CC BY
9
© В.А. Ткачёв, Ю.И. Разоренов, В.Е. Толкачев, 2012
УДК 622.283.74
В.А. Ткачёв, Ю.И. Разоренов, В.Е. Толкачев
ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ КРЕПИ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК С УЧЕТОМ НАДЁЖНОСТИ ЕЁ ЭКСПЛУАТАЦИИ
Проанализированы существующие критерии надежности крепи подготовительных выработок. Проведены шахтные исследования по выявлению отказов крепи. Получены корреляционные зависимости ожидаемых деформаций выработки для основных способов охраны. Предложена методика определения коэффициента отказа крепи, позволяющая проектировать крепь подготовительных выработок с заданной надежностью.
Ключевые слова: подземняа угледобыча, геомеханические процессы, массив, крепь.
Проблема поддержания устойчивости подготовительных выработок выемочных участков является одной из основных проблем повышения технико-экономической эффективности подземной угледобычи. Неудовлетворительное состояние выработок и выполнение в них ремонтных работ отрицательно влияют на работу очистных забоев и внутри-шахтного транспорта, ухудшают условия проветривания, снижают уровень техники безопасности при ведении горных работ.
Такое положение объясняется, главным образом, несоответствием применяемых крепей и способов поддержания выработок характеру развития геомеханических процессов.
На сегодняшний день оценка состояния горных выработок с позиции теории надёжности базируется на статистическом подходе, основанном на наблюдении отказов, как элементов, так и выработок в целом.
Кошелевым К.В. [1] и Бродским В.П. [2] предложены критерии оценки конструкции крепи, основными из них является критерии относящиеся к группе технико-экономических пока-
зателей такие как: извлекаемость и возможность повторного использования крепи; площадь, занимаемая крепью в сечении выработки и характеризующая величину необходимого увеличения размеров выработки вчерне по сравнению с проектными размерами в свету; надёжность; стоимость и трудоёмкость возведения крепи и её ремонта; межремонтный период; отношение стоимости крепёжного материала используемого для данной крепи к её технической несущей способности.
Для оценки применяемого вида крепи [1] используется критерий целесообразности, который включает в себя два показателя: вероятностную надёжность крепи и вероятностную эффективность крепи:
Кц = V + Кэф, (1)
где V — показатель вероятностной надёжности крепи; Кэф — показатель вероятностной эффективности крепи.
Показатель вероятностной надёжности крепи определяется как: V = 1 - Н, (2)
где Н! — коэффициент отказа; Н = т/М < 1, (3)
где т! — протяженность деформированного участка (выработки), закреплённого данной крепью, м; N — общая протяженность участка (выработок), закреплённых данной крепью, м.
Показатель вероятностной эффективности крепи:
Кэф = Ст1п/С,-, (4)
где Стп — стоимость 1 м3 выработки (полная с учётом затрат на поддержание), закреплённой данной крепью, руб.; С — стоимость 1 м3 выработки, закреплённой другой крепью в аналогичных условиях, руб.
Данным критерием целесообразности в такой постановке можно пользоваться, только зная протяженность деформированного участка выработки, что весьма сложно.
Для определения временных критериев оценки уровня эксплуатационной надежности необходимо наблюдать за состоянием набора выработок, пройденных и поддерживаемых в одинаковых горно-геологических условиях при фиксации объема и времени отказов. Получение достоверной информации в этих случаях затруднительно из-за большого объема выработок и значительных трудозатрат.
Для преодоления указанных трудностей необходимо заменить временные показатели, показателями, характеризующими процесс смещения контура выработки. Смещение контура выработки является комплексным показателем, оценивающим надежность работы системы «крепь — порода».
Для объективной оценки надежности крепи подготовительных выработок с учётом деформаций (отказов), были проведены шахтные исследования на шахтах Российского Донбасса.
Шахтные исследования показали, что эксплутационная надежность
горной выработки определяется устойчивостью породного контура горной выработки, конструктивной надежностью крепи и эффективностью функционирования механической системы «крепь — боковые породы». Надежность крепления выработки необходимо рассматривать как комплексное свойство, включающее в себя свойство безотказности, ремонтопригодности и сохраняемости. Поэтому при количественной оценке надежности крепи необходимо выбирать совокупность показателей, характеризующих те из свойств, которые являются наиболее значимыми для исследуемой системы.
Обширные исследования, проведенные авторами на шахтах Российского Донбасса, позволили получить адекватные корреляционные зависимости ожидаемых деформаций выработки для основных способов охраны:
массив — угольный целик
U.„ = 38,22 • l + 27,48 • m2 +
1431
+2505•
yH
-8,33• b + 0,26• L-90,8; (5)
массив — бугокостры U = 58,18• l2 + 280,4• m2 -30,49• q-
max ' ' ' ^
380
yH
-190 • b + 3,14 • L +1210; (6)
массив — бутовая полоса Umax = 1,42 • l + 48,07 • m2 -1,06 • q +
+71,29 • [jH-j - 5,81 • b + 0,14 • L+234,6; (7)
массив — железобетонные тумбы
U =-55,^ + 52,1 ^m2 -
max 1 '
-2,4 • д + 526 •["СТН|| + °,84 •1 -Ш; (8)
где 1 — пролёт выемочного штрека в проходке, м; т — вынимаемая мощ-
ность пласта, м; д
расчетное со-
з р1 и * Н = ■ = кр 1=1
п
* Б
+ '=1 Бдоп +
п
* — +< 1,
противление крепи штрека на 1 м кровли, кПа; уН / ст сж — критерий устойчивости пород кровли; Ь — ширина угольного целика или бутовой полосы (м), или количество рядов железобетонных тумб или бутокостров, штук; Ь — расстояние до лавы, м.
Зависимости (5—8) можно использовать для оценки уровня надежности крепи на стадии ее проектирования. Предлагается определять коэффициент отказа — крепи подготовительных выработок с учётом определённого вида отказа.
Он определяется следующим образом:
*ифак П Бл
п
где ифак — фактическое смещение кровли, определяется по зависимостям (5—8) мм.; икр — критические смещение рамы крепи, после которого она теряет свою несущую способность, мм; Бф — фактические сечение деформированного участка выработки, мм; Бдоп — допустимое сечение выработок по правилам безопасности, мм; стд — действующие напряжения, Па; Яд — допустимый предел прочности материалов крепи, Па; п — количество рам установленных в подготовительной выработке.
и = и * К , (10)
кр под зап' 4 '
где ипод — конструктивная податливость крепи, мм; Кзап — коэффициент запаса.
Данный критерий позволит с более точной долей вероятности проектировать крепи подготовительных выработок.
1. Кошелев К.Б., Петренко Ю.А., Новиков А.О. Охрана и ремонт горных выработок. — М.: Недра, 1990. — 218 с.:
2. Бродский Б.П. Вероятностная модель
надёжности системы конструкций шахтной
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
крепи горной выработки. Межвузовский сборник «Устойчивость и крепление горных выработок». — Ленинград, 1981. — № 7. — С. 128—132. Е2Е
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Ткачев Балерий Александрович — доктор технических наук, профессор, Разоренов Юрий Иванович — доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой, е-таШКаиогепоуУШпрНи.ги,
Шахтинский институт Южно-Российского государственного технического университета, (Новочеркасского политехнического института).
Толкачев Биктор Евгеньевич — ведущий специалист, администрация города Шахты, Департамент экономики, отдел «Инвестиционного развития», е-таП: [email protected].
А
