Геомеханическое обоснование параметров и реализация технологии крепления горных выработок угольных шахт канатными анкерами

Харитонов, Виталий Геннадьевич

Автореферат диссертации по теме "Геомеханическое обоснование параметров и реализация технологии крепления горных выработок угольных шахт канатными анкерами"

На правах рукописи

ХАРИТОНОВ Виталий Геннадьевич

ГЕОМЕХАНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕАЛИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ КРЕПЛЕНИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК УГОЛЬНЫХ ШАХТ КАНАТНЫМИ АНКЕРАМИ

Специальность: 25.00.20 - Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новокузнецк 2004

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет»

Научный руководитель -

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Ремезов Анатолий Владимирович доктор технических наук, профессор Франкевич Геннадий Сергеевич

кандидат технических наук Волошин Владимир Анатольевич

Ведущая организация - Институт угля и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук (г. Кемерово)

Защита состоится « 24 » декабря 2004 г в 14 часов 30 минут в ауд. ЗП на заседании диссертационного совета: Д 212.252.03 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Сибирский государственный индустриальный университет» по адресу: 654007, Кемеровская обл., г.Новокузнецк, ул. Кирова, 42. Телефон 8-(3843) 46-37-88, Факс 8-(3843) 46-57-92.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Сибирский государственный индустриальный университет».

Автореферат разослан «_23_» ноября 2004г.

Ученый секретарь диссертационного совету, доктор технических

А.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Угольная отрасль России получила приоритетное развитие в Кузнецком угледобывающем бассейне и, в соответствии с энергетической стратегией России, роль Кузбасса в перспективе, как главного угольного бассейна страны, будет возрастать. Успешное решение задачи повышения эффективности работы шахт в современных условиях во многом зависит от технико-технологического уровня горно-подготовительных работ.

Проблема своевременной подготовки и воссоздания очистного фронта постоянно существовала на большинстве угледобывающих предприятий Кузбасса. Наиболее остро эта проблема обозначилась в настоящее время в связи с созданием высокопроизводительных очистных забоев, суточная добыча из которых уже достигает 10-15 тыс. т при объемах месячной добычи до 530 тыс.т.

Несмотря на значительные достижения в области перехода от материалоемкого рамного крепления к анкерному, на шахтах Кузбасса значительную часть (10-30 %) подготовительных выработок крепят или усиливают рамной крепью и стойками. Это относится, прежде всего, к сложным условиям поддержания выработок, особенно в зоне влияния очистных работ, а также выработок шириной более 6 м.

Вследствие изменчивости свойств среды и динамических проявлений горного давления, стандартная анкерная сталеполимерная крепь не может гарантировать в сложных условиях безопасность ведения работ.

Как показывает зарубежный и отечественный опыт, в сложных условиях поддержания выработок для усиления стандартной анкерной крепи успешно применяют вторичное анкерное крепление с использованием анкеров глубокого заложения с высокой несущей способностью. Применение канатных анкеров для усиления стандартной анкерной крепи может обеспечить безопасность работ и необходимые параметры выработок на весь срок их поддержания.

В связи с вышеизложенным актуальной научно-практической задачей является геомеханическое обоснование параметров технологии крепления горных выработок канатными анкерами и адаптация этой технологии в условиях шахт Кузбасса.

Диссертация «Геомеханическое обоснование параметров и реализация технологии крепления горных выработок угольных шахт канатными анкерами» выполнена на шахтах Кузбасса и в лабораториях Кузбасского государственного технического университета в соответствии с планом научно-исследовательских работ.

Цель работы - геомеханическое обоснование параметров технологии крепления подготовительных выработок канатными анкерами для обеспечения эффективно-ста и безопасности горно-производительной подсистемы угольных шахт.

УОС. йАЦниНЛЛьНЛВ I БИБЛИОТЕКА |

Идея работы заключается в использовании научно обоснованных параметров технологии крепления подготовительных выработок канатными анкерами для обеспечения устойчивости системы «канатный анкер-вмещающие породы».

Задачи исследования:

• анализ современного отечественного и зарубежного опыта разработки и применения технологии анкерного крепления горных выработок;

• геомеханическое обоснование параметров технологии крепления приконтурного массива подготовительных выработок канатными анкерами в сложных условиях;

• разработка комплексной методики и проведение стендовых и шахтных исследований канатных анкеров;

• развитие методики прогнозирования высоты свода обрушения пород кровли с учетом специфики проявления горного давления в подготовительных выработках шахт Кузбасса;

• разработка и внедрение на шахтах Кузбасса вариантов технологии крепления подготовительных выработок канатными анкерами;

Методы исследований: планирование натурных и модельных экспериментов, стендовые испытания элементов анкерной крепи, шахтные исследования закономерностей деформирования пород кровли с помощью оптических датчиков, глубинных реперов и эндоскопа РП-451.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

• деформационно-силовые характеристики и показатели несущей способности канатных анкеров, результаты геомеханической оценки состояния приконтурного массива являются исходными данными, достаточными для определения рациональных параметров технологии анкерного крепления в сложных горно-геологических условиях;

• реализация технологии дополнительного упрочнения канатными анкерами кровли выработок, закрепленных сталеполимерными анкерами исключает случаи обрушения кровли в зоне влияния очистных работ;

• методика прогнозирования высоты свода обрушения пород кровли, базирующаяся на использовании результатов измерений напряженно-деформированного состояния массива пород, обеспечивает выбор рациональной длины канатных анкеров.

Достоверность и обоснованность научных положений и выводов подтверждается:

• представительным объемом шахтных (3 шахты Ленинского рудника Кузбасса, протяженность горных выработок более 3 км) и стендовых исследований работоспособности канатных анкеров;

• практическим соответствием параметров канатных анкеров, установленных в шахтных и лабораторных условиях (расхождение 20-25 %);

• положительными результатами внедрения разработанного комплекса решений по эффективному креплению сопряжений подготовительных выработок с очистным забоем и использования канатных анкеров для подвески монорельсовой дороги длиной 1,2 км на шахте «Заречная».

Научную новизну работы составляют:

• комплексная методика исследования, объединяющая модельные, стендовые и шахтные испытания канатных анкеров;

• зависимости влияния комплекса факторов на нагрузочные характеристики канатных анкеров;

• рациональные конструктивные параметры канатных анкеров в зависимости от геомеханического состояния приконтурного массива;

• механизм и допустимые параметры работы канатных анкеров, используемых для подвески монорельсовой дороги;

• методика прогнозирования высоты свода обрушения пород кровли;

• технология дополнительного упрочнения канатными анкерами кровли выработок, закрепленных сталеполимерными анкерами.

Личный вклад автора состоит в:

• установлении влияния комплекса факторов на нагрузочные характеристики канатных анкеров, закрепляемых полиэфирной смолой и минеральной композицией;

• обосновании рациональных конструктивных параметров канатных анкеров, обеспечивающих устойчивость системы «канатный анкер-вмещающие породы»;

• проведении шахтных экпериментов, обобщении и обработке результатов натурных исследований для геомеханического обоснования параметров технологии крепления канатными анкерами приконтурного массива горных пород в сложных условиях;

• научном обосновании, расчете допустимых параметров и установлении механизма работы канатных анкеров, используемых для подвески монорельсовой дороги;

• реализации полученных технических и технологических решений и научных обоснований при широком внедрении канатных анкеров на шахте «Заречная» в Кузбассе.

Практическое значение диссертации заключается в том, что ее результаты позволяют:

устанавливать параметры технологии крепления подготовительных выработок канатными анкерами в зоне влияния очистного выработанного пространства;

выбирать рациональные параметры канатных анкеров для широкого диапазона горно-геологических условий шахт Кузбасса и аналогов;

разрабатывать проектную документацию для дополнительного упрочнения канатными анкерами кровли выработок, ранее закрепленными сталеполи-мерными анкерами;

использовать канатные анкера для монтажа и безопасной эксплуатации подвесных монорельсовых дорог.

