Обоснование параметров технологии проведения и крепления широкопролётных горных выработок выемочных участков угольных шахт

Выводы по главе 5.

1. Сформулированы основные требования к сооружению монтажных камер для современных механизированных комплексов последнего поколения отечественных и зарубежных, которые сводятся к следующему:

— ширина монтажных камер должна быть не менее 7−8 мсооружение монтажных камер должно базироваться на безрамных способах крепления и поддержания;

— высота монтажной камеры должна быть максимально возможной и приближаться к планируемой вынимаемой мощности пласта (слоя);

— система сооружения и крепления монтажной камеры должна быть приемлемой по критериям технологической надёжности, сложности, временным и ценовым затратам.

2. Показано, что получивший в настоящее время наибольшее распространение способ сооружения монтажных камер путём последовательного проведения её спаренными заходками малой ширины, не обеспечивает необходимых темпов сооружения монтажных камер, а параметры их анкерного крепления принимаются без достаточного обоснования.

3. Разработан способ скоростного сооружения монтажных камер, включающий первоначальное проведение выработки малого сечения с последующим её расширением до требуемой ширины с помощью очистного комбайна путём выемки полос угля по всей её длине и креплением кровли двухуровневой анкерной крепью, устанавливаемой по разработанной схемепри этом время расширения монтажной камеры уменьшается с 2−3 месяцев до 2,5−3 суток.

Заключение

.

Диссертация представляет собой законченную научно-квалификационную работу, в которой содержится решение актуальной научно-технической задачи — по скоростному проведению и креплению монтажных камер и широких выработок в зонах интенсивного проявления горного давления за счёт применения комбинированной и двухуровневой анкерной крепи, параметры которых определяются на основе установленных закономерностей их взаимодействия с вмещающими породами.

Основные научные результаты, выводы и рекомендации заключаются в следующем.

1. При проведении широкой выработки и креплении кровли анкерами различной длины короткими (/=1,8−2,4 м) и длинными (1а>В/2) переход кровли в запредельное состояние происходит при более высоком уровне нагрузок, кратном отношению длины анкеров. При этом в поперечном сечении выработок величины смещений кровли имеют различные значения: минимальные в местах установки длинных анкеров. В выработках, пройденных в массиве, работу длинных анкеров в данном случае можно уподобить дополнительной опоре, вблизи которой смещения кровли в выработке практически отсутствуют.

2. Получены зависимости величин смещений кровли выработок от изменения их ширины в диапазоне 5−10 м для пород прочностью 30−60 МПа при глубине работ 400−1000 м. Установлено, что с увеличением ширины выработок от 5 до 10 м величины смещений в них увеличиваются в 1,5−2,5 раза.

3. Установлено, что при креплении выработок анкерной, рамной и комбинированной крепью в одинаковых горно-геологических условиях величина смещений кровли выработки определяется величиной отпора крепи и эффектом упрочнения пород в приконтурной зоне анкерами. При этом в выработках, закреплённых комбинированной крепью, у которой отпор равен сумме отпоров анкерной и рамной крепи, смещения пород существенно меньше, однако, это уменьшение происходит не пропорционально увеличению отпора крепи.

При суммарной величине отпора у рамной и комбинированной крепи выработок смещение пород в последней за счёт эффекта упрочнения пород анкерами на 40−50% меньше, чем у рамной крепи, причём такая тенденция прослеживается во всём диапазоне изменения критерия тяжести условий уН/Я.

4. Получен коэффициент эффективности работы комбинированной и рамной крепи К, характеризующий отношение величин смещений кровли в выработке, закреплённой различными типами крепи к смещениям в незакреплёни ной выработке К = ~~~ и ег0 зависимость от параметра напряжённости массива уН/Я. Точка перегиба кривой, характеризующая эту зависимость, определяет рациональную область применения определённого типа крепи в рассматриваемых условиях.

5. Установлено, что при креплении кровли выработки двухуровневой анкерной крепью, включающей чередование в ряду коротких и длинных канатных анкеров, удельное давление пород свода на канатную крепь верхнего уровня определяется удельным давлением пород всего свода, за вычетом доли возведённого сопротивления крепи нижнего уровня.

