CC BY
29
жения всех реперов были одинаковыми и через 330 суток достигли 58 мм. Смешения пород в кровле выработки (зона момента Мз) за этот же период времени на глубине 0,5 м составили 210 мм, на глубине 1,9 м — 310 мм. Замеренные деформации пород правого бока выработки на глубину до 2,6 м примерно одинаковы — 166 мм (разница в отсчетах не превышает 10 мм).
Сопоставляя между собой результаты замера напряжений, действующих в крепи, и данные о смещениях пород вокруг выработки, можно сделать вывод о том, что установка анкеров рамно-анкерной крепи длиной 2,0... 2,5 *м будет эффективна только в сводовой части выработки (в зоне действия экстремального изгибающего момента М3), где отмечено максимальное расслоение пород. При этой длине анкера в соединительном узле рамно-анкерной крепи должно возникнуть усилие, позволяющее уменьшить величину экстремальных напряжений в верх-няке крепи. Усиление рамы крепи анкерами заданной длины в зоне действия момента Мх не даст положительных результатов, поскольку, смещаясь одновременно с массивом приконтурных пород, анкер не осуществляет силового взаимодействия с крепью.
На основании проведенных исследований и анализа полученных результатов разработан паспорт крепления полевого штрека гор.—780 м шахты «Воркутинская» рамно-анкерной крепью (рис. 2). Шаг установки крепи при этом увеличился с 0,5 до 0,67 м. По разработанным рекомендациям закреплено два экспериментальных участка выработки общей протяженностью 75 м. Применение предложенной конструкции рамно-анкерной крепи позволило снизить затраты на крепление на 11 %.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Виноградов В. В. Геомеханика управления состоянием массива вблизи горных выработок.— Киев: Наукова думка, 1989.— 192 с.
2. Глушко В. Т., Виноградов В. В. Разрушение горных пород н прогнозирование проявлений горного давления.— М.; Недра, 1982.—192 с.
3. Заславский Ю. 3. Исследование проявлений горного давления в капитальных • выработках глубоких шахт Донецкого бассейна.— М.: Недра, 1966.—180 с.
4. Измерение напряжений в элементах металлической крепи магнитоупругнм методом/М. В. Корнилков, Ю. К. Краев, Т. X. Бикташев и др.//Строительство шахт, рудников и подземных сооружений: Межвуз. науч.— темат. сб. Вып. 7.— Свердловск. 1983,— С. 44—47.
5. Исследование напряженно-деформированного состояния арочной крепи для обоснования зон рационального усиления ее анкерами/М. В. Корнилков; Ю. К. Краев В. Б. Пяткова и др.//Устойчивость выработок в сложных условиях: Межвуз. сб. науч тр. / Лемжградскин горный нн-т.— Л ., 1990.— С. 109—112.
6. Корнилков М. В., Краев Ю. К. Выбор расчетной схемы рамно-анкерной крепи// Технология подземной разработки месторождений: Межвуз. науч. темат. сб./Уральский горный ин-т — Екатеринбург. 1992,—С. 21—27.
7. СНиП П-94-80. Подземные горные выработки. Нормы проектирования.— М.: Стройиздат, 1982.-31 с.
8. Шемякин Е. И. Две задачи механики горных пород, связанные с освоением глубоких месторождений руды и угля//ФТПРПИ — 1975,— Ms 6,—С 29—45.
УДК 622.281
М. В. Корнилков
СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ АРОЧНОЙ КРЕПИ
Основным видом крепи протяженных выраб.оток угольных шахт в настоящее время является металлическая крепь, объемы применения которой постоянно увеличиваются. Удельный вес протяженных горных
выработок, закрепленных металлической крепью, вырос но РСФСР с 50,8% в 1975 году до 76,4% -в 1990 году, по Минуглепрому СССР — с 61,4 % в 1975 году до 81,4 % в 1990 году.
Металлическая крепь вытеснила деревянную и ряд других конструкций крепи благодаря своей достаточно высокой несущей способности, возможности работать в жестком и податливом режимах, значительной стойкости к взрывным воздействиям. Пластические свойства стали позволяют изготавливать элементы крепи любой конфигурации. При сверхноминальных нагрузках металлическая крепь деформируется без неожиданной потери своей несущей способности, что немаловажно для обеспечения безопасных условий труда подземных рабочих. Кроме того, металлические конструкции обладают большим сроком службы и могут использоваться повторно.
Наиболее распространенной конструкцией как в нашей стране, так и за рубежом (Германия, Великобритания) является арочная крепь, которой крепится от 80 до 95 % выработок с металлической крепью. Статистические данные свидетельствуют о росте объема применения арочной крепи. Причем, если удельный вес выработок, закрепленных металлическими крепями, в последние годы увеличивался в среднем на 0,8... 1,2%, то масса применяемого для изготовления крепи специального взаимозаменяемого профиля ежегодно возрастает на 10 %. Увеличение глубины заложения горных выработок и связанное с этим ухудшение условий их поддержания обусловливает рост объема применения тяжелых спецпрофнлей (СВП22, СВП27, СВПЗЗ) и снижение объема применения легких спецпрофилей (СВП17, СВП19).