Реализация выводов и рекомендаций. Разработанные рекомендации по выбору рациональных параметров и применению технологии крепления горных выработок канатными анкерами, результаты стендовых и шахтных испытаний канатных анкеров использованы для разработки паспортов крепления подготовительных выработок и технологического регламента установки канатных анкеров для подвески монорельсовой дороги на шахте «Заречная» (Кузбасс). Технология крепления выработок канатными анкерами включена в проект развития шахты «Заречная», выполненный институтом «Кузбассгипро-шахт», и внедрена на шахте.

Апробация работы. Основные положения диссертации и результаты исследований докладывались и получили одобрение на научном симпозиуме в рамках «Недели горняка» (Москва, 2002 г.), Международной конференции «Проблемы безопасности и совершенствования горных работ (Мельниковские чтения)» (М.-СПб, 1999 г.), научно-технических советах угольных компаний «Ленинскуголь», «Кузбассуголь» (Кемерово, Ленинск-Кузнецкий, 19992003гг.), научных семинарах кафедры РМПИ КузГТУ и ИУУ СО РАН (Кемерово, 2002-2003 гг.).

Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 14 печатных работ, в том числе 3 монографии, 10 статей в научных журналах и научно-технических сборниках.

Объем диссертации. Диссертация изложена на 198 страницах машинописного текста и состоит из введения, четырех разделов, заключения, приложения и содержит 27 таблиц, 60 рисунков, список литературы из 72 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Значительный вклад в развитие анкерного крепления в России внесли коллективы институтов ННЦ ГП-ИГД им. А.А. Скочинского, КузНИУИ, ИУУ

СО РАН, ВНИМИ, ВНИИГидроуголь, КузГТУ, МГГУ, СибГИУ, инженерные службы угольных компаний и предприятий. Наиболее полно вопросы разработки новых видов анкерной крепи и более широкого ее применения на горных предприятиях рассмотрены в работах В.Е. Ануфриева, К.А. Ардашева, АА. Борисова, П.В. Егорова, Ж.С. Ержанова, Л.М. Ерофеева, Г.А Каткова, Л.М. Коновалова, В А. Лидера, Н.И. Мельникова, Б.Г. Пислякова, А.В.Ремезова, СБ. Стажевского, О.В. Тимофеева, В.Н. Фрянова, А.П. Широкова, Г.Г. Штумпфа и др.

Анализ отечественного и зарубежного опыта применения анкерного крепления показал, что использование анкеров позволяет резко сократить (до 50%) трудоемкость возведения крепи и снизить (на 50-70 %) затраты по статье «материалы» в номенклатуре себестоимости сооружения выработки, по сравнению с креплением выработок рамными крепями. Начиная с 1995 года на шахтах отмечен резкий рост объемов внедрения анкерного крепления (до 96%), в основном сталеполимерными анкерами.

Использование стандартной анкерной сталеполимерной крепи в сложных условиях (зоны влияния очистных работ, сопряжения подготовительных выработок с лавой, выработки шириной более 6 м) не гарантирует безопасность ведения работ. До настоящего времени сопряжения очистных забоев с примыкающими выработками, наиболее насыщенные различными механизмами и оборудованием, являются особенно опасными по травматизму участками. Например, на шахтах Ленинского рудника в Кузбассе количество травм на сопряжениях колеблется от 2 до 7 в год, что составляет 4,9 % от общего числа травм в очистных забоях.

Проведенные за рубежом исследования показали возможность повышения безопасности и эффективности работ в сложных условиях за счет использования двухуровневой схемы крепления и применения канатных анкеров глубокого заложения.

Однако механический перенос зарубежного опыта не привел к положительным результатам. Успешное применение канатных анкеров невозможно без решения вопросов детального изучения основных характеристик отечественных канатных анкеров, геомеханического обоснования эффективной технологии крепления и оценки качества дополнительного упрочнения контура выработок канатными анкерами.

В соответствии с задачами исследований, разработана методика стендовых испытаний канатных анкеров АКО 1.000, основу которых составляет арматурный канат К-7 диаметром 15,1 мм по ГОСТ 13840-68 (рисунок 1).

1 - шпур; 2 - канат; 3 - муфта соединительная; 4 - шнек левой свивки; 5 -

спираль(винт)опорная; 6- закрепляющая композиция; 7 - шайба полусферическая; 8 - гайка; 9 -узел уши-рения

Рисунок 1 - Канатный анкер

1 - канатный анкер; 2 - соединительная муфта; 3 - цанговый захват; 4 -нагрузочная колонна; 5 - основание гидроцилиндра

Рисунок 2 - Схема нагружения системы «гайка-шпилька-муфта-канат-захват»

Объектами стендовых испытаний явились канатные анкеры, закрепляемые в скважинах диаметром 25-30 мм ампулами с твердеющими составами на основе полиэфирных смол и с минеральными композициями.

Стендовые испытания несущей способности материала канатных анкеров проводили на испытательном стенде, в который входили пресс ИП-1000 с тен-зометрической станцией СИ-2-1000-УХЛ4.2. Концы анкеров длиной 2023 мм закреплены в захватах. Нагружение производили со скоростью 0,1-0,2 кН/сек Схема нагружения системы «муфта-канат-шпилька-гайка» представлена на рисунке 2, а результаты испытаний - на рисунке 3. Испытаниям было подвергнуто 12 анкеров. Все анкеры доведены до разрыва. Максимальные усилия разрыва составили 234— 256 кН. Коэффициент вариации составил 1,7 %. Пряди каната рвутся по очереди. Сначала рвется одна прядь, затем при более низкой нагрузке 185-210 кН рвется следующая и т.д.

Выявлено, что крутизна нагрузочной характеристики данной системы и, соответственно, совершаемой канатным анкером работы сопротивления деформациям, зависит от максимального усилия (Рщах) предварительной опрес-совки системы канатного анкера. Чем больше усилие (Рща,) опрессовки, тем меньшая величина относительного смещения (С) каната относительно муфты.

Исследования нагрузочных свойств канатных анкеров проводили при ам-пульном способе их закрепления в искусственной скважине диаметром 30 мм. Канатные анкера закрепляли ампулами АМК с минеральной композицией и ампулами с полиэфирной смолой. Диаметр ампул АМК составлял 24 мм. Длина каждой ампулы АМК - 450 мм. Перед введением в скважину ампулы замачивались в течение 16 с.

На рисунке 4 представлены результаты осредненных нагрузочных характеристик канатных анкеров, закрепленных составами ампул АМК через 0; 3; 6 и 24 часа после закрепления анкеров. Перед испытаниями канатные анкеры предварительно опрессовывались до 120 кН.

Установлено, что характеристика прочности каната К-7 в опытах (12 серий нагружения) стабильна. Арматурный канат К-7, соединенный с опорной муфтой из стали 40Х, или из улучшенной стали 40 имеет среднюю прочность 238 и 239 кН соответственно. При использовании для изготовления муфт стали 40Х перемещения хвостовика каната с клином относительно муфты на 1 % меньше, чем при использовании для изготовления муфт стали 40. Коэффициент вариации не превышает 2,7 %.

Результаты испытаний подтвердили паспортные характеристики канатов и надежность соединения муфт с канатом посредством клиновой втулки. Закрепление канатного анкера ампулами с полиэфирной смолой или ампулами с минеральной композицией на интервале 960 мм и более равнопрочное. Структура закрепляющей втулки плотная без разрывов сплошности, что обеспечивается наличием проволочного шнека на канате.

В соответствии с разработанной методикой шахтные испытания канатных анкеров проводились в подготовительных выработках пласта Полысаевский-1 шахты «Заречная» (Кузбасс).

При выполнении шахтных испытаний безотказности и надежности закрепления канатных анкеров проводили изучение напряженно-деформированного состояния, нарушенности приконтурного массива до начала испытаний, а также в различные периоды поддержания выработок, закрепленных канатными анкерами, с использованием глубинных реперов, фотоупругих датчиков и эндоскопа РП-451.

