Опыт эксплуатации металлической крепи подготовительных горных выработок в подмосковном угольном бассейне Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

7. Van Langen H., Vermeer P.A. Automatic step size correction for nonassociated plasticity problems // Int. J. Num. Meth. Engng., 1990. P. 29, 579598.

Прохоров Николай Ильич, канд. техн. наук, ecology@tsu. tula. ru , Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Корнеев Андрей Владимирович, канд. техн. наук, доцент, ecology@,tsu. tula.ru , Россия, Тула, Тульский государственный университет

GEOTECHNICAL FORECASTING STABILITY OF LANDSLIDE DANGEROUS ARGILLACEOUS SLOPE AT NEW BUILDING CONSTRUCTION CONDITIONS

N.I. Prohorov, A. V. Korneev

Results of researching stability of landslide dangerous argillaceous slope at new building construction conditions were submitted. Sensitivity of the stability for landslide dangerous argillaceous slope to outside factors was studied. Results of calculated experiments are shown.

Key words: landslide, soil, stability, slope, construction, mathematical model.

Nikolai I. Prohorov, Candidate of Sciences, Professor, ecology@tsu.tula.ru , Russia, Tula City, Tula Sate University,

Andrey V. Korneev, Candidate of Sciences, Docent, ecology@tsu.tula.ru, Russia, Tula City, Tula Sate University

УДК 622.271.3

ОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ КРЕПИ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК В ПОДМОСКОВНОМ УГОЛЬНОМ БАССЕЙНЕ

Н.И. Прохоров

Представлен анализ результатов натурных наблюдений за эксплуатацией металлической податливой крепи на шахтах Подмосковного бассейна. Даны рекомендации по повторному использованию металлической крепи подготовительных горных выработок.

Ключевые слова: металлическая крепь, подготовительная выработка, деформация, повторное использование, горно-геологические условия.

Надежность крепи горных выработок, обеспечивая стабильность протекающих в инфраструктуре шахты производственных процессов, определяется деформацией ее конструктивных элементов, т.е. переходом рамы крепи из состояния, когда все ее элементы, включая межрамное пространство ис-

правны, и пучение почвы отсутствует - в состояние, когда один из элементов деформирован и требует замены, ремонта или подрывки почвы. В условиях Подмосковного угольного бассейна, когда новая металлическая крепь горных выработок не поставлялась на шахты, важную роль сыграло повторное ее использование. На некоторых шахтах появились участки по реставрации извлекаемых элементов металлической крепи. Так на шахтах «Дубовская», «Бородинская» и др. восстановление крепи производилось при помощи гидравлического пресса ПАК-250 и правильно-изгибочной машины МИГ. Загруженность этих участков, возможно было бы сократить, если снизить степень деформируемости крепи как вне зоны, так и в зоне опорного давления.

Как показал опыт работы многих шахт, наибольший коэффициент извлечения элементов крепи для повторного использования имеет конструкция крепи КПК-ПЛ-15, благодаря наличию разборных шарниров и укороченному лежню, что создает благоприятные условия извлечения их на линии очистного забоя. Средний процент извлечения крепи достигал 80 — 85 %, но процент повторного использования значительно меньше. Основная причина этому -высокая деформируемость элементов крепи. Опыт работы податливой крепи из спецпрофиля и проведенные специальные исследования ТулГУ и других научно-исследовательских организаций показывает, что в элементе податливости проскальзывание одних элементов относительно других происходит скачкообразно. При этом происходит сбрасывание нагрузки до 35 % и более.

