Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Геомеханическое обоснование выбора типа и параметров крепи горных выработок, охраняемых податливыми целиками

ВАК РФ 25.00.20, Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика

Автореферат диссертации по теме "Геомеханическое обоснование выбора типа и параметров крепи горных выработок, охраняемых податливыми целиками"

9 15-5/470 На правах рукописи

ВЛАСЕНКО Дмитрий Сергеевич

ГЕОМЕХАНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ТИПА И ПАРАМЕТРОВ КРЕПИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК, ОХРАНЯЕМЫХ ПОДАТЛИВЫМИ ЦЕЛИКАМИ

Специальность 25.00.20 - Геомеханика, разрушение

горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2015

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Национальном минерально-сырьевом университете «Горный».

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор

Розенбаум Марк Абрамович

Официальные оппоненты:

Титов Николай Викторович доктор технических наук, профессор, Шахтинский институт (филиал) ФГБОУВПО «Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) им. М.И. Платова», кафедра «Технология и комплексы горных, строительных и металлургических производств», профессор

Семенова Инна Эриковна кандидат технических наук, ФГБУН Горный институт Кольского научного центра РАН, лаборатория геомеханики, старший научный сотрудник

Ведущая организация - АО «Научный центр ВостНИИ по безопасности работ в горной промышленности»

Защита диссертации состоится 16 октября 2015 г. в 11 ч 00 мин на заседании диссертационного совета Д 212.224.06 при Национальном минерально-сырьевом университете «Горный» по адресу: 199106, Санкт-Петербург, 21-я линия, д. 2, ауд. № 1163.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального минерально-сырьевого университета «Горный» и на сайте \ул\л\.$ргтй.ги.

Автореферат разослан 15 июля 2015 г.

Ученый секретарь ^ СИДОРОВ

диссертационного совета Дмитрий Владимирович

I Российская ! госч/дэоствэнная :6.п и отека

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. На горнодобывающих предприятиях России одним из распространенных способов охраны подготовительных выработок является оставление целиков. Наиболее остро вопрос охраны подготовительных выработок возникает на пластах, склонных к горным ударам. При ведении горных работ на больших глубинах для охраны выработок необходимо оставлять целики шириной 120 м и более, что приводит к значительным потерям полезного ископаемого. Для уменьшения потерь, согласно «Инструкции по безопасному ведению горных работ на шахтах, разрабатывающих угольные пласты, склонные к горным ударам» (РД 05-328-99), допускается охрана подготовительных горных выработок податливыми целиками угля. В работах М. И. Бескова, В. И. Барановского, И. М. Петухова, Г. Л. Фисенко податливыми целиками считаются целики, несущая способность которых менее действующей на них фактической нагрузки. При этом податливые целики могут деформироваться, частично сохраняя свою несущую способность.

В связи с тем, что на многих горнодобывающих предприятиях наметилась тенденция к охране подготовительных выработок податливыми целиками, требуется дополнительный ряд исследований по выбору типа и расчету параметров крепи, необходимой в этих условиях.

Наряду с этим очень важным вопросом является крепление выработок в слабых породах. До недавнего времени крепление подготовительных горных выработок, в кровле которых залегают слабые породы, осуществлялось с помощью рамных крепей. Главным недостатком такого способа является как высокая себестоимость крепи, так и невозможность механизации процесса крепления. В настоящее время на шахтах РФ наиболее прогрессивным видом крепи считается анкерная крепь. В «Инструкции по расчету и применению анкерной крепи на угольных шахтах РФ» запрещается ее применение, если отношение глубины расположения выработки от поверхности к расчетному сопротивлению сжатию пород в кровле превышает значение 30. Добиться необходимой несущей способности крепи в таких

условиях возможно при применении канатных анкеров глубокого заложения. Разработка методики расчета анкеров для слабых пород (прочностью менее 30 МПа) позволит расширить границы использования этого типа анкерной крепи.

Вопросам крепления подготовительных выработок посвящены работы таких ученых, как К. А. Ардашев, А. А. Борисов,

A. Г. Протосеня, Н. В. Бажин, В. Н. Семевский, В. Н. Рева,

B. П. Зубов, В. В. Райский, Н. В. Титов, С. Н. Калинин, Ю. П. Коренной, Ю. 3. Заславский, О. Якоби, А. Б. Соколов, А. И. Вовк, И. В. Третеньков и др.