Для проведения исследований на опытном участке были оборудованы замерные станции (рисунок 5).

Р, кН

Ъ 25 50 75

1 - Ртах = 240 кН, и = 40 ММ, С =31,6 1 - нагружение сразу после закрепле-мм; 2 — Ртах = 231 кН, и = 60 мм, С ния двумя ампулами АМК; 2 - нагру-=29,5 мм; 3 - Ртах = 239 кН, и = 67,5 жение сразу после закрепления тремя ММ, С =21,5 мм; 4 - Ртах = 242 кН, и = ампулами АМК; 3 - нагружение через 56 мм, С =31,1 мм; 5 - Рти = 241 кН, I) три часа; 4 - нагружение через сутки; = 62 ММ, С =32 мм; 6 - Ртах = 241 кН, II 5 - нагружение через шесть часов; - 52,5 мм, С =31,5 ММ 6 - нагружение через три часа после

закрепления ампулами с полиэфирной Рисунок 3 - Нагрузочная характери- смолой

стика системы «цанговый захват - ка- Рисунок 4 - Нагрузочные характери-нат К-7 - хвостовик анкера» стики канатных анкеров, закреплен-

ных минеральными композициями

Установлено, что влияние зоны опорного давления на деформацию краевых зон пласта в вентиляционных штреках пласта Полысаевский-1 распространяется на 80-140 м.

Ширина пластической зоны в боках штреков достигает 2,8м, а конвергенция боков выработки - 28%. Коэффициент концентраций вертикальных напряжений установлен в пределах 2,5-4,1.

Исследование деформации кровли проводили с использованием глубинных реперов на трех участках: двух экспериментальных (ЗС1, ЗС2) и одном опытном (ЗС4), усиленном канатными анкерами .

Сравнение суммарных относительных деформаций на замерных станциях ЗС1, ЗС2, ЗС4, что геомеханическое состояние опытного (ЗС4) участка штрека,

усиленного канатными анкерами, существенно предпочтительней других. На опытном участке штрека, закрепленном канатными анкерами (замерная станция ЗС4), относительные деформации пород в несколько раз меньше, чем на ЗС1, ЗС2.

у | 3 (ЗС4) и V ! |^зс! 8 —

1 \л\ 1.1" ■И I I* I I А

¡5 У 7/ - \ 1

ж -ч \ ЗСЗ |

II II и 1 1 1 1 и 1 1 II I II I И 1 1 1 >1

/// / / 0\\\////

1 / 6.

1 - вентиляционный штрек № 905; 2 - вентиляционный штрек № 9056"с; 3

- вертикальная скважина 0 43 мм; 4 - глубинные реперы в боках выработки; 5

- канатные анкеры; 6 - выработанное пространство; 7 - подхваты; №1, №2, №3, №4, №5 - фотоупругие датчики ФТО-2 в боках выработки; ЗС1, ЗС2, ЗСЗ, ЗС4

- замерные станции

Рисунок 5 - Размещение замерных станций в вентиляционном штреке № 905 пласта Полысаевский-1

Наблюдения за сменой знаков деформаций в кровле на замерных станциях ЗС1, ЗС2 и ЗСЗ показывают, что приконтурный массив выработок подвергается волнообразному деформированию, обусловленному волнами опорного давления. Волнам давления соответствуют координаты 137,96,52,17 м.

При подходе лавы к замерным станциям нагрузка на канатные анкеры возрастала до 11тс. Однако, вывалов, обрушений и резких видимых деформаций со стороны кровли не наблюдалось. Кровля сохранила устойчивое состояние. За секциями лавной крепи наблюдалось некоторое зависание непосредственной кровли, закрепленной канатными анкерами.

Полученные результаты стендовых и шахтных исследований явились геомеханической основой для обоснования параметров технологии крепления подготовительных выработок канатными анкерами в сложных горногеологических условиях.

Полученные данные были также использованы для корректировки метода расчета параметров канатных анкеров глубокого заложения. Сравнение фактических величин высот вывалов, происшедших в выработках, закрепленных анкерами на пластах Байкаимский, Полысаевский-2, Полысаевский-1 и др., шахт «Заречная», «Комсомолец», «Октябрьская», им. Кирова, им. Ярославского (Кузбасс) с расчетными значениями показало их значительное расхождение (до 30-50 %). Поэтому в основу метода был положен расчет прогнозной высоты контура свода обрушения пород кровли с учетом поврежденности приконтурно-го массива (П), ширины выработки и оставляемого целика, величины смещения кровли, максимального коэффициента концентрации напряжений в боках выработки, степени влияния остаточного опорного давления.

С учетом выполненных исследований была предложена зависимость для расчета высоты свода обрушения пород кровли пласта Полысаевский-1, которая имеет вид

(1) (2)

где а, Ъ, с, ¡5 - эмпирические коэффициенты; т=В/п; В- ширина выработки; и- смещения кровли; к - максимальный коэффициент концентрации в боках выработки; к, - коэффициент, учитывающий влияние на концентрацию напряжений формы выработки; п - число слоев пород кровли на интервале глубины, равной В; - эквивалентный радиус выработки; - коэффициент, учитывающий влияние остаточного опорного давления от выработанного пространства.

Значения коэффициентов а, Ь, с, ¡5 определены методом наименьших квадратов по результатам наблюдений на шахтах Кузбасса. Величины коэффициентов и аргументов для расчета параметра поврежденности приведены в таблице 1, а расчетные параметры канатных анкеров, устанавливаемых для усиле-иия стандартной сталеполимерной анкерной крепи на сопряжении вентиляци-

сб||С

онных штреков № 905 и № 905°' с лавой № 905, - в таблице 2. Полученные параметры были использованы при составлении паспортов крепления сопряжения очистного забоя с примыкающими выработками на шахте «Заречная».

В соответствии с разработанными паспортами были закреплены экспериментальные участки и проведены шахтные исследования по оценке работоспособности канатных анкеров и соответствия реальным условиям параметров

технологии крепления сопряжения очистного забоя с примыкающими выработками канатными анкерами.

Таблица 1- Значения аргументов для расчета параметра поврежденности

приконтурного массива выработок (П)

Наименование выработки Р 1П к к, Гэкв п В Кср«)в к2 П

Вентиляционный штрек 905 1,14 2,68 2,6 3 2,3 4 4,5 21,63 1.5 1,29

Вентиляционный штрек 905бм 1,14 2,68 2.7 2,77 1,88 4 3,3 21,63 2 1,85

Таблица 2- Расчетные параметры канатных анкеров

Наименование выработки Длина анкеров, м Шаг установки, м Количество анкеров в ряду, шт. Плотность установки, ан-кер/м2 Расчетная несущая способность анкера, тс

Вентиляционый штрек №905 3,5 0,8 1 0,278 20

Вентиляционый штрек № 9056'* 4.5 0,8 2 0,7142 20

В период проходки кровля вентиляционного штрека № 905 была закреплена стандартными сталеполимерными анкерами (по 4 анкера в ряду). Подхваты под решетчатую затяжку устанавливали через 0,8 м.

В соответствии с паспортами канатные анкеры длиной 3,5 м устанавливались в промежутке между рамами. В качестве опорного элемента применяли спецпрофиль СВП-22 длиной 450 мм. 80 % анкеров закрепляли ампулами с полиэфирной смолой (АПЦ 470, по три ампулы на шпур). 20 % анкеров было закреплено ампулами с минеральной композицией (ампулы АМК, изготовитель ОАО "Кузниишахтострой").

По результатам хронометражных наблюдений за затратами времени на установку одного канатного анкера, закрепляемого полиэфирной смолой или минеральной композицией в зоне влияния опорного давления лавы, установлен оптимальный регламент цикла установки.