Получены коэффициент разгрузки канатных анкеров верхнего уровня, показывающий долю этого сопротивления, на которую снижается нагрузка на канатные анкера, и формула для определения его величины.

6. Доказано, что сопротивление комбинированной крепи, состоящей из анкерной и рамной крепи, не равно сумме их сопротивлений, а определяется в значительной степени порядком и временем их возведения. Для их эффективной совместной работы необходимо, чтобы при первоначальном возведении анкерной, а затем — рамной крепи, рамную крепь необходимо устанавливать, когда смещения заанкерованных пород достигнут 0,5−0,65 от предельно допустимой их величины в данных условиях, при этом распор рамной крепи должен быть примерно равным величине нагружения анкерной крепи на данный момент.

7. Сформулированы основные требования к сооружению монтажных камер для современных механизированных комплексов последнего поколения отечественных и зарубежных и показано, что получивший в настоящее время наибольшее распространение способ сооружения монтажных камер путём последовательного проведения её спаренными заходками малой ширины, не обеспечивает необходимых темпов сооружения монтажных камер, а параметры их анкерного крепления принимаются без достаточного обоснования.

8. Разработан способ скоростного сооружения монтажных камер, включающий первоначальное проведение выработки малого сечения с последующим её расширением до требуемой ширины с помощью очистного комбайна путём выемки полос угля по всей её длине и креплением кровли двухуровневой анкерной крепью, устанавливаемой по разработанной схемепри этом время расширения монтажной камеры уменьшается с 2−3 месяцев до 2,5−3 суток.

9. Разработана методика определения параметров двухуровневой анкерной и комбинированной анкерно-рамной крепи, основным отличием которой от известных является в первом случае: уменьшение расчётной нагрузки на канатные анкера за счёт учёта доли нагрузки, приходящейся на анкера первого уровня и во втором случае: установки рамной податливой крепи необходимо осуществлять после достижения величин смещения заанкерованной кровли, равной 0,3−0,65 от её предельных значений.

1. Руппель У., Ополони К. Особенности применения анкерной крепи на высокопроизводительных добычных участках в аспекте международного сравнения. Глюкауф. 2000, сентябрь, № 2.

2. Лангханки Б. Проектная концепция повторного использования штрека прямоугольного сечения с анкерной крепью. Глюкауф. 2002, март, № 1 (2).

3. Уве Райнэке. Проходка штрека прямоугольного сечения с применением анкерной крепи. Глюкауф. 1998, № 2.

4. Лангош У. Проектные основы управления горным давлением комбинированной крепью в пластовых штреках. Глюкауф. 2002, март, № 1.

5. Райневардт К.-Ю. Современный уровень развития и новые разработки проходческой техники в компании DSK. Глюкауф. 2001, июнь, № 1.

6. Ополони К., Полисос Н., Бартель Р., Люттиг Ф. Техника крепления анкерами на шахтах компании ДСК-теория и практика. Глюкауф. 2000, май, № 1 (2).

7. Руппель У., Виттенберг Д., Хольгер Виттхаус. Расширение области применения анкерной крепи. Глюкауф. 2000, май, № 1 (2).

8. Отчёт о НИР «Выполнить анализ горно-геологических и горнотехнических условий и проявлений горного давления на сопряжениях и в монтажных камерах ОАО «Воркутауголь"/ Научн. руков. докт. техн. наук, проф. М.А. Ро-зенбаум, СПб, ВНИМИ, — 2002, — с. 70.

9. Борисов A.B. Разработка способов проведения и средств крепления широких выработок в зоне интенсивного проявления горного давления на шахтах Воркутского месторождения. СПб, ВНИМИ, 2005, — с. 17.

10. Борисов A.B., Вернигор В. М., Долоткин Ю. Н. и др. Анкерная крепь для поддержания сопряжений выработок с лавой. «Безопасность труда в промышленности», 1998, № 10,-с. 12−14.