Величины скольжения профилей в соединениях одной и той же раме, как правило, не одинаковы и колеблются в широких пределах (до 400 мм и более). Это приводит к появлению дополнительных нагрузок на элементы крепи рамы и на соседние рамы, что увеличивает деформацию от -дельных элементов. Значительный диапазон колебания величины скольжения элементов рамы в соединениях объясняется, прежде всего, наличием большого количества факторов, влияющих на эту величину. Значительная часть факторов не связана с горногеологическими условиями. К ним относятся: длина нахлестки профилей в соединениях, состояние поверхностей скольжения (наличие ржавчины, заусениц и т.п.), степень зажатия хомутов, точность поперечных размеров профилей (соблюдение допусков при прокатке балок, при изгибе сегментов), изменение радиусов кривизны элементов арки в местах их соединений и упругая и остаточная деформация элементов во время работы. Особенно часто наблюдается деформация элементов в тех случаях, когда узел податливости находится на месте максимального изгибающего момента. В этом случае днища профилей в одном конце соединения сходятся вплотную, а другом - сильно расходятся, образуя значительный зазор. При этом конец профиля часто выходит из другого профиля и упирается в затяжку или в породу, в связи, с чем скольжение прекращается, и крепь теряет податливость. В этом случае, особенно в зоне опорного давления, происходит деформация элемен-

тов крепи, что приводит к выполаживанию верхняка или лежня с образованием резких перегибов и появлением на этих участках разрывов металла. Неравномерные деформации являются причиной изгиба и скручивания межрамных продольных стяжек с потерей их жесткости.

Наиболее характерные деформации рамной металлической крепи показаны на рисунке. Деформация элементов крепи является следствием следующих отступлений от паспортов крепления и нарушения правил эксплуатации крепи:

а) увеличение расстояний между рамами против предусмотренных паспортом крепления;

б) установка облегченных межрамных стяжек, неполное количество или отсутствие их на отдельных участках штрека;

в) неправильная накладка профилей в соединениях с величиной нахлестки 200-250 мм, вместо 400 мм;

г) установка на соединениях по одному хомуту вместо двух, несоблюдение проектного расстояния между хомутами;

д) установка рам не в вертикальной плоскости и не строго перпендикулярно к продольной оси выработки;

е) применение крепи больших размеров, чем размеры выработки, что приводит к увеличению нахлеста профилей в местах соединения, затрудняя их скольжение, при этом часто возможен порыв хомутов;

ж)оставление пустот за рамами, чаще всего над верхним элементом;

з) несоответствие контура выработки в проходке конфигурации

рам;

и) укладка затяжки концами на край профиля, что создает внецентрен-ную нагрузку на профиль и приводит к его выполаживанию и скручиванию.

Все вышеуказанные нарушения создают ненормальные условия работы крепи, приводящие к снижению ее несущей способности, преждевременному разрушению ее элементов и снижению эффективности ее применения.

а б

в г

Виды деформаций металлической рамной крепи КПК-ПЛ-15: а - неравномерное проскальзывание из-за сползания хомутов; б - смещение рамы от продольной оси из-за неравномерной забутовки;

в - выполаживание верхнего элемента из-за увеличения расстояния между рамами; г - изгиб боковых и выполаживание верхних элементов из-за недостаточного усиления в зоне временного опорного давления под лавой; д - разрыв днища бокового элемента.

Необходимо отметить, что податливая рамная крепь из шахтного спецпрофиля требует систематического и тщательного ухода за ней - регулирование степени зажатия соединительных хомутов, подтягивание гаек и т.д., а также своевременного выполнения текущего ремонта.

На деформируемость элементов крепи влияет, не только вышеуказанные причины, но и геологические и горнотехнические факторы.

Известно, что областью практического влияния выработки является область, охваченная неупругими деформациями. Размеры этой области зависят от физико-механических свойств пород, степени податливости крепи и способа охраны выработки. Чем больше податлива крепь, тем больше область неупругих деформаций. Поскольку горные породы в области неупругих деформаций теряют связность, при чрезмерно податливой крепи создаются условия для образования свода обрушения.

Увеличение податливости крепи приводит к снижению давления на крепь, поэтому крепь должна обладать достаточным запасом податливости и деформироваться совместно с окружающими выработку породами.

