CC BY
32
© А.Н. Шашенко, С.В. Кужель, Р.Н. Терешук, 2003
УАК 622.281.74
А.Н. Шашенко, С.В. Кужель, Р.Н. Терешук
УСТОЙЧИВОСТЬ ПОАГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК С АНКЕРНОЙ КРЕПЬЮ
Опыт работы угольных шахт показывает, что неблагоприятное состояние подготовительных выработок является одним из узких мест, сдерживающих развитие производства. Многочисленные существующие способы и средства обеспечения их устойчивости оказываются во многих случаях недостаточными. В связи с этим на поддержание выработок в эксплуатационном состоянии отвлекаются значительные трудовые ресурсы, а суммы затрат на ремонтные работы достигают огромных значений.
Наибольшую степень влияния очистных работ испытывают выемочные штреки - выработки, примыкающие к очистным забоям. Основным видом крепи здесь является металлическая арочная податливая крепь из спецпрофиля, объем применения которой составляет более 88 % общего объема проведения подготовительных выработок. Применяемые конструкции крепи при низкой несущей способности, не оказывают особого влияния на геомеханиче-ские процессы, протекающие вокруг выработки, являясь, по сути, ограждающей конструкцией, функции которой сводятся к предохранению выработки от вывалов и высыпания разрушен-
ных и отслоившихся от ненарушенного массива пород.
Основным условием обеспечения устойчивости подготовительных выработок является быстрый ввод крепи в работу и обеспечение хороших условий на контакте “крепь-порода”. Как отмечается в работе [1], это в настоящее время один из главных вопросов в решении проблемы обеспечения устойчивости подготовительных выработок.
Анализ известных в отечественной и зарубежной практике технологических разработок в области крепления и поддержания выработок показывает, что одним из перспективных направлений решение вопроса обеспечения устойчивости капитальных и подготовительных горных выработок является применение анкерных систем, позволяющих достичь высоких темпов проведения выработок, снижения травматизма, обеспечить высокие технико-экономические показатели эксплуатации выработок.
Вместе с тем, объемы применения анкерных систем на шахтах Украины на сегодняшний день весьма незначительны и составляют несколько километров. Такое положение связано с осторожным отношением технического руководства шахт к непривычному виду крепи и объясня-
ется рядом объективных причин, одна из которых - отсутствие общепризнанной методики расчета параметров анкерной крепи, отражающей реальные гео-механические процессы, происходящие в породном массиве в окрестности выработок.
Сложность исследований в натурных условиях состояния приконтурного массива и детального изучения процессов, происходящих в нем при нарушении равновесия, вынуждает использовать для решения поставленных задач методы моделирования (как математические, так и лабораторные).
С целью изучения характера деформирования приконтурного массива пород и определения параметров анкерного крепления была проведена серия лабораторных испытаний на специальном плоском стенде кафедры строительных геотехнологий и конструкций Национального горного университета. Масштаб моделирования - 1:50. Исследования выполнялись для выработок с сечением 13-15 м2. В качестве модельного материала применялись песчано-парафино-графи-товые смеси [2].
На первом этапе исследования выполнялись на моделях из эквивалентных материалов для однородной среды. На втором этапе моделировалась слоистая среда, которая воспроизводила горно-геологические условия шахты “Алмазная”, являющимися типичными для шахт Государственной холдинговой компании “Добропольеуголь”. В результате моделирования были определены рациональные длины анкеров и плотность их установки при неоднородном породном массиве.
00 'М ^ г
0 N3, шт в зави-
Рис. симо 1. Из сти ( 1 2 5меН€ эт ко ^ние лине попе ства речн анке 5 6 ого с ров :ечеь ия в ыраб ) 1 отки
Как следует из рисунков, достаточная плотность установки анкеров находится в пределах 11,2 анк/м2, рациональная длина анкера - 2,2-2,5 м. Отношение значений деформаций массива в боках и кровле выработки, закрепленной анкерной крепь и незакрепленной составляет 2,3 и 2,8, соответственно.