Выявлено также, что затраты времени на усиление стандартной анкерной крепи канатными анкерами значительно (в три раза) могут быть снижены, если операцию крепления осуществлять в процессе проходки подготовительной выработки за зоной работы проходческого комбайна.

Результаты стендовых и шахтных испытаний были использованы при разработке и внедрении технологического регламента установки канатных анкеров для подвески монорельсовой дороги в путевом бремсберге шахты «За-

речная». Выбор параметров канатных анкеров осуществляли с использованием разработанной методики прогноза высоты свода обрушения. Изучение строения и структуры кровли проводили с применением эндоскопа РВП-451. Величину заглубления анкера за нижнюю границу несущего свода принимали из расчета подвески к паре анкеров перевозимого груза с учетом веса пород неустойчивой части массива, а также из условия, что часть веса пород воспринимает установленная ранее крепь (верхняк из СВП-22 на стойках).

Для подвески монорельсовой дороги в путевом бремсберге рекомендуется спаренные канатные анкера длиной 4,3 м устанавливать по перекрестной схеме. Для обеспечения выполнения функции подвески и сшивки при закреплении необходимо использовать 3 ампулы АП 470. Реализация разработанных рекомендаций подтверждена безопасной эксплуатацией монорельсовой дороги.

ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой изложены научно обоснованные технологические и технические разработки по обоснованию параметров и реализации технологии канатного крепления подготовительных выработок, имеющие существенное значение для повышения эффективности горно-подготовительных и очистных работ в угольной промышленности.

Основные научные результаты, выводы и рекомендации заключаются в следующем:

1. Для расширения области применения анкерной крепи в сложных условиях предлагается использовать канатные анкеры различных конструкций. Параметры канатных анкеров для широкого внедрения прогрессивной технологии на шахтах Кузбасса определяют на основе комплексных стендовых и шахтных исследований несущей способности, технологических приемов и регламента установки канатных анкеров.

2. Разработана комплексная методика исследований, включающая стендовые испытания канатных анкеров и шахтные экспериментальные исследования по геомеханическому обоснованию параметров и установлению работоспособности канатных анкеров в сложных горно-геологических условиях и в зонах динамического опорного давления.

3. По результатам стендовых испытаний установлено, что характеристика прочности каната К-7 в опытах стабильна Арматурный канат К-7, соединенный с муфтой из стали 40Х, или улучшенной стали 40, имеет среднюю прочность 238 и 239 кН соответственно. При использовании для изготовления муфт стали

40Х перемещения хвостовика каната с клином относительно муфты на 1 % меньше, чем при использовании для изготовления муфт улучшенной стали 40. Коэффициент вариации не превышает 2,7 %. Результаты испытаний подтверждают паспортные характеристики канатов и надежность соединения муфт с канатом посредством клиновой втулки.

4. Установлено, что закрепление канатного анкера ампулами с полиэфирной смолой или ампулами с минеральной композицией на интервале 960 мм и более равнопрочное. Конструкция анкера и закрепляющие составы обеспечивают надежное закрепление анкера и могут быть рекомендованы для промышленного применения.

5. По данным эндоскопических исследований стенок скважин, результатам измерения напряжений фотоупругими датчиками установлено, что граница пластической зоны пласта в боках штреков шахты «Заречная» в зоне влияния опорного давления располагается на глубине 4,0-4,5м. Граница неустойчивой части лавного бока выработки располагается на глубине 1,8-2,8 м. Интенсивность деформаций краевой зоны бока вентиляционного штрека со стороны целика выше, чем у лавного бока. Конвергенция боков вентиляционного штрека в зоне влияния опорного давления лавы составляет 28 %.

6. Кровля вентиляционных штреков на интервале 2,25-3,70 м представляет собой крупноблочную структуру, о чем свидетельствуют смена знаков деформаций отдельных интервалов кровли и эндоскопические исследования стенок скважин. При сшивке пород кровли анкерами в пачку мощностью 1,8-2,0 м она приобретает достаточную несущую способность для подвески к ней неустойчивой части кровли на интервале 0-2,25 м.

7. Выполнено геомеханическое обоснование параметров технологии крепления и разработан паспорт крепления подготовительных выработок канатными анкерами на сопряжении с очистным забоем. Разработан технологический регламент установки канатных анкеров для подвески монорельсовой дороги.

8. Шахтные испытания подтвердили надежность работы и рассчитанные параметры канатных анкеров, закрепляемых полиэфирными смолами и ампулами с минеральным заполнителем. Геомеханическая ситуация на участке, упрочненном канатными анкерами, по критерию расслоения кровли более благоприятная, чем на типовых участках, усиленных перед лавой опережающей крепью из двух рядов гидростоек. Величина расслоений пород кровли, закрепленных канатными анкерами не превысила максимально допустимых, а максимальная нагрузка на анкер не превышала 11 тс.

9. Полученные теоретические и практические результаты реализованы при проектировании и ведении горных работ на шахтах Кузбасса. Экономический эффект от внедрения на шахте «Заречная» разработанной технологии крепления

подготовительных выработок канатными анкерами составил 2,85 млн. руб., в том числе доля автора составила 31 %.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Ремезов А.В. Направления совершенствования крепи подготовительных выработок на шахтах Ленинского рудника / А.В. Ремезов, В.П. Зубарев, В.Г. Харитонов, Н.Г. Чеботарев // Проблемы безопасности и совершенствования горных работ (Мельниковские чтения): Тезисы докл. межд. конф. - М. -СПб, 1999.-С. 185-186.

2. Ремезов А.В. Положительные результаты реструктуризации на примере ОАО «Шахта «Заречная», возможные варианты улучшения социальной и экономической напряженности на ЗАО «Шахта «Октябрьская» / А.В. Ремезов, В.П. Мазикин, ЕА. Косьминов, В.П. Зубарев, В.Г. Харитонов // Уголь.-1999.- № 8.-С.35-38.

3. Зубарев В.П. Развитие и совершенствование анкерного крепления на шахте «Заречная» / В.П. Зубарев, В.Г. Харитонов, А.В. Ремезов, Л.М. Коновалов, В.В. Распопов // Совершенствование технологических процессов при разработке месторождений полезных ископаемых: Сб. науч. тр. № 15 / НТЦ «Кузбассуглетехнология». - Кемерово, 1999. - С. 48-52.

4. Кадошников А.В. Влияние новой технологии крепления горных выработок на снижение себестоимости добычи угля на шахтах / А.В. Кадошни-ков, А.В. Ремезов, А.В. Бедарев, В.В. Распопов, В.Г. Харитонов // Совершенствование технологических процессов при разработке месторождений полезных ископаемых: Сб. науч. тр. № 16 / НТЦ «Кузбассуглетехнология». - Кемерово, 2000.-С. 37-41.

5. Харитонов В Г. Опыт применения сталепол и мерного крепления на шахтах Ленинского рудника Кузнецкого бассейна/ А.В. Ремезов, СЕ. Решетов, В.Г. Харитонов, В.В. Распопов, В.П. Зубарев // Горная промышленность. -2000. - № 2. - С. 45-50.

6. Шевелев ЮА Перспективы развития анкерного крепления на шахтах Ленинского рудника / ЮА. Шевелев, А.В. Ремезов, В.П. Зубарев, В.Г. Харитонов // Уголь. - 2000. - № 7 . - С. 31-33.

7. Егоров П В. Анкерное крепление горных выработок за рубежом. Анализ опыта создания, становления и современного состояния / П.В. Егоров, А.В. Ремезов, С.Е. Решетов, Б.К. Мышляев, В.Г. Харитонов / Под ред. П.В. Егорова. - Кемерово: Кузбассвузиздат, 2001.-211 с.

8. Ануфриев В.Е. Экспериментальные исследования работоспособности канатных анкеров / В.Е. Ануфриев, Г.И. Кулаков, В.Г. Харитонов // Вестник КузГТУ. - 2001. - № 5. - С. 3-8.

