Обоснование способов обеспечения устойчивости подготовительных выработок в зонах повышенного горного давления при разработке сближенных пластов

Рогачков, Антон Владимирович

Автореферат диссертации по теме "Обоснование способов обеспечения устойчивости подготовительных выработок в зонах повышенного горного давления при разработке сближенных пластов"

►-ПУЧЬ Л 4^79

РОГАЧКОВ Антон Владимирович

ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБОВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК В ЗОНАХ ПОВЫШЕННОГО ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ ПРИ РАЗРАБОТКЕ СБЛИЖЕННЫХ ПЛАСТОВ

Специальность 25.00.22 - Геотехнология (подземная,

открытая и строительная)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 5 НОЯ 2010

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2010

004614379

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В.Плеханова (техническом университете).

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор

Ведущее предприятие - ОАО «ГИПРОШАХТ».

Защита диссертации состоится 26 ноября 2010 г. в 15 ч на заседании диссертационного совета Д 212.224.06 при Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете) по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2, ауд.1160.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института.

Автореферат разослан 25 октября 2010 г.

Зубов Владимир Павлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Лодус Евгений Васильевич,

кандидат технических наук

Согрин Борис Борисович

диссертационного совета д-р техн. наук, профессор

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

Э.И.БОГУСЛАВСКИЙ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Проектирование современной угольной шахты связано с выбором рациональных технических и технологических организационных решений, позволяющих максимально использовать потенциал современного высокопроизводительного очистного оборудования при обеспечении безопасности труда горнорабочих. К числу основных факторов, определяющих надежность функционирования основных подсистем шахты (очистные забои, проветривание, транспорт, дегазация), относится устойчивость участковых подготовительных выработок.

Вопросам обеспечения устойчивости участковых подготовительных выработок, поддерживаемых в сложных горно-геологических и горнотехнических условиях, посвящены работы В.Е. Ануфриева, К.А. Ардашева, O.A. Атрушкевича, A.A. Борисова, Н.П. Бажина, М.П. Зборщика, В.П. Зубова, Н.К. Гринько, Ю.В. Громова, В.Е. Зайденварга, О.В. Ковалева, JI.M. Коновалова, Ю.Н. Кузнецова, A.C. Малкина, A.B. Ремезова, М.А. Розенбаума, А.Д. Рубана, В.Н. Фрянова, А.П. Широкова, В.М. Шика и др.

Изменения, произошедшие в последние 10-15 лет в угольной отрасли, привели к повышению актуальности задачи обеспечения технологически удовлетворительного состояния выработок в течение срока их службы. Это связано, в основном, с широким внедрением на шахтах Кузбасса системы разработки длинными столбами с оставлением целиков угля между выемочными столбами, увеличением длин выемочных столбов и лав, существенным ростом среднесуточных нагрузок на очистные забои, использованием анкерной крепи в качестве основной крепи участковых подготовительных выработок.

Оставление целиков угля между выемочными столбами привело к ухудшению геомеханических условий поддержания подготовительных выработок надрабатываемых пластов.

Увеличение среднесуточных нагрузок на очистные забои повысило «цену» простоев лав из-за технологически неудовлетворительного состояния выработок. В этой связи повышение надежности функционирования участковых подготовительных выработок при высоком уровне концентрации горных работ имеет важное практическое значение.

Цель работы. Снижение затрат на поддержание и повышение устойчивости подготовительных выработок надрабатываемых пластов, расположенных в зонах повышенного горного давления, при использовании систем разработки сближенных пластов длинными столбами и подготовке столбов сдвоенными выработками.

Идея работы. Технологические схемы отработки сближенных пластов и паспорта крепления участковых подготовительных выработок необходимо принимать с учетом степени влияния целиков, оставленных в выработанном пространстве вышерасположенных пластов, на подготовительные и очистные выработки надрабатываемых пластов.

Основные задачи исследований:

1. Установление основных причин снижения устойчивости подготовительных выработок, расположенных в зонах повышенного горного давления (ПГД).

2. Определение достоинств и недостатков известных способов обеспечения устойчивости участковых подготовительных выработок с использованием различных типов крепей.

3. Исследование влияния горнотехнических факторов на параметры анкерной крепи, используемой на участках подготовительных выработок, расположенных в зонах повышенного горного давления.

4. Разработка способов повышения устойчивости участковых подготовительных выработок, расположенных под

краевыми частями угольного массива или целиками угля, оставленными в выработанном пространстве вышерасположенного пласта.

Методы исследований. При выполнении работы был принят комплексный метод исследований, включающий в себя: анализ и научное обобщение ранее опубликованных в горнотехнической литературе работ по проблеме поддержания участковых подготовительных выработок, расположенных в зонах ПГД; шахтные исследования процессов деформирования участковых подготовительных выработок; аналитические исследования процессов деформирования пород в окрестностях участковых подготовительных выработок.

Научная новизна:

• установлены качественные и количественные зависимости величин соотношения паспортной и фактической несущей способности канатных анкеров при ампульном способе их закрепления от величины заделки анкера в шпуре твердеющей смесью;

• экспериментально доказано, что основной причиной низкой фактической несущей способности канатных анкеров при ампульном способе закрепления их в шпуре является стекание вниз при установке анкера закрепляющей смеси по кольцевому зазору между анкером и стенками шпура.

Основные защищаемые положения:

1. При использовании системы разработки пологих угольных пластов длинными столбами с подготовкой выемочных столбов сдвоенными выработками и оборудовании лав высокопроизводительными очистными

механизированными комплексами планирование горных работ в надрабатываемом пласте необходимо производить с учетом оставляемых в выработанном пространстве

вышерасположенного пласта целиков угля. Не учет данного фактора, как правило, является причиной низкой устойчивости участковых подготовительных выработок, невосполнимых

потерь добычи до 20-25% и более, повышения издержек производства до 7-18% и снижения безопасности труда.

2. Основной причиной низкой фактической несущей способности канатных анкеров при ампульном способе закрепления их в шпуре является стекание вниз при установке анкера закрепляющей смеси по кольцевому зазору между анкером и стенками шпура. В результате существенного снижения связи анкера со стенками шпура в месте предполагаемого закрепления ампул фактическая несущая способность канатных анкеров не превышает 30-70% паспортной величины, что необходимо учитывать при разработке паспортов крепления подготовительных выработок.

3. Реализация предложенных схем совместной разработки сближенных пластов в нисходящем порядке в сочетании с использованием комбинированных паспортов крепления подготовительных выработок, включающих канатные анкеры и учитывающих уровни действующих в массиве напряжений, позволяет при подготовке столбов сдвоенными выработками практически полностью исключить влияние целиков на лавы надрабатываемых пластов и уменьшить затраты на крепление (в 1,5-2 раза) и поддержание (на 30-40%) участковых подготовительных выработок.

