CC BY
300
© А. С. Янак, 2005
УДК 553.277 А. С. Янак
ПРОБЛЕМА АНКЕРНОГО КРЕПЛЕНИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК УГОЛЬНЫХ ШАХТ
~П данной статье сделана попытка анализа
-Ш-З опыта применения анкерной крепи на шахтах Кузнецкого бассейна, определения недостатков и направления использования технологии в ближайшей перспективе.
Для обеспечения высоких темпов проведения и безремонтного поддержания подготовительных выработок, особенно в зонах геологических нарушений и повышенного горного давления, в настоящее время проводятся дополнительные работы по возведению крепей усиления и упрочнению углепородного массива полимерными и неорганическими связующими составами. Эти мероприятия трудоемки (0,2 чел. - см/м), требуют дополнительных материальных затрат (3-5 тыс. руб/м) и снижают темпы подвигания очистных забоев на 50-70 % [1].
Возможным оптимальным решением проблемы может являться крепление подготовительных горных выработок анкерным или смешанными крепями, в том числе в местах геологических нарушений. Это позволит значительно повысить темпы и снизить расходы на проведение и поддержание подготовительных выработок. В отечественной и зарубежной практике накоплен значительный опыт применения анкерного крепления в различных горно-геологических условиях для выработок различного технологического назначения. Широкомасштабное внедрение этой технологии крепления было осуществлено на шахтах Кузнецкого бассейна начиная со средины 90-х годов прошлого столетия.
В настоящее время действующими документами по определению параметров анкерной крепи являются “Инструкция по расчету и применению анкерной крепи на угольных шахтах России” (ВНИМИ, 2000 г.) и “Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных пластах СССР” (ВНИМИ, 1986 г.).
Для разработки новых видов анкерного крепления, технологии установки и контроля за их ра-
ботой в Кузнецком бассейне создан Центр анкерного крепления (ЦАКК).
Наиболее широкое распространение на шахтах Кузбасса получили сталеполимерные анкеры различных конструкций.
Анализ процессов при установке анкерного крепления и их работы во время эксплуатации горных выработок на передовых предприятиях Кузнецкого бассейна (шахты “Соколовская”, “Распадская” и им. В.И. Ленина) позволил определить круг проблем, снижающих эффективность применения анкерной крепи и решение которых позволит повысить темпы проведения подготовительных забоев, снизить затраты, увеличить устойчивость выработок.
К числу проблемных вопросов, не решенных до настоящего времени, относятся:
1. Отсутствие высокопроизводительной буровой техники отечественного производства, позволяющей бурить шпуры в породах крепостью £>4 по шкале проф. М.М. Протодьяконова.
Имеющиеся в промышленности перфораторы, позволяющие обуривать породы крепостью £>4, не надежны в работе, не обеспечивают необходимую скорость бурения и соответственно, малопроизводительны.
К тому же, не на всех шахтах существуют стационарные компрессорные установки и сети для сжатого воздуха. Конструкция большинства передвижных компрессорных установок предусматривает их использование только на свежих струях, т.е. они не могут применяться при проведении протяженных подготовительных выработок.
Передвижные компрессорные установки, выполненные во взрыво- и искробезопасном исполнении, чрезвычайно дороги и поэтому их использование в промышленности не рентабельно. Вследствие указанных причин бурение шпуров под установку анкерной крепи на шахтах Кузбасса осуществляется в основном ручными электросверлами (около 50 % от общего объема буровых работ).
2. Применяемые отечественные и импортные (типа Wombat, Англия; Rambor, Mangoos, Австралия и др.) переносные бурильные станки позволяют обуривать кровлю выработки с наклоном не более 15° или бурить горизонтальные шпуры (УКВШ- 5/7, УКВШ- 15/7, Украина).
Таким образом в местах геологических нарушений и на сопряжении с лавой бурение шпуров и установка анкеров существующими машинами практически не возможна или необходимо применять ручные сверла.
3. Применение ручных электро- или пневмосверл во-первых, резко снижает производительность труда и темпы проведения выработок; во-вторых, увеличивает опасность возникновения профессиональных заболеваний; в-третьих, приводит к росту производственного травматизма.
4. Существующие конструкции анкеров, применяемых при использовании полимерных смол, обладают рядом недостатков, снижающих эффективность крепления.
Одним из наиболее значимых недостатков конструкции сталеполимерных анкеров является фактическое, по сравнению с требованиями ГОСТа, снижение величины закрепляемой, контактной со вмещающими породами части крепи с 0,5 до 0,3 м, что не позволят достигнуть расчетной величины несущей способности анкера.
Некоторые, широко используемые, типы анкеров (например АСП, А20В и др.), вследствие конструктивных особенностей их хвостовых частей не обеспечивают надежное перемешивание в шпуре смолы и отвердителя, что также оказывается на качестве крепления.
Указанным типом анкеров свойственны следующие недостатки:
- выполнение концевой части стержня с косым срезом под углом 45° является в большинстве случаев причиной плохого закрепления анкера вследствие разрыва полиэтиленовой оболочки ампулы острым концом стержня при ее досылке в
1. Волошин В.А. Геомеханический прогноз устойчивости подготовительных выработок в зонах геологических нарушений и повышенного горного давления. Дисс. к.т.н. Новокузнецк: 2002. - 152 с.
данную часть шпура, вытекание компонентов быстротвердеющего состава до момента их смешивания и последующего отвердения. Это наблюдается в шпуре в тех случаях, когда по различным причинам происходит некоторое торможение ампулы и досылающий ее стержень косым срезом расклинивает ампулу и разрывает ее оболочку. Продольная величина косого среза при этом исключается из длины анкера, обеспечивающей его закрепление в шпуре;
- преждевременное раздавливание ампулы приводит к быстрому отвердению и некачественному перемешиванию раствора, потере адгезионных свойств, резкому снижению связующей способности полимера со стенками шпура и потере несущей способности анкерной крепи.
Еще одним недостатком технологии сталеполимерного анкерования является снижение во времени несущей способности отвержденной смолы, выполняющей роль связующего материала между анкером и поверхностью шпура. Поэтому в выработках с длительным сроком службы необходим постоянный контроль за состоянием пород кровли и боков, а в некоторых случаях установка дополнительной крепи во избежание обрушения пород.
Указанные конструктивно-технологические недостатки анкерных крепей снижают эффективность крепления выработок и требуют разработки или, по крайней мере, совершенствования как средств бурения шпуров, так и конструкции анкеров, и новых композиций связующих компонентов.
Для решения этой проблемы, наряду с оснащением шахт анкерами различных типов, буровым оборудованием и композиционными материалами, необходимо проведение более глубоких исследований и совершенствование существующих методов расчета с учетом изменяющихся горно-геологических условий.
---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
2. Инструкция по расчету и применению анкерной крепи на угольных шахтах России. СПб., 2000. - 70 с.
— Коротко об авторах -------------------------------------------------------------------
Янак Александр Ефимович - горный инженер, соискатель кафедры ««Подземная разработка пластовых месторождений», Московский государственный горный университет.