Чрезмерное увеличение податливости крепи вредно, так как может привести к нарушению совместности работы крепи и пород и вызвать образование свода обрушения. При образовании свода обрушения давление на крепь возрастает и чрезмерно податливая крепь может быть раздавлена.

Идеально спроектированная крепь должна полностью обеспечивать совместную деформацию с боковыми породами и сопротивляться перемещениям боковых пород именно в той степени, в какой это необходимо для предотвращения вывалов породы, при этом элементы крепи было бы возможным повторно использовать. Как показывает опыт, элементы крепи КПК-ПЛ-15 при смещении почвы-кровли в пределах 300-350 мм не деформируются и полностью используются для повторного крепления выработок.

Запредельные смещения почвы-кровли приводят к деформациям элементов крепи, когда полностью или частично они не восстанавливаются. Это имеет место, когда паспорт крепления не соответствует горно-геологическим условиям, особенно при пересечении выемочными штреками мульд, когда расстояние между рамами постоянно по всей длине штрека. Так на шахте «Бородинская» наблюдалась усиленная деформация крепи на штрека 21, ПК-27 штрека 23, ПК-25 штрека 25. Все эти пикеты находились в одной и той же мульде, и крепление производилось согласно типовому паспорту, разработанного на основании горно-геологического прогноза 1,5 рамы на 1 м выработки. На этих пикетах выемочные штреки перекреплялись, и элементы крепи с этих пикетов из-за значительной деформации повторно не использовались. Но при проходке штрека 29 в этой же мульде была установлена крепь с плотностью 2 рамы на 1м выработки. Величина смещения почвы-кровли значительно сократилась по сравнению с выше указанными пикетами, и штрек не требовал ремонта.

Одной из причин деформирования элементов крепи является отсутствие учета многократности их установки. На шахтах бассейна применяют одну и ту же плотность крепи без учета количества повторного использования элементов крепи. Как правило, отсутствуют отметки на наружной плоскости

элементов крепи, указывающие, сколько раз данные элементы поступали на восстановление и дату восстановления. Причиной деформации элементов является некачественная их сортировка на элементы пригодные для повторного использования без ремонта и деформированные, пригодные для восстановления. Часто для повторного использования без ремонта применяют элементы крепи с прогибом более 10 мм, скручиванием на угол более 90°, при разрывах боковой части более 200 мм. Очень редко используется сварка разрывов элементов крепи.

Причиной, снижающей процент повторного использования элементов крепи, является сокращение периода между проходкой лавы и проведения штрека в присечку, т.е. когда крепь устанавливается в зоне не установившегося давления или когда участок усиления крепи под лавой меньше рекомендуемого для данных горно-геологических условий.

Таким образом, решение вопроса повышения эффективности использования для металлической рамной крепи должно осуществляться комплексно с учетом горно-геологических и горно-технических условий, а также организационных мероприятий, что позволит повысить технико-экономические по-

казатели работы шахт.

Список литературы

1. Бажин Н.П., Мельников Н.И., Нейман Л.К. Рациональные способы поддержания подготовительных выработок. ЦНИЭИуголь, М. 1994.

2. Каретников В.Н., Прохоров Н.И, Бреднев В.А. Крепление и поддержание выработок в условиях Подмосковного бассейна. Тула, ТПИ. 1986.

3. Ремизов А.В. Основные виды крепления горных выработок и методика их расчета. Кемерово. Кузбасвузиздат, 2007.

Прохоров Николай Ильич, канд. техн. наук, профессор, ecology@,tsu. tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

EXPERIENCE OF METAL LINING EXPLOITA TION FOR DEVELOPMENT WORKINGS

AT THE MOSCOW COAL BASIN

N. I. Prohorov

Analysis of results on mining watching metal lining exploitation in Moscow Coal Basin mines is submitted. Recommendations by recycling using metal lining for development workings were given.

Key words: metal lining, development working, deformation, recycling using, mining-geological conditions.

Nikolai I. Prohorov, Candidate of Science, Professor, ecology@tsu.tula.ru, Russia, Tula City, Tula Sate University