Практическая значимость работы:

■ обоснованы рациональные схемы ведения горных работ при разработке свит угольных пластов;

" разработаны способы обеспечения технологически удовлетворительного состояния участковых подготовительных выработок в зонах повышенного горного давления при разработке сближенных пластов;

■ установлено, что к числу факторов, влияющих на несущую способность анкерной крепи при ампульном способе закрепления относится соотношение длины анкерной крепи и глубины распространения зоны повышенной нарушенности

пород в окрестности охраняемой подготовительной выработки;

■ разработана новая конструкция канатного анкера, использование которой позволяет повысить несущую способность анкера более чем на 30-35% и снизить затраты на крепление подготовительных выработок.

Достоверность и обоснованность научных положений и рекомендаций обеспечивается их соответствием результатам, полученным при проведении шахтных и лабораторных исследований, а также при экспертной оценке специалистами ООО «ЦАКк», ОАО «СУЭК-Кузбасс» и других организаций; использованием современных апробированных методов исследований; значительным количеством данных, полученных при проведении шахтных исследований; положительными результатами промышленных испытаний.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались: на ЬУШ Международном форуме горняков и металлургов (Фрайберг, Германия, 2008 г.); на ежегодной Международной конференции в Краковской горно-металлургической академии (Краков, Польша, 2008 г.); ежегодных научных конференциях молодых ученых Санкт-Петербургского государственного горного института «Полезные ископаемые России и их освоение» (Санкт-Петербург, 2007 г., 2008 г., 2009 г., 2010 г.); международной конференции молодых ученых «Проблемы недропользования» (Санкт-Петербург, 2007 г., 2008 г.); международной конференции «Неделя Горняка» Московского горного университета (Москва, 2010 г.); научных семинарах кафедры разработки месторождений полезных ископаемых Санкт-Петербургского государственного горного института.

Личный вклад автора. Сформулированы задачи исследований, разработана методика и проведены шахтные, лабораторные и аналитические исследования, сформулированы основные научные положения и выводы.

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в И печатных работах, из них 2 статьи - в изданиях, рекомендуемых ВАК Минобрнауки России, получено 2 патента.

Структура и объем работы. Диссертационная работа общим объемом 187 страниц состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 87 источников, включает 81 рисунка и 18 таблиц.

Автор выражает благодарность научному руководителю д.т.н., проф. В.П. Зубову за помощь в определении общей идеи работы и интерпретации полученных данных, к.т.н. Д.В. Осминину, к.т.н. Л.М. Коновалову и другим работникам ООО «ЦАКк» и ОАО «СУЭК-Кузбасс» за помощь в сборе исходной информации и проведении шахтных исследований, сотрудникам кафедры разработки месторождений полезных ископаемых Санкт-Петербургского государственного горного института за полезные замечания и техническую помощь при выполнении работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Первая глава диссертации посвящена анализу особенностей разработки свит сближенных угольных пластов. Проведен обзор известных систем разработки сближенных пластов в сложных горно-геологических условиях с оставлением целиков угля в выработанном пространстве. Выполнена оценка рациональных областей применения различных типов крепи, используемых для обеспечения устойчивости выработок, расположенных в зонах повышенного горного давления. Определены достоинства и недостатки типовых канатных анкеров, применяемых в качестве дополнительной крепи усиления подготовительных выработок, расположенных в зонах ПГД.

Вторая глава посвящена натурным исследованиям состояния контура и крепи участковых подготовительных выработок, поддерживаемых в сложных условиях шахт

Кузбасса. Рассмотрены особенности горно-геологических и горнотехнических условий отработки сближенных пластов шахт «Полысаевская» и «им.С.М.Кирова». Приведены методики проведения шахтных исследований, а также результаты анализа шахтных исследований.

В третьей главе представлены результаты исследований влияния горнотехнических и горногеологических факторов на напряженно-деформированное состояние горного массива в окрестностях подготовительных выработок надрабатываемого пласта.

Четвертая глава посвящена исследованиям влияния горно-геологических факторов на параметры типовых канатных анкеров. Приведены методика и результаты анализа данных лабораторных исследований влияния величины заделки типового канатного анкера на его несущую способность.

В пятой главе приведены: рекомендуемые технологические схемы и способы обеспечения устойчивости участковых подготовительных выработок в зонах ПГД при разработке сближенных пластов на шахтах Кузбасса; выполнена экономическая оценка эффективности разработанных рекомендаций.

Основные результаты исследований отражены при доказательстве следующих защищаемых положений:

1. При использовании системы разработки пологих угольных пластов длинными столбами с подготовкой выемочных столбов сдвоенными выработками и оборудовании лав высокопроизводительными очистными механизированными комплексами планирование горных работ в надрабатываемом пласте необходимо производить с учетом оставляемых в выработанном пространстве вышерасположенного пласта целиков угля. Не учет данного фактора, как правило, является причиной низкой устойчивости участковых подготовительных выработок,

невосполнимых потерь добычи до 20-25% и более, повышения издержек производства до 7-18% и снижения безопасности труда.

В последние 10-15 лет на российских угольных шахтах наблюдается устойчивая тенденция к увеличению доли технологических схем подготовки выемочных столбов сдвоенными выработками. Это предопределено внедрением высокопроизводительного очистного оборудования и связанным с этим увеличением длины выемочных столбов, трудностями повторного использования участковых подготовительных выработок при разработке мощных пологих пластов и стремлением уменьшить затраты на поддержание участковых выработок при применении в качестве основной крепи - анкерной.

При использовании указанных схем, как правило, в выработанном пространстве оставляют целики угля шириной 20-30м и более. Анализ практического опыта отработки сближенных пластов на шахтах Кузнецкого и Донецкого бассейнов показал, что эти целики оказывают существенное отрицательное влияние на ведение горных работ в надрабатьшаемых пластах. Из общего числа обследованных подготовительных выработок, расположенных в зонах ПГД, не соответствуют требованиям Правил безопасности по факторам: проветривание (>70%); транспорт (>80-85%); допустимые зазоры (>80-85%). Затраты на ремонт подготовительных выработок, расположенных в зонах ПГД, в 2-2,5 раза и более превышают соответствующие показатели для подготовительных выработок, поддерживаемых в нетронутом массиве.

