CC BY
28
где Ь - пролет выработки; п - коэффициент структурного ослабления породы.
Для второго типа:
Ь = Ьу,
где к у - высота от кровли выработки до устойчивого слоя.
Для третьего типа высота сводообразо-вания равна мощности непосредственной кровли.
Методика, разработанная в ЛГИ, предназначена для расчета анкерной крепи горных выработок с шириной не более 4,7 м, поэтому не может быть принята в полном объеме для сопряжений горных выработок, пролет которых достигает 12 м.
Рассмотренные работы выполнены на основе экспериментальных исследований в шахтных условиях с последующей обработкой результатов наблюдений методом математической статистики без дальнейшего теоретического обобщения, имеют прикладное значение лишь для конкретных условий и не могут быть использованы в других бассейнах. Недостаточно изучен вопрос о распределении напряжений в кровле и боках узла сопрягаемых выработок, знание которого необходимо при выборе и обос-
1. Широков А.П., Писляков Б.Г. Расчет и выбор крепи сопряжений горных выработок. - М.: Недра, 1978. 304 с.
новании горнотехнических параметров крепи.
В отечественной литературе не освещались вопросы о влиянии вида сопряжений на устойчивость породных обнажений и не анализировались затраты на сооружение сопряжений. Объектами исследования устойчивости в основном является сопряжения, расположенные на главных откаточных штреках и выработках около-ствольных дворов. Незначительно изучен вопрос состояния устойчивости сопряжений. Лабораторные исследования преимущественно проводились на плоских моделях или сводились к плоским, а такие вопросы, как влияние вида узла на устойчивость и концентрацию напряжений в кровле и боках, требуют решения в пространственной постановке. Исследования на объемных моделях сдерживаются трудоемкостью работ, отсутствием соответствующего оборудования.
Решение поставленной задачи возможно только комплексным методом с помощью аналитических, лабораторных и шахтных исследований, причем последние должны быть критерием оценки получаемых результатов.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
2. Данилкин М.С. Определение рациональных параметров и выбор крепи сопряжений горных выработок: Дисс...канд. техн. наук. - М.., 1987. -179 с.
— Коротко об авторах ---------------------------------------------------------
Захарова Т. Г. - Шахтинский институт Южно-Российского государственного технического университета (НПИ).
-------------------------------------------------------------- © В. А. Крапивин, 2005
УДК 622.257.12
В.А. Крапивин
ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ АНКЕРНОЙ КРЕПИ И ПОРОДНЫХ ОБНАЖЕНИЙ ПРИ ПРОХОДКЕ КОНВЕЙЕРНОГО ШТРЕКА №04 ШАХТЫ «ДАЛЬНЯЯ.» ОАО «ГУКОВУГОЛЬ»
Семинар № 3
рименение сталеполимерной анкерной крепи в горных выработках угольных шахт дает большой техникоэкономический эффект по сравнению с рамной металлической крепью. При применении анкерной крепи стоимость крепления 1 км выработок сокращается в несколько раз, значительно снижается трудоемкость работ и повышается их безопасность.
На шахте «Дальняя» сталеполимерная анкерная крепь типа АСГ1 используется с 1998 года. В целом состояние выработок закрепленных данной крепью удовлетворительное. Однако на отдельных участках состояние крепи ухудшилось. Прежде всего, это связанно с появлением заколов и вывалов пород из кровли и боков, обрывом резьбовой части анкеров и их «обыгрыванием» вне зоны влияния очистных работ. Возникла необходимость в проведении работ по оценке состояния анкерной крепи и разработке рекомендаций по креплению и дальнейшему поддержанию выработок.
По данным инженерно-технических работников шахты, первые аномальные проявления горного давления появились в штреке № 04 Запад в период после ноября 2000 года. Они выразились в постепенном увеличении смещений кровли появлении в кровле и боках штрека трещин, заколов и вывалов, появлении случаев порывов анкеров по резьбовой части или их "обыгрывания". Некоторое время работники шахты считали это следствием увеличения на коротком участке штрека трещиноватости пород кровли и боков. Однако после того, как начало резко ухудшаться состояние
ранее пройденных участков штрека, на которых до этого ощущалось негативных проявлений горного давления, возникла необходимость проведении специальных исследований.
Эти исследования проводились в феврале 2001 года сотрудниками ШахтНИИ (2), когда забой штрека № 04 Запад находился на ПК34. На пройденной и поддерживаемой части штрека состояние породных обнажений и анкерной крепи на отдельных участках штрека резко различались друг от друга.
