К числу главных причин, сдерживающих рост технико-экономических показателей в области крепления и поддержания горных выработок, относятся сложность и изменчивость горно-геологических условий, нарушения технологии изготовления крепи и крепления горной выработки, недостаточное внимание к вопросам обеспечения необходимой надежности крепи. Особую актуальность приобретает проблема повышения надежности крепей горных выработок в связи с постоянным увеличением объемов их проведения в сложных горно-геологических условиях.
Надежность, как вероятность устойчивого состояния горных выработок, зависит от многих факторов, и прежде всего от обоснованности проектных решений, т.е. от того, с какой точностью выбранные в проекте характеристики крепи соответствуют фактической интенсивности проявлений горного давления.
Исследование физико-механических процессов в массиве вмещающих горных пород при проведении горных выработок определяет их устойчивость.
К аномальным относятся участки выработок, находящиеся в зонах: влияния геологических пликативных и дизъюнктивных нарушений; повышенной трещиноватости вмещающих пород и угля; повышенной обводненностивмещающих пород и угля; повышенного горного давления на подработанных или надработанных пластах свиты; на пластах опасных, угрожаемых, а также несклонных к горным ударам и внезапным выбросам угля(породы) и газа; в ненарушенном массиве; в зонах повышенного горного давления, в зонах влияния пликативных и дизъюнктивных нарушений; вне зон и в зонах влияния очистного выработанного пространства; в обводненных и необводненных породах и др.
К факторам, которые влияют на возможность применять определённые анкерные системы при проведении подготовительных выработок относятся: прочность анкерного крепления во вмещающих породах; размер зон опасных деформаций породы вокруг горных выработок; величина смещений горных пород, находящихся в кровле, величина конвергенции, срок службы выработки, а также предельная величина безопасного смещения (опускания) пород кровли, закреплённых в горной выработке.
Рис. 1. Технологическая схема крепления неустойчивых пород кровли впереди выработки: 1 – затяжка их досок; 2 – скрепляющий заполняющий раствор в зону вывала пород; 3, 4 – соответственно 1 и 2-ая стадия крепления
Для того чтобы определить функциональные возможности разных видов крепи необходимо проведение сравнительных исследований. В ходе исследований осуществляется характеристика проявлений горного давления при креплении выработки анкерами, комбинированной или рамной крепью и выявление уровня работоспособности анкерного крепления.
На рис. 1 представлена схема технологии крепления неустойчивых пород кровли впереди выработки.
Ниже представлено разработанное устройство крепления контуров выработки в неустойчивых горных породах.
Устройство крепления контуров выработки в неустойчивых горных породах.
Может быть использовано при разработке пластовых месторождений полезных ископаемых при проведении горных выработок для закрепления массива вмещающих пород с помощью анкерного крепления, для исключения куполообразования, повышения безопасности ведения горных работ с использованием анкерного крепления – рис. 2.
а
б
Рис. 2. Технология крепления забоя выработки при пересечении неустойчивых пород (профиль, сечение): а – при круговой схеме; б – при рядной схеме укрепления контура неустойчивых пород
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является полимерный анкер, включающий пластиковый стержень, опорную плитку и фиксирующую гайку [1] – рис. 3.
а
б
Рис. 3. Крепь анкерная: цельная – АПн (а) и составная –АПн-С: 1 – стержень анкера; 2 – гайка; 3 – шайба опорная; 4 – стержень анкера; 5 – муфта
Недостатком прототипа является трудоемкость возведения анкерного крепления, а также трудоемкостью возведения рамной крепи.
Задачей применения является – предотвращение куполообразования и создание безопасных условий при креплении забоя выработки.
Наиболее близким к применению видов крепи является сталеполимерный анкер, включающий стержень из арматуры винтового профиля, устанавливаемый в шпур с размещенными в нем ампулами с закрепляющей смесью, опорную демпферную тарельчатую шайбу, закрепляющую гайку полусферическую гайку [2, 3].
Недостатком указанного анкера является то, что сталеполимерный анкер по своему составу не может взаимодействовать с массивом как временная крепь, поддающаяся разрубки исполнительным органом комбайна.
Технический результат: предотвращения куполообразования, повышения техники безопасности при установке анкерной и рамной крепей.
Технический результат достигается за счет того что, установленный в шпур устройство крепления контуров выработки внеустойчивых горных породах-составной анкер, с быстрым временем схватывания ампул с закрепляющим составом скрепляет породно-угольные слои, предотвращает куполообразования, а также уменьшает газовыделения из трещин кровли.
Представлена технология закрепления устройством для крепления контуров выработки в неустойчивых горных породах – составными анкерами (профиль выработки) – рис. 4, а; на рис. 4, б – вид 1-1 – поперечное сечение выработки. На рис. 5, а показан общий вид устройства крепления контуров выработки в неустойчивых горных породах – составного анкера; рис. 5, б – узел А – соединительная муфта (в разрезе); рис. 5, в – сборный узел соединения пластмассовой и стальной частей устройства крепления контуров выработки в неустойчивых горных породах – составного анкера с соединительной муфтой в диметрии.
