CC BY
35
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ «НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА • 97»
МОСКВА, МГГУ, 3.02.97 - 7.02.97 СЕМИНАР 7 «РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКИ ПЛАСТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ»
А.Н. Шашенко, д.т.н.
A.B. Солодянкин, к.т.н.
Государственная горная академия Украины
ОБЕСПЕЧЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ
ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК В УСЛОВИЯХ НЕСИММЕТРИЧНОГО ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ
Надежная работа крепи возможна только в том случае, когда ее конструкция выбрана с учетом величины и характера проявлений горного давления. Недооценка некоторых факторов приводит к тому, что крепь оказывается неработоспособной даже в относительно благоприятных горногеологических условиях.
Одним из факторов, который часто не учитывается при проектировании крепи, является несимметрия внешнего загруже-ния.
Результаты исследований, проведенных К.В.Кошелевым, В.И. Очкуровым, М.В. Корнилковым, П.И. Баранниковым и другими учеными показывают, что несущая способность крепи в зависимости от степени несимметрии может снижаться в 2-3 и более раз.
Результаты многочисленных обследований выработок шахт различных угольных бассейнов приведены в работах К.В.Кошелева, В.Т. Глушко,
В.В.Виноградова, Ю.З. Заславского, Л.М. Ерофеева, И.Л. Черняка, Б.М. Усаченко, Е.Б. Дружко и др. Их анализ позволил установить, что большая часть выработок испытывает нагрузку несимметричного характера, неспецифичную для работы традиционных металлических крепей.
• В эту категорию входят следующие группы выработок:
• проведение по простиранию наклонных, крутонаклонных и крутых пластов;
• испытывающие влияние очистных работ;
• поддерживаемые односторонними охранными сооружениями;
• смежные, в том числе сопрягающиеся, и участки закруглений.
Анализ опыта применения различных способов повышения устойчивости выработок показал, что наибольший эффект дают мероприятия, направленные на предупреждение разрушений окружающих выработку пород и использование их несущей способности - полное или частичное заполнение закрепного пространства твердеющими составами, глубинное и приконтурное (тампонаж) упрочнение пород вяжущими веществами, установка анкеров. По существу, именно эти способы и приводят к снижению отрицательного влияния асимметрии внешнего загружения крепи либо путем уменьшения преобладающих расслоений, либо более равномерным распределением нагрузки по периметру крепи.
Другим направлением повышения устойчивости выработок в этих условиях будет являться увеличение прочности элементов крепи. При больших вертикальных смещениях пород для этой цели широко используются различные элементы усиления (анкер, стяжка, отрезок спецпрофиля), сни-
жающие деформации профиля крепи внутрь выработки.
Выбор того или иного способа повышения устойчивости выработки требует целенаправленных исследований по выявлению закономерностей деформирования металлической крепи под влиянием несимметричной нагрузки.
Предварительный анализ характера воздействия несимметричной нагрузки на крепь позволил установить следующее. Асимметрия может носить как относительно постоянный, так и переменный характер по величине и направлению. Под влиянием переменной нагрузки работает крепь выработок, испытывающих воздействие очистных работ. Такой характер нагрузки существенно затрудняет выбор способов поддержания выработок. Одним из наиболее удачных решений в этом направлении является применение конструкций крепи, способных воспринимать не только вертикальные, но горизонтальные смещения пород.
В зависимости от контактных условий на границе “крепь-порода” (наличие или отсутствие забутовки закрепного пространства) воздействие нагрузки может носить сосредоточенный и распределенный характер. В отдельных случаях, описанных в работах О.Якоби, Ю.З. Заславского, К.В.Кошелева и других, на крепь может воздействовать скрытая сосредоточенная нагрузка. Это проявляется в виде складкообразования и приводит к деформациям локальных участков крепи.
Исследования схемы загружения крепи сосредоточенной несимметричной нагрузкой позволили установить, что отклонение сосредоточенной нагрузки от вертикали на угол 15-20 для трехзвенных и на 8-10 градусов для пятизвенных конструкций крепи является несущественным для несущей способности крепи. В этих пределах возрастание максимальных изгибающих моментов в крепи не превышает 10% в
сравнении с симметричной схемой загружения.
Сопоставление уровня изгибающих моментов для наиболее неблагоприятных условий загружения при сосредоточенной и распределенной нагрузок показало, что обеспечивая равномерную передачу нагрузки на арочную крепь, практически всегда можно добиться резкого снижения уровня изгибающих моментов, возникающих в профиле крепи и только этим устранить опасность ее разрушения.
В результате выполненных шахтных и аналитических исследований, анализа опыта поддержания выработок было также отмечено:
1. В общем случае воздействие несимметричной нагрузки носит локальный характер, что приводит к деформациям только отдельных элементов крепи.
2. В категорию выработок, испытывающих несимметричную нагрузку входят как капитальные и основные подготовительные, с продолжительным сроком эксплуатации, так и участковые, срок службы которых небольшой.
3. Эффективными в части снижения вредного влияния несимметричной нагрузки являются способы, предупреждающие расслоения массива и различные элементы усиления крепи.
При этом необходимо отметить, что применение, например, тампонажа или глубинного упрочнения, больше подходит для капитальных выработок. Для участковых более экономичными могут оказаться менее трудоемкие способы - установка рукавов Буллфлекс, анкеров, элементов усиления.
Весьма эффективным для подготовительных выработок с относительно небольшим сроком службы может оказаться применение, в качестве элементов усиления, анкеров жестко связанных с профилем крепи.
Это позволит уменьшить расслоения пород и снизить деформации элементов
крепи в месте установки анкера. Важным является то, что анкера можно устанавливать на любой стадии эксплуатации выработки и в любой точке профиля крепи. При необходимости можно проводить дополнительные мероприятия, например, тампонаж.
В отечественной и зарубежной практике накоплен значительный опыт улучшения работы рамных крепей за счет комбинирования ее с анкерами. Традиционно в таких крепях анкеры устанавливаются равномерно по контуру выработки, главным образом в кровле. Как правило, применение анкеров направлено на снижение смещений пород, поэтому они могут иметь связь с рамой крепи или устанавливаться между ними. Напряженно-деформированное состояние крепи часто не учитывается.
Выработки угольных шахт в основном проводятся в породах, контур которых подвержен значительным смещениям. В этих условиях применяются податливые конструкции крепи. Поэтому анкер, соединенный с профилем крепи тоже должен быть податливым. Для предупреждения разрушения анкера усилие податливости должно быть меньше предельных нагрузок для его конструкции. В этом случае будет обеспечена совместность работы анкера и податливой металлической крепи.
Для определения эффективности усиления крепи анкерами были проведены комплексные исследования: предложена
расчетная схема рамно-анкерной крепи для несимметричной распределенной нагрузки: проведены аналитические расчеты с определением оптимальных вариантов установки анкеров и усилий в них для конкретных условий. На шахте им. РККА ПО “Добропольеуголь” выполнена опытная проверка способа усиления крепи, в результате которой установлено, что величина максимальных изгибающих моментов со стороны преобладающей нагрузки снизилась в два раза в сравнении с типовой крепью.
Эффективность способа может быть значительно увеличена, если наряду с установкой анкеров проводить мероприятия по обеспечению плотного контакта профиля крепи с породным контуром. Тщательная забутовка закрепного пространства по всему периметру крепи, установка рукавов типа Буллфлекс, тампонаж закрепного пространства и приконтурного слоя пород не только приведет к уменьшению расслоения массива, но и устранит опасное воздействие сосредоточенных нагрузок на крепь выработки.
© А.Н. Шашенко. А.В.Солодянкин
