Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Обоснование параметров крепления подвески монорельсовых дорог в выработках с анкерной крепью

ВАК РФ 25.00.22, Геотехнология(подземная, открытая и строительная)

Автореферат диссертации по теме "Обоснование параметров крепления подвески монорельсовых дорог в выработках с анкерной крепью"

На правах рукописи

003406819

КУЗНЕЦОВ ЕВГЕНИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ КРЕПЛЕНИЯ ПОДВЕСКИ МОНОРЕЛЬСОВЫХ ДОРОГ В ВЫРАБОТКАХ С АНКЕРНОЙ КРЕПЬЮ

Специальность 25.00.22- «Геотехнология (подземная, открытая и

строительная)»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

-3/ЗЕН 2009

Кемерово - 2009

003486819

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

Научный руководитель - доктор технических наук, ст. науч. сотр.

Калинин Степан Илларионович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Федорин Валерий Александрович

Ведущая организация - ОАО «Кузбассгипрошахт»

Защита диссертации состоится «21» декабря 2009 г. в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 212.102.02 в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет» по адресу 650000, г. Кемерово, ул. Весенняя,

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

кандидат технических наук Мирошников Геннадий Петрович

28.

Автореферат разослан «2й» 2009 г.

Учёный секретарь диссертационного совета

Иванов В.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Высокие темпы проходки и отработки запасов угля высокопроизводительными механизированными комплексами предъявляют высокие требования к доставке материалов, оборудования в очистные и подготовительные забои. Особого внимания заслуживает вопрос перевозки секций механизированных крепей массой более 20 т в сборе. Применяемые на шахтах локомотивный и канатный транспорт не удовлетворяют этим требованиям. В настоящее время перевозку тяжёлых секций механизированных крепей осуществляют автомобильным транспортом - тягачами на пневмоходу, при помощи напочвенных реечных дорог и подвесными монорельсовыми дорогами.

Применение подвесных монорельсовых дорог для перевозки материалов, оборудования, секций механизированных крепей за последние пять лет приняло масштабный характер. Подвеску монорельсовых дорог производят в выработках, закрепленных как рамной крепью - к рамам крепи, в выработках, закрепленных анкерной крепью - при помощи анкеров подвески или специально установленной рамной крепи. Однако научно обоснованные методы расчёта параметров анкеров подвески монорельсовых дорог в выработках, закреплённых анкерной крепью, отсутствуют. Недостаточно исследованными остаются вопросы влияния динамики от движения поездного состава на анкерную крепь выработки, геомеханические процессы, протекающие в углепородних массивах при анкерной подвеске монорельсовых дорог, влияние анкеров подвески монорельсовой дороги на анкеры крепления выработки.

В то же время объёмы применения анкерной крепи для крепления подготовительных выработок на шахтах -Кузбасса постоянно возрастают. Анкерная крепь применяется во всём диапазоне встречающихся горно-геологических условий на пологих пластах. Выполненные за последние годы научно-исследовательские работы по взаимодействию анкерных крепей с вмещающими породами подтверждают возможность применения анкерной крепи для подвески монорельсовых дорог в выработках с анкерной крепью.

В этой связи тема работы, направленная на геомеханическое обоснование метода выбора параметров анкеров подвески монорельсовых дорог в выработках, закреплённых анкерной крепью, является актуальной.

Работа выполнена в рамках хозрасчётных научно-исследовательских работ КузГТУ по заказам «Фонда содействия координационному совету по обеспечению безопасности на угольных шахтах» 2008 г. и ВНИМИ №11-07/Ф-2007.

Целью работы является обоснование способа и метода расчёта параметров анкеров подвески монорельсовых дорог в выработках, закреплённых анкерной крепью, обеспечивающих устойчивость выработок и безопасную эксплуатацию монорельсовых дорог.

Задачи исследования:

- обосновать целесообразность и основные параметры анкерной подвески монорельсовых дорог в выработках с анкерным креплением;

- дать оценку влияния динамики подвижного состава на анкеры подвески монорельсовых дорог;

- разработать методику расчёта параметров анкеров подвески монорельсовых дорог в выработках, закреплённых анкерной крепью и провести её экспериментальную проверку в шахтных условиях.

Идея работы заключается в использовании установленных закономерностей нагружения анкеров подвески монорельсовых дорог при обосновании способа подвески и методики расчёта их параметров.

Объект исследований - анкеры подвески монорельсовых дорог для перевозки грузов большой массы в подготовительных выработках угольных шахт.

Методы исследований. Для решения поставленных задач принят комплексный метод исследований, включающий в себя: аналитические методы расчёта, базирующиеся на основных положениях теоретической механики и сопротивления материалов; шахтные исследования, включающие в себя наблюдения и измерения геомеханических параметров в приконтурных слоях выработок, закреплённых анкерной крепью, при подвеске в них монорельсовых дорог; хронометражные наблюдения за процессом перевозки секций механизированной крепи при монтажно-демонтажных работах; методы математической статистики и теории вероятности, компьютерная обработка результатов наблюдений и измерений.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

- подвеска монорельсовых дорог в выработках с анкерным креплением осуществляется с использованием сталеполимерных анкеров несущей способностью не менее 100 кН, замковая часть которых располагается выше анкеров крепления выработки;

- усилие закрепления анкерного стержня в шпуре определяется длиной скрепляющего состава в шпуре и удельным сцеплением скрепляющего состава со стенками шпура. Максимальное усилие закрепления анкерного стержня в шпуре определяется прочностью материала анкерного стержня на разрыв;

- динамические силы, действующие на анкеры подвески монорельсовых дорог, носят вероятностный характер, определяются влиянием инерционных (динамических), центробежных и ударных сил, возникающих при движении поездных составов. Основная доля динамических сил определяется ударными нагрузками, возникающими при движении поездных составов по стыкам и неровностям монорельсового пути (89,8%). Влияние динамических нагрузок учитывается коэффициентом динамики;

- методика расчёта параметров анкеров подвески монорельсовых дорог в выработках с анкерной крепью позволяет определить необходимую длину анкеров, количество анкеров в точке подвески дороги, оценивать устойчивость подготовительных выработок.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

- положительными результатами испытаний сталеполимерных анкеров различной конструкции (более 10) на 16 угледобывающих предприятиях Кузбасса;

- представительным объёмом инструментальных наблюдений за геомеханическими процессами в подготовительных выработках с анкерной крепью, охватывающих типичные горно-геологические и горнотехнические условия Кузбасса;

- положительной практикой применения разработанной методики расчёта подвески монорельсовых дорог на 6 шахтах Кузбасса.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- в установлении наиболее благоприятных геомеханических условий взаимодействия анкеров подвески монорельсовой дороги с анкерами крепления выработки, которые обеспечиваются при расположении анкеров подвески выше анкеров крепления выработки;

- в установлении корреляционной связи усилия закрепления анкерного стержня в шпуре от длины скрепляющего состава для различных типов пород;

- в установлении величины коэффициента динамики при перевозке грузов массой 16-32 т со скоростью 2 м/с при максимальных зазорах на стыках 5 мм;

- в разработке методики расчёта параметров анкеров подвески монорельсовых дорог в выработках с анкерной крепью, основанной на сочетании метода выбора анкеров по смещению пород кровли с методом, использующим теорию балок.

Личный вклад автора заключается:

- в обосновании способа подвески монорельсовых дорог в выработках, закреплённых анкерной крепью с расположением анкеров подвески выше анкеров крепления выработки;

- в установлении зависимости усилия закрепления анкеров подвески в шпурах от длины скрепляющего состава для различных типов пород;

- в установлении рациональных технологических параметров по перемешиванию скрепляющего состава при установке анкеров в шпурах, обеспечивающих устойчивое закрепление анкерных стержней в шпурах;

- в оценке влияния динамических сил, возникающих от действия монорельсовой дороги, на устойчивость подготовительных выработок и анкерной крепи и в установлении величины коэффициента динамики;

- в разработке методики расчёта параметров анкеров подвески монорельсовых дорог в выработках, закреплённых анкерной крепью.

