CC BY
75
УДК 622.283.4
М. Д. Войтов, П. М. Будников
ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ КРЕПИ ДЛЯ УСТЬЕВ НАКЛОННЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК
Практическое использование подземных сооружений является одной из наиболее актуальных проблем, так как подземное пространство в данном случае выступает как дополнительный источник природных ресурсов. Поэтому объемы строительства капитальных горных выработок в горнодобывающей промышленности будут постоянно увеличиваться. В связи с этим повышение интенсивности труда, улучшение качества и снижение сроков подземного строительства является весьма важным. Этот аспект относится и к устьям наклонных стволов угольных шахт. Необходимо ответственно подходить к выбору формы поперечного сечения, а также конструкции крепи устья наклонных стволов [1].
Существующие способы проведения устьев наклонных стволов (открытым котлованом и горный), а также горно-геологические условия являются определяющими факторами конструкции крепей устьев. Наиболее часто применяющиеся на шахтах Кузбасса формы крепей: прямоугольная,
Рис. 1. Конструкция крепи из сборного железобетона: 1 - арматурные сетки
1 Прямоугольная форма имеет 2 типа
крепи:
1.1 Конструкция из сборного железо-
бетона (рис 1). Состоит из железобетонных плит. После монтажа крепи поверх наносится слой монолитного бетона. Это необходимо для повышения устойчивости конструкции и, кроме того, для перетяжки швов между элементами крепи. Также слой монолитного бетона выполняет роль гидроизоляции, препятствуя проникновению воды в щели стыков. Поверх данной конструкции нано-
сится несколько слоев рулонной гидроизоляции. Необходимо отметить, что данная крепь может применяться только при ведении работ открытым котлованом. Это связано с технологией ведения работ: возведение крепи ведется при помощи кранов. Достоинством данной конструкции является быстрота возведения крепи, точность конструкции. Это достигается тем, что производство элементов крепи производится в заводских условиях, а не на стройплощадке. Кроме того, размеры плит производятся согласно проекту [2].
Рис. 2. Конструкция крепи из монолитного железобетона: 1 - арматурные сетки и каркасы; 2 -двутавровая балка
1.2 Конструкция из монолитного желе-
зобетона (рис. 2), которая получила широкое распространение на шахтах Кузбасса. Это связано с разнообразием конструкции при различных геометрических размерах сечения устья. Работы по возведению крепи ведут аналогично наземному строительству. После выемки породы устанавливается металлический каркас для почвы выработки. Далее возводится опалубка и нагнетается бетонный раствор. Затем возводят металлический каркас для стен, в заранее оставленные закладные элементы каркаса почвы, что и составляет целостность конструкции; установка и центровка опалубки, в то время как бетонный раствор почвы набирает прочность. После набора 25 % прочности бетонного раствора почвы производят бетонирование стен. Бетонирование, согласно данным ОАО «Кузбассгипрошахта», производится сразу на всю высоту стен. Необходимости в виброуплотнителях отсутствует, т.к. бетонный раствор под собственным весом уплотняется. После этого, переходят на монтаж балок кровли. В качестве жесткой армату-
при М <0
при М >0
Рис. 5. Расположение жесткой армату-Рис. 4 . Расположение жесткой арматуры в сечении крепи ры в крепи
туры по сечению выработки только одно - в растянутую и в сжатую зону (рис. 6).
шению [2].
2 Арочная форма крепи имеет разнообразие, важным конструктивным элементом крепи является жесткая арматура, в качестве которой применяется спецпрофиль СВП. В зависимости от горно-геологических условий в месте заложения устья, профиль может варьироваться от СВП-17 до СВП-33. Разнообразие арочных конструкций обусловлено не только номером профиля крепи, но и его расположением относительно сечения крепи и т. д.
2.1 Арочная крепь с одним профилем СВП.
В таких конструкциях крепи, в зависимости от расположения самого профиля внутри крепи можно разделить на два подтипа:
2.1.1 Арочная крепь с одним профилем СВП, расположенным по центру сечения крепи. Это наиболее простая конструкция крепи устья. Наиболее важным фактором расположения спец-профиля является эпюр изгибающих моментов (рис. 3).