а б
Рис. 4. Технология закрепления устройствомдля крепления контуров выработки в неустойчивых горных породах: а – металическая часть анкера; б – наклонный составной комбинированный анкер
|
|
|
|
|
а |
б |
в |
Рис. 5. Соединительная муфта: а – составной анкер в сборе; б – разрез; в – диметрия; 1 и 3 – верхняя (металлическая) и нижняя (пластмассовая) части составного комбинированного анкера; 2 – соединительная муфта
Устройство крепления контуров выработки в неустойчивых горных породах – составной анкер включает стержень из металлической арматуры 1 винтового профиля, соединительной муфты 2 и пластикового стержня 3 и устанавливается в шпур с размещенными в нем ампулами с закрепляющей смесью, опорную демпферную тарелку, шайбу и закрепляющую полусферическую гайку (см. рис. 5). Отличается устройство крепления контуров выработки в неустойчивых горных породах – составной анкер тем, что состоит на треть его длины из пластикового стержня (3) со стороны устья шпура и двух третей длины со стороны забоя шпура – сталеполимерного стержня 1, соединенных муфтой 2.
Установка устройства крепления контуров выработки в неустойчивых горных породах-составного анкера, состоящего из стальной арматуры 1, соединительной муфты 2, пластикового стержня анкера 3, осуществляется следующим образом. В пробуренный в горном массиве шпур вводят ампулы с химическим скрепляющим составом, следом устанавливают устройство крепления контуров выработки в неустойчивых горных породах-составной анкер, который монтируется под проектный уровень кровли под углом 35*450, наперед наклоненный для подхватывания неустойчивых пород кровли впереди забоя подготовительной выработки), заполняя трещины неустойчивой кровли, не допуская возможности расслаивания горных пород и куполообразования.
Применение способа крепления устройствами крепления контуров выработки в неустойчивых горных породах-составными анкерами с закрепляющими ампулами с быстрым временем схватывания (15-20 сек.) и с пластиковой нижней частью анкера не допускает образования куполообразования, не мешает за продвижением забоя по выемке и отгрузке горной массы, и легко разрушатся проходческим комбайном.
Новизна конструктивной схемы анкера заключается в том, что в составной части из арматуры и пластикового стержня, что позволяет усилить верхние породно-угольные слои кровли, в которой будет работать несущая способность именно верхняя часть сталеполимерного анкера – рис. 6, а.
а б
Рис. 6. Определение зон пластических деформаций в кровле выработки в зависимости от мощности пласта (а) и плотности установки анкеров в зависимости от глубины ведения работ, величины зоны пластических деформаций, мощности слоя пород, расстояния и количества канатных анкеров (б): 1 – придание кровли выработки формы, по породам напластования; 2 – породы основной кровли; 3 – анкеры глубокого заложения (с обеспечением необходимой плотности крепления по ширине кровли выработки); 4 – стальные анкеры; 5 – породы непосредственной почвы; 6 – угольный пласт; 7 – породы непосредственной почвы; 8 – расстояние (трещинообразие) в малопрочный и неустойчивых вмещающих городах кровли. Н – глубина работ; Зпл – зона пластических деформаций, м; Тсл – мощность слоя пород, м; R – расстояние между тросовыми анкерами, м; Ика – количество канатных анкеров, шт
Вторая часть анкера состоит из пластикового стержня, которая соединяется вкручиванием по резьбе соединительной муфтой с внутренней резьбой. Далее бурится шпур диаметром 28 мм, наполняется химическими ампулами 650 мм*2 шт., со временем твердения 60 сек. и одной ампулой АМК 350 с быстрым временем схватывания 30 сек. (со стороны забоя шпура).
В отличие от составного катанного или сталеполимерного анкера, составной пластиково-сталеполимерного анкер, легко подается зарубке комбайном, не оставляет «торчунов» от анкеров, а верхняя часть анкера укрепляет верхний слой пород кровли.
На рис. 6, б представлено определение зон пластических деформаций в кровле выработки в зависимости от мощности пласта и плотности установки анкеров, а на рис. 7 – соответственно – глубина анкерирования вмещающих пород за контуром выработки.
Рис. 7. Глубина анкерирования вмещающих пород за контуром выработки
При проведении горных выработок и разработке угольных пластов вследствие нарушения равновесия горных пород и перераспределения естественных напряжений в шахтах возникают геомеханические процессы, реализующиеся в деформациях, разрушении, перемещении и сдвижении различных масс горного массива. На развитие горного давления, возникающего в результате взаимодействия углевмещающих пород с горными выработками, решающее влияние оказывают геологические, горнотехнические и технологические факторы.Геомеханические условия поддержания выемочных выработок в бассейне на большой глубине отличаются повышенной сложностью из-за малой прочности вмещающих угольные пласты пород, особенно почв, которые уже при незначительной концентрации горного давления склонны к интенсивному пучению. Деформированное состояние массивов является cледствием взаимодействия полей напряжений и cвойств массива (большей частью, физико-механических). Представлены результаты научно-прикладных исследований производственных процессов технологии ведения подготовительных работ в сложных горно-технических условиях отработки угольных пластов; созданию способов управления геомеханическими процессами при ведении горных работ на глубоких горизонтах угольных шахт.
Библиографическая ссылка
Демин В.Ф., Яворский В.В., Демина Т.В., Чванова А.О. ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ АНКЕРНОГО КРЕПЛЕНИЯ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2017. – № 6-1. – С. 27-32;URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=11615 (дата обращения: 04.12.2024).