Однако вопросы, связанные с определением интенсивности горного давления в подготовительных выработках, охраняемых податливыми целиками, и несущей способности анкерной крепи в породах прочностью менее 30 МПа, не нашли должного рассмотрения в научно-практических исследованиях.

Цель работы состоит в геомеханическом обосновании выбора типа и параметров крепи горных выработок, охраняемых податливыми целиками, в том числе и для выработок со слабыми породами кровли.

Идея диссертационной работы: в выработках, охраняемых податливыми целиками, необходимо, чтобы суммарное сопротивление различных типов крепи соответствовало ожидаемой величине смещений кровли, определяемых с учетом установленных закономерностей изменения смещений от ширины податливых целиков, ширины охраняемых выработок, глубины работ, прочности угля и породного массива.

Основные задачи исследований:

исследовать закономерности проявлений горного давления в подготовительных горных выработках в зависимости от ширины податливого целика, ширины охраняемых выработок, глубины работ, прочности угля и породного массива;

- исследовать возможность применения анкерной крепи для поддержания горных выработок, пройденных в слабых породах.

Методы исследований:

- анализ и обобщение данных натурных и лабораторных исследований, содержащихся в литературных, фондовых и патентных источниках;

- моделирование на эквивалентных материалах характера проявлений горного давления в выработках, охраняемых податливыми целиками;

- исследования в натурных условиях смещений кровли в горных выработках, статистическая и аналитическая обработка полученных результатов.

Научная новизна:

- установлены зависимости изменения величины смещений пород кровли в подготовительных выработках от ширины податливого охранного целика при прочности вмещающих пород в диапазоне от 6 до 120 МПа и глубины работ от 100 до 1000 м, и определены максимально допустимые величины смещений пород кровли, закрепленной различными типами крепи: сталеполимерной анкерной крепью - 300 мм; анкерной канатной крепью - 500 мм; стоечной и рамной податливой крепью соответственно 200 и 500 мм;

- установлены закономерности взаимодействия сталеполимерной анкерной крепи и кровли, представленной слабыми породами (Яс<30 МПа), и получена формула для определения необходимой длины анкеров при заданной несущей способности анкерной крепи, диаметра шпура и прочности на сдвиг скрепляемого породного массива;

- установлены коэффициенты влияния ширины целиков на величину ожидаемых смещений пород кровли, и получена формула для определения величины расчетных смещений кровли в выработках, охраняемых целиками шириной до 30 м для различных глубин ведения работ и значений сопротивления пород кровли сжатию, учитывающая также вид выработки, отличие ее ширины от эталонной (равной 5 м) и влияние других смежных выработок.

Основные защищаемые положения:

1. При отработке угольных пластов на больших глубинах, в том числе удароопасных, с целью уменьшения потерь угля и ликвидации необходимости выполнения трудоемких операций по

приведению целиков в неудароопасное состояние, наиболее эффективным способом охраны подготовительных выработок является применение податливых целиков, от размеров которых зависят смещение кровли, выбор необходимого типа и параметров крепи, обеспечивающей эксплуатационное состояние подготовительных выработок.

2. Выбор типа и определение параметров крепи горных выработок, охраняемых податливыми целиками, необходимо осуществлять с использованием установленного критерия -коэффициента влияния целика. При этом расчет сопротивления и параметров крепи должен осуществляться с учетом требования максимально допустимой суммарной величины нормативных смещений, характерных для каждого из используемых в паспорте крепления типов крепи.

3. При расчете усилия закрепления (несущей способности) анкерной крепи кровли горных выработок, представленных слабыми породами (Лс<30 МПа), необходимо учитывать диаметр шпура, его длину, а также прочность на сдвиг скрепляемого породного массива.

Практическая значимость работы заключается в разработке методик по выбору типа и расчету параметров крепи для выработок, охраняемых податливыми целиками, в том числе и выработок со слабыми породами кровли. Проведены расчеты паспортов крепления подготовительных выработок для рудников ТОО «Восход-Оп'е/», «Удачный», шахт «Баренцбург», «Шахта № 3», «Южная» и «Листвяжная».

Реализация результатов работы. Установленные зависимости и разработанные методики использованы на рудниках ТОО «Восход-Опе/», «Удачный», шахтах «Баренцбург», «Шахта № 3», «Южная» и «Листвяжная».

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается большим объемом проведенных лабораторных исследований и шахтных наблюдений, их удовлетворительной сходимостью с аналитическими расчетами.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических советах Научного центра геомеханики и проблем

горного производства Национального минерально-сырьевого университета «Горный» (Санкт-Петербург, 2011-2013 г.), на V Международной научной конференции «Инновационные направления в проектировании горнодобывающих предприятий» (Санкт-Петербург, 2014 г.), на технических совещаниях компаний ОАО ХК «СДС-Уголь» (2011-2012 г.), ОАО СУЭК-Кузбасс (20112013 гг.).

Личный вклад автора заключается в постановке задач исследований, разработке методики выбора типа крепи и расчета ее параметров, организации и участии в экспериментальных исследованиях на шахтах «Баренцбург», «Шахта № 3», «Листвяжная» и «Южная», обработке материалов экспериментов и получении аналитических расчетов.

Публикации. Основные результаты исследований представлены в 6-ти опубликованных работах, из них 2 - в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства науки и образования России, а также в 2-х свидетельствах на изобретение РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, содержащих 16 рисунков и 16 таблиц, заключения, списка использованной литературы из 119 источников. Общий объем работы составляет 123 страницы.

Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю, доктору технических наук, профессору М. А. Розенбауму за помощь в выполнении работы, а также сотрудникам Научного центра геомеханики и проблем горного производства за ценные советы и полезные замечания.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведена общая характеристика работы и обоснована ее актуальность.

В первой главе диссертационной работы проведен обзор и анализ существующих методов охраны выработок с помощью податливых целиков, а также методов расчета параметров крепи подготовительных горных выработок, и поставлены задачи для дальнейших исследований.

Вторая глава диссертационной работы посвящена исследованию закономерностей проявления горного давления в

выработках, охраняемых податливыми целиками, и разработке методики расчета параметров крепи горных выработок. Приводятся описание и анализ проведенных опытов на моделях из эквивалентных материалов. Приводится анализ данных, полученных при исследовании проявления горного давления в конвейерном штреке 113-С шахты «Воргашорская», охраняемом целиком шириной от 10 до 1 м, а также в подготовительных выработках шахты «Комсомолец» ОАО «СУЭК-Кузбасс». Для подтверждения достоверности выявленного критерия влияния ширины охранного целика на интенсивность горного давления проводится сопоставление полученных результатов на модели и в натурных условиях.

В третьей главе определены условия возможности применения анкерной крепи в различных горно-геологических условиях. Установлена возможность применения канатной анкерной крепи глубокого заложения в выработках со слабыми породами кровли (7?с<30 МПа). Разработаны методики по расчету параметров анкерной крепи для горно-геологических условий рудников «Восход-Опе1» и «Удачный», а также для шахты «Листвяжная». На их базе разработана обобщенная методика выбора типа и расчета параметров анкерной крепи выработок со слабыми породами кровли.

В четвертой главе представлены результаты промышленной проверки рекомендаций автора на рудниках «Восход-Оп'е/» и «Удачный», на шахтах «Баренцбург» и «Шахта № 3.

В заключении отражены обобщенные выводы, полученные по результатам исследований.

Основные защищаемые положения

1. При отработке угольных пластов на больших глубинах, в том числе удароопасных, с целью уменьшения потерь угля и ликвидации необходимости выполнения трудоемких операций по приведению целиков в неудароопасное состояние, наиболее эффективным способом охраны подготовительных выработок является применение податливых целиков, от размеров которых зависят смещение кровли, выбор необходимого типа и параметров крепи, обеспечивающей эксплуатационное состояние подготовительных выработок.

При отработке удароопасных пластов, в соответствии с требованием действующей «Инструкции по безопасному ведению горных работ на шахтах, разрабатывающих угольные пласты, склонные к горным ударам» (РД 05-328-99), для охраны выработок возможны следующие параметры целиков: 1) ширина целика принимается равной ширине зоны опорного давления (/) (80-120 м и более), в этом случае нет необходимости выполнения противоударных мероприятий; 2) ширина целика принимается равной 0,5 или 0,1 /, что составляет (40-60 или 8-12 м), в этом случае необходима профилактическая обработка целика по всей его ширине, в соответствии с требованиями упомянутой инструкции; 3) ширина целика принимается равной (ш+1), где т - мощность пласта, в этом случае податливый целик не требует специальной обработки и не представляет опасности возникновения горных ударов.

В связи с этим при отработке удароопасных пластов с учетом минимальных потерь полезного ископаемого и ликвидации необходимости выполнения трудоемких операций по приведению целика в неудароопасное состояние, наиболее эффективным является третий вариант, при котором податливые охранные целики принимаются шириной не более (т+1).

В этом случае в выработках, охраняемых такими целиками, необходимо устанавливать крепь с таким расчетом, чтобы не допускать максимальных вызванных деформацией податливого целика смещений кровли, которые на больших глубинах могут достигать 800-1200 мм и более.

Работы по определению влияния ширины целика на величину смещений проводились в лаборатории моделирования Горного университета. Моделировались условия пласта 50 шахты «Котинская» ОАО «СУЭК-Кузбасс». В центре модели проводилась полость 6,25 м (50 мм в модели). Затем постепенно в левую сторону модели увеличивали пролег выработки с 6,25 до 18,75 м (соответственно 50 и 150 мм в модели). После этого поочередно в правой и левой части расширяли моделируемое выработанное пространство на 6,25 м (50 мм в модели) до обрушения пород кровли. Затем на расстоянии 30 м (240 мм в модели) от моделируемого выработанного пространства проводилась выработка шириной 6 м (48 мм в модели), формирующая целик, при этом ширина целика постепенно уменьшалась, а величина смещений кровли фиксировалась контрольными марками. Прочность пород кровли составляла 30 МПа. Результаты опытов представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Изменение величины смещения кровли в зависимости от ширины целика при лабораторных исследованиях_

№ Опыта Ширина целика, м Величина смещений, мм

30 0

1 20 120

10 310

5 380

30 0

20 110

2 15 180

10 340

5 670

30 0

25 70

3 20 130

10 380

5 670

30 0

4 25 70

20 120

15 200

Продолжение таблицы 1

10 330

5 680

На шахте «Воргашорская» кан. техн. наук Соколовым А. Б. проводились наблюдения в вентиляционном штреке 113-С. Ширина целиков между вентиляционным штреком 113-С в местах заложения замерных станций и выработанным пространством составляла 110 м. Прочность пород непосредственной кровли на одноосное сжатие - 40-50 МПа. Величины смещений в выработке ( и ) представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Изменение величины смещения кровли в зависимости

Ширина целика, м 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1

Величина 20 140 170 210 270 350 400 510 620 800

смещении, мм

Согласно работе кан. техн. наук Третенькова И. В. на шахте «Комсомолец» ОАО «СУЭК-Кузбасс» вентиляционные штреки 1830, 1831, 1832 охранялись целиками угля шириной соответственно 10, 20 и 30 м., прочность пород на одноосное сжатие - 30 МПа. Величины смещений в выработках (и) представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Изменение величины смещения кровли в зависимости

Ширина целика, м 30 20 10

Величина смещений, мм 70 130 390

По результатам исследований установлено влияние ширины целиков на смещения в выработках в различных горногеологических условиях.

2. Выбор типа и определение параметров крепи горных выработок, охраняемых податливыми целиками, необходимо осуществлять с использованием установленного критерия -коэффициента влияния целика. При этом расчет сопротивления и параметров крепи должен осуществляться с учетом требования максимально допустимой суммарной величины нормативных смещений, характерных для каждого из используемых в паспорте крепления типов крепи.

Расчет смещений для выработок, охраняемых податливыми целиками, определяется путем увеличения ожидаемых смещений в массиве (при заданной ширине выработки, глубине и прочности пород) на коэффициент влияния целика. Коэффициент определяется отношением величины смещений кровли, полученных в выработке, в зависимости от ширины целика, к величине смещений в массиве

*„=-> (О

и„

где и - величина смещений кровли выработки в зависимости от ширины целика, мм;

ич - величина смещений кровли выработки, поддерживаемой в массиве, мм. Величина £/м определяется согласно «Инструкции по расчету и применению анкерной крепи на угольных шахтах РФ».

Тогда при принятой ширине целика величина смещений кровли выработки составит:

(2)

На рисунке 1 представлен график изменения величины коэффициента (£ц )в зависимости от ширины целика.

О 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

Ширина целика, / м

Рисунок 1 - График зависимости коэффициента (ки ) от ширины

целика

По результатам исследований получены коэффициенты влияния ширины охранного целика на величину смещений кровли в диапазоне различной прочности пород, глубины ведения работ, расположения выработки. Уменьшение ширины целика с 30 до 1 м увеличивает коэффициент (ка) от 1 до 30.

По определенным смещениям выбираем необходимый тип крепи и рассчитываем ее параметры.

Для определения величины предельно допустимых смещений канатной и комбинированной крепи, широко применяемых на сегодняшний день в горных выработках, были проведены исследования на моделях из эквивалентных материалов.

Согласно техническому заданию предусматривалась закатка и отработка на пятиметровом стенде нескольких моделей, отличающихся друг от друга режимом работы элементов крепи (в жестком и податливом режиме). Были получены величины смещений, компенсированных канатной, анкерной и комбинированной крепью. Результаты измерений представлены в таблице 4.

Таблица 4 - Результаты измерений смещений пород в выработках с различными типами крепи __

№ Тип крепи, Величин Величина

установленный в а смещении, мм смещении,

выработке компенсированных крепью, мм

1 2 3 4

1 без крепления 1000 -

2 анкерная крепь (2 м) 750 250

3 канатная анкерная крепь 470 530

4 рамная крепь 500 500

5 комбинированная анкерная крепь 300 700

6 комбинированная рамно-анкерная 200 800

Таким образом, определены максимально допустимые величины смещений пород кровли, закрепленной различными типами крепи: сталеполимерной анкерной крепью - 300 мм; анкерной канатной крепью - 500 мм; рамной податливой крепью -500 мм.

3. При расчете усилия закрепления (несущей способности) анкерной крепи кровли горных выработок, представленной слабыми породами (/?с<30 МПа), необходимо учитывать диаметр шпура, его длину и прочность на сдвиг скрепляемого породного массива.

Если прочность пород составляет менее 30 МПа, применение анкерной крепи затруднено снижением ее несущей способности из-за слабого сцепления стержня анкера, оконтуренного породной рубашкой, с остальной породой.

При нагружении такого анкера он вытягивается из шпура вместе с прилипшей к стержню анкера породой. Таким образом, несущая способность такого анкера определяется не его заводской характеристикой, а диаметром шпура, его длиной и прочностью на сдвиг скрепляемого породного массива.

Возможность крепления анкерной крепью кровли выработок, в которых прочность пород менее 30 МПа, была рассмотрена на примере ООО «Шахта Листвяжная».

Подготовительные выработки попадают в зону выветрелых пород, прочность на одноосное сжатие которых /?с =10-20 МПа.

Крепление выработок осуществлялось комбинированной рамно-анкерной крепью. В качестве крепи усиления использовались канатные анкеры типа АК-01, заводская несущая способность которых равна 210кН. Заполнение шпуров скрепляющим составом при установке анкеров производилось по всей их длине. Длина анкеров, обеспечивающая их необходимую несущую способность, определяется по разработанной нами формуле

/ = , (3)

" 2пгкг /?р 100

где г - радиус шпура, м;

кг - коэффициент увеличения радиуса за счет налипания на

стержень окружающей породы, кг = 1,1-И,2; Лр - прочность породы на сдвиг, МПа.

Общая длина анкера составляет

/ = /.+/., (4)

где /в - выступающая часть анкера, равная /в = 0,15-0,20 м.

На примере рудника «Восход-Опе1» была решена задача по определению несущей способности установленных анкеров. Вмещающие породы и руда имеют довольно низкую прочность на сжатие - трещиноватые хромовые руды от 10,2 до 32,5 МПа (21,3 среднее значение), рыхлообломочные от 6,3 до 11,0 МПа (7,9 среднее значение). Кроме того, вмещающие породы и руда являются сильнотрещиноватыми и относятся к категориям неустойчивых и весьма неустойчивых пород в обнажении.

Крепление выработок осуществлялось двухуровневой анкерной крепью. Длина анкерной крепи первого уровня определяется суммой мощности несущего слоя, образованного за счет скрепления слоистых пород в единый слой, обеспечивающий устойчивость выработки принятой ширины и выступающей части анкера (величина которой колеблется от 0,1 до 0,2 м).

В рассматриваемых горно-геологических условиях несущая способность анкера, равная прочности на разрыв его стержня, не

обеспечивается. Анкер вместе со связующей оболочкой и частью «породной рубашки» вытягивается из шпура.

В выработках шириной 4,2 м были установлены канатные анкеры длинной 4,6 м. При ширине выработок 4,7 устанавливались канатные анкеры длиной 5,0. Испытания несущей способности канатной анкерной крепи проводились штанговыдергивателем ВШГ-20. В каждой выработке испытывалось по 8 анкеров. Результаты исследований представлены в таблице 5.

Таблица 5 - Испытание несущей способности анкерной крепи в слабых породах_

Результаты испытаний несущей способности канатных анкеров длиной 4,6 м

№ 1 2 3 4 5 6 7 8

Несущая способность, кН 120 116 122 121 118 120 117 117

Среднее значение, кН 119

Результаты испытаний несущей способности канатных анкеров длиной 5,0 м

Несущая способность, кН 128 130 134 127 135 130 132 126

Среднее значение, кН 131

Расчетная несущая способность канатных анкеров (исходя из условия сдвига) при длине анкера 5 м равнялась 130 кН для выработки, где устанавливались анкера длиной 4,6 м - N¡,=117 кН. Заводская несущая способность установленных анкеров составляла 210 кН.

Несмотря на то что рассматриваемая методика расчета параметров анкерной крепи в слабых породах показала хорошие результаты при поддержании выработок на руднике «Восход-Оп'е/», необходимо отметить, что в слабых породах кровли устанавливаемая сталеполеполимерная анкерная крепь не создает несущего слоя. Из-за недостаточной прочности пород кровли необходимое сопротивление анкерной крепи первого уровня не обеспечивается. Основная нагрузка приходится на анкеры второго уровня (канатные). Применение двухуровневого способа крепления выработок при слабых породах нецелесообразно. В связи с этим методика была переработана и опробована для условий рудника «Удачный».

На месторождении «Удачное» породы кровли проводимых выработок обоих рудных тел представлены кимберлитами и по прочности на сжатие относятся к слабым (Осж=4 - 30 МПа).

Согласно проведенным на руднике «Удачный» исследованиям, в условиях слабых и неустойчивых пород несущая способность анкерной крепи рассчитывалась исходя из прочности на сдвиг стержня анкера, оконтуренного «породной рубашкой» с остальной породой.

Следует отметить, что анкерную крепь необходимо устанавливать только при полном заполнении шпура скрепляющим составом по всей его длине. В этом случае несущая способность анкерной крепи определялась по полученной в работе формуле:

ЛГа=/а2тК.Лр100. (5)

Несущая способность анкера, устанавливаемого в таких условиях, будет зависеть от его длины, диаметра и прочности скрепляемых пород на сдвиг.

Расчетная несущая способность устанавливаемой канатной анкерной крепи длиной 5,1 м составила 91 кН. На руднике также проводились испытания 5 канатных анкеров, результаты испытаний которых представлены в таблице 6.

Таблица 6 - Результаты испытаний несущей способности канатных анкеров_

Результаты испытаний несущей способности канатных анкеров длиной 4,6 м

№ 1 2 3 4 5

Несущая способность, кН 104 107 95 100 110

Среднее значение, кН 103

Результаты опытно-промышленных испытаний показали, что использование предложенной методики позволило сохранить закрепленные выработки в течение всего срока службы в удовлетворительном состоянии.

Расчет экономической эффективности применения анкерной крепи вместо рамной при креплении выработок в слабых породах, показал, что стоимость крепления 1 м выработки анкерной крепью на 32 % дешевле рамной.

Установлено, что крепление выработок, породы кровли которых относятся к классу весьма неустойчивых, возможно осуществлять одной анкерной крепью глубокого заложения при условии закрепления анкера связующим веществом по всей длине. Полученные аналитические и натурные результаты показывают достаточно высокую сходимость. При этом несущая нагрузка одного анкера рассчитывается исходя из сцепления его стержня, оконтуренного «породной рубашкой», с породой. Получена формула для определения длины канатных анкеров при установке их в слабых породах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные и практические результаты, полученные автором, заключаются в следующем:

1. Установлены зависимости изменения величины смещений пород кровли в подготовительных выработках от ширины податливого охранного целика при прочности вмещающих пород от 6 до 120 МПа и глубины работ от 100 до 1000 м.

2. Установлены закономерности взаимодействия сталеполимерной анкерной крепи и кровли, представленной слабыми породами (<30 МПа), и получена формула для определения несущей способности анкерной крепи в зависимости от ее активной длины, диаметра шпура и прочности на сдвиг скрепляемого породного массива.

3. Установлены коэффициенты влияния ширины целиков на величину ожидаемых смещений пород кровли и получена формула, позволяющая определить величину расчетных смещений кровли в выработках, охраняемых целиками шириной от 1 до 30 м для различных глубин работ и различного сопротивления пород кровли сжатию, учитывающая вид выработки, отличие ее ширины от эталонной, равной 5 м, и влияние других смежных выработок.

4. Разработаны методики для определения параметров и выбора типа крепи в условиях охраны выработок податливыми целиками, а также определения параметров анкерной крепи в выработках с ослабленными породами кровли, в том числе, на

верхних горизонтах угольных шахт в зоне выхода пластов под наносы.

5. Расчет экономической эффективности применения анкерной крепи при креплении горных выработок в слабых породах подтверждает эффективность последней по сравнению с рамной крепью.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

В изданиях, входящих в перечень ВАК Министерства образования и науки России:

1. Власенко Д.С. Определение интенсивности горного давления при охране выработок целиками шириной менее 15 м/ Д. С. Власенко, А. С. Родичев // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2014., № 3, С. 135 - 139.

2. Демехин Д. Н. К вопросу об определении величины зоны опорного давления, при разработке удароопасных пластов / Д. Н. Демехин, Д. С. Власенко // Маркшейдерия и недропользование, 2013. -№ 4. С. 69-71.

В прочих изданиях:

3. Власенко Д. С. Определение параметров анкерной крепи горных выработок в зонах слабых и выветрелых пород выходов пластов / Ю. П. Коренной, Д. С. Власенко // Сборник научных трудов ВНИМИ. Посвященный 100-летнему юбилею выдающегося горного инженера Б. Ф. Братченко. СПб.: ВНИМИ, 2012. С. 286 -290.

4. Биржаков В. В. Мониторинговая система геомеханического контроля состояния массива горных пород / В. В. Биржаков, Д. С. Власенко, Д. Н. Демехин // «Проблемы и пути эффективной отработки алмазоносных месторождений» Сборник докладов международной научно-практической конференции, Мирный 2011 г. / ЯКУТНИПРОАЛМАЗ, Новосибирск: Наука, С. 204-206.

5. Пат. 2425215 Российская Федерация МПК Е21С39/00 Устройство для определения деформаций пород кровли / М. А. Розенбаум, Д. С. Власенко, Е. С. Савченко, Е. В. Лодус, Е. П. Ютяев заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО Горный университет - № 2010105164/03 заявл. 12.02.2010 опубл. 20.07.2011, Бюл. № 7.

6. Пат. 2424431 Российская Федерация МПК Е21С39/00 Устройство для дистанционного контроля деформаций пород кровли / М. А. Розенбаум, Ю. В. Громов, В. В. Биржаков, Д. С. Власенко, Д. Н. Демёхин заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО Горный университет - № 2010105165/03 заявл. 12.02.2010 опубл. 20.07.2011, Бюл. № 7.

РИЦ Горного университета. 09.07.2015. 3.363. Т.100 экз. 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2

2015675338

2015675338