Рис. 3 . Эпюр изгибающих моментов Расположение наиболее важного конструктивного элемента - жесткой арматуры - производят таким образом, чтобы воспринималась нагрузка, как от сжатия, так и растяжения. Согласно различным расчетам наиболее оптимальное расположение профиля крепи - в местах наибольшего изгибающего момента (рис. 4).
2.1.2 Арочная крепь с одним вынесенным профилем СВП. Данная конструкция предложена институтом ОАО «КузНИИшахтострой», в которой спецпрофиль выносится наружу, а арматурная сетка - внутрь (рис. 5). Проведенные
при М < 0
при М > 0
Рис. 6. Распределение жесткой арматуры в сечении крепи
2.3 Арочная форма крепи из тюбингов
ГТК. Конструкция крепи имеет определенные преимущества относительно других конструкций: мгновенное восприятие нагрузки после возведения; податливость. Одновременно с этим соединенные между собой тюбинги имеют стыки, и как результат - водопроницаемость крепи. Тюбинг - железобетонный элемент, имеющий радиальное закругление, соединяются между собой закладными проушинами в ребрах. Ширина тюбинга 0,75 м. Разработаны 3 типоразмера по внутреннему радиусу: 2,2; 2,7; 3 м. Конструкция тюбинга представлена на рис. 7 [3].
А
А
А - А
Рис. 7. Конструкция тюбинга ГТК
2.4 Однако не только в шахтном строи-
тельстве есть устья наклонных выработок. Так, при сооружении ливневого коллектора, при строительстве 1 очереди Красноярского метрополитена, производилось строительство устья открытым способом, протяженностью 480 м в весьма сложных горно-геологических условиях. Тон-
нель прокладывался в текучепластичных суглинках с линзами и прослоями гравийных и галечни-ковых грунтов с суглинистым заполнителем. Конструкция тоннеля выполняется в сборномонолитном варианте: монолитный железобетонный лоток и сборные железобетонные арки с монолитным замковым элементом. В конструкции предусмотрена наружная обмазочная гидроизоляция сводовой части из двух слоев асбестобитумной мастики (рис. 8) [3].
600
1 /// 7 V 3 Г ~
ру/
* * / , • ’о ■ ‘
\//У////'//////А
Рис. 8. Конструкция обделки тоннеля: 1 - блок БСК-4; 2 - блок БСК-5; 3 - блок БФК-4 Авторами данной статьи разработана новая конструкция монолитной бетонной крепи для устьев наклонных стволов и получен патент на полезную модель за № 61346.
Установленные на большом расстоянии друг от друга элементы металлической крепи в средней (вертикальной) части как армирующие элементы менее эффективны по сравнению с большим количеством стержней малого сечения в сетке и наружной поверхности крепи.
Крепь горной выработки состоит из покрытой сетчатой затяжкой 1 металлической арочной крепи из спецпрофиля с узлами 2 сопряжения между стойками 3 и верхняками 4, расположенными соответственно у внутренней поверхности вертикальной части и у наружной поверхности верхней криволинейной части бетонной крепи 5. Дополнительные армирующие сетки 6 и 7, не связанные между собой, установлены соответственно у внутренней поверхности криволинейной части и у наружной поверхности вертикальной части бетонной крепи 5 [4].
Крепь устанавливается в выработке с некоторым зазором от бортов и вплотную к верхней точ-
ке устанавливают рамы металлической арочной крепи с узлами сопряжения 2 между стойками 3 и верхняками 4 и закрепляют на них сетчатую затяжку 1.
Затем на некотором расстоянии от забоя на рамах арочной крепи устанавливают дополнительные армирующие сетки 7 у бортов выработки и подвешивают дополнительную армирующую сетку 6 под верхняками 4.
При этом верхние концы сеток 7 располагаются выше нижних концов сеток 6 (практически выше и ниже узлов сопряжений 2).
Опалубку (на чертеже не показана) для возведения бетонной крепи 5 устанавливают таким образом, что ее поверхность располагается на незначительном расстоянии от стоек 3 и подвесной сетки 6.
В соответствии с эпюрой напряжений в крепи горной выработки максимальные изгибающие моменты Ми возникают в середине вертикальных и криволинейных верхних частях крепи с нулевыми значениями в зоне между концами армирующих сеток 6 и 7 и узлов 2 сопряжений элементов 3 и 4 арочной металлической крепи, причем максимальные растягивающие напряжения возникают только в армирующих сетках 6 и 7, что позволяет уменьшить размер спецпрофиля и количество рам крепи.