Проблема устойчивости подготовительных выработок надрабатываемых пластов может быть решена путем расположения выработок под выработанным пространством вышерасположенных пластов в зонах, разгруженных от повышенного горного давления. Однако использование таких

пространственно планировочных решений приводит к ситуации, при которой в зонах повышенного горного давления оказывается очистной забой - главное технологическое звено угольной шахты. Как показывает опыт отработки сближенных пластов в периоды ведения очистных работ в зонах ПГД, резко возрастает интенсивность вывалов в призабойном пространстве и продолжительность простоев лав. Связанные с этим потери добычи достигают 20-25% и более, повышается зольность угля и опасность труда горнорабочих.

При расположении выемочных столбов за пределами зон опасных напряжений особое практическое значение при выемке надрабатываемых пластов приобретают вопросы, связанные с обоснованием рациональных паспортов крепления участковых подготовительных выработок при использовании в качестве основной анкерной крепи.

2. Основной причиной низкой фактической несущей способности канатных анкеров при шпульном способе закрепления их в шпуре является стекание вниз при установке анкера закрепляющей смеси по кольцевому зазору между анкером и стенками шпура. В результате существенного снижения связи анкера со стенками шпура в месте расположения ампул фактическая несущая способность канатных анкеров во многих случаях не превышает 30-70% паспортной величины, что необходимо учитывать при разработке паспортов крепления подготовительных выработок.

В настоящее время многие исследователи к числу перспективных видов крепи при решении вопросов обеспечения технологически удовлетворительного состояния подготовительных выработок относят канатные анкеры с ампульным способом закрепления анкеров в шпурах. Длина канатных анкеров, применяемых при разработке угольных месторождений, достигает 8-12 м и более, число ампул скрепляющего состава в шпуре обычно составляет от 1 до 3.

Паспортная несущая способность канатного анкера при закреплении его в шпуре диаметром 30 мм составляет 21-24 т.

Анализ практического опыта использования канатных анкеров в результате показал, что более чем в 85% случаев канатные анкеры не выполняли возложенных на них функций, а их фактическая несущая способность не соответствовала паспортной. На основании отмеченных фактов была выдвинута рабочая гипотеза о том, что основной причиной указанного несоответствия паспортной и фактической характеристик является стекание скрепляющего состава по кольцевому зазору между анкером и шпуром на стадии установки анкера. Результаты производственных экспериментов на шахте «Салек» показали, что при установке канатного анкера по общепринятой технологии его фактическая несущая способность составляет 30-40% паспортной величины. Длина участка анкера, на котором наблюдался скрепляющий состав, в 3-4 раза превышала суммарную длину размещаемых в шпуре ампул.

Исследования влияния величины заделки анкера в шпуре на его несущую способность проведены в лабораторных условиях на стенде, принципиальная схема которого представлена на рис. 1. В качестве скрепляющего состава использовался клей ЭД-20, который по своим характеристикам наиболее близок к составам, используемым в шахтных условиях. Нагружение анкера производилось поэтапно путем установки грузов на нагрузочную площадку. На каждом этапе нагружения смещения анкера фиксировались индикаторами часового типа с ценой деления 0,01 мм.

Рис. 1. Принципиальная схема стенда для исследования влияния величины заделки анкера в шпуре Б на его несущую способность: 1 -массив; 2 -анкер; 3 - шпур; 4 - твердеющий состав; 5-грузы; 6 -индикаторы часового типа

Результаты лабораторных исследований влияния величины заделки, выраженной в долях от диаметра скважины, на несущую способность анкера представлены на рис. 2. При проведении лабораторных исследований в качестве фактической величины Рф принималось значение несущей способности анкера, установленное при типовой схеме установки анкера. Для определения паспортной несущей способности анкера Рп модель перед установкой анкера разворачивалась устьем шпура вверх. При типовой схеме установки анкера его несущая способность составляет:

- 16-25% паспортной величины при величине его заделки в шпуре меньше 600 мм;

- 30-40% паспортной величины при величине его заделки в шпуре равной 1500 -1800 мм;

- более 50% паспортной величины при величине его заделки в шпуре превышающей 2400 мм.

О 20 40 60 80 100 120 140 ЭМ

Рис. 2. Результаты лабораторных исследований влияния величины заделки на несущую способность канатного анкера: 1- при использовании эпоксидной смолы; 2 - при использовании минеральной композиции; 3 -по данным шахтных испытаний; с! -диаметр шпура

Зависимости (кривые 1 и 2), полученные в результате лабораторных испытаний, как в качественном, так и количественном отношении хорошо согласуются с данными шахтных исследований (кривая 3), что позволяет рекомендовать их. Для использования при составлении паспортов крепления выработок с учетом фактической несущей способности канатных анкеров.

3. Реализация предложенных схем совместной разработки сближенных пластов в нисходящем порядке в сочетании с использованием комбинированных паспортов крепления подготовительных выработок, включающих канатные анкеры и учитывающих уровни действующих в массиве напряжений, позволяет при подготовке столбов сдвоенными выработками практически полностью исключить влияние целиков па лавы надрабатываемых пластов и уменьшить затраты на крепление (в 1,5-2 раза) и поддержание (на 30-40%) участковых подготовительных выработок.

сдвоенными выработками

Экономические ущербы, связанные с отрицательным влиянием целиков на очистные и подготовительные выработки, являются минимальными при использовании рекомендуемой схемы совместной разработки сближенных пластов в нисходящем порядке, приведенной на рис. 3.

При реализации данной схемы выемку вышерасположенного пласта (лава №1) ведут с опережением выемки надрабатываемого пласта (лава №2) не менее чем на один столб. Целики угля шириной Ьг, оставляемые между сдвоенными участковыми подготовительными выработками надрабатываемого пласта (5 и 7, 9 и 10), располагают под целиками (Ь0 вышерасположенного пласта. При таком взаимном расположении горных работ целики, оставленные в выработанном пространстве вышерасположенного пласта, не оказывают практически значимого отрицательного влияния на очистные работы в надрабатываемом пласте.

Степень отрицательного влияния целиков, оставленных в выработанном пространстве вышерасположенного пласта на состояние участковых подготовительных выработок надрабатываемого пласта можно регулировать путем изменения ширины оставляемых между ними целиков угля.

Для повышения устойчивости подготовительных выработок надрабатываемого пласта, располагаемых в зонах повышенного горного давления, рекомендуется использовать комбинированные паспорта крепления, включающие канатные анкеры разработанной конструкции, и учитывающие напряженное состояние вмещающего массива. Расчет параметров паспортов крепления для рекомендуемой схемы отработки сближенных пластов (рис. 3) следует производить с учетом уровня напряжений в массиве, характеризующимся коэффициентом условий:

г) -а/ап п.сж.,

где о - уровень вертикальных напряжений в горном массиве на глубине расположения выработки; стп.п.сж ~ средневзвешанный предел прочности вмещающих пород на одноосное сжатие

Принципиальная схема канатного анкера разработанной конструкции приведена на рис. 4. Канатный анкер 1 выполнен с ограничителем перемещения (втулкой) 2 неотвержденной закрепляющей смеси вниз по кольцевому зазору между анкером и стенками шпура. Максимальная величина зазора (с) между анкером и стенкой шпура равна разности диаметра шпура и диаметра канатного анкера. В шахтных условиях при прижатии канатного анкера к одной из стенок шпура этот параметр может составлять 5-8 мм и более. Втулку изготавливают из упругого материала, например, из резины.

ь

Рис. 4. Канатный анкер рекомендуемой конструкции

При внешнем диаметре втулки 2 равном или больше диаметра шпура исключается перемещение неотвержденной закрепляющей смеси по кольцевому зазору между анкером и стенками шпура в часть шпура, расположенную ниже втулки.

Втулку 2 устанавливают на канатном анкере на расстоянии от забоя шпура, определяемом из выражения

Б > с12-1-п/(а2 - Ь2),

где: а - диаметр шпура, Ь - диаметр канатного анкера, (1 - диаметр ампулы, 1 - длина ампулы,-п - число ампул с твердеющим материалом

Как показали результаты экспериментов, проведенных в условиях шахты им. С.М.Кирова, использование канатных анкеров рекомендуемой конструкции позволяет: в 1,5 - 2 раза и более повысить несущую способность анкера и тем самым существенно снизить затраты на крепление участковых подготовительных выработок; повысить устойчивость подготовительных выработок.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является законченной научно-квалификационной работой, в которой содержится решение актуальной задачи - снижения затрат на поддержание и повышение устойчивости подготовительных выработок надрабатываемых пластов, расположенных в зонах повышенного горного давления, при использовании систем разработки сближенных пластов длинными столбами и подготовке столбов сдвоенными выработками.

Основные научные и практические результаты выполненных исследований:

1. Широкое внедрение схем подготовки свит угольных пластов сдвоенными выработками является одной из основных причин существенного снижения технико-экономических показателей ведения горных работ по надрабатываемым пластам. Так в условиях шахт Кузбасса при использовании схем подготовки сдвоенными выработками, затраты на перекрепление выработок надрабатываемых пластов увеличиваются в 1,5-2 раза и более, а себестоимость ведения очистных работ возрастает на 15 - 30 %.

2. Принимая во внимание то обстоятельство, что экономические ущербы, вызванные влиянием целиков, оставленных по вышерасположенным пластам, на очистные выработки нижезалегающих пластов значительно превышают экономические ущербы, связанные с влиянием целиков на подготовительные выработки надрабатываемых пластов, горные работы в сближенных пластах при подготовке столбов сдвоенными выработками необходимо планировать таким образом, чтобы очистные выработки нижезалегающих пластов находились вне зон ПГД.

3. Известные способы поддержания участковых подготовительных выработок, расположенных в зонах ПГД, как правило, не обеспечивают их технологически удовлетворительного состояния на проектируемый срок службы. Устойчивость подготовительных выработок может быть повышена при использовании в качестве дополнительной крепи канатных анкеров, длина которых превышает глубину распространения в кровле выработки зоны повышенной нарушенности пород на определенную величину, зависящую в основном от прочностных свойств пород кровли и уровня напряженного состояния массива.

4. Одной из основных причин низкой несущей способности канатных анкеров является вытекание твердеющей смеси по кольцевому зазору между анкером и стенками шпура на стадии установки канатного анкера.

Фактическая длина участка анкера, на котором распределена твердеющая смесь, в несколько раз превышает суммарную длину ампул с твердеющей смесью, устанавливаемых в шпуре. Эксперименты, проведенные на шахте «Салек», показали, что по данной причине фактическая несущая способность канатного анкера обычно составляет 30 - 40 % от паспортной величины.

5. Несущая способность канатного анкера повышается при установке на канатном анкере ограничительной втулки, назначением которой является перекрытие межкольцевых зазоров между анкером и стенками шпура, что препятствует вытеканию твердеющей смеси. По данным экспериментов в условиях шахты «Полысаевская» установка ограничительной втулки на канатном анкере позволяет повысить его несущую способность до 85-95 % от паспортной величины.

6. Использование разработанных схем подготовки лав в сближенных пластах в сочетании с рекомендуемыми способами повышения несущей способности канатных анкеров в условиях шахты им. С.М. Кирова позволяет практически полностью исключить влияние целиков угля, оставленных в выработанных пространствах пласта Болдыревского, на очистные забои нижезалегающих пластов и минимизировать затраты, связанные с поддержанием участковых подготовительных выработок надрабатываемого пласта Поленовского.

Ожидаемый экономический эффект от внедрения разработанных рекомендаций в условиях отработки угольных пластов на одной только шахте им. С.М. Кирова составит более 100 млн. рублей в год на один ярус.

Новые технические решения, разработанные в процессе выполнения исследований, защищены двумя патентами.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Рогачков A.B. Исследования характера проявления горного давления в различных горно-геологических условиях. // Записки Горного института. «Проблемы недропользования». Т. 174, 2008 г., СПб.: СПГГИ (ТУ), с.82 -85.

2. Рогачков A.B. Особенности поддержания подготовительных выработок в зонах повышенного горного давления. // Записки Горного института. «Проблемы недропользования». Т. 181, 2009 г., СПб.: СПГГИ (ТУ), с.12 -75.;

3. Патент РФ. № 2333783 Канатный анкер. /Зубов В.П., Рогачков A.B., Осминин Д.В. 22.06.09.

4.Патент РФ. № 2332588 Способ разработки свит сближенных пластов. /Зубов В.П., Рогачков A.B., Осминин Д.В. 11.06.09.

5. Рогачков A.B. Обоснование требований к тросовым анкерам, используемым для поддержания подготовительных выработок в зонах повышенного горного давления. // Труды 6-й научно-практической конференции. «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения». 2008 г., Воркута: филиал СПГГИ (ТУ) ВГИ, с.34 -38.

6. Рогачков A.B. Оценка состояния сталеполимерной анкерной крепи на угольных шахтах Кузбасса / Ремезов A.B., Рогачков А.В // Материалы 11-й Международной научно-практической конференции. 23 - 25 ноября 2006 г. - Кемерово: ГОУ ВПО КузГТУ, 2006 - с.36-38.

7. Рогачков A.B. Исследование эффективности мероприятий по снижению влияния горного давления лавы 1827 пласта Толмачевского на вентиляционный штрек ниже подготавливаемой лавы 1829 / Ануфриев В.М., Коновалов JI.M., Ремезов A.B., Рогачков A.B. // Вестник Кузбасского Государственного технического университета. - 2007.- № 4. -с. 17-21.

РИЦ СПГГИ. 21.10.2010. 3.635 Т.100 экз. 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Рогачков, Антон Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОСОБЕННОСТИ РАЗРАБОТКИ СВИТ ПОЛОГИХ СБЛИЖЕННЫХ ПЛАСТОВ.:.

1.1 СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ МОЩНЫХ ПОЛОГИХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ НА ШАХТАХ КУЗБАССА.

1.2 ХАРАКТЕРИСТИКА ЗОН ПОВЫШЕННОГО ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ, ФОРМИРУЮЩЕГОСЯ ПОД ЦЕЛИКАМИ И КРАЕВЫМИ ЧАСТЯМИ

УГОЛЬНОГО МАССИВА ПО ВЕРХНЕМУ ПЛАСТУ.

1.3. АНАЛИЗ ПРАКТИЧЕСКОГО ОПЫТА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ КРЕПИ ДЛЯ ПОДДЕРЖАНИЯ ВЫРАБОТОК В ЗОНАХ ПОВЫШЕННОГО ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ.

1.3.1 КОНСТРУКЦИИ КАНАТНЫХ АНКЕРОВ.

1.3.2. ПРАКТИЧЕСКИЙ ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ КАНАТНЫХ

АНКЕРОВ.,.

1.3.3 ПРАКТИЧЕСКИЙ ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ РАМНЫХ КРЕПЕЙ.

ВЫВОДЫ.

2. ШАХТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК, ЗАКРЕПЛЕННЫХ АНКЕРНОЙ КРЕПЬЮ.:.

2.1. ОСОБЕННОСТИ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ И ГОРНОТЕХНИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ОТРАБОТКИ СБЛИЖЕННЫХ ПЛАСТОВ НА ШАХТАХ «ИМ.С.М. КИРОВА» И «ПОЛЫСАЕВСКАЯ»

2.1.1. ОСОБЕННОСТИ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ И ГОРНОТЕХНИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ОТРАБОТКИ СБЛИЖЕННЫХ ПЛАСТОВ НА ШАХТЕ «ИМ: С.М. КИРОВА».

2.1.2. ОСОБЕННОСТИ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ И ГОРНОТЕХНИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ОТРАБОТКИ СБЛИЖЕННЫХ ПЛАСТОВ НА ШАХТЕ «ПОЛЫСАЕВСКАЯ».

2.2. МЕТОДИКА ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ НАБЛЮДЕНИЙ В ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТКАХ, РАСПОЛОЖЕННЫХ В ЗОНАХ ПОВЫШЕННОГО ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ.

2.2.1 МЕТОДИКА ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ НАБЛЮДЕНИЙ ЗА СМЕЩЕНИЯМИ ПОРОД НА КОНТУРЕ СЕЧЕНИЯ В ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТКАХ, ПОДДЕРЖИВАЕМЫХ В

ЗОНАХ ПОВЫШЕННОГО ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ.

2.2.2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ ВЛИЯНИЯ ВЕЛИЧИНЫ ЗАДЕЛКИ КАНАТНОГО АНКЕРА ПРИ АМПУЛЬНОМ СПОСОБЕ ЗАКРЕПЛЕНИЯ АНКЕРА В ШПУРЕ НА ЕГО НЕСУЩУЮ СПОСОБНОСТЬ.

2.3. РЕЗУЛЬТАТЫ ШАХТНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК, ЗАКРЕПЛЕННЫХ АНКЕРНОЙ КРЕПЬЮ.

2.3.1. РЕЗУЛЬТАТЫ ШАХТНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЯВЛЕНИЙ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ В ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТКАХ,

РАСПОЛОЖЕННЫХ В ЗОНАХ ПОВЫШЕННОГО ГОРНОГО

ДАВЛЕНИЯ.

2.3.2. РЕЗУЛЬТАТЫ ШАХТНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ФАКТИЧЕСКОЙ

НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ КАНАТНЫХ АНКЕРОВ.

ВЫВОДЫ.

3. ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ И ГОРНОТЕХНИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ГОРНОГО МАССИВА В ОКРЕСТНОСТИ ПОДГОТОВИТЕЛЬНОЙ ВЫРАБОТКИ НАДРАБАТЫВАЕМОГО ПЛАСТА.

3.1. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЙ ГОРНОТЕХНИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ГОРНОГО МАССИВА В ОКРЕСТНОСТИ ПОДГОТОВИТЕЛЬНОЙ ВЫРАБОТКИ НАДРАБАТЫВАЕМОГО ПЛАСТА.

3.1.1 ВЫБОР МЕТОДА ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1.2 РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ГОРНОГО МАССИВА В ОКРЕСТНОСТИ ПОДГОТОВИТЕЛЬНОЙ ВЫРАБОТКИ, РАСПОЛОЖЕННОЙ В НЕНАДРАБОТАННОМ МАССИВЕ.

3.1.3 РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ, НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ГОРНОГО МАССИВА В ОКРЕСТНОСТИ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК, РАСПОЛОЖЕННЫХ В ЗОНАХ ПОВЫШЕННОГО ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ.

ВЫВОДЫ.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ПАРАМЕТРЫ КАНАТНЫХ АНКЕРОВ.

4.1 АНАЛИЗ ГИПОТЕЗ И ГЕОМЕХАНИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ДЛЯ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ АНКЕРНЫХ КРЕПЕЙ

4.2 ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ВЕЛИЧИНЫ

ЗА ДЕЖИ НА НЕСУЩУЮ СПОСОБНОСТЬ КАНАТНОГО АНКЕРА.

4.2.1 МЕТОДИКА ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

4.2.2 РЕЗУЛЬТАТЫ ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

4.3 РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ КАНАТНЫХ АНКЕРОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК В ЗОНАХ ПОВЫШЕННОГО ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ.

ВЫВОДЫ.

5. РЕКОМЕНДУЕМЫЕ СПОСОБЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ УЧАСТКОВЫХ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК В ЗОНАХ ПОВЫШЕННОГО ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ ПРИ ОТРАБОТКЕ ПЛАСТОВ «БОЛДЫРЕВСКОГО» И «ПОЛЕНОВСКОГО».

5.1. РЕКОМЕНДУЕМЫЕ СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ МОЩНЫХ ПОЛОГИХ СБЛИЖЕННЫХ ПЛАСТОВ.

5.2. РЕКОМЕНДУЕМЫЙ СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ НЕСУЩЕЙ

СПОСОБНОСТИ КАНАТНОГО АНКЕРА.

5.3. РЕКОМЕНДУЕМЫЕ ПАСПОРТА КРЕПЛЕНИЯ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК В ЗОНАХ ПОВЫШЕННОГО ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ.