9. Ануфриев В.Е. Исследования свойств новых типов анкеров для упрочнения приконтурного массива горных выработок / В.Е. Ануфриев, В.В. Барковский, В.Г. Харитонов // ГИАБ. -М.: МГГУ. - 2002. - № 12. - С. 160-164.

10. Ануфриев В.Е. Эндоскопические исследования дезинтеграции приконтурного массива выработок / В.Е. Ануфриев, Н.Ф. Денискин, В.Г. Харитонов // ГИАБ. - М: МГГУ. - 2002. - № 12. - С. 183-185.

11. Ануфриев В.Е. Измерение напряжений в зоне опорного давления угольного пласта, отрабатываемого механизированным комплексом / В.Е. Ануфриев, В.Г. Харитонов, А.С. Позолотин, А.В. Ремезов, Г.И. Кулаков // ТЭК и ресурсы Кузбасса. - Кемерово, 2002. - № 4(8). - С. 83-88.

12. Ремезов А.В. Совершенствование способов и средств крепления сопряжений очистных забоев с примыкающими выработками / А.В. Ремезов, В.Г. Харитонов, А.И. Жаров. - Кемерово: Кузбассвузиздат, 2003. - 167 с.

13. Харитонов В.Г. Обоснование параметров технологии крепления приконтурного массива горных выработок канатными анкерами / В.Г. Харитонов, А.В. Ремезов // Вестник КузГТУ. - 2004. -№6.1(43). - С.76-80.

14. Харитонов В.Г. Геомеханическое обоснование параметров технологии крепления подготовительных выработок в условиях шахт Ленинского района Кузбасса. - Новокузнецк: СибГИУ, 2004. - 17с.

ХАРИТОНОВ Виталий Геннадьевич

ГЕОМЕХАНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕАЛИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ КРЕПЛЕНИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК УГОЛЬНЫХ ШАХТ КАНАТНЫМИ АНКЕРАМИ

Автореферат

Изд.лиц. №01439 от 05.04.2000г. Формат бумаги 60x84 1/16. Усл. печ.л. 1,1- Уч.-изд.л.1,24.

Подписано в печать 23.11.2004г. Бумага писчая. Печать офсетная. Тираж 100 экз. Заказ

ГОУ ВПО Сибирский государственный индустриальный университет 654007, г.Новокузнецк, ул.Кирова, 42. Издательский центр ГОУ ВПО «СибГИУ»

"2

i

У

у

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Харитонов, Виталий Геннадьевич

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ТЕХНОЛОГИИ АНКЕРОВАНИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

1.1. Обзор существующих типов анкеров, применяемых для поддержания подземных выработок

1.2. Опыт применения анкерного крепления на шахтах Кузбасса

1.3. Совершенствование способов и средств крепления сопряжений очистных забоев с примыкающими выработками

1.4. Методы расчета параметров анкерной крепи глубокого заложения

1.5. Цель и задачи исследований

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ КАНАТНЫХ АНКЕРОВ

2.1. Анализ применения канатных анкеров

2.2. Программа и методика стендовых испытаний канатных анкеров

2.3. Результаты стендовых испытаний прочностных и нагрузочных свойств канатных анкеров

2.3.1. Прочность канатного анкера и соединения каната с муфтой

2.3.2. Прочность резьбового соединения муфты с гайкой

2.3.3. Исследование влияния на нагрузочные характеристики канатных анкеров различных факторов

Выводы

3. ШАХТНЫЕ ИСПЫТАНИЯ КАНАТНЫХ АНКЕРОВ

3.1. Программа и методика шахтных испытаний

3.2. Горно-геологические условия проведения шахтных испытаний

3.3. Исследование деформированного состояния приконтурного массива подготовительных выработок

3.3.1. Эндоскопические исследования приконтурного массива горных выработок

3.3.2. Исследование деформации угольного пласта в боках выработок, охраняемых целиками угля

3.3.3. Исследования деформации кровли и боков в вентиляционных штреках 905 и 905бис пласта Полысаевского

3.4. Исследование напряжений в зоне опорного давления в выемочном поле лавы №905 пласта Полысаевского

3.4.1. Общие положения

3.4.2. Экспериментальные измерения напряжений с использованием фотоупругих датчиков

3.4.3. Обобщение результатов измерения параметров опорного давления в вентиляционном штреке №

Выводы

4. ГЕОМЕХАНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ КРЕПЛЕНИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК КАНАТНЫМИ АНКЕРАМИ 135 4.1. Геомеханическое обоснование параметров конструкции и работы анкеров глубокого заложения при упрочнении кровли выработок на сопряжении с лавой

4.1.1. Методика прогноза высоты контура неустойчивой части массива

4.1.2. Расчет параметров канатных анкеров

4.2. Технология крепления сопряжения очистного забоя с примыкающими выработками канатными анкерами

4.3. Технологический регламент установки канатных анкеров для подвески монорельсовой дороги

4.4. Меры безопасности при креплении горных выработок канатными анкерами

Выводы

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Геомеханическое обоснование параметров и реализация технологии крепления горных выработок угольных шахт канатными анкерами"

Актуальность работы. Угольная отрасль России получила приоритетное развитие в Кузнецком угледобывающем бассейне и, в соответствии с энергетической стратегией России, роль Кузбасса в перспективе, как главного угольного бассейна страны, будет возрастать. Успешное решение задачи повышения эффективности работы шахт в современных условиях во многом зависит от технико-технологического уровня горно-подготовительных работ.

Проблема своевременной подготовки и воссоздания очистного фронта постоянно существовала на большинстве угледобывающих предприятий Кузбасса. Наиболее остро эта проблема обозначилась в настоящее время в связи с созданием высокопроизводительных очистных забоев, суточная добыча из которых уже достигает 10-15 тыс. т при объемах месячной добычи до 530 тыс. т.

Несмотря на значительные достижения в области перехода от материалоемкого рамного крепления к анкерному, на шахтах Кузбасса значительную часть (10-30 %) подготовительных выработок крепят или усиливают рамной крепью и стойками. Это относится, прежде всего, к сложным условиям поддержания выработок, особенно в зоне влияния очистных работ, на сопряжениях с лавой, а также выработок шириной более 6 м.

Вследствие изменчивости свойств среды и проявлений горного давления, стандартная анкерная сталеполимерная крепь не может гарантировать в сложных условиях безопасность ведения работ.

Как показывает зарубежный и отечественный опыт, в сложных условиях поддержания выработок для усиления стандартной анкерной крепи успешно применяют вторичное анкерное крепление с использованием анкеров глубокого заложения с высокой несущей способностью. Применение канатных анкеров для усиления стандартной анкерной крепи может обеспечить безопасность работ и необходимые параметры выработок на весь срок их поддержания.

В связи с вышеизложенным, актуальной научно-практической задачей является геомеханическое обоснование параметров технологии крепления горных выработок канатными анкерами и адаптация этой технологии в условиях шахт Кузбасса.

Диссертация «Геомеханическое обоснование параметров и реализация технологии крепления горных выработок угольных шахт канатными анкерами» выполнена на шахтах Кузбасса и в лабораториях Кузбасского государственного технического университета в соответствии с планом научно-исследовательских работ.

Цель работы — геомеханическое обоснование параметров технологии крепления подготовительных выработок канатными анкерами для обеспечения эффективности и безопасности горно-производительной подсистемы угольных шахт.

Идея работы заключается в использовании научно обоснованных параметров технологии крепления подготовительных выработок канатными анкерами для обеспечения устойчивости системы «канатный анкер-вмещающие породы».

Задачи исследования:

• анализ современного отечественного и зарубежного опыта разработки и применения технологии анкерного крепления горных выработок;

• геомеханическое обоснование параметров технологии крепления приконтурного массива подготовительных выработок канатными анкерами в сложных условиях;

• разработка комплексной методики и проведение стендовых и шахтных исследований канатных анкеров;

• развитие методики прогнозирования высоты свода обрушения пород кровли с учетом специфики проявления горного давления в подготовительных выработках шахт Кузбасса;

• разработка и внедрение на шахтах Кузбасса вариантов технологии крепления подготовительных выработок канатными анкерами.