крепи: 1 - профиль СВП; 2 - гибкая арматура; 3 -монолитный бетон
Расположение гибкой арматуры производят аналогично (рис. 9).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Технология строительства подземных сооружений. Строительство горизонтальных и наклонных выработок / И. Д. Насонов, В. И. Ресин, М. Н. Шуплик, В. А. Федюкин // учеб. для вузов. - 3-е изд., пере-раб. и доп. - М. : Изд-во Академии горных наук, 1998. - 317 с.
2. Гребенщиков И. Ф. Сооружение устья наклонного ствола открытым котлованом // Шахтное строительство. - 2001. № 4. - с. 22-23.
3. Строительство наклонных горных выработок / Н. Ф. Косарев, А. И. Копытов, В. В. Першин, М. Д. Войтов. - Кемерово : Кузбассвузиздат - 2004 - 347 с.
4. Патент РФ на полезную модель № 61346. Металлическая арочная крепь / Авт. М. Д. Войтов, В. В. Пер-шин, К. В. Садыков, П. М. Будников. Опубл. 27.02.2007. Бюл. № 6.
□ Авторы статьи:
Войтов Михаил Данилович
- канд. техн. наук, доц. каф. строительства подземных сооружений и шахт.КузГТУ Тел 8 (384-2) 39-63-78
Будников Павел Михайлович
- старший преп. каф. строительства подземных сооружений и шахтКузГТУ E-mail: bpm1975@mail.ru
УДК 622:232.75
А. В. Ремезов, В. И. Храмцов, К. А. Бубнов, А. В. Бедарев
АНАЛИЗ ОТРАБОТКИ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА МОЩНОСТЬЮ ДО 1,0 М
НА ШАХТЕ «БЕРЕЗОВСКАЯ»
Результаты отработки тонких пластов стругами в развитых угледобывающих странах
В России около 60% промышленных запасов сосредоточено в пластах малой мощности от 0,71 до 1,2м и в начальной классификации угольных пластов средней мощности от 1,21 до 1,8м (1,213,5м).
Наиболее эффективным способом отработки тонких пластов является использование струговой выемки.
В Германии, Чехии, Польше, США и последнее время в России накоплен достаточный опыт применения струговой технологии отработки тонких пластов. Наибольшее применение струговая технология отбойки угля нашла применение в Германии.
Практикой применения струговой технологии на тонких угольных пластах доказано, что производительность струговой установки более чем в два раза выше, чем комбайновой.
При отработке тонких пластов на шахтах Германии, США, Чехии, Польши комбайновую выемку применяют только тогда, когда невозможно применить струговую технологию.
Применение стругов при отработке тонких пластов позволяет при мощности угольного пласта 0,8-1,0м достичь нагрузки свыше 8000т; 1,01.2м - 16000т; при мощности 1,2-1,6м - до 22000т.
Кроме того, струговая технология обеспечивает:
■ низкую зольность (ниже на 3-4%, чем при комбайновой выемке);
■ высокую безопасность работ;
■ снижение затрат на концевых операциях;
■ низкую вероятность возникновения газодинамических явлений;
■ позволяет максимально автоматизировать работы в очистном забое.
В Кузбассе струговая технология применяется на шахте «Абашевская» и «Березовская» с 2006г., на шахте «Чертинская-Южная» - с конца 2007г.
Основное отличие технологии струговой выемки от технологии комбайновой выемки заключается в способе отделения угля от массива. Рабочим органом очистного комбайна является шнек, траектория резцов сочетает комбинацию вращательного и прямолинейного движения.
У струга резцы совершают прямолинейное движение и воздействуют на угольный пласт силами, направленными вдоль напластования.
На производительность добычных машин наибольшее влияние оказывает сопротивляемость угольного пласта резанию.
При комбайновой выемке шнек отделяет уголь на величину, которая больше глубины отжима, что вызывает значительное сопротивление угля резанию. При струговой выемке струг снимает стружку в наиболее разрушенной под действием горного давления части угольного пласта, в связи с чем, процесс выемки угля стругом менее энергоемок, чем при комбайновой выемке.
Кроме того, производительность комбайновых забоев на тонких пластах ограничена скоростью перемещения комбайна, которая, в первую очередь, ограничена скоростью передвижения комбайнера от 2 до 8м/мин. при изменении мощности угольного пласта от 0,8 до 1,8м и скоростью погрузки отбитого угля на конвейер за счет ограничения высоты погрузочного окна (расстоянием по высоте от нижней части корпуса комбайна до борта забойного конвейера).
Современная практика применения струговых установок для отработки тонких пластов от 0,8 до 1,6 м по мощности обеспечивает нагрузку на очистной забой в 3-5 раз выше, чем при комбайновой выемке.
В настоящее время используют три основных виды стругов.
Струговые установки отрывного типа:
СО75М, УСТ2М, 2СО3413 (Россия), Райсхакен-хобель, Швертхобель (Германия), РЬ9 (Чехия) отличаются тем, что тяговый орган располагается со стороны выработанного пространства, а исполни-
тельный орган снабжён подконвейерной плитой, движущейся по почве пласта Особенность этих установок - наличие момента сил, скалывающих уголь, возникающего в результате присоединения тягового органа к исполнительному органу со стороны выработанного пространства. Такие струги называются отрывными.
Струговые установки скользящего типа: СН75, 1СН99. 2СН3413 (СН.06) (Россия), Гляйт-хобель, Компактхобель (Германия) отличаются тем, что тяговый орган располагается с забойной стороны рештачного става стругового конвейера, а исполнительный орган перемещается («скользит») по специальной наклонной направляющей, закрепленной на забойной стороне стругового конвейера.
Струговые установки комбинированного типа: 3СКП (Россия), Гляйтшвертхобель (Германия) отличаются тем, что тяговый орган располагается со стороны выработанного пространства, исполнительный орган снабжен плитой, движущейся по специальной направляющей, расположенной между почвой пласта и рештачным ставом стругового конвейера.
Опыт отработки угольных пластов мощностью от 0,77 до 1,04м на шахтах Кузбасса
Анализ работы очистного забоя 43 пл. XXVI шахты «Березовская» с августа 2006 по май 2007гг.
1. Длина очистного забоя - 290м.
2. Длина выемочного столба - 980м.
3. Запасы угля в выемочном столбе - 420 тыс. т.
4. Система отработки - длинные столбы по простиранию.
5. Глубина ведения работ от поверхности -до 325м.
6. Мощность угольного пласта - 0,91-1,04м.
7. Угол падения пласта
по простиранию - 1-5°;
по падению - 7-15°.
8. Газоностность пласта - до 7м3/мин.
9. Состав механизмов, входящих в состав механизированного комплекса, смонтированного в очистном забое
■ струговая установка вН 5.7/9-38У фирмы ББТ со стругом скользящего типа.
■ крепь механизированная вЫМК 07/15 Рск8, шаг установки 1,5м.
■ система управления (РЫС-Я фирмы ББТ)
- свободно программируемая электрогидравличе-ская с обеспечением двухстороннего автоматического, пооперационного, одиночного автоматизированного и группового автоматизированного управления.
■ перегружатель ПСП-308 с дробилкой ДУ-910 фирмы «Анжеромаш».
Опробование работы очистного забоя под нагрузкой начались 17.07.06. При плане 10000т за июль было добыто всего 2172т угля. Объемы добычи по месяцам за 2006-2007гг. см. в табл. 1.
На эффективность работы очистного забоя повлияли следующие факторы:
■ сложный вывод мехкомплекса из монтажной камеры, выкладка клеток под секции, передвижка секций в это время велась вручную;
■ низкая обученность рабочих и инженерно-технического персонала, отсутствие твердых знании и навыков в управлении мехкомплексом.
Таким образом, за 13 полных рабочих месяцев в очистном забое 43 план был выполнен только в течение шести месяцев, при этом максимальная месячная добыча составила 51288 тонн в марте 2007г., а максимальная суточная добыча была достигнута (2938тонн) 15 марта 2007г. наибольшая среднесуточная добыча составила 1772 тонн в феврале месяце 2007г.
