CC BY
35
--------------------------------------------------- © А.А. Насонов, 2010
УДК 622.023 А.А. Насонов
ШАХТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПОРОД БОКОВ КОНВЕЙЕРНЫХ ШТРЕКОВ И БЕРМОВЫХ АНКЕРОВ
Изложена методика шахтных исследований взаимодействия пород бермы и установленных в неё анкеров. Приведены результаты наблюдений.
Ключевые слова: выработка, берма, анкер, охранная конструкция, усилия.
Семинар № 10
А втором выполнены шахтные ис-
./Т. следования процесса взаимодействия пород боков конвейерных штреков и бермовых анкеров. Целью исследований являлось определение фактических показателей и закономерностей взаимодействия анкерной крепи и пород берм конвейерных штреков, сохраняемых для повторного использования с помощью искусственного ограждения.
В соответствии с рекомендациями ВНИМИ [1] исследования проведены посредством производственных экспериментов с выделением на каждом объекте нескольких опытных участков с близкими горно-геологическими условиями и применением на каждом из них анкерной крепи с отличающимися параметрами.
Для проведения наблюдений за вертикальными смещениями пород на контуре конвейерного штрека использовался метод нивелирования от базового почвенного репера (метод дистанционных оптических наблюдений), а за горизонтальными смещениями и сближением кровли и почвы пласта в месте расположения охранной конструкции -метод парных контурных реперов.
Замерная станция (рис. 1) оборудовалась вне зоны влияния очистных работ посредине каждого опытного участка. Для этого в кровлю, почву и бока выра-
ботки в одном её поперечном сечении бурились скважины диаметром 42-43 мм и глубиной 0,3 м. В них закладывались контурные реперы.
Для измерения нагрузки на искусственное ограждение использовались механические динамометры 50Д180. Они закладывались в количестве 5 шт. в охранную конструкцию, расположенную на замерной станции на расстоянии 5,0 м от очистного забоя и размещались между стальными дисками толщиной 8 мм. Упругие деформации мембран динамометров измерялись индикатором часового типа ИЧ10. По снятым показаниям с помощью тарировочных графиков оценивались соответствующие усилия. Нагрузка на охранную конструкцию вычислялась суммированием усилий, действующих на динамометры.
Фактическая деформационно-силовая характеристика искусственного ограждения определялась как график зависимости нагрузки на охранную конструкцию от сближения кровли и почвы пласта в месте её установки.
В качестве основного метода исследования применялся периодический контроль растягивающих усилий в анкерах, установленных в породы верхнего бока конвейерного штрека в пределах каждого опытного участка.
Схема замерной станции: 1-3 - контурные почвенные, кровельные и боковые реперы соответственно; 4 - смотровые скважины диаметром 43 мм; 5 - динамометры 50Д180; 6 - стальные диски толщиной 8 мм; 7, 8 - сталеполимерные анкеры АПО1, установленные в породы верхнего бока и кровли штрека соответственно; 9-10 - охранные конструкции первого и второго рядов соответственно; 11 - трёхстоечная деревянная рамка; 12 - деревянная органная крепь; 13 - составные металлические стойки из СВП-22; 14 - деревянная стойка
При установке анкеров в породы верхнего бока выработки на их резьбовые концы перед навинчиванием гайки наносилась смазка густой консистенции («Ли-тол», «Солидол», «Шрус»).
После установки анкеров производилось выравнивание их предварительного натяжения до 40 кН с помощью динамометрического ключа конструкции ДонУГИ с индикатором перемещений часового типа ИЧ-10.
Этим же ключом осуществлялся контроль натяжения анкеров, установленных в берму конвейерного штрека, при расположении каждого опытного участка в зонах влияния очистных работ.
Статистический анализ результатов наблюдений показал, что при расположе-
ния анкеров в берме как по схеме I, так и по схеме II, их натяжение надёжно коррелирует со сближением кровли и почвы пласта в местах установки тумб БДБ ближнего ряда (табл. 1).
Изменение натяжения анкеров, установленных в породы верхнего бока конвейерного штрека, и нагрузки на анкерную крепь бермы с ростом сближения кровли и почвы пласта вблизи охранной конструкции, подчиняется полиномиальному закону. Коэффициенты аппроксимации определяются в зависимости от схемы расположения анкеров (однорядная, двухрядная) в породах верхнего бока конвейерного штрека, углов их наклона к горизонтали и плотности анкерной крепи бермы.