5.4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РАЗРАБОТАННЫХ

РЕКОМЕНДАЦИЙ.

ВЫВОДЫ.

ЗАКЛЮЧЕНИЯ.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Обоснование способов обеспечения устойчивости подготовительных выработок в зонах повышенного горного давления при разработке сближенных пластов"

Актуальность работы. Проектирование современной угольной шахты связано с выбором рациональных технических и технологических организационных решений, позволяющих максимально использовать потенциал современного высокопроизводительного очистного оборудования при обеспечении безопасности труда горнорабочих. К числу основных факторов, определяющих надежность функционирования основных подсистем шахты (очистные забои, проветривание, транспорт, дегазация), относится устойчивость участковых подготовительных выработок.

Вопросам обеспечения устойчивости участковых подготовительных выработок, поддерживаемых в сложных горно-геологических и горнотехнических условиях, посвящены работы В.Е. Ануфриева, К.А. Ардашева, O.A. Атрушкевича, A.A. Борисова, Н.П. Бажина, М.П. Зборщика, В.П. Зубова, Н.К. Гринько, Ю.В. Громова, В.Е. Зайденварга, О.В. Ковалева, JIM. Коновалова, Ю.Н. Кузнецова, A.C. Малкина, A.B. Ремезова, М.А. Розенбаума, А.Д. Рубана, В.Н. Фрянова, А.П. Широкова, В.М. Шика и др.

Изменения, произошедшие в последние 10-15 лет в угольной отрасли, привели к повышению актуальности задачи обеспечения технологически удовлетворительного состояния выработок в течение срока их службы. Это связано, в основном, с широким внедрением на шахтах Кузбасса системы разработки длинными столбами с оставлением целиков угля между выемочными столбами, увеличением длин выемочных столбов и лав, существенным ростом среднесуточных нагрузок на очистные забои, использованием анкерной крепи в качестве основной крепи участковых подготовительных выработок.

Оставление целиков угля между выемочными столбами привело к ухудшению геомеханических условий поддержания подготовительных выработок надрабатываемых пластов. Увеличение среднесуточных нагрузок на очистные забои повысило «цену» простоев лав из-за технологически неудовлетворительного состояния выработок. В этой связи, повышение надежности функционирования участковых подготовительных выработок при высоком уровне концентрации горных работ имеет важное практическое значение.

Цель работы. Снижение затрат на поддержание и повышение устойчивости подготовительных выработок надрабатываемых пластов, расположенных в зонах повышенного горного давления, при использовании систем разработки сближенных пластов длинными столбами и подготовке столбов сдвоенными выработками.

Идея работы. Технологические схемы отработки сближенных пластов и паспорта крепления, участковых подготовительных выработок необходимо принимать с учетом степени влияния целиков, оставленных в выработанном пространстве вышерасположенных пластов, на подготовительные и очистные выработки надрабатываемых пластов.

Основные задачи исследований:

1 .Установление основных причин снижения устойчивости подготовительных выработок, расположенных в зонах повышенного горного давления (ПГД).

2.0пределение достоинств и недостатков известных способов обеспечения устойчивости участковых подготовительных выработок с использованием различных типов крепей.

3.Исследование влияния горнотехнических факторов на параметры анкерной крепи, используемой на участках подготовительных выработок, расположенных в зонах повышенного горного давления.

4.Разработка способов повышения устойчивости участковых подготовительных выработок, расположенных под краевыми частями угольного массива или целиками угля, оставленными в выработанном пространстве вышерасположенного пласта.

Методы исследований. При выполнении работы был принят комплексный метод исследований, включающий в себя: анализ и научное обобщение ранее опубликованных в горнотехнической литературе работ по проблеме поддержания участковых подготовительных выработок, расположенных в зонах ПГД; шахтные исследования процессов деформирования участковых подготовительных выработок; аналитические исследования процессов деформирования пород в окрестностях участковых подготовительных выработок.

Научная новизна:

• установлены качественные и количественные зависимости величин соотношения паспортной и фактической несущей способности канатных анкеров при ампульном способе их закрепления от величины заделки анкера в шпуре твердеющей смесью;

• экспериментально доказано, что основной, причиной низкой фактической несущей,способности канатных анкеров при ампульном способе закрепления их в шпуре является стекание вниз, при установке анкера закрепляющей смеси по кольцевому зазору между анкером и стенками шпура.

Основные защищаемые положения:

1. При использовании системы' разработки пологих угольных пластов длинными столбами с подготовкой выемочных столбов сдвоенными выработками и оборудовании лав высокопроизводительными очистными механизированными комплексами планирование горных работ в надрабатываемом пласте необходимо производить с учетом оставляемых в выработанном пространстве вышерасположенного пласта целиков угля. Не учет данного фактора, как правило, является причиной низкой устойчивости участковых подготовительных выработок, невосполнимых потерь добычи до 20-25% и более, повышения издержек производства до 7-18 % и снижения безопасности труда.

2. Основной причиной низкой фактической несущей способности канатных анкеров при ампульном способе закрепления их в шпуре является стекание вниз при установке анкера закрепляющей смеси по кольцевому зазору между анкером и стенками шпура. В результате существенного снижения связи анкера со стенками шпура в месте предполагаемого закрепления ампул фактическая несущая способность канатных анкеров не превышает 30-70% паспортной величины, что необходимо учитывать при разработке паспортов крепления подготовительных выработок.

3. Реализация предложенных схем совместной разработки сближенных пластов в нисходящем порядке в сочетании с использованием комбинированных паспортов крепления подготовительных выработок, включающих канатные анкеры и учитывающих уровни действующих в массиве напряжений, позволяет при подготовке столбов сдвоенными выработками практически полностью исключить влияние целиков на лавы надрабатываемых пластов и уменьшить затраты на крепление (в 1,5-2 раза) и поддержание (на 30-40%) участковых подготовительных выработок.

Практическая значимость работы: обоснованы рациональные схемы ведения горных работ при разработке свит угольных пластов; разработаны способы обеспечения технологически удовлетворительного состояния участковых подготовительных выработок в зонах повышенного горного давления при разработке сближенных пластов; установлено, что к числу факторов, влияющих на несущую способность анкерной крепи при ампульном способе закрепления относится соотношение длины анкерной крепи и глубины распространения зоны повышенной нарушенности пород в окрестности охраняемой подготовительной выработки; разработана новая конструкция канатного анкера, использование которой позволяет повысить несущую способность анкера более чем на 30-35 % и снизить затраты на крепление подготовительных выработок.

