д.: Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион, 2006. – 65 с.

3. Титов Н.В., Привалов А.А., Турук Ю.В. Пути повышения эффективности разработки тонких и средней мощности пологих антрацитовых пластов. - Ростов н/Д: Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион, 2006. - 195с.

4. Привалов А.А., Савченко Е.С., Привалов А.А. Состояние массива пород вблизи выработок, закреплённых рамной крепью, проводимых буровзрывным способом. Перспективы развития Восточного Донбасса: Меж. вуз. сб. науч. тр. - Новочеркасск, 2009. - С. 98-108.

5. Привалов А.А., Савченко Е.С., Привалов А.А. Влияние крепи боков выработки на устойчивости пород кровли / Перспективы развития Восточного Донбасса: сб. науч. тр. – Новочеркасск, 2009. – С. 88-98.

6. Привалов А.А. Савченко Е.С. Способы установки крепи усиления в выработках с анкерной крепью. Депонированная рукопись №740/02-10 от 05.10.2009 // Горный информационно-аналитический бюллетень. - №2. - 2010.

7. Привалов А.А. Савченко Е.С. Современные способы борьбы с пучением почвы в подготовительных выработках. Депонированная рукопись №741/02-10 от 05.10.2009 // Горный информационно-аналитический бюллетень. - №2. - 2010.


ПРИВАЛОВ Александр Александрович


Обоснование параметров двухуровневой анкерной

крепи для поддержания повторно

используемых выработок

в условиях шахт Восточного Донбасса


Автореферат


Подписано в печать

Формат 60-84 I 16 Бумага офсетная.

Печать цифровая. Усл печ. л. 1,13. Тираж 100 экз. Заказ № _____

Отпечатано в ИД «Политехник» 346428,

г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132 Тел, факс (863-5) 25-53-03


Схожі:

Обоснование параметров двухуровневой анкерной крепи для поддержания повторно используемых выработок в условиях шахт Восточного Донбасса iconОбоснование параметров анкерной крепи протяженных горных выработок на основе учета срезающих усилий в анкерах
Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный технический университет...
Обоснование параметров двухуровневой анкерной крепи для поддержания повторно используемых выработок в условиях шахт Восточного Донбасса iconПроблемы развития горнодобывающего комплекса восточного донбасса и пути их решения
Нир по темам П3–859 «Исследование и разработка основных концепций угольной шахты будущего для условий Восточного Донбасса» и П3–849...
Обоснование параметров двухуровневой анкерной крепи для поддержания повторно используемых выработок в условиях шахт Восточного Донбасса iconОбоснование рациональных параметров чугунно-бетонной крепи вертикальных стволов 25. 00. 22 «Геотехнология (подземная, открытая и строительная)»
«Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)» на кафедре «Подземное, промышленное,...
Обоснование параметров двухуровневой анкерной крепи для поддержания повторно используемых выработок в условиях шахт Восточного Донбасса icon"Разработка геоинформационной системы формирования планов горных выработок угольных шахт" Скубченко М. Г., магистрант, Грищенков Н. Н., доц., к т. н
Разработка геоинформационной системы формирования планов горных выработок угольных шахт
Обоснование параметров двухуровневой анкерной крепи для поддержания повторно используемых выработок в условиях шахт Восточного Донбасса icon«перспективные технологии добычи и использования углей восточного донбасса»
Приглашаем Вас принять участие в работе регионального научно-практического семинара
Обоснование параметров двухуровневой анкерной крепи для поддержания повторно используемых выработок в условиях шахт Восточного Донбасса icon«Перспективы развития Восточного Донбасса»
Шукшунов В. Е. – Президент юргту(нпи), д-р техн наук, проф., Заслуженный деятель науки и техники рф, Президент Международной Академии...
Обоснование параметров двухуровневой анкерной крепи для поддержания повторно используемых выработок в условиях шахт Восточного Донбасса iconЭффективность процесса тэ вс и ад
Анализ контролепригодности, выбор и обоснование диагностических параметров объектов эксплуатации
Обоснование параметров двухуровневой анкерной крепи для поддержания повторно используемых выработок в условиях шахт Восточного Донбасса iconКартаник Ігор Романович 1960 року народження
Воронежський ордена Дружби народів лісотехнічний інститут (″Обоснование и выбор параметров установки для изготовления колотых балансов...
Обоснование параметров двухуровневой анкерной крепи для поддержания повторно используемых выработок в условиях шахт Восточного Донбасса iconОбоснование технологии возведения бетонной крепи вертикальных стволов с отставанием от забоя большими заходками
Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный технический университет...
Обоснование параметров двухуровневой анкерной крепи для поддержания повторно используемых выработок в условиях шахт Восточного Донбасса iconОбоснование способов повышения несущей способности крепи вертикальных стволов на основе современных средств ее упрочнения
Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный технический университет...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи