CC BY
46
Известия Тульского государственного университета Естественные науки. 2009. Вып. 3. С. 331-336 Науки о земле
V IК 622.281
Конструкции крепи подготовительных выработок активного воздействия на кровлю пласта «Мощный» Воргашорского месторождения *
И.В. Янко, Ю.М. Погудин, В.А. Зуев, В.И. Сарычев
Аннотация. Дается анализ применения конструкций крепи подготовительных выработок активного воздействия в приконтурном породном массиве в сложных горно-геологических условиях шахты « В оргашорская ».
Ключевые слова-, угольный пласт, анкерное крепление, подготовительные выработки, кровля, Воргашорское месторождение, сложные горно-геологические условия.
В связи с принятым в 2003 году ЗАО «Шахта «Воргашорекая» техническим решением о переходе от бесцеликовой подготовки выемочных столбов к парной с оставлением между выемочными выработками целика угля шириной 20-30 м и креплением приконтурного массива выработок сталеполимерной анкерной крепью в 2003-2008 годах были подготовлены и отработаны выемочные столбы лав 513-ю, 613-с, 233-ю и 1013-с. Средняя глубина разработки пласта составила соответственно 400, 430, 350 и 470 м. Поддержание выработок достигалось путем возведения под шпальный брус в 30 м впереди лав крепи усиления в виде гидростоек либо стоек трения и ремонтин из круглого леса.
На отдельных участках выработок с выявленными в период их проведения мелкоамплитудными разрывными нарушениями устанавливали дополнительную крепь в виде рам трапециевидной формы типа КСТ-стойки из круглого леса, верхняк из спецпрофиля СВП-27, причем усиливающую дополнительную крепь возводили, как правило, на стадии проведения выработок, либо впереди лав на расстоянии не более 50 м [1]. Сечение примыкающей к очистному забою выемочной выработки, закрепленной анкерной и усиливающей крепью, представлено на рис. 1.
Работа выполнена при поддержке АВЦП «Развитие научного потенциала высшей школы» (проект № 2.2.1.1/3942) и ФЦП «Научные и педагогические кадры инновационной России» (проект № 02.740.11.0319).
Как показала практика, несмотря на достаточно продолжительный период (14-16 месяцев) отработки каждого из указанных выше выемочных столбов и перераспределения в течение этого периода напряжений в приконтурном массиве спаренных выработок, отслоений и значительных вывалов из нижних слоев кровли в выемочных выработках не происходило. Глубина анкерования пород кровли или длина анкеров так называемого «первого уровня», а также боков выемочных выработок, равная соответственно 2,2 и 1,8 м, оказывалась достаточной, что подтверждалось устойчивым состоянием выемочных выработок. Устойчивое состояние этих выработок обусловливалось также и тем, что указанные выше выемочные столбы отрабатывались первыми в выемочных блоках, то есть в окружении неотработанного угольного массива.
Однако по мере увеличения глубины горных работ, повышения энерговооруженности очистного оборудования, увеличения геометрических параметров забойных приводов, обусловивших необходимость увеличения поперечного сечения и ширины выработок, стало прослеживаться несоответствие между прочностными характеристиками вмещающих пород, в частности, предела прочности на сжатие пород кровли (асж = 30 — 40 МПа), и усилившимся со стороны выработанного пространства и охранных целиков давления, что приводило к возникновению нештатных ситуаций, связанных с нарушением целостности крепи, изменением конфигурации и снижением эксплуатационной пригодности выемочных выработок. Такие признаки повышенного горного давления впервые проявились в конвейерном бремсберге лавы 613-ю (НС]) = 440 м), а впоследствии — на вентиляционном бремсберге лавы 713-ю (НС]) = 450 м) и на двухсотметровом участке вентиляционного штрека 1113-с (Яср = 480 м) .
Анализ причин нарушений целостности крепи и контуров сводов, образовавшихся в результате произошедших вывалов, показал, что влияние анкерного крепления на устойчивость пород состоит в существенном ограничении вертикальных и горизонтальных смещений слоев кровли. Вместе с тем, независимо от плотности установки анкерное крепление не препятствует деформациям заанкерованной толщи под действием изгибающих моментов и поперечных сил от ее собственного веса. Более того, анкеры не имеют возможности предотвращать образование в кровле трещин отрыва и сдвига. Согласно практике расположение поверхности расслоения пород кровли над выработкой может соответствовать глубине анкерования жесткими анкерами. Если высота расслоения и отслоившиеся породы располагаются ниже уровня или высоты анкерования при условии, что напряжения в массиве остаются неизменными, то состояние выработки будет удовлетворительным. Если высота расслоения пород располагается выше заанкерованных слоев кровли, то в этом случае увеличение напряжений вызывает обрушение кровли. Для обеспечения устойчивости выработки требуется установка более длинных анкеров [2].
Отечественный и зарубежный опыт применения анкерной крепи свидетельствует о том, что эффективное крепление подготовительных выработок
Рис. 1. Крепление приконтурного массива выемочной выработки сталеполимерной анкерной крепью и рамной трапециевидной крепью
при наличии в кровле слабых трещиноватых пород на больших глубинах может быть обеспечено с помощью применения сталеполимерных анкеров длиной 2-3 м, несущей способностью 15-30 кН, а в сложных горно-геологических условиях — с помощью упрочнения приконтурного массива специальными анкерами длиной 5-8 м. Из длинных анкеров наибольшее распространение в мировой практике получили канатные анкеры [3].