11. Борисов A.B., Долоткин Ю. Н., Погудин Ю. М. и др. Способ сооружения горной выработки/ Патент РФ на изобретение № 2 167 299 от 29.06.99 г.

12. Способ монтажа механизированного комплекса/ Патент RU № 207 937.

13. Способ проведения горных выработок/ A.c. SU № 1 265 352.

14. Ю. А. Коровкин, П. Ф. Савченко, А. Г. Саламатин, В. И. Постников. Теория и практика длинолавных систем ООО «Техгормаш». М., 2004. — С. 599.

15. Борисов A.A. Новые методы расчёта штанговой крепи. «Госгортехиз-дат», 1962,-с. 125.

16. Добжанский Н. Е., Кожемякин К. Г. Штанговая крепь на Криворожских рудниках. «Госгортехиздат», 1960, — с. 170.

17. Ковалевич П. А., Пойда А. Г. и др. Анкерная крепь в угольной промышленности. Кемерово, 1960, — с. 112.

18. Мельников Н. И., Линденау H.H. Опыт применения анкерной крепи. -«Госгортехиздат», 1959,-с. 137.

19. Применение штангового крепления на рудниках Союза ССР. ГосИН-ТИ,-М., 1960,-с. 117.

20. Вернер Ю. В., Рыбаков Ю. Ю., Генрике В. И. Проявление горного давления при эксплуатации анкерной крепи в подготовительных выработках. «Добыча угля подземным способом». — М., 1970, № 4, — с. 23−24.

21. Гелескул М. Н., Мельников Н. И., Трушин B.C. Опыт применения анкерной крепи на угольных шахтах. М., ЦНИЭПУголь, 1971, — 20 с.

22. Мельников Н. И., Кознукин Н. В. Надёжность закрепления анкерной крепи в породах. «Добыча угля подземным способом», 1971, № 10, — с. 19−20.

23. Толпакороев А. Г. К расчёту параметров анкерной (штанговой) крепи. -«Уголь», 1962, № 1, — с. 18−22.

24. Галкина Н. Г., Либерман Ю. М. О возможном механизме расслоения пород в окрестности одиночной подготовительной выработки. «Научные сообщения ИГД им. A.A. Скочинского», вып. 86, 1971, — с. 20−24.

25. Кравченко Г. И. Исследование работы штанговой крепи в лабораторных и производственных условиях. Сб. «Внедрение штангового крепления в горной промышленности». — ГосИНТИ, 1960, — с. 85.

26. Юст Ф. Штанговая крепь в качестве основной и вспомогательной крепи выемочных штреков. «Угольная промышленность». Киев, 1962, № 19, — с. 17−25.

27. Пяткин А. М. Применение штанговой крепи. «Угольная промышленность». Сб. № 2. — Киев, 1962, — с. 15−18.

28. Практика применения штанговой крепи в горной промышленности. -ГосИНТИ. М., 1962, — с. 113.

29. Гелескул М. Н., Мельников Н. И., Заслов В. А. Проблемы внедрения штанговой крепи. «Горный журнал», М., 1970, № 3, — с. 28−29.

30. Мельников Н. И. Совершенствование и опыт применения анкерной крепи. М., ЦНИЭИУголь, 1977, — с. 32.

31. Опыт применения анкерной крепи на шахтах. Материалы Всесоюзного семинара в г. Новокузнецке. — М., ЦНИЭИУголь, 1971, — с. 140.

32. Протодьяконов М. М. Давление горных пород и различное крепление. -«Ростехиздат», 1930,-с. 175.

33. Цимбаревич П. М. Механика горных пород. ОНТИ, 1934, — с. 155.

34. Тимофеев О. В. Методы расчёта замков механических клинощелевых штанг. Зап. ЛГИ им. Г. В. Плеханова, т. XLVIII, вып. 1. — «Госгортехиздат», 1963 г,-с. 29−33.

35. Горбачёв Г. Ф., Штумпф Г. Г., Стрыгин Б. Н. Применение анкерной крепи в подготовительных выработках. «Наука», Новосибирск, 1972, — с. 295.