Эмпирические формулы для определения максимальных Fmax и средних FПрастягивающих усилий в бермовых анкерах в зависимости от сближения Ат кровли и почвы пласта в местах установки тумб БДБ ближнего ряда
Условия применения формул аі /а2, град. П, анк/м2 /тах И /□, КН Д2
Схема I анкеры расположены в один ряд горизонтально на расстоянии 0,3-0,4 м от почвы пласта; опорный элемент - металлическая плитка 150х150х8 мм; податлив. элемент - пластина АСГ -1.004 0 0,57 ^тах = - 3-10-/-Дм4 + 10-4-Дм3 -- 10,Ы0-3^Дм2 + 0,467-Дт + 50,8 0,8281
= - 2-10-7-Дт4 + 5-10-5-Дт3 -- 2-10-3-Дт2 + 0,199-Дт + 34,3 0,8586
0,75 ^тах = 10-7-Дт4 - 10-4Дм3 + + 22,4^10-3^Дт2 - 0,978-Дт + 47,5 0,8227
= - 10-8^Дм4 - 3^10^Дт3 + + 12,6-10-3-Дт2 - 0,617^Дм + 33,6 0,8612
1,04 ^тах = 4^10-8^Дт4 - 5-10-5-Дт3 + + 13,8^10-3^Дт2 - 0,474^Дм + 47,6 0,7772
№ = 4-10-8-Дт4 - 5^10"^Дт3 + + 11,2^10-3^Дт2 - 0,276^Дм + 38,3 0,8209
Схема II анкеры расположены в два ряда наклонно на расстоянии 0,1 и 0,4 м от почвы пласта; опорный элемент - металлическая плитка 150х150х8 мм; податлив. элемент - пластина АСГ-1.004 0 /0 1,14 ^тах = 7^10-8^Дт4 - 5-10-5-Дт3 + + 6,4^10-3^Дт2 + 0,556^Дм + 52,0 0,9008
№ = 10-7-Дт4 - 7^10-5^Дт3 + + 10,2^10-3^Дт2 + 0,116^Дм + 43,4 0,9291
15 /30 1,11 ^тах = 4^10"^Дт4 - 3^10^Дт3 + + 5,5-10-3-Дт2 + 0,464^Дм + 53,1 0,8819
Ю = 2^10-7Дм4 - 9-10-5-Дт3 + + 11,Ы0^Дт2 + 0,296^Дм + 40,9 0,9353
30 /45 1,11 ^тах = 5-10-8-Дт4 - 4^10^Дт3 + + 7^10-3^Дт2 + 0,393^Дм + 51,1 0,9558
№ = 10-7Дм4 - 9-10-5-Дт3 + + 12>10-3^Дм2 + 0,0793^Дм + 46,1 0,9671
Повышение жёсткости и несущей способности бермы обусловливается увеличением плотности установки анкеров в породы верхнего бока конвейерного штрека, применением вместо однорядной двухрядной (предположительно - многорядной) схемы их расположения, углами наклона к горизонтали 15 и 30° анкеров верхнего и нижнего рядов, применением в качестве опорного элемента крепи полосовых подхватов.
Увеличение плотности анкерования бермы способствует более равномерному распределению растягивающих усилий в анкерах (отклонение максималь-
ного натяжения от пикового среднего составляет соответственно 36, 30 и 22 кН при П = 0,57, 0,75 и 1,04 анк. /м2), но приводит к повышению нагрузки на анкерную крепь и охранную конструкцию при фиксированном расстоянии от очистного забоя.
Двухрядное расположение анкеров в берме с использованием металлических полосовых подхватов обеспечивает снижение по экспоненциальному закону горизонтальных смещений пород верхнего бока конвейерного штрека с ростом плотности анкерной крепи как в период, предшествующий разрывам анкеров, так
и в последующий период (разрывы по резьбе до 50 % анкеров).
Однорядное расположение анкеров в берме с применением металлических опорных плиток обусловливает в период, предшествующий разрывам анкеров, снижение по параболическому закону горизонтальных смещений пород верхнего бока конвейерного штрека с ростом плотности анкерной крепи. В период, следующий за началом разрывов анке-
ров, увеличение плотности анкерной крепи бока (> 0,75 анк./м2) существенно не влияет на смещения пород бермы.
Результаты шахтных исследований дают возможность корректно выполнить компьютерное моделирование процесса взаимодействия охранной конструкции и бермы конвейерного штрека для научного обоснования технико-
технологических решений по обеспечению её устойчивости. \ШЪ
------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Инструкция по расчету и применению анкерной крепи на угольных шахтах России. -Санкт-Петербург, 2000. - 80 с.
— Коротко об авторе ------------------------------------------------------------
Насонов А.А. - ассистент кафедры «Электрификация и автоматизация производства» Шах-тинского института (филиала) Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)», тел. 8-919-871-32-96.
ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИИ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Автор
Название работы
Специальность
Ученая степень
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ им. Г.В. ПЛЕХАНОВА
ИВАНОВ Андрей Игоревич Обоснование и разработка технологии и техники ликвидации катастрофических поглощений при бурении разведочных скважин 25.00.15 к.т.н.
ВОЛИК Иван Александрович Обоснование параметров системы с взрыводоставкой руды для разработки мощных наклонных залежей применительно к условиям Малевского рудника АО «Казцинк» 25.00.22 к.т.н.