С целью обеспечения устойчивости выемочных выработок путем активного воздействия на напряженно-деформированное состояние приконтурного массива с помощью использования канатных анкеров в конвейерном штреке 1013-с (Нср = 470 м) были проведены шахтные исследования (рис. 2).
Задачами исследования предусматривалось определить величину вертикальной и горизонтальной конвергенции, а также соответствие расчетной и фактической несущей способности анкеров глубокого заложения.
На опытном участке наряду с анкерами длиной 2,2 м в породы кровли устанавливались анкеры глубокого заложения (канатные) типа АК01. При этом пятиметровые анкеры АК01 и крепь усиления (ремонтины из круглого леса) устанавливали по оси выработки в 50-60 м впереди лавы. Инструментальные наблюдения выполнялись с помощью измерительной стойки СУИ по методике ИГД им. A.A. Скочинского [4] ежесуточно в каждую ремонтную смену.
На рис. 3 представлены результаты инструментальных наблюдений, характеризующие конвергенцию вмещающих пород при отработке лав 1013-с и 233-ю. Как видно из графиков 1, 2, 3 (конвейерный штрек 1013-с закреплен
5000
Рис. 2. Схема установки анкеров 1-го и И-го уровня в приконтурном массиве конвейерного штрека 1013-с
анкерами 1-го и П-го уровня) и 4, 5 (конвейерный бремсберг 233-ю закреплен анкерами 1-го уровня длиной 2,2 м) влияние опорного давления впереди очистных забоев начинается соответственно в 45-50 м и 65-70 м. Наиболее активное смещение пород отмечается соответственно в 15-25 м и 30-40 м. Максимальная величина смещений в первом и втором случаях составляла соответственно 150 мм и 225 мм.
Проведенные исследования показали, что породы кровли, дополнительно закрепленные канатными анкерами глубокого заложения, улучшают эксплуатационное состояние подготовительных выработок. Применение канатных анкеров глубокого заложения подтвердило, что они могут использоваться в качестве вспомогательной крепи в выработках с анкерной и рамно-анкерной крепью, рамной, а также при креплении сопряжений, способствуя повышению надежности работы основной крепи и безопасности условий поддержания выработок в зонах влияния опорного давления на протяжении всего срока их эксплуатации.
Анкерная крепь второго уровня имеет целый ряд преимуществ по сравнению с традиционными средствами крепления, перераспределяя напряжения на целики и обрушенные породы в выработанном пространстве, устраняя или ограничивая необходимость применения стоечной и рамной крепи и костров, уменьшая аэродинамическое сопротивление горных выработок. Она обладает
РАССТОЯНИЕ ДО ЛАВЫ, м
Рис. 3. Результаты инструментальных наблюдений в исследуемых
выработках
многофункциональностью и возможностью адаптироваться к большинству горно-геологических условий, имеет высокую несущую способность, экономически эффективна.
Список литературы
1. Руководство по расчету параметров крепления сопряжений лав с примыкающими выработками при применении стоечной и анкерной крепи на шахте «Воргашор-ская» // ОАО «Науч.-иссл. ин-т. гор. геомех. и марк. дела» (МНЦ ВНИМИ). СПб., 1998. 45 с.
2. Задавин Г. Д., Коршунов Г.И., Шик В.М. Крепление подготовительных выработок канатными анкерами // Международная академия наук эклогоии безопасности человека и природы (МАНЭБ). СПб., 2007. 200 с.
3. Коровкин Ю.А., Савченко П.Ф, Теория и практика длиннолавных систем ООО «Техгормаш». М., 2004. 345 с.
4. Типовая методика испытаний анкерных крепей для ОАО «Воркутауголь». М.: ФГУП ННЦ ГП ИГД им. A.A. Скочинского, 2007. 33 с.
Поступило 15.09.2009
Янко Игорь Владимирович, горный инженер, начальник технического отдела, ЗАО «Шахта «Воргашорская», Воркута.
Погудим Юрий Михайлович, к.т.н., доцент, кафедра горного дела, Ворку-тинский институт, филиал Санкт-Петербургского государственного горного института (Технический университет).
Зуев Владимир Александрович, к.т.н., доцент, кафедра горного дела, Вор-кутннскнй институт, филиал Санкт-Петербургского государственного горного института (Технический университет).
Сарычев Владимир Иванович ([email protected]), д.т.н., профессор кафедра геотехнологии и строительства подземных сооружений, Тульский государственный университет.
Designs mine working support of active influence at mining roof of coal deposit «Мoshny” of Vorgashorskay deposit
I.V. Janko, J.M. Pogudin, V.A. Zuev, V.I. Sarychev
Abstract. Article is devoted to analysis of application of designs mine working support of active influence in border a massif in difficult, mining -geological conditions of mine “Vorgashorskay”.
Keywords: coal deposit, pivot support, mining working support, mining roof, Vorgashorskay deposit, complicated mining and geology condition.
Janko Igor, mining engineer, chief of technical department, Shat Joint-Stock Company Mine “Vorgashorskay”, Vorkuta.
Pogudin Jury, candidate of technical sciences, associate professor, department of mine affair, Workout institute, branch of Sankt-Petersburg State Mining Institute (Technical University).
Zuev Vladimir, candidate of technical sciences, associate professor, department of mine affair, Workout institute, branch of Sankt-Petersburg State Mining Institute (Technical University).
Sarychev Vladimir ([email protected]), doctor of technical sciences, professor, department of geotechnology and underground structure construction, Tula State University.