От забоя штрека до ПКЗ1 состояние породных обнажений являлось удовлетворительным: трещины, заколы и вывалы отсутствовали и лишь на 0,2-0,3 м отжимался угольный пласт с верхней стороны штрека. Максимальные смещения пород кровли на данном участке не превышали 20-40 мм. В связи с хорошим состоянием кровли на данном участке штрека анкеры устанавливались без подхватов под опорные плитки размером 100*100*6 мм.
Выполненные с помощью оптического прибора типа РВП457 наблюдения (рис. 1) показали, что на данном участке трещины расслоения отсутствуют лишь в конце участка на расстоянии около 30 м от забоя на глубине 0,23 м зафиксировано появление первой трещины с минимальным раскрытием (0,1 мм). В вышележащих слоях кровли трещины расслоения отсутствовали. На расстоянии 1,20 м от поверхности кровли четко фиксируется переход от песчано-глинистого сланца к песчаному сланцу.
а)
б)
в)
По данным проведенных измерений, при которых обследовались практически все установленные на участке анкеры, величина их фактического натяжения на участке штрека между ПК34 и ПКЗ 1 (на протяжении 30 м от забоя штрека) изменялась в диапазоне от 4,4 до 54,7 кН и в среднем составляла 18,6 кН. На графике (рис. 2) видно, что какой-либо тенденции к росту натяжения анкеров по мере удаления от забоя штрека на этом участке не обнаруживается. Однако, как ранее, наибольшие величины фактического натяжения анкеров в поперечных рядах фиксируются в 64 % случаев в первом ряду анкеров, в 25 % случаев во втором ряду, в 8 % случаев в третьем ряду и лишь в 3 % случаев в четвертом ряду. Такое распределение натяжения анкеров объясняется тем, что, максимум смещений кровли располагается между первым и вторым рядом анкеров. Таким образом, на данном участке штрека состояние породного контура и анкерной крепи было совершенно аналогичным тому, которое фиксировалось в штреке в период до 1 ноября 2000 года.
В период проведения штрека состояние породных обнажений на участке
мм
Рис. 1. Расслоения пород кровли конвейерного штрека №04 Запад на расстоянии от проходческого забоя: а - 30 м (ПК31); б - 70 м :: (ПК27); в - 77 м (ПК26 + 3 м)
I одо
- ПК31-ПК28 было устойчи-
“ 0,55 вым, поэтому анкера устанав-
- 0,Ю ливались с опорными плитка- ми. Однако к моменту обсле-
дования состояние породных
“ ’ обнажений на данном участке
штрека стало неудовлетвори-
- 0,40 тельным. При этом переход от
" 5 оо устойчивого состояния кровли
^ о ю к нсУст°йчивомУ происходит
на протяжении 2-3 м по длине штрека. Так, величины смещений кровли с 20-40 мм на расстоянии 2 м до ПК31, увеличились до 150-200 мм на расстоянии 1 м за ПК31. В кровле штрека. появились трещины (до 11 тр./м2), заколы, многочисленные мелкие вывалы пород на высоту до 0,2-0,3 м. Бока штрека были отжаты на глубину 0,2 м с нижней стороны и до 0,4 м с верхней стороны штрека. Между первым и вторым рядом анкеров образовался пластический шарнир типа надвига, к которому приурочены максимальные смещения пород кровли.
Сравнение характера расслоения пород кровли на участке между ПК34, ПК31, а также между ПК31 и ПК28 (рис. 1), показало следующее. Количество трещин расслоения возросло с одной до пяти, их суммарное раскрытие - с 0,1 мм до 14,2 мм, а высота расположения верхней трещины расслоения увеличилась с 0,23 м до 1,2 м.
Большие смещения кровли привели к резкому росту фактического натяжения анкеров по сравнению с участком штрека ПК34-ПКЗ 1 (рис. 2) Так натяжение находящихся в рабочем состоянии анкеров изменялось от 24,7 до 156,1 кН при среднем значении 67,5 кН (рис. 2), что в 3,6 раза выше, чем на первом участке. При этом надо иметь в виду, что около 3 % анкеров
Расстояние до проходческого забоя, м
Рис. 2. Изменение натяжения анкеров АСГ1 в штреке №04 Запад в зависимости от расстояния от проходческого забоя: а - максимальных; б - средних
на контролируемом участке были оборваны по резьбовой части и, следовательно, у части анкеров фактическое натяжение составляло не менее 180 кН.
