CC BY
99
Труды международной конференции 6-9 октября возведения закладочного массива. // ФТПРПИ, 2003 г. Новосибирск, 2004. 2001, № 5.
6. Серяков В.М. Расчет напряженного состояния горных пород с учетом последовательности
— Коротко об авторах ----------------------------------
Серяков В.М. - доктор технических наук, профессор, ИГД СО РАН.
--------------------------------- © И.И. Мартыненко, И. А. Мартыненко,
Ж. А. Минакова 2005
УДК 622.28
И.И. Мартыненко, И.А. Мартыненко, Ж.А. Минакова
ВЛИЯНИЕ ЗАПОЛНЕНИЯ ЗАКРЕПНОГО ПРОСТРАНСТВА НА РАБОТУ КРЕПИ
Семинар № 3
А налитические исследования [1, 2,
УТ.3] показали, что незаполненные пустоты в своде выработок снижают несущую способность крепи в 2,0-2,5 раза за счет увеличенных изгибающих моментов в криволинейной части арок, неравномерности распределения нагрузки по их периметру, возможности смещения рам к одному из боков или вдоль выработки.
Этот вывод подтвержден стендовыми [4] и шахтными [4] исследованиями. Анализ результатов инструментальных наблюдений, произведенных в выработках шахт Центрального Донбасса, показал, что ни в одном случае не было отмечено соответствия фактической несущей способности арочной крепи и паспортной (технической), а отношение фактической несущей способности к паспортной (коэффициент
работоспособности крепи Кр) изменяется в пределах 0,2-0,8. При этом величина Кр зависит от условий самозабучивания пустот в своде.
Шахтными наблюдениями установлено, что оставленные при проходке незаполненными закрепные пустоты в своде выработок хотя и уменьшаются в размере с течением времени, однако имеют место даже на сопряжении с 1-й лавой. При так называемом самозаполнении закрепного пространства отслоившейся породой этот процесс заканчивается только на линии очистного забоя. Следовательно, в достаточно широком диапазоне горно-
геологических и горнотехнических условий основная крепь и крепь усиления практически не взаимодействуют с вмещающими горные выработки массивами
пород как в 1-ом, так и во 2-ом периодах поддержания (по классификации ВНИ-МИ).
Таким образом, наличие незаполненных пустот за верхняками рам металлической крепи является причиной неудовлетворительного управления горным давлением в выработках.
В отечественной практике крепления получил распространение способ заполнения закрепного пространства в своде проводимых выработок выкладкой деревянных костров. Такое заполнение не исключает возможности динамического нагружения крепи при обрушении надбермовых пород кровли, смещения рам к одному из боков выработки или вдоль ее продольной оси. При опускании кровли арочная крепь полностью вступает в работу лишь после уменьшения первоначальной высоты костров более чем на половину, к тому же применение горючих материалов для заполнения пустот за огнестойкой крепью запрещено Правилами безопасности.
Исходя из этого, все пустоты по периметру арочной крепи должны заполняться шахтной породой или твердеющим материалом. Это требование отраслевых инструктивных документов и Правил безопасности.
Вопрос о влиянии заполнения породой пустот за крепью на ее работу достаточно подробно изучен. Установлено, что тщательная забутовка мелкими кусками породы (размеры кусков - до 0,15 м) исключает динамические нагрузки и способствует более равномерному их распределению по периметру рам. При этом чем плотнее забутовка, тем равномернее по контуру крепи распределяется внешняя нагрузка. Увеличение жесткости забутовки приводит к уменьшению изгибающих моментов в элементах крепи.
Ручная забутовка выполняется на участке породного обнажения выработок, следовательно, небезопасна и требует много времени и труда, в том числе на сортировку и перекидку породы. Ее трудоемкость составляет до 65 % от процесса
крепления. При этом наиболее сложно заполнение пустот в своде, составляющее 55-65 % от трудозатрат на полную забутовку, к тому же качественно забутить за-крепное пространство над верхняками рам невозможно, из - за чего возникают сосредоточенные нагрузки, самым неблагоприятным образом сказывающиеся на работе крепи, поэтому заполнение пустот в своде шахтной породой вручную противоречит практике арочного крепления выработок как в странах бывшего СССР [2, 3], так и за рубежом [5].
Попытки механизировать заполнение закрепное пространство шахтной породой были осуществлены ВНИИОМШСом. Институтом разработаны и испытаны на стенде и в производственных условиях за-бутовочные машины МЗ - 3, МЗ - 6 и за-бутовочный комплекс ЗК - 1. Машина МЗ - 6 производит не только пневмоукладку материала, но и измельчение крупных кусков пород до фракции 0,05 м. Это является условием осуществления пневмотранспорта по трубопроводу диаметром 100 мм. Установлено, что потребность в забутовочном материале с максимальным размером кусков до 0,5 диаметра трубопровода может быть также удовлетворена путем рассева рядовой породы от проведения выработок. Испытания технологии заполнения закрепного пространства шахтной породой с помощью забутовоч-ных машин, проведенные, в том числе на шахтах Российского Донбасса, показали: улучшение качества забутовочного слоя благодаря поступлению материала труднодоступные места с необходимым его уплотнением; создание безопасных условий труда проходчиков; снижение в два раза трудоемкости работ.
Однако породное заполнение имеет низкое сопротивление сжатию в начальный период нагружения, что подтверждено шахтными и лабораторными исследованиями. Оно не обеспечивает связи породного контура и крепи, т.е. наблюдается второй вид контактных условий по классификации Л. А. Джапаридзе. Оно не
сглаживает неровности породного контура, характерные для буровзрывной проходки, являющиеся концентраторами напряжений (коэффициент концентрации в зависимости от амплитуды неровности составляет 2,0-4,5). Забутовочный слой не является грузонесущей оболочкой ввиду отсутствия плотного прилегания отдельных кусков породы друг к другу. Заполнение пустот породой лишь незначительно повышает устойчивость горных выработок с арочной крепью. Учитывая все это, предложенная ВНИИОМШСом технология забутовочных работ, требующая размещения в стесненных условиях призабойной зоны дополнительного оборудования и обеспечения его пневмоэнергией, не получила распространения.
