CC BY
34
--© Ю.А. Петренко, А.О. Новиков,
Н.А. Овчаренко, 2009
УДК 622.016.3.112.3
Ю.А. Петренко, А.О. Новиков, Н.А. Овчаренко
ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НОВОГО СПОСОБА ПЕРЕКРЕПЛЕНИЯ ВЫРАБОТОК, ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЙ ИХ УСТОЙЧИВОСТЬ В ПОСЛЕРЕМОНТНЫЙ ПЕРИОД
Представлены результаты лабораторных исследований нового способа перекрепления выработок, исключающего возможность обрушения пород.
Ключевые слова: горные выработки, крепь, перекрепление выработок, обрушение породы.
Семинар № 18
Y.A. Petrenko, A.O. Novikov, N.A. Ovcha-renko
LABORATORY STUDIES OF NEW METHOD OF PIT REFRAMING FOR PROVIDING THEIR STABILITY IN AFTER-REPAIR PERIOD
Results of laboratory tests a new method of repair the developments, excluding an opportunity of roof fall breeds are resulted.
Key words: mine workings, support, mine workings reframing, rock breakage.
J~Wo данным обследований состоя-
П А. ния горных выработок шахт Донбасса, проведенных ДонНТУ, протяженность поддерживаемых выработок составляет около 16 тыс.км. Более 80% поддерживаемых выработок закреплены металлической податливой крепью, причем в них деформировано более 20% крепи. По имеющимся данным, ежегодно протяженность выработок, находящихся в неудовлетворительном состоянии возрастает примерно на 2-3%, в то время как ремонтируется не более 78% от протяженности выработок, нуждающихся в ремонте. Стоимость перекрепления достигает 4,5-6,0 тыс. грн. на метр выработки, а трудоемкость под-
держания — почти 55 чел. см на 1000 т добычи.
По имеющимся данным, средний удельный объем крепления составляет на шахтах около 16 м на каждые 1000 т добываемого угля, а средний удельный объем перекрепления - 7,5 м на каждые 1000 т.
Приведенные выше данные свидетельствуют о том, что в ближайшие годы ремонт и перекрепление выработок, как способ их поддержания, останутся одним из основных участков производственной деятельности шахт.
Ведение любых ремонтных работ в выработках (замена затяжки, замена деформированной крепи или ее элементов, подрывка пород почвы и т.д.), связанных с изменением формы и размеров существующего породного обнажения, приводит по данным исследований [1,2] к временному увеличению интенсивности смещений пород на их контуре от 216 раз, по сравнению с интенсивностью смещений, зафиксированной в периоды, предшествующие ремонту. Ремонт выработок осуществляется, как правило, при отсутствии требуемых по Правилам безопасности зазоров между транспорт-
Предлагаемая технологическая схема ремонта выработки
А
2 А
3
Рис.1. Предлагаемый способ перекрепления, предотвращающий обрушения пород в выработке: 1 - зона разрушенных пород; 2 - новая крепь; 3 - старая крепь; 4 - скважины для создания распора в породах; 5 - зона возможного обрушения пород
2
ными средствами и крепью. Геомеханическое состояние вмещающего массива к моменту начала работ при этом не учитывается. Особенно следует отметить, что при ремонте выработок, связанных с заменой элементов крепи, в 32% случаев зафиксированы выпуски породы. Причем в 55% случаев, вес выпускаемой породы на 20-25% превышал несущую способность крепи.
Наличие пустот в закрепном пространстве после перекрепления выработки негативно сказывается на ее по-слеремонтном состоянии и вызывает необходимость в последующих ремонтах.
Применяемая в настоящее время на шахтах традиционная технология, не обеспечивает контролируемый выпуск породы при перекреплении и как следствие - сохранение устойчивости отремонтированной выработки.
Решение данной технической задачи, на наш взгляд, необходимо искать в комплексном подходе к проблеме. С одной стороны необходимо совершенствовать технологию перекрепления выработок, с целью повышения безопасности
работ, снижения их стоимости и трудоемкости. С другой стороны она должна минимально нарушать сложившееся в массиве, к моменту ремонта, равновесное состояние и обеспечивать устойчивое состояние выработок в после ремонтный период.
В ДонНТУ предложен новый способ перекрепления выработок, удовлетворяющий выше изложенным требованиям.
Сущность нового способа перекрепления заключается в том, что с помощью технических средств, в зоне возможного обрушения пород за переделами проектного контура восстанавливаемой выработки, создается распор, способствующий за счет увеличения сил трения между породными фрагментами, обеспечить их самоподдержание. Для этого (рис.1), в зону возможного обрушения пород 5 со стороны старой крепи 3 проводятся скважины, в которых создается распор на участке от границы зоны возможного обрушения до проектного контура новой крепи 2. После расширения старой выработки 3 устанавливается новая крепь 2.
• I
г ^
Рис. 2. Общий вид установки для лабораторных исследований
С целью оценки технической возможности реализации данного способа и его эффективности, были выполнены лабораторные исследования. Для проведения исследований была создана установка (рис. 2), состоящая из следующих элементов: 1 - емкость заданного объема; 2 - элемент, создающий распор в породе; 3 - гибкий шланг.