Около 10 % установленных на этом участке анкеров находятся в нерабочем состоянии в результате их частичного "обыгрывания", разломов пополам и разрывов вокруг отверстий опорных плиток, имеющих недостаточные толщину (6 мм) и ширину по узкой стороне (100 мм). По свидетельству работников шахты «Дальняя» интенсивные проявления горного давления на рассматриваемом участке проявились в 10-20 м от проходческого забоя. При этом они значительно превышали те, которые отмечались ранее в выработках шахты «Дальняя». Необходимо отметить, что в конце второго участка на протяжении 6-7 м состояние кровли являлось удовлетворительным. Существенные смещения пород кровли и боков, трещины и вывалы на данном участке отсутствовали, максимальное натяжение анкеров в рядах изменялось от 22 до 50 кН, при среднем значении около 34 кН.
Как и ранее, на втором участке в 87 % случаев максимальное натяжение испытывали анкеры, расположенные в 1 и 2 рядах, к которым приурочены максимальные смещения пород кровли.
На участке ПК28-ПК23 -4 м, расположенном на удалении 60-114 м от проходческого забоя, состояние кровли хуже, чем на 1 и 2 участках, несмотря на применение в качестве опорных элементов преимущественно металлических полосовых подхватов. Кровля и бока разбиты многочисленными трещинами, заколами и мелкими вывалами. Особенно интенсивны проявления горного давления между ПК25+5 м-ПК27+5 м, где из-за плохого состояния кровли возведена металлическая рамная крепь типа ТПМК.
Смещения пород кровли на данном участке достигали 200-250 мм, при этом максимум смещений располагался между 1 и 2 рядом анкеров. Породы кровли были расслоены на высоту до 1,9м семью трещинами с раскрытием от 0,1 до 5 мм (рис. 1). Таким образом, высота расслоений кровли достигла верхнего конца анкеров.
Натяжение находящихся в рабочем состоянии анкеров на данном участке изменялось от 20 до 186 кН (см. рис. 2). Однако среднее натяжение анкеров на этом участке (60 кН) несколько ниже, чем на
предыдущем (67,5 кН) несмотря на большую интенсивность проявления горного давления. Это связано с разгрузкой части анкеров из-за вывалов пород кровли. Снижение сопротивления анкерной крепи способствовало образованию в кровле на расстоянии 2 м от нижней стенки штрека пологой складки типа надвиг. Появление надвига привело к тому, что 100 % анкеров с максимальным натяжением располагались по обе стороны от надвига.
Результаты проведенных замеров и наблюдений показали, что в течение нескольких недель интенсивность проявлений горного давления на отдельных участках штрека № 04 Запад резко повысилась и достигла уровня, который ранее был характерен только для зоны опорного давления очистного забоя, где напряжения в породах в 2-3 раза выше, чем вне зоны влияния очистных забоев. Появление локальных зон с повышенными проявлениями горного давления на участках штрека, где ранее состояние породных обнажений было вполне устойчивым, а анкерная крепь не имела существенного натяжения, позволяет сделать предположение о том, что они вызва-
1. Инструкция по расчету и применению анкерной крепи на угольных шахтах России. -СПБ, 2000. - 70 с.
2. Беликов В.В., Кулешов Е.С., Мартыненко И.И., Чавкин А.И., Антонов П.И. Определение состояния породных обнажений и фактического
ны действием современных тектонических напряжений.
По данным визуальных наблюдений ИТР шахты «Дальняя» в настоящее время при проходке штрека №08 проявление горного давления аналогично проявлению горного давления при проходке штреках №04. Выявлены локальные зоны повышенного горного давления, вызванные действием современных тектонических напряжений. Проявление горного давления в этих зонах во многом идентично проявлению горного давления в штреке №04.
Для выявленных зон с повышенным проявлением горного давления необходимо разрабатывать паспорта крепления с усовершенствованными параметрами анкерной крепи: применять анкеры с большей несущей способностью и большей длины, увеличивать плотность установки анкеров, использовать усиленные подхваты, а в зонах межслоевого сдвижения применять гибкие канатные анкеры. Внедрение данных мероприятий при проходке штреков позволит в дальнейшем при эксплуатации значительно сократить затраты на поддержание, обойтись без перекреп-ления штреков и возможно без применения усиливающих типов крепи.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
натяжения сталеполимерной анкерной крепи с целью выявления границ зон повышенного горного давления в подготовительных выработках шахты «Дальняя» ОАО «ГуковУголь». Шахты, 2001. -43 с.
— Коротко об авторах ---------------------------------------------------------
Крапивин В.А. - аспирант кафедры «Подземное, промышленное, гражданское строительство и строительные материалы» Шахтинского института Южно-Российского государственного технического университета (НПИ)
© В.В. Аршавский, 2005
УДК 622.831 В.В. Аршавский