Методы исследований: планирование натурных и модельных экспериментов, стендовые испытания элементов анкерной крепи, шахтные исследования закономерностей деформирования пород кровли с помощью оптических датчиков, глубинных реперов и эндоскопа РП-451.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

• деформационно-силовые характеристики и показатели несущей способности канатных анкеров, результаты геомеханической оценки состояния приконтурного массива являются исходными данными, достаточными для определения рациональных параметров технологии анкерного крепления в сложных горно-геологических условиях;

• реализация технологии дополнительного упрочнения канатными анкерами кровли выработок, закрепленных сталеполимерными анкерами, исключает случаи обрушения кровли в зоне влияния очистных работ;

• методика прогнозирования высоты свода обрушения пород кровли, базирующаяся на использовании результатов измерений напряженно-деформированного состояния массива пород, обеспечивает выбор рациональной длины канатных анкеров.

Достоверность и обоснованность научных положений и выводов подтверждается:

• представительным объемом шахтных (3 шахты Ленинского рудника Кузбасса, протяженность горных выработок более 3 км) и стендовых исследований работоспособности канатных анкеров;

• практическим соответствием параметров канатных анкеров, установленных в шахтных и лабораторных условиях (расхождение 20-25 %);

• положительными результатами внедрения разработанного комплекса решений по -хЬфсктг.вному кргн~енгтю сопряжений подготовительных выработок с очистным забоем и использования канатных анкеров для подвески монорельсовой дороги длиной 1,2 км на шахте «Заречная».

Научную новизну работы составляют:

• комплексная методика исследования, объединяющая модельные, стендовые и шахтные испытания канатных анкеров;

• зависимости влияния комплекса факторов на нагрузочные характеристики канатных анкеров;

• рациональные конструктивные параметры канатных анкеров в зависимости от геомеханического состояния приконтурного массива;

• механизм и допустимые параметры работы канатных анкеров, используемых для подвески монорельсовой дороги;

• методика прогнозирования высоты свода обрушения пород кровли;

• технология дополнительного упрочнения канатными анкерами кровли выработок, закрепленных сталеполимерными анкерами.

Личный вклад автора состоит в:

• установлении влияния комплекса факторов на нагрузочные характеристики канатных анкеров, закрепляемых полиэфирной смолой и минеральной композицией;

• обосновании рациональных конструктивных параметров канатных анкеров, обеспечивающих устойчивость системы «канатный анкер-вмещающие породы»;

• проведении шахтных экспериментов, обобщении и обработке результатов натурных исследований для геомеханического обоснования параметров технологии крепления канатными анкерами приконтурного массива горных пород в сложных условиях;

• научном обосновании, расчете допустимых параметров и установлении механизма работы канатных анкеров, используемых для подвески монорельсовой дороги;

• реализации полученных технических и технологических решений и научных обоснований при широком внедрении канатных анкеров на шахте «Заречная» в Кузбассе.

Практическое значение диссертации заключается в том, что ее результаты позволяют:

• устанавливать параметры технологии крепления подготовительных выработок канатными анкерами в зоне влияния очистного выработанного пространства;

• выбирать рациональные параметры канатных анкеров для широкого диапазона горно-геологических условий шахт Кузбасса и аналогов;

• разрабатывать проектную документацию для дополнительного упрочнения канатными анкерами кровли выработок, ранее закрепленными сталеполимерными анкерами;

• использовать канатные анкера для монтажа и безопасной эксплуатации подвесных монорельсовых дорог.

Реализация выводов и рекомендаций. Разработанные рекомендации по выбору рациональных параметров и применению технологии крепления горных выработок канатными анкерами, результаты стендовых и шахтных испытаний канатных анкеров использованы для разработки паспортов крепления подготовительных выработок и технологического регламента установки канатных анкеров для подвески монорельсовой дороги на шахте «Заречная» (Кузбасс). Технология крепления выработок канатными анкерами включена в проект развития шахты «Заречная», выполненный институтом «Кузбассгипрошахт», и внедрена на шахте.

Апробация работы. Основные положения диссертации и результаты исследований докладывались и получили одобрение на научном симпозиуме в рамках «Недели горняка» (Москва, 2002 г.), Международной конференции «Проблемы безопасности к совершенствования горных работ (Мельниковские чтения)» (М.-СПб, 1999 г.), научно-технических советах угольных компаний «Ленинскуголь», «Кузбассуголь» (Кемерово, Ленинскю

Кузнецкий, 1999-2003 гг.), научных семинарах кафедры РМПИ КузГТУ и ИУУ СО РАН (Кемерово, 2002-2003 гг.).

Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 14 печатных работ, в том числе 3 монографии, 10 статей в научных журналах и научно-технических сборниках.

Автор выражает благодарность коллективам лаборатории горного давления ИУУ СО РАН, кафедры РМПИ КузГТУ, кафедры РПИ СибГИУ за практическую помощь и участие в выполнении исследований, полезные советы и конструктивные замечания, высказанные при обсуждении результатов работы.

Заключение Диссертация по теме "Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика", Харитонов, Виталий Геннадьевич

Выводы

1. В работе дано геомеханическое обоснование параметров, конструкции и технологии крепления горных выработок канатными анкерами глубокого заложекия на сопряжении с лавой. Шахтные испытания подтвердили надежность работы и рассчитанные параметры канатных анкеров, закрепляемых полиэфирными смолами и ампулами с минеральным заполнителем. При этом, величина расслоений пород кровли не превысила максимально допустимых, а максимальная нагрузка на анкер составила не более 11 тс.

2. Адаптированный к условиям пласта По л ысаевский-1 шахты «Заречная» метод прогноза параметров анкеров глубокого заложения подтверждается эндоскопическими исследованиями следов деформации кровли в скважинах и результатами опытно-промышленных испытаний. В основе метода - расчет высоты контура неустойчивой части пласта с учетом поврежденности приконтурного массива. Адаптированная прогнозная модель высоты контура неустойчивой части массива имеет вид h = (a-B2 +b'B + cU)-n, где

Я = f к-к -г

Р--' I • к2; а, Ь, с, р - эмпирические коэффициенты; В - ширина тп • Л„„ ерв.кр выработки; U — смещения кровли; к . - максимальный коэффициент концентрации в боку выработки; к1 - коэффициент учитывающий влияние на концентрацию напряжений формы выработки; т — средняя мощность слоя кровли выработки; гзкв - эквивалентный радиус выработки; к2 - коэффициент учитывающий влияние остаточного опорного давления через ширину целика.

3. Разработан технологический регламент установки канатных анкеров для подвески монорельсовой дороги. Параметры анкеров определены с учетом подвески веса монорельсовой дороги, перевозимого груза и подвески массы неустойчивой кровли над рамной крепью. За границу устойчивой части массива принят интервал кровли без явных следов деформации на стенках скважины, выявленный эндоскопическими исследованиями.

4. На основании результатов стендовых испытаний и шахтных экспериментов разработаны рекомендации по технологии крепления и паспорта крепления подготовительных выработок канатными анкерами на сопряжении с очистным забоем.

172

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой изложены научно обоснованные технологические и технические разработки по обоснованию параметров и реализации технологии канатного крепления подготовительных выработок, имеющие существенное значение для повышения эффективности горно-подготовительных и очистных работ в угольной промышленности.

Основные научные результаты, выводы и рекомендации заключаются в следующем:

1. Для расширения области применения анкерной крепи, в сложных условиях предлагается использовать канатные анкеры различных конструкций. Параметры канатных анкеров для широкого внедрения прогрессивной технологии на шахтах Кузбасса определяют на основе комплексных стендовых и шахтных исследований несущей способности, технологических приемов и регламента установки канатных анкеров.