36. Крипнер Э. Анкерная крепь очистных и подготовительных выработок. Сб. «Шахтная металлическая крепь». — «Госгортеиздат», 1959, — с. 187.

37. Семевский В. Н., Волжский В. М., Тимофеев О. В. и др. Штанговая крепь. «Недра», М., 1965. — С. 327.

38. Строшин Б. Н. Влияние натяжения штанг на расслоение пород кровли очистных камер сланцевых шахт. «Горный журнал», 1962, № 5, — с. 13−17.

39. Широков А. П. К вопросу определения параметров анкерной крепи. -«Уголь», 1957, № 9, с. 12−14.

40. Donglas T.N., Arthur L.Y. A guide to the use of rock reinforcement in underground excavations. Construction Industry research and Information Association Report. London, 101, 1983,-p. 173−176.

41. Hock E., brown E.T. Empirical strength criterion for rock masses. J Geotechn. Engng. (ASCE), 1980 a. V 106 (GT-9), p. 1013−1035.

42. Bieniawski Z.T. Rock mechanics design in mining and tunneling. Rotterdam: Balkema, 1984, p. 253.

43. Бадтиев Б. П. Обоснование и разработка технических решений по обеспечению устойчивости подготовительных выработок в предельно-напряжённом блочном массиве рудников Талнаха/ Дисс. канд. техн. наук. СПб, ВНИМИ, 2001 г.

44. Тропп Э. А., Розенбаум М. А., Рева В. Н., Глушихин Ф. П. Зональная дезинтеграция породы вокруг горных выработок на больших глубинах. ФТИ им. А. Ф. Иоффе АН СССР. Припринт, № 976, 1985, — 34 с.

45. Шемякин Е. Н., Фисенко Г. Л., Курленя М. В. и др. Зональная дезинтеграция горных пород вокруг подземных выработок. Данные натурных наблюдений. ФТПРПИ, 1986, № 3, — с. 13−15.

46. Глушихин Ф. П., Шклярский М. Ф., Рева В. Н. и др. Новые закономерности разрушения горных пород вокруг выработок. «Шахтное строительство», 1986, № 2,-с. 11−14.

47. Ерофеев JI.M., Мирошникова JI.A. Применение комбинированной ан-керно-металлической крепи. Обзор. М., ЦНИЭПУголь, 1982, 32 с.

48. Инструкция по применению и проектированию комбинированной ан-керно-металлической крепи конструкции Кузнецкшахтостроя (АМК), Кемерово, 1982,-66 с.

49. Калашников А. Н., Солодкин А. В. Исследование работы рамно-анкерной крепи в условиях несимметричной нагрузки. Изв. вузов. «Горный журнал», 1997, № 1−2, — с. 17−21.

50. Корнилков М. В., Краев Ю. К. Особенности применения рамно-анкерной крепи в породах различной категории устойчивости. «Известия Уральского горного института». Сер. «Горное дело». 1993. Вып. 3. — С. — 44−47.

51. Методическое руководство по проектированию и расчёту крепи горнокапитальных выработок угольных шахт. СПб, ВНИМИ, 2005. — С. 81.

52. Г. Д. Задавин, Г. И. Коршунов, В. М. Шик. Крепление подготовительных выработок канатными анкерами. С-Пб — Воркута, 2007. — С. 199.

53. Отчёт по НИР «Отдельные положения к проекту «Инструкции по расчёту и применению анкерной крепи на шахтах Кузбасса"/ Научн. руков. докт. техн. наук, проф. Калинин С. И., г. Прокопьевск, КузГТУ, 2008. — С. 200.

54. Дик Я. Г., Кейрович E.H. Повышение устойчивости горных выработок. «Уголь», 1984, № 4, — с. 26−27.

55. Касьян H.H., Клюев А. П., Сивохин В. И. Системная установка анкерно-рамной крепи в подготовительных выработках. Изв. вузов. «Горный журнал», 1991, № 3,-С. 50−54.

56. Клюев А. П. Опыт применения комбинированной анкерно-рамной крепи. Донецк, ЦБНТИ Минуглепрома СССР, 1989. — С. 4.