Вышеизложенное позволяет сделать вывод о том, что металлические крепи в будущем сохранят свое ведущее положение в угольной промышленности. Однако металлическим крепям присущ и ряд отрицательных качеств, таких, как значительный расход металла и, соответственно, высокая стоимость крепи. Арочные податливые крепи из СВП имеют ограниченную несущую способность, которая при увеличении веса профилей и уменьшении расстояния между крепежными рамами не может превысить определенного предела. Подпор, создаваемый арочными податливыми крепями породам кровли, в выработках с площадью поперечног.о сечения от 6,4 до 17,1 м2 составляет 0,02.. ,0,06МПа при шаге установки крепи 1 м и 0,04 ... 0,12 МПа — при шаге установки крепи 0,5 м [1]. По данным германских специалистов [2], нецелесообразно применение крепей из спецпрофилей, если вес металла превышает 30 кг на 1 м3 отбитой горной массы.
Ухудшение условий поддержания приводит к значительным объемам ремонта горных выработок. Так, на глубоких шахтах Украины ежегодно ремонтируется 23... 30 % протяженных выработок, в том числе полностью перекрепляется 8,4...9,8% выработок [4].
Таким образом, для снижения материалоемкости и уменьшения затрат на ремонт арочных крепей в ухудшающихся горно-геологических условиях необходимо применять дополнительные меры, направленные на сохранение устойчивости горных выработок. Под устойчивостью горной выработки нами понимается «способность выработки в течение всего срока эксплуатации сохранять заданные размеры и форму» [3].
Все способы и средства сохранения устойчивости горных выработок можно разделить на 3 большие группы: мероприятия, проводимые в пределах проектного контура выработки; мероприятия, проводимые за контуром выработки: мероприятия по рациональному взаимному расположению капитальных, подготовительных и очистных выработок [7]. К мероприятиям по сохранению устойчивости выработок, проводимым в пределах ее контура, можно отнести: выбор способа и схемы проведения горной выработки, обоснование рациональной формы попереч-
ного сечения выработки, типа, конструкции и несущей способности крепи, а также мероприятия по забутовке закрепного пространства, в том числе твердеющими смесями. Сохранить устойчивость выработки можно, используя ряд мероприятии, проводимых за контуром выработки: применение естественных, искусственных и комбинированных охранных сооружений, а также упрочнение и разупрочнение приконтурного
¿'посоха/ повышении несущей способности арочной крепи
Повышение
несущей
способности
прокатных
профилей
Обеспечение совместной ра5ото! крепи с породным массивам
Подо/шение эффективности равоты крепи 8 податливом режиме
Упрабммщие
силоЗо/е боо&ейстдия на раму крепа
Л
X
II ||
X
II
<и 6
II |||
1
1
1 || 1
1 ~ £ || 1
1 1? 4
§
§ № II
Способы повышения несущей способности арочной крепи
массива горных пород. Выбор рационального расположения капитальных и подготовительных выработок по отношению к очистным работам позволяет значительно снизить размеры зон влияния очистных работ на протяженные выработки и, снизив дополнительные нагрузки на крепь, повысить устойчивость выработок.
Одним из основных путей снижения затрат на обеспечение устойчивости горных выработок, закрепленных металлическими арочными крепями, является повышение их несущей способности, которое может вестись по следующим направлениям: повышение несущей способности прокатных профилей, обеспечение совместной работы крепи с породным массивом, повышение эффективности работы крепи в податливом режиме, управляющие силовые воздействия на раму крепи.
Разработанная в Уральском горном институте классификация способов повышения несущей способности арочной крепи позволяет систематизировать накопленный в данной области опыт и определить наиболее перспективные направления для дальнейших исследований (см. рисунок).
Повышение несушей способности прокатных профилей, в первую очередь специальных, является традиционным направлением повышения несущей способности металлических крепей. Из наиболее существенных разработок последнего десятилетия необходимо отметить создание новых специальных профилей: КГБ (ДонУГИ), СВПУ (Тульский политехнический институт), геометрические характеристики сечения которых значительно лучше отечественных аналогов, а также применение для изготовления спецпрофилей низколегированной стали 20Г2АФпс, увеличивающей несущую способность крепи на 15... 20 %.
4 Заказ 253
49
Большое внимание уделяется вопросу обеспечения совместной работы крепи с породным массивом. Наиболее перспективными в этой области, на наш взгляд, являются забутовка закрепного пространства твердеющими смесями, получившая широкое распространение в зарубежной и отечественной практике, и рамно-анкерные крепи. Здесь необходимо отметить, что термин «рамно-анкерная крепь» обозначает комбинированную конструкцию, в которой рама крепи и анкеры связаны между собой механическими связями и работают совместно.
