CC BY
0к.т.н. Коробкин С. Г.
(ДонГТУ, г. Алчевск, Украина)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ КРЕПЕЙ СОПРЯЖЕНИЙ В УСЛОВИЯХ ТРЕЩИНОВАТЫХ ПОРОД
Исследованы основные типы крепей сопряжений горных выработок в условиях трещиноватых пород. На основании исследований степени трещиноватости пород определен оптимальный материал крепи и область ее рационального применения в конкретных условиях.
Ключевые слова: типы крепей сопряжений, требования, трещиноватость пород, реомет-рический метод, коэффициент крепления, область применения.
ISSN 2077-1738. Збгрник наукових праць ДонДТУ. 2014. № 1 (42)
Розробка корисних копалин
УДК 622.281.7
Введение.
В современном шахтном строительстве на каждый километр проводимых горных выработок в среднем приходится 7-8 сопряжений. Это обусловлено необходимостью эффективного развития горных работ как на рабочих, так и на подготавливаемых горизонтах горных предприятий. Значительная часть сооружаемых сопряжений приходится на капитальные горные выработки, срок службы которых равняется сроку службы горизонта или шахты.
Строительство таких сопряжений является весьма сложным и трудоемким процессом, сопровождающимся низкими темпами сооружения, значительным увеличением расхода материалов и трудозатрат по сравнению с обычной выработкой.
Цель исследований.
Цель исследований состоит в определений рациональной области применения различных типов крепей сопряжений в условиях трещиноватых пород.
Наиболее важными требованиями к крепям сопряжений, сформулированными в нормативных документах [1], являются необходимая прочность и достаточное сопротивление крепи для безремонтного поддержания, а также безопасность при их возведении и эксплуатации. Успешное выполнение этих и других требований предопределило появление целого ряда типовых проектов и технологических схем сооружения сопряжений горных выработок [2, 3 и др.], в которых рекомендуется рас-
полагать сопряжения в достаточно прочных горных породах вне зоны влияния очистных работ, в охранных целиках, за границами зоны технологических нарушений и сдвижения горных пород. Однако, практика показывает, что в перечисленных условиях сооружается только 25-30 % сопряжений от общего объема. Это говорит о том, что при проектировании и строительстве значительной части сопряжений не в полной мере учитываются особенности конкретной горно-геологической и горнотехнической ситуации, что ведет к резкому увеличению числа деформированных сопряжений и снижению безопасности их эксплуатации.
Объектом исследований является вмещающие горные породы с различной степенью трещиноватости, изучаемые с помощью реометрического метода.
Отечественный опыт показывает, что узлы сочленения выработок в большинстве случаев возводятся без учета реального состояния породного массива, т.е. либо с многократным неоправданным запасом прочности (резкое удорожание конструкции), либо с недостатком такового (деформация и разрушение).
Особенности схем сооружения сопряжений, конфигурации применяемых типов и конструкций крепи, а также техники и технологии их возведения достаточно хорошо известны и подробно описаны целым рядом исследователей [4, 5, 6]. Однако, без учета оперативной информации о состоя-
РОЗРОБКА КОРИСНИХ КОПАЛИН
нии породного массива в конкретных горно-геологических условиях весьма трудно рассчитывать на успешное разрешение поставленной задачи. В этом плане основными и самыми весомыми факторами, влияющими на выбор материала и конструкции крепи, являются физико-механические свойства горных пород и степень их нарушенности в окружающем массиве.
Основной вид разрушения пород вокруг выработки - трещинообразование. И, как показывают исследования, проведенные в [4], степень нарушенности пород в районе сопряжения, как правило, на 30-40 % выше, чем вокруг одиночной выработки, а более 50 % радиальных трещин направлены в направлении, близком к продольной оси сопрягающихся выработок.
Задача исследований — оценить степень нарушенности горных пород в области сопряжений выработок с целью определения области рационального применения различных типов крепи сопряжений на основании установленного значения коэффициента трещиноватости горных пород
(ктр).
В связи с тем, что процесс трещинооб-разования вокруг сопряжения, ровно как и физико-механические свойства пород, постоянно изменяются во времени, остро встает вопрос получения оперативных данных по этим параметрам на момент сооружения сопряжения. Это достигается применением таких способов и средств исследования свойств массива, которые непосредственно на месте производства работ позволяют получить достоверную информацию о трещиноватости и прочностных характеристиках пород.
Поэтому, важной задачей обеспечения устойчивости и повышения безопасности строительства и эксплуатации сопряжений является выбор оптимального и рационального типа крепи и технологии ее возведения.
Из большого многообразия способов измерения трещиноватости горных пород
можно выделить электроемкостный метод интроскопии измерения неоднородности породного массива [7], который заключается в последовательном перемещении датчика-интроскопа по скважине и записи показаний частотомера на каждом интервале измерения. Но наиболее практичным в этом плане является реометрический метод [8], основанный на движении воздуха через раскрытые трещины в массиве на изолированном участке скважины. Оба метода позволяют получить реальное значение коэффициента трещиноватости Атр и его изменение от контура сопряжения вглубь массива.
Непосредственно на месте сооружения сопряжения измерить прочностные характеристики пород можно с использованием портативного прибора для экспресс-испытаний прочностных и деформационных свойств пород (ППЭИ) [9]. В обоих случаях непосредственно на месте отбора проб на образцах произвольной формы можно получить достоверные данные о прочностных свойствах пород.