Основными причинами неудовлетворительной работы очистного забоя 43 явились:
■ большая аварийность электроаппаратуры. Значительная часть данных аварий также связана с низкой квалификацией рабочих;
■ нестыковка отдельных узлов и механизмов мехкомплекса;
■ неправильное управление мехкомплек-сом при изменении горно-геологических условий в очистном забое, что привело к посадке значительного количества мехсекций «насухо» из-за безграмотности ИРТ и рабочих участка. Простой очистного забоя по этой причине составил три недели;
■ отсутствие на шахте или в самом городе Березовский сервисного склада оборудования и отсутствие представителя фирмы;
■ не выполнение в полном объеме рекомендаций фирмы ББТ по комплектованию мех-комплекса.
Расчетная часовая производительность мех-комплекса по контракту составляет 333т/час, фактическая составила около 100т/час.
Наибольшее использование рабочего времени по выемке угля из 6 часов рабочей смены составил в пределах 49%, а отдельные дни - 20-30% и ниже.
Анализ работы очистного забоя 45 пл. XXVI шахты «Березовская»
Следующий очистной забой №45 по тому же пласту XXVI шахты «Березовская» был введен в работу в июле 2008 года, при этом месячная нагрузка на очистной забой отражен в табл. 2.
Очистной забой №45 работал неудовлетворительно. Месячный план за 8 месяцев был выполнен всего один раз - в марте 2009г.
Причины неудовлетворительной работы те же, что и были в очистном забое №43.
76
А. В. Ремезов, В. И. Храмцов, К. А. Бубнов, А. В. Бедарев
Таблица 1.Результаты работы очистного забоя № 43 (тыс. тонн)
2006 год
июль август сентябрь октябрь ноябрь декабрь
план 10000 25000 24000 20000 25000 30000
факт 2672 9235 12006 21495 34585 41035
2007 год
январь февраль март апрель май июнь июль август
план 35000 40000 45000 50000 50000 45000 30000 27000
факт 39450 49617 51288 38625 10000 21000 21000 14000
Таблица 2. Результаты работы очистного забоя № 45 (тыс. тонн)
2006 год
июль август сентябрь октябрь ноябрь декабрь
план 5 15 30 30 30 30
факт 2 13 17 21 10 18
2007 год
январь февраль март апрель май июнь июль
план 30 30 30 30 30 30 30
факт 25 20 32 33 31 38
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Коровкин Ю.А. Механизированные крепи очистных забоев / Под ред. Ю.Л. Худина. - М.: Недра, 1990. - 413с.
2. Стругово-комбайновая технология выемки угля. Актуальность разработки / Б.Б. Луганцев, В.В. Беликов // Уголь. - 2004. - №4. - С.61-63
3. Стругово-комбайновая технология выемки угля. Варианты технологии / Б.Б. Луганцев, В.В. Беликов // Уголь. - 2005. - №1. - С.3-4.
4. Стругово-комбайновая выемка. Комплекс оборудования для выемки выбросоопасных пластов / Б.Б. Луганцев, С.Г. Еремин // Уголь. - 2005. - №7. - С.29-30.
5. Луганцев Б.Б. Разработка техники и технологии эффективной и безопасной выемки тонких угольных пластов / Уголь. - 2005. - №8. - С.34-35.
6. Струговая выемка угля. Каталог-справочник / Под общей ред. В.М. Щадова / Сост. Б.Б. Луганцев, Б. А. Ошеров, Л.И. Файнбурд - Новочеркасск: «Оникс+», 2007. - 298с.
7. Фосс Х.-В., Битер М. Средства механизации выемки угля, применяемые в Германии при разработке пластов малой и средней мощности // Глюкауф. - 2003. - №3. - С.14-19.
8. Первый практический опыт применения струговой установки с повышенной мощностью привода на пластах твердого угля / Хайнц-Вернер Фосс, Мартин Юнкер // Глюкауф. - 2004, декабрь. - №4.
□ Авторы статьи:
Ремезов
Анатолий Владимирович
- докт.техн.наук, проф. каф. «Разработка месторождений полезных ископаемых подземным способом» КузГТУ
Храмцов Виктор Иванович
- канд.техн.наук, главный инженер Кемеровского филиала ВНИМИ
Бубнов
Константин Александрович
- аспирант каф. «Разработка месторождений полезных ископаемых подземным способом» КузГТУ
Бедарев Алексей Викторович
- соискатель кафедры «Разработка месторождений полезных ископаемых подземным способом» КузГТУ