Научное значение работы заключается в том, что заанкерованные породы кровли при проведении выработки рассматриваются как армированная балка с повышенным сопротивлением пород, устойчиво выдерживающая нагрузки от налегающих пород до земной поверхности и от действия монорельсовой дороги, что является значительным вкладом в развитие методов расчёта параметров анкерной крепи.

Практическая ценность работы заключается в разработке методики расчёта параметров анкерной подвески монорельсовых подвесных дорог, в выработках, закреплённых анкерной крепью, позволяющего в условиях шахт и проектных институтов осуществлять выбор параметров анкеров подвески.

Реализация работы. Основные результаты исследований отражены в «Методических рекомендациях по расчёту параметров сталеполимерных (ста-леминеральных) анкеров для подвески монорельсовых дорог, в выработках закреплённых анкерной крепью» (Кемерово: 2007. - 32 с.) и используются на ряде шахт Кузбасса («Сибиргинская», «Ольжерасская», «Полысаевская», «Вла-димировская», «Анжерская - Южная», «Салек») при подвеске монорельсовых дорог.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались на научных конференциях КузГТУ (2002, 2004, 2006 г., г. Кемерово), на VI Международной научно-практической конференции «Безопасность жизнедеятельности предприятий в угольных регионах» (15-16 ноября 2005 г., г. Кемерово).

Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 9 печатных работ, включая одну коллективную монографию, в том числе 4 публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Объём и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав и заключения, изложенных на 146 страницах машинописного текста, включает 16 таблиц, 57 рисунков и список литературы из 86 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава посвящена анализу способов и методов расчёта подвески монорельсовых дорог в подготовительных выработках.

Тенденция развития и применения горно - шахтного оборудования привела к увеличению их массы. Масса механизированных крепей увеличилась в 2-4 раза с 7-13 т (секции ОКП-70, КМ-130) до 24-32 т (DBT, JOY, Glinik).

Основным средством доставки оборудования остаётся рельсовый и канатный транспорт. Однако данными средствами доставки перевозку тяжёлых секций механизированных крепей массой более 20 т без разборки секций осуществить невозможно.

Современная тенденция перевозки тяжёлых секций механизированных крепей развивается по трём направлениям:

- перевозка секций автомобильным транспортом - тягачами на пневмохо-

ду;

- перевозка секций при помощи напочвенных, зубчатореечных дорог типа «Беккер» с применением дизелевозов;

- перевозка секций подвесными монорельсовыми дорогами с применением дизельных локомотивов.

Широкое применение на шахтах, разрабатывающих пласты пологого залегания, получает монорельсовый вид транспорта.

Значительный вклад в разработку и развитие монорельсового транспорта с дизельными локомотивами внесли В.А. Дьяков, М.А. Котов, Р.В. Малов, Р.В. Мерцалов, Г.Я. Пейсахович, И.П. Ремизов, Р.В. Шондорович.

В действующих нормативных документах, регламентирующих расположение монорельсовых дорог в выработках и их эксплуатацию, способы подвески монорельсовых дорог и методы расчёта не приводятся.

Обзор состояния вопроса по способам подвески монорельсовых дорог в подготовительных выработках и методам расчёта параметров подвески показал следующее:

- способ подвески монорельсовых дорог в подготовительных выработках определяется типом крепи в выработках;

- при креплении выработок рамной крепью подвеска дорог осуществляется к рамам крепи;

- в выработках закреплённых анкерной крепью подвеска дорог производится на дополнительно устанавливаемые рамы крепи или анкеры подвески. При этом анкеры подвески могут располагаться на разном уровне относительно анкеров крепления выработки (выше, ниже и на уровне анкеров крепления выработки);

- расчёт параметров подвески монорельсовых дорог к рамной крепи основывается на выборе несущей способности рам. При этом используется действующая «Инструкция по выбору рамных податливых крепей горных выработок» (СПб, 1991 г.);

- расчёт параметров подвески монорельсовых дорог с помощью анкеров в выработках с анкерной крепью производится с использованием положений действующей «Инструкции по расчёту и применению анкерной крепи на угольных шахтах России» (СПб, 2000 г.). Однако расчёты по указанной инструкции не позволяют обоснованно выбрать длину анкеров подвески, глубину их заложения, учесть влияние перевозимых грузов. Следовательно, научно обоснованного метода расчёта анкеров подвески монорельсовых дорог в выработках, закреплённых анкерной крепью, не имеется.

Для разработки метода расчёта параметров анкеров подвески монорельсовых дорог в выработках, закреплённых анкерной крепью, был выполнен анализ существующих методов расчёта параметров анкеров для крепления подготовительных выработок. Были рассмотрены метод расчёта, использующий типовые графики смещения пород кровли выработок; метод, основанный на теории свода равновесия; метод расчёта, использующий теорию плит (балок); метод расчёта, использующий энергетическую теорию; метод проф. И.В. Баклашова и О.В. Тимофеева, учитывающий характер сдвижения пород в выработках и др. Из методов расчёта параметров анкерных крепей, используемых за рубежом были рассмотрены метод А. Югона, А. Коста, Л. Панека, Доддса, Ланга и Би-шоффа.

Необходимо отметить, что в развитие теории анкерного крепления выработок внесли большой вклад известные отечественные учёные К. А. Ардашев, В.Е. Ануфриев, И.В. Баклашов, A.A. Борисов, П.В. Васильев, В.М. Волжский, В.А. Волошин, С.И. Калинин, JI.M. Коновалов, В.А. Лидер, В.И. Магдыч, Н.И. Мельников, Г.П. Мирошников, A.B. Ремезов, А.А.Ренёв, М.А. Розембаум, В.Н. Семевский, О.В. Тимофеев, В.А. Федорин, В.Н. Фрянов, А.П. Широков и зару-

бежные учёные Бишофф, Доддс, А. Кост, Ланг, Л. Панек, Л. Рабдевич, А. Югон, многие из которых являются авторами существующих методов расчёта параметров анкерной крепи.

Выполненный анализ существующих методов расчёта параметров анкерных крепей показал, что ни один из существующих методов в отдельности не может быть использован для расчёта параметров анкеров подвески монорельсовых дорог в выработках, закреплённых анкерной крепью, вследствие того, что они не позволяют учесть влияние перевозимых грузов на выбор длины анкеров, место расположения анкеров подвески относительно анкерного крепления выработки, а также на устойчивость выработки и анкерной крепи.

На основе выполненного анализа обоснована актуальность диссертационной работы, сформулирована цель, задачи и методы исследования.

Во второй главе производится сравнительная оценка вариантов подвески монорельсовых дорог в подготовительных выработках, оценка области применения анкеров, исследования процессов взаимодействия сталеполимерных анкеров с вмещающими породами, выбор способа и типа анкеров для подвески монорельсовых дорог.

Анализ опыта подвески монорельсовых дорог в выработках, закреплённых анкерной крепью с помощью анкеров, показал, что применяется три варианта расположения анкеров подвески относительно высоты установки анкеров крепления выработок. Анкеры подвески располагаются ниже, выше и на одном уровне с анкерами крепления выработки. В результате геомеханической оценки способов подвески установлено, что наиболее рациональным является способ подвески монорельсовых дорог с помощью сталеполимерных анкеров, закладываемых выше анкеров крепления выработки.

Анализ области применения сталеполимерной анкерной крепи на шахтах Кузбасса показал, что:

- анкерная крепь применяется для крепления выработок различного назначения от капитальных выработок до оконтуривающих выемочные столбы;

- горно - геологические условия применения охватывают почти весь диапазон пологих пластов по углу падения, вынимаемой мощности, типам и прочностным характеристикам вмещающих пород;

- широкая область применения анкерной крепи для крепления подготовительных выработок обеспечивает большую перспективу применения анкерного способа подвески монорельсовых дорог.

Для крепления кровли выработок на шахтах Кузбасса наибольшее применение получили анкеры из круглого профиля типа АСП, винтового профиля типа А20В и канатные анкеры АК-01.