Достоверность и обоснованность научных положений и рекомендаций обеспечивается их соответствием результатам, полученным при проведении шахтных и- лабораторных исследований, а также при экспертной оценке специалистами ООО «ЦАКк», ОАО «СУЭК-Кузбасс» и других организаций; использованием современных апробированных методов« исследований; значительным количеством данных, полученных при проведении шахтных исследований; положительными результатами промышленных испытаний.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались: на ЬУШ Международном форуме горняков и металлургов (Фрайберг, Германия, 2008 г.); на ежегодной Международной конференции в Краковской горно-металлургической академии (Кракову Польша, 2008 г.); ежегодных научных конференциях молодых ученых Санкт-Петербургского государственного горного института «Полезные ископаемые России и их освоение» (Санкт-Петербург, 2007 г., 2008. г., 2009 г., 2010» г.); международной, конференции молодых ученых «Проблемы недропользования» (Санкт-Петербург, 2007 г., 2008* г.); международной конференции «Неделя Горняка» Московского горного университета (Москва, 2010 г.); научных семинарах кафедрьь разработки' месторождений полезных ископаемых Санкт-Петербургского государственного горного института.

Личный вклад автора. Сформулированы задачи исследований, разработана методика и проведены шахтные, лабораторные и аналитические исследования, сформулированы основные научные положения и. выводы.

Публикации. Основные- результаты исследований опубликованы в> 11 печатных работах, из них 2 - в изданиях, рекомендуемых ВАК Минобрнауки России, получено два патента по заявкам на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертационная работа общим объемом 187 страниц состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 87 источников, включает 81 рисунка и 18 таблиц.

Заключение Диссертация по теме "Геотехнология(подземная, открытая и строительная)", Рогачков, Антон Владимирович

ВЫВОДЫ

1. При использовании системы разработки пологих угольных пластов длинными столбами с подготовкой выемочных столбов сдвоенными выработками и оборудовании лав высокопроизводительными очистными механизированными комплексами планирование горных работ в надрабатываемом пласте необходимо производить с учетом оставляемых в выработанном пространстве вышерасположенного пласта целиков угля.

2. Проблема устойчивости! подготовительных выработок надрабатываемых пластов может быть решена путем расположения выработок под выработанным пространством вышерасположенных пластов в зонах, разгруженных от повышенного горного давления.

3. Для повышения устойчивости подготовительных выработок надрабатываемого пласта, располагаемых в зонах повышенного горного давления, рекомендуется использовать комбинированные паспорта крепления, включающие канатные анкеры разработанной конструкции, и учитывающие напряженное состояние вмещающего массива.

4. В качестве основного рекомендуемого для условий подготовительных выработок пласта Поленовского шахты им. С.М. Кирова необходимо использовать паспорт крепления (рис.5.7) с дополнительным усилением анкерной крепи канатными анкерами, длина которых должна выбираться с учетом зоны повышенной нарушенности пород кровли.

ЗАКЛЮЧЕНИЯ

Диссертация является законченной научно-квалификационной работой, в которой содержится решение актуальной задачи — снижения затрат на поддержание и повышение устойчивости подготовительных выработок надрабатываемых пластов, расположенных в зонах повышенного горного давления, при использовании систем разработки сближенных пластов длинными столбами и подготовке столбов сдвоенными выработками.

Основные научные и практические результаты выполненных исследований:

1. Широкое внедрение схем подготовки свит угольных пластов сдвоенными выработками является одной из основных причин существенного снижения технико-экономических показателей ведения горных работ по надрабатываемым пластам. Так в условиях шахт Кузбасса при использовании схем подготовки сдвоенными выработками, затраты на перекрепление выработок надрабатываемых пластов увеличиваются в 1,5 — 2 раза и более, а себестоимость ведения очистных работ возрастает на 15 — 30%.

2. Принимая во внимание то обстоятельство, что экономические ущербы, вызванные влиянием целиков, оставленных по вышерасположенным пластам, на очистные выработки нижезалегающих пластов значительно превышают экономические ущербы, связанные с влиянием целиков на подготовительные выработки надрабатываемых пластов, горные работы в сближенных пластах при подготовке столбов сдвоенными выработками необходимо планировать таким образом, чтобы очистные выработки нижезалегающих пластов находились вне зон ПГД.

3. Известные способы поддержания участковых подготовительных выработок, расположенных в зонах ПГД, как правило, не обеспечивают их технологически удовлетворительного состояния на проектируемый срок службы. Устойчивость подготовительных выработок может быть повышена при использовании в качестве дополнительной крепи канатных анкеров, длина которых превышает глубину распространения в кровле выработки зоны повышенной нарушенности пород на определенную величину, зависящую в основном от прочностных свойств пород кровли и уровня напряженного состояния массива.

4. Одной из основных причин низкой несущей способности канатных анкеров является вытекание твердеющей смеси по кольцевому зазору между анкером и стенками шпура на стадии установки канатного анкера. Фактическая длина участка анкера, на котором распределена твердеющая смесь, в несколько раз превышает суммарную длину ампул с твердеющей смесью, устанавливаемых в шпуре. Эксперименты, проведенные на шахте «Салек», показали, что по данной причине фактическая несущая способность канатного анкера обычно составляет 30 - 40 % от паспортной величины.

5. Несущая способность канатного анкера повышается при установке на канатном анкере ограничительной втулки, назначением которой является перекрытие межкольцевых зазоров между анкером и стенками шпура, что препятствует вытеканию твердеющей смеси. По данным экспериментов в условиях шахты «Полысаевская» установка ограничительной втулки на канатном анкере позволяет повысить его несущую способность до 85-95 % от паспортной величины.

6. Использование разработанных схем подготовки лав в сближенных пластах в сочетании с рекомендуемыми способами повышения несущей способности канатных анкеров в условиях шахты им. С.М. Кирова позволяет практически полностью исключить влияние целиков угля, оставленных в выработанных пространствах пласта Болдыревского, на очистные забои нижезалегающих пластов и минимизировать затраты, связанные с поддержанием участковых подготовительных выработок надрабатываемого пласта Поленовского.

Ожидаемый экономический эффект от внедрения разработанных рекомендаций в условиях отработки угольных пластов на одной только шахте «им. С.М. Кирова» составит более 100 млн. рублей в год на один ярус.

Новые технические решения, разработанные в процессе выполнения исследований, защищены двумя патентами на изобретения. По результатам шахтных испытаний получен Акт внедрения результатов диссертационной работы.