57. Бондаренко Ю. В., Соловьёв Г. И., Захаров B.C. Изменение деформаций контура кровли выемочной выработки при использовании каркасной крепи усиления. «Известия Донецкого горного института», 1999, № 1. — С. 66−70.

58. Беликов В. В. Эффективные средства и технологии поддержания выемочных подготовительных выработок в сложных горно-геологических условиях. «Уголь», 2006, № 7. — С. 19−21.

59. Ефимов А. И., Маланченко В. М., Климук И. В. и др. Внедрение новых технологий крепления горных выработок на рудниках Заполярного филиала ОАО «ГМК «Норильский никель». «Горный журнал», 2005, № 2. — С. 18−25.

60. Инструкция по расчёту и применению анкерной крепи на угольных шахтах России. С-Пб, ВНИМИ, 2000 г., — с. 70.

61. Руководство по проектированию подземных горных выработок и расчёту крепи. «Стройиздат», М., 1983 г., — с. 272.

62. Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР. Л., ВНИМИ, 1986 г., — с. 220.

63. Инструкция по выбору рамных податливых крепей горных выработок. СПб, ВНИМИ, 1991 г., — с. 124.

64. Заславский Ю. З., Дружко Е. Б. Новые виды крепи горных выработок. -М., «Недра», 1989. 256 с.

65. Фомин Ю. В. Обоснование параметров крепи и поддержания подготовительных выработок в зонах опорного давления на глубоких шахтах/ Дисс. канд. техн. наук. М., 1986. — 167 с.

66. Ткачёв В. А. Установление рациональных параметров и области применения анкерной крепи в сочетании с рамными крепями в выемочных штреках/ Дисс. канд. техн. наук. М., 1976. — 155 с.

67. Черев Д. А. Выбор параметров рамно-анкерной крепи на основе исследований закономерности изменений внутренних усилий/ Дисс. канд. техн. наук. Екатеринбург, 2004. 161 с.

68. Теносе Б., Фосс Х.-В., Мельман В. Штрек с комбинированной крепью на шахте «Эвальд-Хуго». Глюкауф, 2001, № 1 (2). — С. 28−33.

69. Корнилков М. В. Расчёт арочной крепи, усиленной одним анкером. -«Известия УГГА». Серия «Горное дело». Вып. 7. — Екатеринбург, 1998, — с. 89−94.

70. Изаксон В. Ю. Определение нагрузок на крепь горных выработок по измеренным смещениям. Новосибирск, «Наука», 1989. — С. 72.

71. Штумпф Г. Г., Ануфриев В. Е. Способ крепления горных выработок комбинированной крепью/ Патент РФ № 2 032 078 от 06.02.1992 г. Дата публикации 27.03.1995 г.

72. Шойко A.B. Определение оптимальных параметров комбинированной крепи из анкеров и набрызг бетона для шахт Западного Донбасса. «Строительство предприятий угольной промышленности». — М., ЦНИЭПУголь. 1978, № 2. — С. 7−8.

73. Козел A.M. О работе анкеров в системе крепи. «Горный журнал», № 11, 2003.-С. 31−35.

74. Козел A.M. Деформационная модель работы анкеров с крепью горной выработки подземного сооружения в твёрдом грунте. В сб. «Метаматематическое моделирование, численные методы и комплексы программ». Вып. 8. СПбГАСУ. — СПб, 2002. — С. 17−21.

75. Штефан П. К. Управление горным давлением в подготовительных выработках. Глюкауф, 2003, № 4. — С. 35−38.

76. Отчёт по НИР «Разработка «Инструкции по расчёту и применению анкерной крепи на угольных шахтах Кузбасса"/ Научн. рук. докт. техн. наук М. А. Розенбаум. СПб, ВНИМИ, 2011, — с. 309.

77. ГОСТ Р 52 042;2003 «Крепи анкерные. Общие технические условия». -М., «Госстандарт России». С. 11.

78. СНиП П-94−90 «Строительные нормы и правила. Нормы проектирования. Подземные горны выработки». «ГОССтрой СССР». — М., 1982, — с. 30.