Актуальным в современных условиях является повышение эффективности работы крепи в податливом режиме, обеспечивающем совместность деформирования массива пород и крепи и значительное снижение за счет этого нагрузок на крепь.
Применение управляющих силовых воздействий на раму крепи является относительно новым направлением повышения несущей способности металлических крепей, основные принципы которого разработаны на кафедре шахтного строительства Уральского горного института.
Известно, что наибольшее влияние на напряженно-деформированное состояние арочных конструкций имеет изгибающий момент. В обычных условиях работы крепи напряжения, вызванные изгибом, характеризуются значительной изменчивостью по периметру арки. Поэтому несущая способность конструкции исчерпывается первоначально в одной точке, где имеется наиболее неблагоприятное сочетание усилий. На остальных участках рамы крепи несущая способность сечения остается неиспользованной. В связи с этим для увеличения несущей способности конструкции ставится задача снижения величины экстремальных моментов и их оптимизация в сооружении путем дополнительных силовых воздействий. При этом особое внимание должно уделяться выбору мест приложения усилий, которые устанавливаются с учетом конфигурации эпюры изгибающих моментов. Наиболее разработанной конструкцией, осуществляющей управляющее силовое воздействие, является рамно-анкерная крепь, в которой анкеры устанавливаются в зоне экстремальных моментов, изгибающих крепь внутрь выработки [5, 6].
Управление напряженно-деформированным состоянием арочной крепи— перспективное направление увеличения несущей способности крепи, позволяющее перераспределять внутренние усилия по ее периметру и за счет этого значительно повышать устойчивость выработки в целом.
Одно и то же мероприятие может дать эффект по различным направлениям, в зависимости от целей и методики его применения. Поэтому такие способы повышения несущей способности крепи, как уси> ление рамных крепей анкерами, расклинка крепежной рамы и др., включены одновременно в различные группы и связаны между собой в схеме пунктирными связями.
Приведенные в классификации основные способы повышения несущей способности арочной крепи необходимо использовать комплексно, учитывая напряженно-деформированное состояние крепи, горно-геологические и горно-технические условия проведения и поддержания выработок. Только в этом случае может быть обеспечено эффективное использование металлической крепи и, как следствие, значительное снижение затрат на поддержание выработок.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИИ СПИСОК
1. Виноградов В. В. Геомеханика управления состоянием массива вблизи горных выработок,— Киев: Наукова думка.— 1989 — 192 с.
2. Гетце Э. А. Опыт использования различных систем для заполнения закрепного пространства в проходческих забоях//Глюкауф—1982.— № 1.— С. 11—16.
3. Горное дело: Терминологический словарь /Г. Д. Лидии, Л. Д. Воронина. Д. Р. Каплунов и др.— М.: Недра. 1990 — 694 с.
4. Кара В. В.. Заславский И. Ю.. Зорин Г. Л. Состояние и ремонт горних выработок на угольных шахтах Украинской ССР//Шахтное строительство,— 1988,— №. 6.— С. 22—25.
5. Краев Ю. К., Корнилков М. В. Оперативный способ увеличения несущей способности крепи, взаимодействующей со слабыми горными породами//Строительство шахт, рудников и подземных сооружений: Межвуз. науч. темат. сб./Свердловский горный ин-т — Свердловск. 1988.— С." 39—43.
6 Краев Ю. К. Теоретические предпосылки конструирования рамно-анкерных крепей //Изв. вузов. Горный журнал,— 1990.— Л'г 4,—С. 27—31.
7 Терентьев Б. Д. О классификации способов и средств сохранения устойчивости подготовительных выработок//Уголь.— 1989.— С. 14—15.
TRASSA
АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТРАСС ПОВЕРХНОСТНЫХ КОММУНИКАЦИЙ С УЧЕТОМ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Разработчики: А. С. Семенова, М. Д. Печорина
Позволяет решать следующие задачи:
— выбрать вариант трассы, удовлетворяющий заданным условиям;
— определить объемы земляных работ;
— построить продольный и поперечные профили;
— определить массу выброса в атмосферу вредных веществ;
— оценить величину капитальных затрат;
— оценить плату за выбросы в атмосферу вредных веществ;
— получить графическое изображение результатов;
— оценить размеры полосы загрязнения при транспортировании горной массы. Методы расчета: оценка области загрязнения основана на исследованиях
ВНИИБТГ, ГГО им. Воейкова, Уральского горного института, нормативных документах, утвержденных Госкомгидрометом по расчету концентраций примеси в атмосферном воздухе, от линейных источников.
Аппаратное обеспечение ПЭВМ, совместимые с IBM PC/XT/AT. Область применения: при проектировании карьеров, трасс поверхностных коммуникаций.
Пакет апробирован в учебном процессе и в реальном проектировании.
Г. Екатеринбург, 620219, ул. Куйбышева, 30. Уральская государственная горногеологическая академия, кафедра РМОС. Тел.: 22-22-44, 22-32-71.