178

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Рогачков, Антон Владимирович, Санкт-Петербург

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

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

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

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

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

6. Rogachkov A.V. Using cable bolts in order to increase the stability of preparatory worksites in the zones raised rock pressure / Innovations in Geoscience, Geoengineering and Metallurgy. Germany, 2008. - 263 - 2671. P

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

8. Ануфриев В. Е. Проблемы и перспективы развития анкерного крепления выработок на шахтах Кузбасса: 15 международная конференция по горному давлению / В. Е. Ануфриев, В. Д. Ялевский,

9. В. П. Мазикин, А. В. Ремезов, А.И. Иванов. Голден, штат Колорадо, США, 6-8 августа 1996. - С. 428-443.

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

11. Ануфриев В.Е., Ремезов A.B., Гараев Ю.Д., Майоров А.Е. Беззамковые анкеры, закрепляемые минеральным заполнителем при креплении контура выработок // Сборник научных трудов №12 / НТЦ "Кузбассуглетехнология". Кемерово, 1997. - С.78-83.

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

13. Атрушкевич О:А. Научная оценка соответствия конструкций анкерной крепи горно геологическим условиям ее применения и обоснованиекомбинированных видов анкеров для большинства горно — геологических условий // Уголь. 2001. № 3. С. 12-15.

14. Баклашов И.В. Деформирование и разрушение породных массивов / М.: Недра, 1988, 271 с.

15. Белов В. А. Прогноз состояния и поддержание подготовительных выработок в зонах влияния целиков и краевых частей угольных пластов: автореферат диссертации кандидата технических наук / Белов Владимир Адольфович. Екатеринбург н/д, 2006. 20 с.

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

17. Борисов A.A. Механика горных пород и массивов / М.: Недра, 1980, 360 с.

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

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

20. Гужова C.B. Методика расшифровки оптической картины фотоупругого датчика в методе полной разгрузки // Колыма. 2000. -№4.

21. Единые нормы выработки для шахт Кузнецкого бассейна, Минуглепром СССР, М., 1985 583с.

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

23. Ерофеев JI.M. Повышение устойчивости плоских сопряжений горных выработок за счет применения анкеров глубокого заложения / Кузниишахтострой. Кемерово, 1995. - 119 с.

24. Задавин Г.Д., Коршунов Г.И., Шик В.М. Крепление подготовительных выработок канатными анкерами. — СПб: Международная академия наук экологии безопасности человека и природы (МАНЭБ). 2007. — 200 с.

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

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

27. Заявка на изобретение № 123783 от 22.06.2009. Канатный анкер. /Зубов В.П., Рогачков A.B., Осминин Д.В.

28. Заявка на изобретение № 122523 от 11.06.2009. Способ разработки свит сближенных пластов. / Зубов В.П., Рогачков A.B., Осминин Д.В.

29. Зборщик Н.П., Братишко A.C.,Прокопьев В.Л. Выбор способов охраны и мест расположения подготовительных выработок.- Киев: Техника, 1970.- 158 с.

30. Зубов В.П. Влияние неполной надработки на устойчивость работы очистных забоев Сб. "Новые исследования в горном деле" вып.6, ЛГИ, 1973.- С.33-38.

31. Зубов В.П. Динамика напряженно-деформированного состояния пород междупластья при работе лав под целиками. "Новые исследования в горном деле", вып. № 7 ЛГИ 1974. С. 27-32.

32. Зубов В.П. Зоны повышенных смещений при неполной надработке подготовительных выработок. Технология добычи угля подземным способом М.,ЦНИЭИУголь № 7, 1974. С.25-26.

33. Зубов В.П. Особенности деформирования подготовительных горных выработок в зонах влияния целиков. "Новые исследования в горном деле", вып. 1,ЛГИ, 1974. С.52 -57.

34. Инструкция по выбору рамной металлической крепи горных выработок, С-Пб, ВНИМИ, 1996 -т 125с.

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

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

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

38. Отраслевая инструкция по применению рамных и анкерных крепей в подготовительных выработках угольных и сланцевых шахт / МУП СССР, ИГД им. A.A. Скочинского. М., 1985. - 147 с.

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

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

41. Попков М.И, Никишичев Б.Г., Евтушенко А.Е. Новые системы разработки пологих и наклонных пластов // Уголь. 1991. № 4. С.30-33.

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

43. Ремезов A.B. Анкерное крепление нового качества // Сборник научных трудов №10 / Ассоциация "Кузбассуглетехнология".- Кемерово, 1996. -С. 15-20.

44. Ремезов A.B. Середенко М.И. Опыт применения сталеполимерных анкеров // Сборник научных трудов №10 / Ассоциация "Кузбассуглетехнология".- Кемерово, 1996. С. 20-25.

45. Ремезов A.B. Совершенствование способов и средств крепления сопряжений очистного забоя с прилегающими выработками // Сборник научных трудов / ПНИУИ. Тула, 1997.

46. Ремезов A.B. Опыт применения сталеполимерного крепления на шахтах Ленинского рудника Кузнецкого бассейна / A.B. Ремезов, С.Е. Решетов, В.Г. Харитонов и др. // Горная промышленность, 2000. №2. — с.45-50. '

47. Рогачков A.B. Исследования характера проявления горного давления в различных горно-геологических условиях. // Записки Горного института. «Проблемы недропользования». Т 174, 2008 г., СПб.: СПГГИ (ТУ), с.82 -85.

48. Рогачков A.B. Особенности поддержания подготовительных выработок в зонах повышенного горного давления. // Записки Горного института. «Проблемы недропользования». Т 181, 2009 г., СПб.: СПГГИ (ТУ), с.72-75.

49. Российская угольная энциклопедия. В 3 т. Т.1. (А-И). М. - СПб.: ВСЕГЕИ, 2004. - 649 с.

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

51. Руководство по применению результатов исследования проявления горного давления на шахтах Ленинского района / Кузниишахтострой. -Кемерово, 1990. 63 с.

52. Руководство по эксплуатации прибора ПКА-3 / КузНИУИ. -Прокопьевск, 2008. 15 с.

53. Совершенствование способов и средств крепления сопряжений очистных забоев с примыкающими выработками / A.B. Ремезов, В.Г. Харитонов, А.И. Жаров и др. Кемерово: Кузбассвузиздат, 2003. — 167 с.

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

55. Черняк И.Л., Бурчаков Ю.И. Управление горным давлением в подготовительных выработках глубоких шахт. М., Недра, 1984. с. 304.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

66. Штумпф Г.Г., Егоров П.В., Петров А.И., Красшъников Б.В. Горное давление в подготовительных выработках угольных шахт. М.: Недра, 1996, 352 с.

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

68. Якоби О. Практика управления горным давлением. Перевод с немецкого языка. М.: Недра, 1987. - 566 с.

69. Якоби О. Благоприятное с точки зрения механики горных пород расположение выемочных штреков. Глюкауф, 1967, № 26, с. 13 - 24.