Значительно больший технический эффект достигается при заполнении пустот за арочной крепью твердеющим материалом (ТМ). Использование ТМ позволяет ускорить введение крепи в работу, так как его сжимаемость во много раз меньше, чем породной забутовки. За счет адгезионной связи ТМ с породой исключается дополнительная пригрузка рам его весом и повышается прочность на изгиб прикон-турных слоев кровли. Оболочка твердеющего материала сглаживает неровности породного контура и ограждает массив от выветривания. Она равномерно распределяет нагрузку по периметру рамы, снижает изгибающие моменты в элементах крепи и выполняет грузонесущие функции.
Для заполнения закрепного пространства выработок на шахтах Германии применяют твердеющие материалы, как с быстрым нарастанием прочности, так и с медленным [6]. Выбор типа твердеющего материала производится с учетом требований геомеханики. Если выработка проводится по устойчивым породам и расслоение ее кровли начинается не вблизи проходческого забоя, то возможно применение медленнотвер-
деющих материалов, в противном случае используют быстротвердеющие смеси. ТМ с быстрым нарастанием прочности должен обладать прочностью при сжатии не менее 5 МПа через 5 ч, не менее 10 МПа через 12 ч и окончательным не менее 20 МПа [5]. От ТМ с медленным нарастанием прочности требуется суточная прочность при сжатии 5 МПа и 20 МПа через 28 суток [6]. Все выпускаемые фирмами Германии зернистые строительные смеси, состоящие преимущественно из ангидрида, отвечающие требованиям, предъявляемым к быстротвердеющим материалам, а порошкообразные, состоящие, как правило, из цемента и золы - требованиям, предъявляемым к медленнотвер-деющим материалам. Кроме этого, в качестве твердеющего материала для заполнения закрепного пространства выработок может применяться легкий строительный пенораствор и пенопласт «изошаум». Однако, как показали шахтные исследования недостаточная прочность материала заполнения, например, пенопласта «изоша-ум» (прочность образца при одноосном сжатии через 28 суток составляет 0,04 МПа) способствует росту конечных смещений вмещающих горные выработки пород в сравнении с самозабучиванием. Легкий строительный пенораствор на минеральной основе позволяет сократить расход строительных смесей при приемлемом сопротивлении сжатию, изменяющемся от 1-4 МПа при плотности раствора 0,8 т/м3 (объем пор 60 %) до 10 - 24 МПа - при плотности раствора 1,4 т/м3 (объем пор 30 %). Разработанные в настоящее время установки для приготовления легкого пе-нораствора не отвечают требованиям, предъявляемым к оборудованию, эксплуатируемому в подземных условиях. Поэтому легкие строительные растворы редко используются для заполнения закрепного пространства выработок.
------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Джапаридзе Л.А., Каишвили С.М. Оценка напряженного - деформированного состояния арочной крепи при наличии закрепной пустоты в своде//Горное давление и крепление горных выработок. - Тбилиси: Мецниереба, 1977. - Вып.3. -с.5 - 14.
2. Колоков С.Б. О влиянии качества установки металлической арочной крепи на условия ее рабо-ты//Шахтное строительство. - 1987. - С. 14-16.
3. Максимов А.П., Шашенко А.Н., Рожко А.Н. Влияние качества забутовки на несущую способ-
ность металлической арочной крепи//Шахтное строительство. - 1987. - С. 21-23.
4. Ерофеев Л.М., Мирошникова Л.А. Повышение надежности крепи горных выработок. - М.: Недра, 1988. - 245 с.
5. Якоби О. Практика управления горным давлением. Пер. с нем. - М.: Недра, 1987. - 566 с.
6. Тин П. Состав, транспортировка и опыт применения строительных смесей для подземных горных работ//Глюкауф. - 1992. - 10/12. - С. 3037.
— Коротко об авторах --------------------------------------------------------------
Мартыненко И.И., Мартыненко И.А., Минакова Ж.А. - Шахтинский ин-т филиал Южнороссийского государственного технического университета (НПИ), Шахты.
--------------------------------------------------- РУКОПИСИ,
ДЕПОНИРОВАННЫЕ В ИЗДАТЕЛЬСТВЕ
МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА
1. Дремов В.И., Никитенко Е.А., Мокроусов Б.А. Роль противопылевых респираторов в формировании пылевой нагрузки на органы дыхания (№ 404/08-05 — 02.03.05) 2 с.
2. Руденко В.В., Тюрин В.А. Стоимостная оценка полоты и качества извлечения запасов флюо-ритовых руд при их подземной разработке (№ 405/08-05 — 03.03.05) 12 с.
------------------------------------------ © В.А. Асанов, В.Н. Токсаров,
В. В. Аникин, 2005
УДК 622.02:531
В.А. Асанов, В.Н. Токсаров, В.В. Аникин
ВЛИЯНИЕ ГЛУБИННЫХ РИФОВЫХ СТРУКТУР НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СОЛЯНЫХ ПОРОД *
Семинар №3
✓"Обеспечение безопасной эксплуатации рудников Верхнекамского калийного месторождения в значительной степени определяется наличием достоверной информации о строении и свойствах соляной толщи и вмещающих пород.
Анализ результатов исследования физико-механических свойств соляных пород показывает, что, несмотря на однотипность состава основных их разновидностей, латеральная изменчивость механических показателей варьируется в ши-