2. Разработана комплексная методика исследований, включающая стендовые испытания канатных анкеров и шахтные экспериментальные исследования по геомеханическому обоснованию параметров и установлению работоспособности канатных анкеров в сложных горногеологических условиях и в зонах динамического опорного давления.

3. По результатам стендовых испытаний установлено, что характеристика прочности каната К-7 в опытах стабильна. Арматурный канат К-7, соединенный с муфтой из стали 40Х, или улучшенной стали 40, имеет среднюю прочность 238 и 239 кН соответственно. При использовании для изготовления муфт стали 40Х, перемещения хвостовика каната с клином относительно муфты на 1 % меньше, чем при использовании для изготовления муфт улучшенной стали 40. Коэффициент вариации не превышает 2,7 %. Результаты испытаний подтверждают паспортные характеристики канатов и надежность соединения муфт с канатом посредством клиновой втулки.

4. Установлено, что закрепление канатного анкера ампулами с полиэфирной смолой или ампулами с минеральной композицией на интервале 960 мм и более равнопрочное. Конструкция анкера и закрепляющие составы обеспечивают надежное закрепление анкера и могут быть рекомендованы для промышленного применения.

5. По данным эндоскопических исследований стенок скважин, результатам измерения напряжений фотоупругими датчиками установлено, что граница пластической зоны пласта в боках штреков шахты «Заречная» в зоне влияния опорного давления располагается на глубине 4—4,5м. Граница неустойчивой части лавного бока выработки располагается на глубине 1,8— 2,8 м. Интенсивность деформаций краевой зоны бока вентиляционного штрека со стороны целика выше, чем у лавного бока. Конвергенция боков вентиляционного штрека в зоне влияния опорного давления лавы составляет 28 %.

6. Кровля вентиляционных штреков на интервале 2,25-3,70 м представляет собой крупноблочную структуру, о чем свидетельствуют смена знаков деформаций отдельных интервалов кровли и эндоскопические исследования стенок скважин. При сшивке пород кровли анкерами в пачку мощностью 1,8-2,0 м, она приобретает достаточную несущую способность для подвески к ней неустойчивой части кровли на интервале 0-2,25 м.

7. Выполнено геомеханическое обоснование параметров технологии крепления и разработан паспорт крепления подготовительных выработок канатными анкерами на сопряжении с очистным забоем. Разработан технологический регламент установки канатных анкеров для подвески монорельсовой дороги.

8. Шахтные испытания подтвердили надежность работы и рассчитанные параметры канатных анкеров, закрепляемых полиэфирными смолами и ампулами с минеральным заполнителем. Геомеханическая ситуация на участке, упрочненном канатными анкерами, по критерию расслоения кровли более благоприятная, чем на типовых участках, усиленных перед лавой опережающей крепью из двух рядов гидростоек. Величина расслоений пород кровли, закрепленных канатными анкерами не превысила максимально допустимых, а максимальная нагрузка на анкер не превышала 11 тс.

9. Полученные теоретические и практические результаты реализованы при проектировании и ведении горных работ на шахтах Кузбасса. Экономический эффект от внедрения на шахте «Заречная» разработанной технологии крепления подготовительных выработок канатными анкерами составил 2,85 млн. руб., в том числе доля автора составила 31%.

175

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Харитонов, Виталий Геннадьевич, Кемерово

1. Gramoli, L, Tensioned Cable Rock Anchorage at Geco Division of Noranda Mines Ltd. Pres. at 1st CIM Underground Operators Conf., Sudbury, ON, Feb. 25-28,1975,4 pp.; available from J. Goris, BuMines, Spokane, WA.

2. Dorsten, D., F. H. Frederick, and К К. Preston. Epoxy Coated Seven-wire Strand for Prestressed Concrete. Prestressed Concr. Inst J., v. 29, No. 4 July-Aug. 1984, pp.1-11.

3. Goris, J. M. Laboratory Evaluation of Cable Bolt Supports (In Two Parts) 1 Evaluation of Supports Using Conventional Cables. Bu Mines RI 9308,1990,23 pp.

4. Goris, J. M. Laboratory Evaluation of Cable Bolt Supports (In Two Parts) 2 evaluation of Supports Using Conventional Cables with Steel Buttons, Birdcage Cables and Epoxy-Coated Cables. Bu Mines RI 9342,1990,14 pp.

5. Руководство по применению винтовой анкерной крепи для крепления подготовительных выработок на шахтах Ленинского района Кузбасса / Минтопэнерго РФ, КузПИ. Кемерово, 1992. - 25 с.

6. Отраслевая инструкция по применению рамных и анкерных крепей в подготовительных выработках угольных и сланцевых шахт / МУП СССР, ИГД им. А.А. Скочинскош. — М., 1985. 147 с.

7. Временная инструкция по расчету и применению анкерной крепи на шахтах Кузбасса / Минтопэнерго РФ, КузНИУИ, СФ В НИМИ, ЦАКК. -Прокопьевск, 1996. 94 с.

8. Методика расчета сталеполимерной анкерной крепи / КузНИУИ. -Прокопьевск, 1994. -31 с.

9. Инструкция по расчету и применению анкерной крепи на угольных шахтах России. СПб: ВНИМИ, 2000.

10. И.Грицко Г.И., Кулаков Г.И. Измерение напряжений в горных породах фотоупругими датчиками. Новосибирск: Наука, 1978.

11. Гужова С.В. Методика расшифровки оптической картины фотоупругого датчика в методе полной разгрузки // Колыма. 2000. - № 4.

12. Гужова С.В., Кулаков Г.И. К вопросу об экспериментальной оценке условий сопряжения в контактных задачах геомеханики // Геодинамика и . напряженное состояние недр земли. Новосибирск, 2000.

13. Дерягин Б.В., Кротова Н.А. Адгезия. М.: Изд-во АН СССР, 1949.

14. Орлов А.И. Заводская лаборатория. М. 1938. - т. 7. - № 8-9. - 979 с.

15. Ли X., Невилл К. Справочное руководство по эпоксидным смолам. М.: Энергия, 1973.

16. Roberts A., Hawkes I., Williams F., Т., Dhir R. К. Laboratory Study of the Photoelastic Stressmeter. Rock. Mech., 1965.

17. Якубович C.B. Испытания лакокрасочных материалов и покрытий. М.: Госхимиздат, 1952. - 348 с.

18. Борисов Л.А. Механика горных пород и массивов. М.: Недра, 1980.

19. Егоров П.В., Андрианов А.П., Кухаренко Е.В. Крепление и поддержание подготовительных выработок. Кемерово: Изд-во Притомское, 1991. -140 с.

20. Ерофеев Л.М., Мирошникова Л.А. Повышение надежности крепи горных выработок. М.: Недра, 1988.-245 с.

21. Заславский Ю.З., Зорин А.Н., Черняк И.Л. Расчеты параметров крепи выработок глубоких шахт. Киев: Техника, 1972. - 142 с.

22. Заславский Ю.З., Дружко Е.Б. Новые виды крепи горных выработок. -М.: Недра, 1989.-256 с.

23. Квон С.С., Бобер Е.А., Шакурин В.Г., Шундулиди А.И. О применении винтовых анкеров для крепления подготовительных выработок // Сб. научн. тр. / Кузбас. политехи, ин-т. Кемерово, 1990. - С.22-25.

24. Петров А.И., Лидер В.А., Широков А.П., Найдов М.И. Анкерная крепь в Кузбассе. М., 1989. - 218 с.

25. Состояние и перспективы применения анкерных крепей на шахтах Кузбасса (препринт) / П.В. Егоров, С.С. Квон, Ю.А. Шевелёв и др. -Кемерово, 1996.- 20 с.

26. Технология и механизация проведения подготовительных выработок: Справочник / П.В. Егоров, Г.Г. Штумпф, А.И. Петров и др. М.: Недра 1994.-368 с.