На основании разработанных и апробированных методик по определению физико-механических свойств горных пород и трещиноватости породного массива, а также с учетом опыта успешной эксплуатации различных видов крепи сопряжений предложена номограмма для определения их рациональной области применения в зависимости от горно-геологических условий (рис. 1). Для пользования номограммой, изображенной на рисунке 1, необходимо из исходной точки, соответствующей прочности породы на одноосное сжатие, провести вверх вертикальную линию до пересечения с кривой определенного ранее коэффициента трещиноватости. Далее, в горизонтальном направлении до заданного пролета сопряжения и от этой точки вниз до соответствующего значения относительного коэффициента крепления Акр (на номограмме пример обозначен стрелкой).
Область рационального применения типа крепи сопряжения определяется по зна-
РОЗРОБКА КОРИСНИХ КОПАЛИН
чению Акр в соответствии с приведенной ниже таблицей 1.
При обводненности вмещающих пород значение Акр увеличивается в 1,1-1,2 раза.
После проверки по условию надработки и степени влияния остаточного опорного
давления и с учетом характера совместной работы различных сочетаний крепей можно сделать вывод о правильном выборе рационального и безопасного крепления сопряжений горных выработок.
109876 6 4 3 2 Т 12010000 60 40 20
Относительный Прочность породы, ©еж
коэффициент
крепления, Ккр
Рисунок 1 — Номограмма для определения относительного коэффициента крепления (Акр)
сопряжений горных выработок
Таблица 1 — Область рационального применения различных типов крепи сопряжения
Тип крепи сопряжения Значение коэффициента Акр
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Рамная
Рамно-анкерная
Монолитный бетон
Монолитный бетон, набрызг (временно)
Железобетон, сборный железобетон
Монолит., ж/б, сборн. ж/б + упрочнение пород
Выводы:
1. Произведена оценка степени трещи-новатости горных пород в области сопряжений выработок.
2. Предложена номограмма для определения относительного коэффициента кре-
пления (Акр).
3. Определена область рационального применения различных типов сопряжений на основании установленного значения коэффициента трещиноватости горных пород (Атр).
РОЗРОБКА КОРИСНИХ КОПАЛИН
Библиографический список:
1.Строительные нормы и правила. Нормы проектирования. — Ч. II: Подземные горные выработки. — [Утв. : 31.12.1980; № 232] — М.: Стройиздат, 1982. — 37 с.
2. Сопряжения горных выработок, закрепленных арочной крепью: Типовые проектные решения № 401-11-075.87. — Харьков: Южгипрошахт, 1987.
3. Технологические схемы проведения выработок околоствольных дворов. РД 12.13.040-85. — Харьков: ВНИИОМШС, 1986.
4. Строительство сопряжений горных выработок / П. С. Сыркин, В. А. Минин, М. С. Данил-кин, А. Н. Садохин. — М.:Недра, 1997. — 230с.
5. Методика проектирования крепи и технология сооружения узлов сопряжений горизонтальных выработок. — Кемерово: КузНИИшахтострой, 1997.
6. Минин В. А. О классификации сопряжений капитальных горных выработок и технология их сооружения В. А. Минин //Шахтное строительство. — 1988. — №10. — С. 23-26.
7. Литвинский Г. Г. Измерение структурных неоднородностей массива при сооружении выработок / Г. Г. Литвинский, В. А. Касьянов // Технология и организация строительства горных выработок, Кузбасс. политех. ин-т. — Кемерово, 1988.. — С. 100-107.
8. Бабиюк Г. В. Определение коэффициента трещиноватости пород при реометрических измерениях /Г. В. Бабиюк, С. Г. Коробкин //Шахтное строительство. — 1986. — №4. — С.14-16.
9. Литвинский Г. Г. Портативный прибор для экспресс-испытаний горных пород /Г. Г. Литвинский, С. А. Курман //Шахтное строительство. — 1982. — №4. — С. 12-14.
Рекомендована к печати д.т.н., проф. ДонГТУ Литвинским Г. Г.,
д.т.н., проф. НТУУ «КПИ» Гайко Г. И.
Статья поступила в редакцию 11.02.14.
к.т.н. Коробкш С. Г. (ДонДТУ, м. Алчевськ, Украгна)
ВИЗНАЧЕННЯ ОПТИМАЛЬНО! ОБЛАСТ1 ЗАСТОСУВАННЯ КР1ПЛЕННЯ СПОЛУЧЕНЬ В УМОВАХ ТР1ЩИНУВАТИХ ПОР1Д
Досл1джено основт типи кртлень сполучення г1рських виробок в умовах трщинуватих пор1д. На тдстав1 досл1джень ступет трщинуватост1 пор1д визначено оптимальний матер1ал крт-лення i область ii рацгонального використання в конкретних умовах.
Ключовi слова: типи кртлень сполучень, вимоги, трщинуватiсть порiд, реометрiчний метод, коефiцieнт кртлення, область застосування.
Korobkin S. G. Candidate of Engineering Sciences (DonSTU, Alchevsk, Ukraine) DEFINITION OF THE OPTIMAL FACE-END SUPPORT SCOPE IN THE CONDITIONS OF FISSURED STRATA
Main types offace-end supports of excavation in the conditions offissured strata are researched. On the basis offissured strata degree research the optimal material offace-end support and the scope of its rational application in specific conditions were defined.
Key words: types of face-end supports, requirements, fissured strata, rheometric method, fastening relative ratio, application scope.