Идея эксперимента заключалась в определении минимального распора, создаваемого внутри разрушенных пород для обеспечения их самоподдержания.
В качестве разрушенной породы при проведении исследований применялся щебень с размером фракции до 20 мм и насыпным весом 1,2 т/м3 .
Для создания сил трения между разрушенной породой и стенками емкости 1, последние перфорировались на высоту засыпки породы.
Давление в распорном элементе 2, создавалось с помощью водяного столба (рис. 3).
Последовательность проведения эксперимента была следующая. В емкость 1 устанавливался распорный элемент 2, подсоединенный к гибкому шлангу 3. Затем, в емкость 1 засыпалась разрушенная порода. Для предотвращения высыпания породы при переворачивании емкости, со стороны свободной поверхности породы, с помощью надувного резинового шара, создавался временный распор. После этого, в гибкий шланг 3 заливалась вода, заполняющая распорный элемент 2 и создающая в нем давление. При проведении эксперимента, максимальная высота столба жидкости принималась 1,5^2,0 м. После создания давления в распорном элементе 2, емкость 1 переворачивалась и удалялся
Рис. 3. Вид установки при проведении эксперимента
временный распор со стороны свободной поверхности породы.
Постепенно понижая давление в распорном элементе (уменьшая высоту столба жидкости), фиксировались давление, при котором происходило обрушение и вес обрушенной породы. Каждый эксперимент повторялся не менее 5 раз.
Результаты исследований с использованием в качестве разрушенной породы -щебня, представлены в таблице.
Как видно из приведенных данных, отношение давления в распорном элементе к весу (объему) обрушенной породы во всех экспериментах практиче-
ски постоянное. Учитывая равенство насыпных весов материала модели и натуры, можно предположить, что выше указанные соотношения будут выдерживаться и в натуре.
Исходя из принятого геометрического масштаба моделирования 1:10, при проведении исследований имитировалась область разрушенных пород радиусом 0,5 м вокруг скважины, удерживаемая от обрушения распорным элементом.
Тогда, исходя из условий силового подобия [3], необходимое распорное давление в натуре будет равно:
Р = Р
.1л.
Ум
кПа
(1)
где м и Ьн - линейные размеры соответственно в модели и в натуре, м;. Рм, Рн - величина силы соответственно в модели и в натуре, кН; у м, у н - удельная плотность соответственно материала модели и горных пород, Н/м3.
Среднее значение необходимого распора, создаваемого в модели составляет 6 кПа, что соответствует в натуре 6 МПа и обеспечивает самоподдержание объема породы весом до 3 кН.
Для реализации предлагаемой технологии перекрепления предлагается использовать материал НРВ-80 (невзрывчатое разрушающее вещество), который в настоящее время выпускается промышленностью Украины.
НРВ-80 представляет собой порошкообразный материал на основе оксида
Результаты экспериментов с использованием щебня
Высота столба воды, см Давление в распорном элементе (ц), кПа Объем обрушенной породы (V), см3 Вес обрушенной породы (Р), г Р Ч V Ч
51 5,1 200 240 47 39
64 6,4 260 310 48 41
55 5,5 220 263 48 40
70 7,0 267 320 46 38
кальция и обладает щелочными свойствами. Материал является пылящим, не горючим, не взрывоопасным, цвета от белого до серо-желтого с различными оттенками.
Давление расширения составляет 80120 МПа (80-1200 кг/см2).
Расход сухого вещества на 1 погонный метр шпура d 40 мм составляет 1,50 кг.
1. Кошелев К.В., Новиков А.О., Петренко Ю.А. Геомеханические параметры ремонта горных выработок //Уголь, 1987. - №7. - С. 2022.
2. Зубов В.Т., Чернышков Л.Н., Лазченко К.Н. Влияние подрывок на пучение пород в
Регулирование давления расширения НРВ-80 в шпурах, может осуществляться путем введения в него инертного наполнителя в требуемой пропорции.
С целью оценки эффективности предлагаемой технологии и определения области ее применения , намечено проведение опытно-промышленных испытаний на ряде шахт Донбасса.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
подготовительных выработках // Уголь Украины, 1985. - №7. - С.15-16.
3. Кузнецов Г.И., Будько М.Н., Филипова А.А., Шклярский М.Ф. Изучение проявлений горного давления на моделях. Углетехиздат, 1959.-151с. ЕЛЗ
— Коротко об авторах -
Петренко Ю.А. - кандидат технических наук, доцент кафедры «Горная геомеханика», Новиков А.О. - кандидат технических наук, доцент кафедры «Разработка месторождений полезных ископаемых » Овчаренко Н.А. - инженер,
ДонНТУ, Донецк, Украина, [email protected]
- ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Автор Название работы Специальность Ученая степень
ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ ТРАНСПОРТА ЭНЕРГОРЕСУРСОВ (ИПТЭР)
ЛАТЫПОВ Ингиль Нафикович Обоснование и обеспечение безопасной эксплуатации шахтных барабанных подъемных установок 05.05.06 дт.н.