На основании выполненного анализа области применения сталеполимерных анкеров на шахтах Кузбасса, а также действующих нормативных документов по креплению выработок, были разработаны требования к анкерам подвески монорельсовых дорог. Основные из них сводятся к следующему

- минимальная несущая способность должна составлять не менее 100 кН;

- величина податливости должна составлять не менее 50 мм;

- демпфирующие податливые элементы должны обеспечивать усилие смятия 0,8 от прочности стержня анкера и иметь податливость, равную податливости анкеров крепления выработки;

- при использовании анкеров из проката винтового профиля с шагом резьбы 11 мм необходимо применять контргайки или переходить на профиль ГП20 с шагом резьбы 9 мм;

- коэффициент запаса прочности анкера должен приниматься не менее 1,1, то есть завышать при расчётах крепи нагрузку на анкер на 10%.

По результатам выполненных исследований вытекает первое научное положение.

В результате исследования процессов взаимодействия сталеполимерных анкеров с углепородным массивом было установлено, что максимальное усилие закрепления анкерного стержня в шпуре не может превышать усилия, равного разрывному усилию материала анкерного стержня. Сталеполимерные анкеры из стального проката круглого профиля типа АСП надёжно закрепляются в породах с коэффициентом крепости от 1 до 11 с усилием, равным разрывному усилию материала стержня. Усилие закрепления анкеров А20В, выполненных из проката винтового профиля, зависит от типа пород. В слабых породах усилие закрепления определяется величиной сцепления полимерного состава со стенками шпура, а в прочных породах - разрывным усилием материала стержня на разрыв. Установлено, что несущая способность анкеров из стального проката круглого профиля с диаметром стержня 20 мм, определяется разрывным усилием материала стержня, а несущая способность анкеров, выполненных из проката винтового профиля, должна проверяться по разрывному усилию анкерного стержня и по усилию закрепления анкерного стержня в шпуре.

Для определения минимальной длины скрепляющего состава в шпуре, необходимой для закрепления анкера в шпуре до усилия 100 кН, были проведены специальные исследования в условиях шахт «Котинская», «им. Ворошилова», «им. Ленина», «Ольжерасская-Новая», «Сибиргинская».

По результатам исследований установлено, что усилие закрепления анкерного стержня в шпуре зависит от длины скрепляющего состава. Зависимость имеет линейный характер, графики зависимости и уравнения корреляционной связи для разных типов пород приведены на рис.1

Усилие закрепления анкеров в шпурах зависит от типа пород, характеризующихся разной величиной удельного сцепления скрепляющего состава с породами.

Минимальная длина скрепляющего состава в шпуре для закрепления анкерного стержня до усилия 100 кН составляет в угле с коэффициентом крепости 0,8+1,2 - 430 мм, в алевролитах с коэффициентом крепости 4+6 - 280 мм, в песчаниках с коэффициентом крепости 7+8 - 175 мм. Величина удельного сцепления составляет для угля 2,7 МПа, для алевролита 4,7 МПа, для песчаника 6,1 МПа соответственно.

160 120 80 40

0

/

1 л X

¿ч7 /

г® »-о- / «г /• > Ч, 1

«Г/-

1 ., ■Л V '

0?

1у1«кр>ММ

100 200 300 400 500

600

Рис.1. Графики зависимости прочности закрепления анкера А20В от длины закрепления в шпуре диаметром 30 мм:

1 - для песчаника с коэффициентом крепости 7-8; 2 - для угля с коэффициентом крепости 0,8-1,2; 3 - для алевролита с коэффициентом крепости 4-6

Исследована способность сталеполимерных анкеров обеспечивать усилие начального распора при предварительном натяжении. Установлено, что при использовании анкеров из проката винтового профиля типа А20В не обеспечивается необходимый начальный распор 30 кН после их установки. Усилие натяжения анкера А20В в 2,7-4 раза меньше, чем анкера АКС (АСП), гайка которого имеет метрическую резьбу М20.

Установлено, что осевого усилия в 30 кН на анкерах из винтового профиля можно достичь уменьшением среднего диаметра опорной поверхности гайки путём применения опорных шайб с уменьшенным отверстием, равным 34 мм вместо 39 мм; уменьшением силы трения в узле анкер-гайка путём применения гаек ГПС-1(ГПС-2), изготовляемых штамповкой вместо гаек А20ВООЗ изготавливаемых литьём; уменьшением шага резьбы с 11 мм (анкер А20В) до 9 мм путем применения нового профиля ГП20В (анкер АКВ); затяжкой гаек с крутящим моментом не менее 250 Нм.

Исследования устойчивости узла «анкер-гайка» анкеров типа А20В показали, что основной причиной смятия резьбы анкера является несоответствие параметров резьбы сферической гайки параметрам резьбы анкерного стержня. Устойчивость узла анкер-гайка обеспечивается при кратности отношения диаметра резьбы анкера к внутреннему диаметру гайки не менее 1,08.

Исследование параметров технологического регламента установки сталеполимерных анкеров в шпурах проводились в условиях 14-ти шахт Кузбасса. Цель испытаний заключалась в определении рациональных временных параметров технологического регламента установки анкеров. Критерием оценки параметров технологического регламента являлось фактическое усилие закрепления анкерных стержней в шпурах.

Установлено, что время, необходимое для качественного перемешивания химического состава ампул, определяется минимальным временем «схватывания» состава и должно составлять не более 30 с. для ампул с неускоренным временем схватывания состава, 15 с. для ампул с ускоренным временем схва-

и

тывания состава и 10 с. для ампул с быстроускоренным схватыванием состава. Буровое оборудование должно выбираться из условия, чтобы минимальное число оборотов шпинделя при перемешивании состава составляло для ампул с неускоренным временем схватывания состава 180-190 об/мин, для ампул с ускоренным временем схватывания состава не менее 330-390 об/мин, для ампул с быстроускоренным схватыванием состава - не менее 500-800 об/мин;

Из анализа выполненных исследований вытекает второе научное положение.

В третьей главе дано научное обоснование метода расчёта параметров сталеполимерных анкеров для подвески монорельсовых дорог в выработках, закреплённых анкерной крепью.

Произведена оценка существующих методов расчёта параметров анкерной крепи с целью возможности использования некоторых из них для расчёта параметров анкеров подвески монорельсовой дороги. Рассмотрено для сравнения пять методов расчёта (метод, использующий типовые кривые смещения пород кровли; метод, основанный на теории свода равновесия; метод, использующий теорию плит (балок); метод, использующий энергетическую теорию; метод, учитывающий характер сдвижения пород в выработках).

Установлено, что из существующих методов можно использовать метод, основанный на типовых кривых смещения пород и метод, основанный на положениях теории плит (балок).

С использованием указанных методов разработана методика расчёта параметров анкеров подвески монорельсовых дорог в выработках, закреплённых анкерной крепью.

Сущность методики состоит в следующем. Расчёт параметров анкеров подвески монорельсовых дорог в выработках с анкерной крепью, основанный на сочетании метода выбора анкеров по смещению пород кровли с методом, использующим теорию балок, позволяет определить необходимую длину анкеров, количество анкеров в точке подвески дороги, оценивать устойчивость подготовительных выработок, а устойчивость выработок обеспечивается, когда кратность отношения напряжения в составной армированной балке к её сопротивлению менее единицы.

Породы кровли, заанкерованные при проведении подготовительной выработки, рассматриваются, как армированная балка с увеличенным сопротивлением пород.

Расчёт параметров анкеров подвески производится в следующем порядке.

1. Определяется удельная распределённая нагрузка на точку подвески монорельсового пути Руд (рис.2).

Удельную распределённую нагрузку определяем по формуле

Р„^КТКД, (1)

где Рмах - максимальная масса наиболее тяжёлого элемента состава, Н; Кд -коэффициент учитывающий влияние динамики от движения поездных соста-

bob; q - количество несущих тележек, воспринимающих максимальную нагрузку, шт; Кт - коэффициент влияния соседних несущих тележек на нагрузку в одной точке подвески, зависит от количества несущих тележек, попадающих на два смежных к точке подвески рельса и определяется по формулам

Кт= |3-2уМ при ^<2, Кт LXP J LT

при ^>2; (2)

Lxp J LT

Ьт - минимальное расстояние между несущими тележками, м; Ьхр - длина ходового рельса, м.

Рис.2. Расчётная схема для определения удельной распределённой нагрузки:

1-анкер; 2-ходовой рельс; 3-несущая тележка; 4-подвесная траверса; 5-грузонесущая балка; 6-балка большой грузоподъёмности; 7-точка подвески; 8-узел расчёта точки подвески

2. Определяется глубина заложения анкеров подвески монорельсовых дорог (рис.3).

рельсовой дороги

Длина анкеров подвесной монорельсовой дороги определяется по формуле

='«+'»«> (3)

где 1ав - длина анкеров крепления кровли выработки, м; 1заг - превышение высоты закрепления анкеров кровли выработки, (м), принимается по результатам нагружения анкеров в данных условиях штанговыдёргивателем или по наибольшему значению, рассчитанному по формулам

Р Р

/ - У" 1 - у" //1Ч

'заг 1 ~ , > эаг2- , ' (4)

л <*ш ги, * dmK Тс

da - диаметр шпура, м; dam - диаметр стержня анкера, м; тш - удельное сцепление скрепляющего состава со стенками шпура, МПа; гс - удельное сцепление скрепляющего состава со стержнем, МПа.

3. Уточняется глубина заложения анкеров подвески монорельсовой дороги из условия прочности минимально допустимой толщины породной плиты

llyHLb + Pyd}L ' '1 [a]b +1"

Г-П И. (5)

где у - объемный средневзвешенный вес пород до поверхности, Н/м3; Н - глубина расположения выработки до дневной поверхности, м; Ь - ширина выработки, м; Ъ - ширина единичной балки, принимается равной шагу крепления выработки анкерной крепью, м; [о] - прочность пород в кровле выработки, МПа, определяется на высоту, равную ширине выработки, как средневзвешенное значение.

Окончательно принимаем наибольшее значение \ап, рассчитанное по формулам (3) и (5).

4. Определяется количество анкеров подвески монорельсовой дороги в одной точке подвески

п = Руд^фах, (6)

где Ифак - фактическая несущая способность анкеров, Н.

5. Проверяется заанкерованный слой пород на устойчивость при воздействии на него монорельсовой дороги.

Устойчивость обеспечивается при условии

(7)

где [о]1 - средневзвешенное сопротивление пород сжатию в кровле выработки после её анкерования (МПа), определяется по формуле

И '=*>]. (8)

Ку - коэффициент упрочнения пород кровли за счёт их анкерования;

Омах - максимальное напряжение в породах непосредственной кровли (МПа), определяется по формуле

= (гньь + руд)ь

4 Ъ2Ъ '

И - мощность пород кровли, закреплённой анкерной крепью, м.

Выполнено обоснование степени влияния динамических нагрузок, возникающих при движении поездных составов, на параметры анкеров подвески монорельсовых дорог. Коэффициент влияния динамических сил в зависимости от скорости перевозки секции крепи массой 16,5 т и величины стыкового зазора 15 мм изменяется в пределах 1,03-1,83.

Исследования динамических нагрузок, возникающих при движении поездных составов, проводились в магистральном штреке шахты «Сибиргинская» во время перемонтажа механизированного комплекса КМ800У из лавы 3-1-3 в лаву 3-1-5.

На рис.4 показана схема замерной станции, оборудованной двумя тензо-датчиками, показания которых фиксировались измерителем деформаций ИИД5М. Частота снятия показаний составляла 6-8 замеров за период прохода поезда над станцией. Величина зазора на стыке составляла 1,8мм. Скорость движения локомотива с грузом изменялась от 0,6 до 1,5 м/с. Коэффициент динамики определялся как отношение измеряемой динамической нагрузки к статической.

А20В,1я2.4м АКС.

1,=2,2м

Рис.4. Схема установки тензодатчиков: 1-анкер, 2-подвес, 3-тензодатчик, 4-шайба, соединительная серьга

5-гайка, 6-монорельс, 7-

По результатам измеренных динамических нагрузок построена гистограмма распределения коэффициента динамики (рис.5а).

Из гистограммы видно, что коэффициент динамики изменяется в пределах 1,03-1,4. Значения коэффициента 1,03-1,16 появляются при скорости движения состава 0,6-1 м/с, значения 1,16-1,4 появляются при скорости движения состава 1-1,5 м/с.

pi 0,26

0,24

0,22

0.2

0.11

0.16

0.08 0,06 0,04 0,02 \ 0

а) ..

Рис.5. Гистограмма распределения коэффициента динамических нагрузок (а) и график плотности распределения экспериментальной кривой hj и теоретической кривой fx (б)

На рис.5(б) приведены экспериментальная и теоретическая кривые плотности распределения величины коэффициента динамики. Кривая распределения коэффициента динамики подчиняется нормальному закону. Это подтверждено проверкой сходимости теоретической с экспериментальной кривой распределения по критерию Пирсона (х2рас < х\аб; 8,82 < 11,07).

С учётом максимальной скорости движения состава 2 м/с, величины стыковых зазоров - 5 мм, массы перевозимых грузов до 32 т, коэффициент динамики, учитывающий действие инерционных, центробежных сил и ударных нагрузок на стыках и неровностях монорельсового пути, рекомендуется принимать в расчётах равным 2.

На основании выполненных испытаний сформулировано третье научное положение.

В четвёртой главе приведены результаты экспериментальной проверки в шахтных условиях параметров анкеров подвески монорельсовой дороги, выбранных с помощью разработанного метода расчёта. Проверка проводилась в условиях шахты Сибиргинская при отработке пласта III.

Целью испытаний являлась проверка правильности выбора параметров анкеров для подвески монорельсовых дорог в выработках, закреплённых анкерной крепью. В задачи испытаний входило определение рабочих режимов дизельного локомотива DZ 66 2+2/95/S фирмы SCHARF (Германия) при перевозке грузов и секций крепи КМ800У, определение устойчивости выработок, закреплённых анкерной крепью, при подвеске в них монорельсовых дорог при помощи анкеров.

Исследования устойчивости выработок включали в себя инструментальные замеры относительных смещений кровли индикаторами смещения кровли ИСК-2, визуальные наблюдения за состоянием закреплённых горных пород и

m> -ms

0,084

— ■ ' ■U — — Щ

0U 1.05 1,10 t .15 1,10 US U0 us 1,40 Кд

крепи. На наблюдательных станциях глубина заложения индикаторов смещения кровли от контура выработки составляла 3,6 м в нормальных условиях и 4,3 м; 5,0 м - в осложнённых. Частота замеров зависела от интенсивности нарастания деформации окружающих пород и колебалась от одного раза в месяц до одного раза в сутки. Наблюдения за устойчивостью выработок, расположенных вне зоны влияния очистных работ, проводились в течение 5 лет.

По результатам шахтных испытаний анкерной подвески монорельсовой дороги установлено следующее.

В подготовительных выработках средняя скорость гружёного состава составила 0,81 м/с на горизонтальных участках, 0,52 м/с на спусках с уклоном 7°, 0,5 м/с на закруглениях радиусом 6 м, средняя скорость порожнего состава составила на этих участках соответственно 1,16 м/с, 0,62 м/с, 0,7 м/с.

Максимальная масса перевозимого груза определялась массой секции механизированной крепи КМ800У, равной 16,5 т.

В выработках, расположенных вне зоны влияния очистных работ, смещения пород кровли за 5 лет не превысили 4-8 мм. Расслоений пород кровли не выявлено, выработки сохраняли устойчивое состояние, случаев ослабления анкеров в шпурах или их выпадения не наблюдалось.

При охране выработок межлавными целиками (спаренное проведение выработок) смещения пород кровли составили при ширине целика 30 м - 5 мм, при ширине целика 40 м смещений не было.

В зоне влияния очистных работ смещения изменялись от 3 мм до 47 мм (анкеры типа АСП) и 3-16 мм (анкеры А20В). При этом деформирования элементов анкерной крепи выработки и анкеров подвески не было, а выработки сохранили устойчивое состояние.

В результате положительных шахтных испытаний сформулировано четвёртое научное положение.

По результатам положительного опыта эксплуатации подвесных монорельсовых дорог на шахтах Кузбасса разработаны «Методические рекомендации по расчёту параметров сталеполимерных (сталеминеральных) анкеров для подвески монорельсовых дорог в выработках, закреплённых анкерной крепью».

Подвеска монорельсовых дорог в выработках, закреплённых анкерной крепью, при помощи сталеполимерных анкеров позволила получить экономический эффект, сравнимый со способом подвески при помощи применения рамных металлических крепей более 4 млн. руб. на 1000 м выработки на шахтах «Сибиргинская» и «Ольжерасская - Новая» - в ценах 2009 года.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой содержится решение задачи по выбору параметров анкеров подвески монорельсовых дорог в выработках, закреплённых анкерной крепью, включающее зависимость удельной нагрузки на анкеры от массы перевозимого груза, количества грузонесущих тележек воспринимающих нагрузку и динамических нагрузок от движения поездных составов, отличающееся от известных тем, что обеспечива-

ет выбор необходимой длины анкеров, количество анкеров в точке подвески монорельса, устойчивость выработок с анкерной крепью, имеющей существенное значение для подземной геотехнологии.

Основные научные и практические результаты выполненных исследований заключаются в следующем:

1. Установлено, что научно обоснованные методы расчёта параметров анкеров подвески монорельсовых дорог в выработках, закреплённых анкерной крепью отсутствуют, а существующие методы расчёта параметров анкеров для крепления выработок не могут быть приняты для расчёта.

2. Для подвески монорельсовых дорог в выработках, закреплённых анкерной крепью, рекомендуется использовать сталеполимерные анкеры с несущей способностью не менее 100 кН с расположением их замковой части выше анкеров крепления выработки, при этом анкеры подвески должны оборудоваться элементами податливости. Величина податливости принимается равной величине податливости анкеров крепления выработки.

3. Установлено, что основными факторами, влияющими на усилие закрепления анкерного стержня в шпуре, являются длина скрепляющего состава и усилие сцепления скрепляющего состава со стенками шпура. А максимальное усилие закрепления определяется прочностью материала анкерного стержня на разрыв,

4. Разработана методика расчёта параметров анкеров подвески монорельсовых дорог в выработках с анкерной крепью, основанная на сочетании метода выбора параметров анкеров по смещению пород кровли с методом, использующим теорию балок. Данная методика позволяет учитывать влияние глубины расположения выработок от дневной поверхности, массу перевозимых грузов, прочностные свойства пород и обеспечивает устойчивость выработок и анкеров подвески монорельсовых дорог.

5. Установлено, что при движении поездных составов на анкеры подвески монорельсовых дорог действуют динамические силы. Суммарные динамические силы складываются от действия инерционных, центробежных и ударных сил. Основную долю в суммарных динамических нагрузках составляют силы, возникающие от движения составов по стыкам и неровностям пути (89,8%). Влияние динамических сил учитывается коэффициентом динамики, величина которого принимается равным 2.

6. Шахтными испытаниями установлено, что рекомендуемый способ и разработанная методика выбора параметров анкеров подвески монорельсовых дорог в выработках, закреплённых анкерной крепью, обеспечивают устойчивость подвески монорельсовых дорог и подготовительных выработок, а также позволяют получить существенный экономический эффект при замене способа подвески монорельсовых дорог с помощью дополнительно установленных рам крепи. Внедрение анкерного способа подвески монорельсовых дорог на шахтах «Сибиргинская», «Ольжерасская» позволило получить экономический эффект в размере 4.000.000 руб. на 1000 м подготовительной выработки - в ценах 2009 года.

Основное содержание диссертации опубликовано

в изданиях рекомендованных ВАК России:

1. Кузнецов, Е.В. Опыт эксплуатации подвесной монорельсовой дороги в условиях шахты ОАО «Разрез Сибиргинский» / Е.В. Кузнецов // Вестник Куз-ГТУ. - 2005. - №4 - С. 24-26.

2. Кузнецов, Е.В. Метод выбора параметров сталеполимерных анкеров для подвески монорельсовых дорог большой грузоподъёмности в выработках / Е.В. Кузнецов // Вестник КузГТУ. - 2005. - №4 - С. 27-28.

3. Кузнецов, Е.В. Опыт внедрения мониторинга анкерной крепи и прикон-турных слоев выработки в условиях шахты ОАО «Разрез Сибиргинский» / Е.В. Кузнецов, Б.П. Агудалин, Е.А. Разумов, Н.Г. Сердобинцев // Безопасность жизнедеятельности предприятий в угольных регионах: Материалы VI Междунар. Науч.-практич. конф. 15-16 ноября 2005 г. - Кемерово: КузГТУ, 2005. - С. 204206.

4. Сердобинцев, Н.Г. Результаты испытаний временной анкерной крепи и поэтапного крепления кровли горных выработок анкерной крепью с использованием временной анкерной крепи / Н.Г. Сердобинцев, С.Г. Костюк, Е.А. Разумов, А.Г. Фомин, Б.П. Агудалин, Е.В. Кузнецов // Безопасность жизнедеятельности предприятий в угольных регионах: Материалы VI Междунар. науч. -практич. конф. 15-16 ноября 2005 г. - Кемерово: КузГТУ, 2005. - С. 209-212.

в прочих изданиях:

5. Кузнецов, Е.В. Исследование параметров технологического регламента установки сталеполимерных анкеров в условиях шахт Томусинского района / Е.В. Кузнецов, С.И. Калинин // Совершенствование технологических процессов при разработке месторождений полезных ископаемых: Сб. науч. тр. - Кемерово: Кузбассуглетехнология, 2002. - №19. - С. 24-32.

6. Кузнецов, Е.В. Испытания штанговыдёргивателя ВШГ-20 в условиях шахты «Усинская» / Е.В. Кузнецов, А.В. Песиков // Совершенствование технологических процессов при разработке месторождений полезных ископаемых: Сб. науч. тр. - Кемерово: Кузбассуглетехнология, 2002. - №19. - С. 33-36.

7. Геомеханическое состояние приконтурного массива демонтажной камеры / М.Г. Лупий, Ю.И. Баклушин, В.Е. Ануфриев, Е.В, Кузнецов и др.; Под ред. В.Ю. Изаксона. - Кемерово: ИУУ СО РАН, ООО РАНК, 2006. - 80 с.

8. Агудалин, Б.П. Рациональные параметры технологического регламента установки сталеполимерных анкеров в условиях шахт Южного Кузбасса / Б.П. Агудалин, С.И. Калинин, Е.А. Разумов, Е.В. Кузнецов // Совершенствование разработки месторождений полезных ископаемых подземным способом. - Кемерово: КузГТУ, 2006. - С. 82-92.

9. Кузнецов, Е.В. Опыт применения метода расчёта параметров сталеполимерных анкеров для подвески монорельсовых дорог на шахте «Сибиргин-ская» / Е.В. Кузнецов // Совершенствование разработки месторождений полезных ископаемых подземным способом. - Кемерово: КузГТУ, 2006. - С. 102-112.

Подписано в печать 18.XI.2009. Формат 60x84/16 Печать офсетная. Отпечатано на ризографе. Печ. лис. 1,2 п.л. Тираж 100 экз. Заказ ГУ КузГТУ. 650000, Кемерово, ул. Весенняя, 28. Типография ГУ КузГТУ. 650000, Кемерово, ул. Д.Бедного, 4а

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Кузнецов, Евгений Владимирович

Введение.

1 Анализ способов и методов расчёта подвески монорельсовых дорог в подготовительных выработках.

1.1 Общее состояние вопроса доставки материалов и оборудования в подготовительные и очистные забои.

1.2 Основные преимущества монорельсового транспорта на шахтах.

1.3 Анализ способов подвески монорельсовых дорог в шахтах.

1.3.1 Способы подвески монорельсовых дорог в выработках, закреплённых рамной крепью.

1.3.2 Способы подвески монорельсовых дорог в выработках, закреплённых анкерной крепью.

1.4 Анализ существующих методов расчёта параметров подвески монорельсовых дорог в выработках.

1.4.1 Анализ методов расчёта подвески монорельсовых дорог в выработках, закреплённых рамной крепью.

1.4.2 Анализ методов расчёта подвески монорельсовых дорог в выработках, закреплённых анкерной крепью.

1.5 Анализ существующих методов расчёта параметров сталеполи-мерной анкерной крепи.

1.5.1 Анализ инструкций и методических рекомендаций, использующих теорию свода равновесия.

1.5.2 Анализ инструкций и методических рекомендаций, использующих смещение пород, окружающих выработку.

1.5.3 Методы расчёта параметров анкерной крепи, использующие теорию плит.

1.5.4 Метод расчета параметров анкеров, использующий энергетическую теорию горного давления.

1.5.5 Метод расчёта параметров анкерной крепи, использующий упруго-пластическое деформирование массива пород.

1.5.6 Методика расчёта параметров анкерной крепи проф. И.В. Бакла-шова и О.В. Тимофеева.

1.5.7 Методы расчёта анкерной крепи за рубежом.

Выводы.

2 Исследование взаимодействия сталеполимерных анкеров с вмещающими породами и выбор способа подвески монорельсовых дорог в выработках, закреплённых анкерной крепью.

2.1 Сравнительная оценка вариантов подвески монорельсовых дорог в подготовительных выработках.

2.2 Типы применяемых сталеполимерных анкеров на шахтах, их особенности.

2.3 Исследование области применения сталеполимерной анкерной крепи на шахтах Кузбасса.

2.4 Требования к анкерам крепления подвесных монорельсовых дорог.

2.5 Исследование процессов взаимодействия сталеполимерных анкеров с вмещающими породами.

2.5.1 Исследование способности сталеполимерных анкеров закрепляться в углепородном массиве.

2.5.2 Исследование минимальной длины заполнения шпура скрепляющим составом для надёжного закрепления анкерного стержня в шпуре.

2.5.3 Исследование способности сталеполимерных анкеров обеспечивать усилие начального распора при предварительном натяжении

2.5.4 Исследование устойчивости узла «анкер-гайка» сталеполимерных анкеров.

2.5.5 Исследование параметров технологического регламента установки сталеполимерных анкеров в шпурах.

Выводы.

3 Научное обоснование параметров сталеполимерных анкеров для подвески монорельсовых дорог в выработках, закреплённых анкерной крепью.

3.1 Оценка методов расчёта параметров анкерной крепи.

3.2 Область и условия применения анкерной подвески монорельсовых дорог.

3.3 Способы крепления монорельсового пути к анкерам подвески.

3.4 Методика расчёта параметров анкеров подвески монорельсовой дороги.

3.4.1 Теоретические положения.

3.4.2 Исходные данные для расчёта.

3.4.3 Расчёт параметров анкерной крепи. Выбор длины анкеров.

3.4.3.1 Определение удельной нагрузки от движения поездного состава в точке подвески монорельса.

3.4.3.2 Предварительный выбор длины анкеров.

3.4.3.3 Уточнение длины анкеров подвески с учётом удельной распределенной нагрузки.

3.4.3.4 Определение количества анкеров для подвески ходового рельса в одной точке.

3.4.3.5 Расчёт длины закрепления анкерного стержня в шпуре.

3.4.4 Проверка параметров выбранной анкерной крепи.

3.4.5 Проверка заанкерованного слоя пород кровли на устойчивость от воздействия перевозимых грузов.

3.4.6 Обоснование степени влияния динамических нагрузок, возникающих при движении поездных составов, на параметры анкеров подвески монорельсовых дорог.

3.4.6.1 Вертикальные силы.

3.4.6.2 Горизонтальные силы.

3.4.7 Исследование динамических нагрузок, возникающих при движении поездных составов и определение коэффициента влияния динамических нагрузок.

Выводы.

4 Экспериментальная проверка в шахтных условиях параметров анкеров подвески монорельсовой дороги, выбранных с помощью разработанной методики.

4.1 Методика испытаний.

4.1.1 Характеристика объекта испытаний.

4.1.2 Цель испытаний.

4.1.3 Задачи испытаний.

4.2 Результаты испытаний подвески монорельсовых дорог при помощи анкеров и влияния подвесных дорог на состояние выработок, закреплённых анкерной крепью.

4.2.1 Результаты наблюдений за режимами процессов доставки секций механизированной крепи.

4.2.2 Результаты наблюдений за устойчивостью выработок, закреплённых анкерной крепью, при эксплуатации в них монорельсовых дорог.

4.2.2 J Исследование устойчивости выработок, расположенных вне зоны влияния очистных работ.

4.2.2.2 Исследование устойчивости выработок, расположенных в зоне влияния очистных работ.

4.3 Опыт использования разработанной методики расчёта параметров анкеров подвески монорельсовых дорог в выработках, закреплённых анкерной крепью на шахтах Кузбасса.

Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Обоснование параметров крепления подвески монорельсовых дорог в выработках с анкерной крепью"

Высокие темпы проведения подготовительных выработок и отработки запасов угля на пологих пластах высокопроизводительными механизированными комплексами отечественного и зарубежного производства предъявляют высокие требования к доставке материалов и оборудования в очистные и подготовительные забои. Особого внимания заслуживает вопрос перевозки секций механизированных крепей и снижение сроков монтажа — демонтажа механизированных комплексов. Применяемые на шахтах локомотивный и канатный транспорт не удовлетворяют этим требованиям. Одной из главных причин является отсутствие возможности указанными средствами перевозить тяжёлые секции механизированных крепей массой более 20 т в сборе. В настоящее время перевозку тяжёлых секций механизированных крепей осуществляют автомобильным транспортом - тягачами на пневмоходу, при помощи напочвенных реечных дорог и подвесными монорельсовыми дорогами.

На шахте «Распадская» перевозка тяжёлых секций крепи «Джой» массой 28 т и «Лонгвол» массой 25 т осуществляется при помощи тягачей на пневмоходу, что сопряжено с некоторыми трудностями, а именно: при перевозке секций тягачами разбивается почва выработки. Приходится в отдельных случаях сооружать (бетонировать) дорогу. Применение напочвенных дорог также имеет ряд ограничений. Например, при пучении почвы в выработках, сбивается линейность зубчатой рейки, и при проходе дизелевоза, на рейке ломаются зубки. Применение подвесных монорельсовых дорог для перевозки материалов, оборудования, "секций механизированных крепей за последние пять лет приняло масштабный характер. Подвеску монорельсовых дорог производят в выработках, закрепленных как рамной крепью - к рамам крепи, в выработках, закрепленных анкерной крепью - при помощи анкеров подвески или специально установленной рамной крепи. Однако, научно обоснованные методы расчёта подвески монорельсовых дорог при помощи анкеров в выработках, закреплённых анкерной крепью, отсутствуют. Недостаточно исследованными остаются вопросы динамики движения поездного состава и их влияние на анкерную крепь выработки; геомеханические процессы, протекающие в углепородных массивах при подвеске монорельсовых дорог с помощью анкеров; влияние подвески монорельсовой дороги на анкеры крепления выработки и состояние выработок.

В то же время объёмы применения анкерной крепи для крепления подготовительных выработок на шахтах Кузбасса постоянно возрастают. Анкерная крепь применяется во всём диапазоне встречающихся горно-геологических условий на пологих пластах. Выполненные за последние годы научно-исследовательские работы по взаимодействию анкерных крепей с вмещающими породами, подтверждают возможность применения анкерной крепи для подвески монорельсовых дорог в выработках с анкерной крепью.

В этой связи тема работы, направленная на геомеханическое обоснование метода выбора параметров анкеров подвески монорельсовых дорог в выработках, закреплённых анкерной крепью, является актуальной.

Работа выполнена в рамках хозрасчётных научно-исследовательских работ КузГТУ по заказам «Фонда содействия координационному совету по обеспечению безопасности на угольных шахтах» 2008 г. и ВНИМИ №11-07/Ф-2007.

Заключение Диссертация по теме "Геотехнология(подземная, открытая и строительная)", Кузнецов, Евгений Владимирович

Выводы

1. Исследования показали, что при средней скорости движения локомотива с секцией механизированной крепи массой 16,5 т на горизонтальных участках — 0,81 м/с; на закруглениях радиусом 6м - 0,5 м/с; на спусках с уклоном 7° - 0,52 м/с, устойчивость анкеров подвески монорельсовой дороги обеспечивается, что подтверждает обоснованность выбора параметров анкеров подвески, при этом влияние подвесной монорельсовой дороги на анкерную крепь выработки не установлено.

2. За пятилетний период наблюдений за устойчивостью выработок при неоднократной перевозке секций механизированной крепи КМ800У установлено:

- Вне зон влияния очистных работ эксплуатация подвесной монорельсовой дороги не оказывает влияние на ухудшение устойчивости пород выработок закреплённых анкерной крепью: расслоения пород кровли отсутствуют, смещения пород не превышают 4-8 мм.

- В зоне влияния очистных работ, проявляющейся впереди очистного забоя на расстоянии 60-120 м, смещения пород кровли изменяются в пределах 3-47 мм при использовании анкеров АКС и 3-16 мм при использовании анкеров А20В.

- При спаренном проведении выемочных выработок и охране вентиляционных штреков нижележащих лав, целиками угля, влияние очистных работ в вентиляционных штреках на их устойчивое состояние является незначительным. При ширине целика 30 м смещения не превышают 5 мм, при целике в 40 м не наблюдаются.

Отсутствие расслоений в выработках и незначительные смещения пород кровли подтверждают обоснованность расчёта и выбора параметров анкеров для подвески монорельсовых дорог. Выбранные параметры анкеров обеспечивают устойчивость выработок.

3. Подвеска монорельсовых дорог в выработках, закреплённых анкерной крепью, при помощи сталеполимерных анкеров позволяет получать экономический эффект, сравнимый со способом подвески при помощи применения рамных металлических крепей около 4 млн. руб. на 1000 м выработки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой содержится решение задачи по выбору параметров анкеров подвески монорельсовых дорог в выработках, закреплённых анкерной крепью, включающее зависимость удельной нагрузки на анкеры от массы перевозимого груза, количества грузонесущих тележек воспринимающих нагрузку и динамических нагрузок от движения поездных составов, отличающееся от известных тем, что обеспечивает выбор необходимой длины анкеров, количество анкеров в точке подвески монорельса, устойчивость выработок с анкерной крепью, имеющей существенное значение для подземной геотехнологии.

Основные научные и практические результаты выполненных исследований заключаются в следующем:

1. Установлено, что научно обоснованные методы расчёта параметров анкеров подвески монорельсовых дорог в выработках, закреплённых анкерной крепью отсутствуют, а существующие методы расчёта параметров анкеров для крепления выработок не могут быть приняты для расчёта.

2. Для подвески монорельсовых дорог в выработках, закреплённых анкерной крепью, рекомендуется использовать сталеполимерные анкеры с несущей способностью не менее 100 кН с расположением их замковой части выше анкеров крепления выработки, при этом анкеры подвески должны оборудоваться элементами податливости. Величина податливости принимается равной величине податливости анкеров крепления выработки.

3. Установлено, что основными факторами, влияющими на усилие закрепления анкерного стержня в шпуре, являются длина скрепляющего состава и усилие сцепления скрепляющего состава со стенками шпура. А максимальное усилие закрепления определяется прочностью материала анкерного стержня на разрыв.

4. Разработана методика расчёта параметров анкеров подвески монорельсовых дорог в выработках с анкерной крепью, основанная на сочетании метода выбора параметров анкеров по смещению пород кровли с методом, использующим теорию балок. Данная методика позволяет учитывать влияние глубины расположения выработок от дневной поверхности, массу перевозимых грузов, прочностные свойства пород и обеспечивает устойчивость выработок и анкеров подвески монорельсовых дорог.

5. Установлено, что при движении поездных составов на анкеры подвески монорельсовых дорог действуют динамические силы. Суммарные динамические силы складываются от действия инерционных, центробежных и ударных сил. Основную долю в суммарных динамических нагрузках составляют силы, возникающие от движения составов по стыкам и неровностям пути (89,8%). Влияние динамических сил учитывается коэффициентом динамики, величина которого принимается равным 2.

6. Шахтными испытаниями установлено, что рекомендуемый способ и разработанная методика выбора параметров анкеров подвески монорельсовых дорог в выработках, закреплённых анкерной крепью, обеспечивают устойчивость подвески монорельсовых дорог и подготовительных выработок, а также позволяют получить существенный экономический эффект при замене способа подвески монорельсовых дорог с помощью дополнительно установленных рам крепи. Внедрение анкерного способа подвески монорельсовых дорог на шахтах «Сибиргинская», «Ольжерасская» позволило получить экономический эффект в размере 4.000.000 руб. на 1000 м подготовительной выработки - в ценах 2009 года.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Кузнецов, Евгений Владимирович, Кемерово

1. Горная техника: Каталог Справочник. - СПб.: ООО «Славутич», 2006.-С. 37-41.

2. Ороховский, И.И. Монорельсовые дороги с дизельным приводом / И.И. Ороховский, А.И. Кулевский, Г.С. Руденко М.: ЦНИУИУголь, 1980. - 20 с.

3. Рудничный транспорт и механизация вспомогательных работ / Под общей редакцией Б.Ф.Братченко. М.: Недра, 1978. - 423 с.

4. Евневич, А.В. Транспортные машины и комплексы. 3-е перераб. и доп. -М.: Недра, 1975.-415 с.

5. Машины и оборудование для угольных шахт: Справочник / Под ред. В.Н. Хорина. 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1987. — 424 с.

6. Подземный транспорт шахт и рудников: Справочник / Под общей ред. Г.Я. Пейсаховича, И.П. Ремизова. М.: Недра, 1985. - 565 с.

7. Справочник по шахтному транспорту / Под ред. Г.Я. Пейсаховича, И.П. Ремизова. М.: Недра, 1977. - 624 с.

8. Горная техника: Каталог-Справочник. СПб.: ООО «Славутич», 2008.-С. 177.

9. Правила технической эксплуатации угольных и сланцевых шахт. М: Недра, 1984.-303 с.

10. Инструкция по расчёту и применению анкерной крепи на угольных шахтах России. СПб.: ВНИМИ, 2000. - 70 с.

11. Основные положения по проектированию подземного транспорта для новых и действующих шахт. М.: Минуглепром СССР, 1986. — 356 с.

12. Инструкция по выбору рамных податливых крепей горных выработок. 2-е изд. - СПб.: ВНИМИ, 1991. - 125 с.

13. ВСН — 126 — 90 Крепление выработок набрызг — бетоном и анкерами при строительстве транспортных тоннелей и метрополитенов. Нормы проектирования и производства работ. — М.: Минтрансстрой, 1990. 120 с.

14. Инструкция по применению анкерной крепи в подготовительных выработках шахт Кузбасса. Прокопьевск: КузНИУИ, 1969. - 59 с.

15. Временная инструкция по применению анкерной крепи на шахтах комбината «Приморскуголь». Прокопьевск: КузНИУИ, 1970. - 170 с.

16. Инструкция по применению металлической рамной и анкерной крепей на шахтах Кузбасса. Прокопьевск: КузНИУИ, 1972. - 102 с.

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

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

19. Анкерная крепь: Справочник /А.П. Широков, В.А. Лидер, М.А. Дзауров и др. М.: Недра, 1990. - 205 с.

20. Широков, А.П. Расчёт и выбор крепи сопряжений горных выработок /

21. A.П. Широков, Б.Г. Писляков. М.: Недра, 1978. - 304 с.

22. Анкерная крепь в Кузбассе / А.П. Широков, М.И. Найдов, А.П. Петров,

23. B.А. Лидер. М.: Прометей, 1990. - 217 с.

24. Методические рекомендации по выбору и расчёту анкерной крепи для сложных горногеологических условий шахт Прокопьевско Киселёвского района Кузбасса. - Прокопьевск: КузНИУИ, 1988. - 114 с.

25. Рекомендации по расширению области и повышению эффективности применения анкерной крепи. Прокопьевск: КузНИУИ, 1989. - 82 с.

26. Временная инструкция по применению анкерной крепи в очистных забоях при выемке мощных крутых пластов полосами по простиранию с гидрозакладкой. Прокопьевск: КузНИУИ, 1977. - 43 с.

27. Временная инструкция по расчёту и применению анкерной крепи на шахтах Кузнецкого бассейна. Прокопьевск: КузНИУИ, 1996. - 95 с.

28. Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР. 4-е изд. - Л.: ВНИМИ, 1986. -222 с.

29. Семевский, В.Н. Штанговая крепь. Металлургиздат, 1956. - 243 с.

30. Тимофеев, О.В. Методика расчёта некоторых параметров штанговой крепи // Штанговая крепь в горной промышленности. М.: ГОСИНТИ, 1965. -Вып. 1.-С. 17-29.

31. Штанговая крепь / В.Н. Семевский, В.М. Волжский, О.В. Тимофеев и др.; Под ред. В.Н. Семевского. М.: Недра, 1965. - 328 с.

32. Фисенко, Г.JI. Предельные состояния горных пород вокруг выработок. -М.: Недра, 1976.-272 с.

33. Борисов, А.А. Новые методы расчёта штанговой крепи. — М.: Госгор-техиздат, 1962. 64 с.

34. Временная инструкция по применению сталеполимерной анкерной крепи АЗС в глубоких выработках восточного Донбасса. М: ИГД им. А.А. Скочинского, 1971. — 16 с.

35. Инструкция по расчёту и применению анкерной крепи на шахтах Ростовской области. Шахты: Центрогипрошахт, 1975. — 18 с.

36. Тимофеев, О.В. Методика расчёта параметров штанговой крепи при упруго — пластическом деформировании массива пород / О.В. Тимофеев // Устойчивость и крепление горных выработок: Межвузовский сборник. — Л.: ЛГИ, 1976. Вып. З.-С. 30-34.

37. Баклашов, И. В. Конструкции и расчёт крепей и обделок / И. В. Бакла-шов, О.В. Тимофеев. М.: Недра, 1979. - 263 с.

38. Механика горных пород и устойчивость выработок шахт Кузбасса. / Под ред. В.Г. Кожевина. — Кемерово: Кемеровское книжное издательство, 1973. -348 с.

39. Борисов, А.А. Механика горных пород и массивов. М.: Недра, 1980. -360 с.

40. Югон, А. Штанговое крепление горных пород / А. Югон, А. Кост: Пер. с франц. Госгортехиздат, 1962. - 204 с.

41. Бенявски, З.У. Управление горным давлением. / Пер. с англ. под ред. Е.И. Шемякина. М.: Мир, 1990. - 422 с.

42. Заславский, Ю.З. Крепление подземных сооружений / Ю.З. Заславский, В.М. Мостков. -М.: Недра, 1979. 325 с.

43. Анкерное крепление на шахтах Кузбасса и дальнейшее его развитие: учебное пособие / А.В. Ремизов, В.Г. Харитонов, В.П. Мазикин и др. — Кемерово: Кузбассвузиздат, 2005. — 471 с.

44. Ялевский, В.Д. Новые шахты Кузбасса. / В.Д. Ялевский, В.А. Федорин // Перспективы развития горнодобывающей промышленности: Сб. докладов междунар. науч. практич. конф. 7-10 февраля 1994 г. - Новокузнецк, 1994. - С. 40-41.

45. Решетов, С.Е. Особенности современной технологии анкерования кровли, применяемой в США / С.Е. Решетов, А.В. Ремезов, Б.К. Мышляев // Уголь, 1999. №12. - С. 77-78.

46. Анкерное крепление горных выработок за рубежом. Анализ опыта создания, становления и современного состояния / П.В. Егоров, А.В. Ремезов, С.Е. Решетов и др.; Под ред. П.В. Егорова. — Кемерово: Кузбассвузиздат, 2001. — 211 с.

47. Юрченко, В.А. Обоснование параметров и разработка анкерной крепи на основе минеральных закрепителей / В.А. Юрченко, О.А. Утиралов, В.И. Ма-гдыч. Новосибирск: ИГД СО РАН, 2004. - 51 с.

48. Юрченко, В.А. Анкерная сталеминеральная крепь типа АСМ / В.А. Юрченко, О.А. Утиралов, В.И. Магдыч, В.В. Некрасов // Уголь. 2003. - №1. -С. 14-16.

49. Геомеханическое состояние приконтурного массива демонтажной камеры / М.Г. Лупий, Ю.И. Баклушин, В.Е. Ануфриев, Е.В. Кузнецов и др.; Под ред. В.Ю. Изаксона. Кемерово: ИУУ СО РАН, ООО РАНК, 2006. - 80 с.

50. Временные указания по управлению горным давлением в очистных забоях на пластах мощностью до 3,5м с углом падения до 35°. — Л.: ВНИМИ, 1982.-136 с.

51. ГОСТ Р 52042-2003. Крепи анкерные. Общие технические условия. -М.: Изд-во стандартов, 2003. 10 с.

52. Правила безопасности в угольных шахтах. (ПБ 05-618-03). Серия 05. / Колл. авт. М.: Государственное унитарное предприятие «Научно-техническийцентр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2003. -Вып. 11.-296 с.

53. Мельников, Н.И. Анкерная крепь. М.: Недра, 1980. — 252 с.

54. Орлов, П.И. Основы конструирования: Справочно-методическое пособие. В 2 т. / П.И. Орлов; Под ред. П.Н. Учаева. — 3-е изд. - М.: Машиностроение, 1988.-Т. 2.-544 с.

55. Артоболевский, И.И. Теория механизмов. — М.: Недра, 1967. — 720 с.

56. Гжиров, Р.И. Краткий справочник конструктора: Справочник. — JL: Машиностроение, 1984. 464 с.

57. Саламатин, А.Г. Применение клеевых ампул типа сис (SIS) при анкеро-вании горных пород / А.Г. Саламатин, А.К. Скурвидас // Уголь. 1997.- №2. — С. 8-10.

58. Методика расчёта и выбора параметров крепи на сопряжениях горных выработок при одинарной и парной подготовке выемочных столбов. — СПб.: ВНИМИ, 2004. 84 с.

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

60. СНиП П-94-80 Подземные горные выработки. ГОССТРОЙ СССР, 1980.-46 с.

61. Методическое руководство по выбору геомеханических параметров технологии разработки угольных пластов короткими забоями. СПб. ВНИМИ, 2003.-55 с.

62. Кузнецов, Е.В. Метод выбора параметров сталеполимерных анкеров для подвески монорельсовых дорог большой грузоподъёмности в выработках / Е.В. Кузнецов // Вестник КузГТУ. 2005. - №4 - С. 27-28.

63. Фришман, М.А. Как работает путь под поездами. М.: Транспорт, 1983. -168 с.

64. Путь и путевое хозяйство промышленных железных дорог / В.Ф. Яковлев, Б.А. Евдакимов, В.Е. Парунакян, А.Н. Перцев. М.: Транспорт, 1990. — 340 с.

65. Вершинский, С. В. Динамика вагона / С.В. Вершинский, В.Н. Данилов, В.Д. Хусидов. М.: Транспорт, 1991. - 340 с.

66. Вагоны / J1.A. Шадур, Н. И. Челноков, JI. Н. Никольский и др. М.: Транспорт, 1980. - 439 с.

67. Вентцель, Е.С. Теория вероятностей. — М.: Наука, 1969. 576 с.

68. Кузнецов, Е.В. Опыт эксплуатации подвесной монорельсовой дороги в условиях шахты ОАО «Разрез Сибиргинский» / Е.В. Кузнецов // Вестник КузГТУ. 2005. - №4 - С. 24-26.

69. Ардашев, К.А. Методы и приборы для исследования проявлений горного давления. Справочник / К.А. Ардашев, В.И. Ахматов, Г.А. Катков. — М.: Недра, 1981.-128 с.

70. Методические рекомендации по расчёту параметров сталеполимерных (сталеминеральных) анкеров для подвески монорельсовых дорог в выработках закреплённых анкерной крепью.—Кемерово: ГУ КузГТУ, 2007. 32 с.