27. Штумпф Г.Г., Егоров П.В., Лебедев А.В. Крепление и поддержание горных выработок: Справочник рабочего. М.: Недра, 1992. - 427 с.

28. Штумпф Г.Г. Геомеханическое обоснование охраны и разработка эффективных средств поддержания подготовительных выработок угольных шахт: Дисс. на соиск. учен. степ, д-ра техн. наук. Кемерово, 1993. - 45 с.

29. Штумпф Г.Г., Рыжков Ю.А., Шаламанов В.А., Петров А.И. Физико-технические свойства горных пород и углей Кузнецкого бассейна: Справочник. М.: Недра, 1994. - 447 с.

30. Ануфриев В.Е. Контроль и диагностика состояния анкерных крепей и приконтурного массива. Опыт и перспективы наукоемких технологий в угольной промышленности Кузбасса // Тр. научно-техн. конф. -Кемерово: ИУУ СО РАН, КузГТУ, 1998. С.165 - 173.

31. Ануфриев В.Е. Перспективы развития технологии крепления контура выработки анкерными крепями / В.Е. Ануфриев, Е.А. Косьминов, В .Я. Ибряшкин и др. Кемерово: Кузбассвузиздат, 1999. - 40 с.

32. Ануфриев В.Е., Ремезов А.В., Гараев Ю.Д., Майоров А.Е. Беззамковые анкеры, закрепляемые минеральным заполнителем при крепленииконтура выработок // Сб. научн. тр. №12 / НТЦ "Кузбассуглетехнология". Кемерово, 1997. - С.78-83.

33. Ануфриев В.Е. Экспериментальные исследования работоспособности канатных анкеров / В.Е. Ануфриев, Г.И. Кулаков, В.Г. Харитонов и др. // Вестник КузГТУ, 2001. №5. - С.3-8.

34. Ануфриев В.Е. Исследования свойств новых типов анкеров для упрочнения приконтурного массива горных выработок / В.Е. Ануфриев, ВВ. Барковский, В.Г. Харитонов и др. // ШАБ. М.: МГГУ, 2002. -№12. -С. 160-164.

35. Ануфриев В.Е. Эндоскопические исследования дезинтеграции приконтурного массива выработок / В.Е. Ануфриев, Н.Ф. Денискин, В.Г. Харитонов и др. // ГИАБ. М.: МГГУ, 2002. - №12. - С.183-185.

36. Бек К.Д. Обеспечение безопасности на участках сопряжения лавы со штреком с помощью крепления длинными анкерами // Глюкауф. 1995. -№5.

37. Горбачев Т.Ф., Штумпф Г.Г., Стрыгин Б.И. Применение анкерной крепи . в подготовительных выработках. М.: Наука, 1972. - 295 с.

38. Патент РФ 2078936. Способ закрепления анкера и установка для его осуществления / Ануфриев В.Е., Стажевский С.Б., Ремезов А.В., Ялевский В.Д. Опубл. 10.05.97. Бюл. №13.

39. Ремезов А.В., Мазикин В.П. Анализ состояния подготовительных работ на шахтах АООТ "Ленинскуголь" . Кемерово: Академия горных наук, 1997. - 27 с.

40. Ремезов А.В. Анкерное крепление нового качества // Сб. научн. тр. №10 / Ассоциация "Кузбассуглетехнология".- Кемерово, 1996. С. 15-20.

41. Ремезов А.В. Середенко М.И. Опыт применения сталеполимерных анкеров // Сб. научн. тр. №10 / Ассоциация "Кузбассуглетехнология".-Кемерово, 1996. С. 20-25.

42. Ремезов А.В. Совершенствование способов и средств крепления сопряжений очистного забоя с прилегающими выработками // Сб. научн. тр. / ПНИУИ. Тула, 1997.

43. Ремезов А.В. Опыт применения сталеполимерного крепления на шахтах Ленинского рудника Кузнецкого бассейна / А.В. Ремезов, С.Е. Решетов, В.Г. Харитонов и др. // Горная промышленность, 2000. №2. - С.45-50.

44. Шевелев Ю.А. Перспективы развития анкерного крепления на шахтах Ленинского рудника / Ю.А. Шевелев, А.В. Ремезов, В.П. Зубарев, В.Г. Харитонов // Уголь. 2000. - № 7. - С. 31-33.

45. Шик В.М. 15 Международная конференция по горному давлению, Голден, штат Колорадо, США, 12-15 августа 1996 г. // Отчет о научной командировке. СПб: ВНИМИ, 1997.

46. Широков А.П, Лидер В.А., Писляков Б.Г. Расчет анкерной крепи для различных условий применения. М.: Недра, 1976. — 208 с.

47. Широков А.П Справочник по анкерному креплению. — М.: Недра, 1991. -195 с.

48. Широков А.П., Лидер В.А., Дзауров М.А. Анкерная крепь: Справочник, -М.: Недра, 1990.-205 с.

49. Широков А.П. Теория и практика применения анкерной крепи. — М.: Недра, 1981.-381 с.

50. Широков А.П., Писляков Б.Г. Расчет и выбор крепи сопряжений горных выработок. М.: Недра, 1978. - 304 с.

51. Совершенствование способов и средств крепления сопряжений очистныхзабоев с примыкающими выработками / А.В. Ремезов, В.Г. Харитонов, А.И. Жаров и др. Кемерово: Кузбассвузиздат, 2003. - 167 с.

52. Широков А.П., Лидер В.А., Писляков Б.Г. Расчет анкерной крепи для различных условий применения. М.: Недра, 1976. - 208 с.

53. Широков А.П., Лидер В.А., Петров А.И. Крепление сопряжений лав. -М.: Недра, 1987. 192 с.

54. Принц Б. Сопряжение лавы со штреком — наиболее опасные по травматизму участок // Глюкауф.-1988. № 2. - С.8.

55. А.С. №1792489 СССР, МКИ Е21Д 23 / 00. Механизированная крепь горных выработок / А.С. Костромин, Б.И. Грицаюк, А.В. Ремезов. — Опубл. 30.01.93. -Бюл. № 4.

56. Гетце В. Механизм вывалов пород кровли на сопряжении лавы со штреком и системы крепления сопряжений // Глюкауф. 1988. - № 2. -С. 12.

57. Харитонов В.Г. Геомеханическое обоснование параметров технологии крепления подготовительных выработок в условиях шахт Ленинского района Кузбасса. Новокузнецк: СибГИУ, 2004. - 17 с.

58. Ерофеев Л.М. Повышение устойчивости плоских сопряжений горных выработок за счет применения анкеров глубокого заложения / Кузниишахтострой. Кемерово, 1995. - 119 с.

59. Руководство по применения результатов исследовании проявления горного давления за шахтах Ленинского района / Кузниишахтострой. -Кемерово, 1990. 63 с.

60. Эффективность внедрения безопасных технологий длинноанкерного крепления и поддержания сопряжений очистных механизированных забоев / А.И. Жаров, А.П. Егоров, И.И. Шемякин // Уголь. 2000. - №6. -С.33-35.

61. Измерение напряжений в зоне опорного давления угольного пласта, отрабатываемого механизированным комплексом / В.Е. Ануфриев,

62. Харитонов В.Г., А.С. Позолотин, А.В. Ремезов, Г.И. Кулаков // ТЭК и ресурсы Кузбасса. Кемерово, 2002. - №4(8). - С.83-88.

63. Харитонов В.Г. Обоснование параметров технологии крепления приконтурного массива горных выработок канатными анкерами /

64. B.Г. Харитонов, А.В. Ремезов // Вестник КузГТУ. 2004. - №6.1(43).1. C.76-80.

65. Харитонов В.Г. Результаты стендовых испытаний отчественных канатных анкеров / В.Г. Харитонов, А.В. Ремезов // Вестник КузГТУ. -2004. №6.1(43). - С.87-89.