Для определения параметров анкерного крепления, помимо экспериментальных методов исследования, использовались и аналитические методы. При решении упругопластической задачи использовался метод конечных элементов (МКЭ). Одним из наиболее удачных пакетов прикладных программ, позволяющих реализовать МКЭ, является ППП Cosmos/M, который может быть использован на основе итерационного подхода: при 5 итерациях отличие численного решения от точного составляет не более 8% [3].
Исследование напряженно-деформированного состояния горного массива в окрестности
подготовительной выработки арочной формы выполнялось также в два этапа: для однородного и неоднородного породного массива.
В ходе расчетов принималось расположение выработки на глубине 800 м, что соответствуют горному давлению, примерно, 21 МПа. В результате расчетов были определены размеры области неупругих деформаций (разрыхления) и ее зависимость от числа и длины анкеров. Максимальные результирующие перемещения при установке 7 анкеров длиной 2,5 м уменьшаются в 1,47 и 1,49 раза, а опускание замка свода выработки - на 45,6 и 44,9% для однородного и неоднородного породного массива соответственно. Достаточная плотность установки анкеров находится в пределах 0,8-1,0 анк/м2 и 0,8-1,2 анк/м2, а рациональная длина -2,3-2,5 м и 2,2-2,5 м, для соответственно.
Сопоставление результатов, полученных для однородного и
Рис. 3. Конечно-элементная реализация расчетных схем
неоднородного (слоистого) породного массива, показывает, что размеры области неупругих деформаций, максимальные результирующие перемещения на контуре выработки, плотность анкерования и длина анкеров практически одинаковы. Это позволяет сделать вывод о несущественном влиянии слоистости на напряженно-деформированное состояния породного массива и параметры анкерования.
При инструментальных маркшейдерских исследованиях на экспериментальном участке выработки с анкерной крепью фиксировались величины смещений элементов контура выработки и крепи во времени. Шахтные наблюдения показали, что установка анкерной крепи практически не влияет на скорость и величину смещений почвы выработки, что подтвердило результаты аналитических и лабораторных исследований. Величина смещения пород кровли уменьшилась в 2-3 раза по сравнению с контрольным участком.
На основе лабораторных, аналитических и натурных исследования можно сделать вывод, что параметры анкерной крепи: плотность 1 анк/м2 и длина 2,5 м являются достаточными для поддержания подготовительных выработок в условиях шахт ГХК “Доброполье-уголь” в эксплутационном состоянии, а также весьма значительно снижают уровень напряжений и перемещений на своде выработки.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Охрана подготовительных выработок без целиков / Н.П. Бажин, В.В. Райский, Ю.В. Волков и др. - М.: Недра, 1975. - 294 с.
2. Терещук Р.Н, Мартыненко С.В. Подбор состава и испытание эквивалентных материалов для изготовления неоднородных моделей // Геотехническая механика: Сб.
науч. тр. ИГТМ НАН Украины. - Днепропетровск: Полиграфист. - 2000. - Вып. 23 - С. 136-141.
3. Шашенко А.Н, Янко В.И, Терещук Р.Н. Исследо-
вание напряженно-деформированного состояния однородного породного массива в окрестности выработки, закрепленной анкерной крепью // Науковий вісник НГА України. -2002. - №3. - С. 14-18.
KOPOmO OБ AB^PAX -----------------------------------------------------
Шашенко А.Н, Кужель С.В, Терещук Р.Н. — Национальный горный университет, Украина.
Файл:
Каталог:
Шаблон:
Ш
Заголовок:
Содержание:
Автор:
Ключевые слова:
Заметки:
Дата создания:
Число сохранений:
Дата сохранения:
Сохранил:
Полное время правки: 10 мин.
Дата печати: 09.11.2008 17:32:00
При последней печати страниц: 2
слов: 1 133 (прибл.)
знаков: 6 464 (прибл.)
ШАШЕНКО
G:\По работе в универе\2003г\Папки 2003\GIAB10~03 C:\Users\Таня\AppData\Roaming\Microsoft\Шаблоны\Normal.do УДК 622
P2
07.08.2003 9:11:00 2
07.08.2003 9:11:00 Гитис Л.Х.
