Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Обоснование технологических решений по сохранению несущей способности анкерной крепи подготовительных выработок в период эксплуатации
ВАК РФ 25.00.22, Геотехнология(подземная, открытая и строительная)
Автореферат диссертации по теме "Обоснование технологических решений по сохранению несущей способности анкерной крепи подготовительных выработок в период эксплуатации"
На правах рукописи
ЧАВКИН Александр Иванович
УДК 622.281 74.017 «405»
Обоснование технологических решений по сохранению несущей способности анкерной крепи подготовительных выработок в период эксплуатации
Специальность 25.00.22 - «Геотехнология (подземная, открытая и строительная)»
Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук
Москва 2008
Работа выполнена в Шахтинском научно-исследовательском и проектно-конструкторском угольном институте (ШахтНИУИ) и Московском государственном горном университете (МГГУ)
Научный руководитель
доктор технических наук
Л У ГАНЦЕВ БОРИС БОРИСОВИЧ
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Некрасов Виктор Васильевич
кандидат технических наук Черноус Александр Иванович
Ведущая организация -ООО «Южная угольная компания» (г. Шахты)
Защита диссертации состоится » 2008 г в /3 часов на заседании диссертационного совета Д-212 128 05 при Московском государственном горном университете по адресу 119991, Москва, Ленинский проспект, д 6
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета
Автореферат разослан « 2008 г.
Ученый секретарь диссертационного совета,
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. На угольных шахтах Российской Федерации и за рубежом для крепления подготовительных горных выработок широко применяются различные виды металлической анкерной крепи Одним из существенных факторов, сужающих область применения металлической анкерной крепи, является ограниченный срок ее службы, на который решающее влияние оказывают процессы коррозионного разрушения элементов крепи
На шахтах Российского Донбасса из-за полного исчерпания ресурса анкерной крепи по коррозионному фактору имели место случаи внезапного ее отказа после 3-10 лет эксплуатации, которые приводили к обрушению заанкерованных пород, травмированию рабочих, в том числе и с летальным исходом Применение в этих условиях рамных металлических крепей существенно увеличивает расходы на проведение и поддержание горных выработок На шахтах данного региона размер экономических потерь от вынужденной замены анкерной крепи на металлическую рамную достигает 4,0-6,0 млн руб на 1 км проводимых выработок
В последние годы наибольшее распространение получили сталеполимерные анкеры, обладающие высокой несущей способностью и надежностью закрепления, но они, так же как анкеры распорно-замковых конструкций, подвержены коррозионному износу В этой связи серьезную значимость приобретает вопрос сохранения ресурса работоспособности анкерной крепи в течение всего срока службы горных выработок Решению этого вопроса посвящён ряд работ ИГД им А А Скочинского, ВНИМИ, КузНИУИ, ШахтНИУИ, МГГУ, СПбГИ, ЮРГТУ, ДГИ, ДонУГИ и других научно-исследовательских и проектно-конструкторских организаций Цель этих работ в основном сводилась к определению проектных параметров анкерной крепи и схем ее возведения в подготовительных выработках, эксплуатирующихся в различных горно-геологических условиях
Вопросу разработки действенных решений по сохранению несущей способности анкерной крепи на уровне проектных параметров уделялось недостаточное внимание
Таким образом, исследования, направленные на обоснование эффективных технологических решений по сохранению ресурса работоспособности анкерной крепи горных выработок, эксплуатирующихся в условиях высокой относительной влажности воздуха и обводнённости породного массива, могут вполне обоснованно квалифицироваться как достаточно актуальные
Целью работы является выявление закономерностей изменения несущей способности сталеполимерной анкерной крепи в зависимости от коррозионного износа ее элементов для разработки эффективных технологических решений по сохранению ресурса работоспособности крепи в течение всего периода эксплуатации подготовительных выработок в условиях высокой относительной влажности воздуха и обводненности породного массива
Идея работы заключается в использовании фрактальной модели заанкеро-ванной кровли для выявления вероятности устойчивого состояния подготовительной выработки и обоснования проектных параметров анкерной крепи, обеспечивающих сохранение ресурса работоспособности в течение всего срока эксплуатации в условиях высокой относительной влажности воздуха и обводненности породного массива
, Основные научные положения, выносимые на защиту:
- доминирующим фактором, влияющим на несущую способность анкерной сталеполимерной крепи подготовительных горных выработок, эксплуатирующихся в условиях высокой относительной влажности воздуха и обводненности породного массива, является коррозионный износ ее элементов,
- использование фрактальной модели заанкерованной кровли обеспечивает объективное выявление вероятности устойчивого состояния подготовительной выработки и обоснование проектных параметров крепи для сохранения ресурса работоспособности в течение всего срока эксплуатации в специфических условиях,
- применение сталеполимерных анкеров с антикоррозионными покрытиями является наиболее эффективным технологическим решением по сохранению ресурса работоспособности анкерной крепи в течение всего срока эксплуатации
Научная новизна работы заключается в следующем
- выявлена доминирующая роль среди коррозионных факторов шахтной среды относительной влажности воздуха и обводненности поддерживаемых анкерами вмещающих пород в окрестностях подготовительных выработок,
- разработан на основе применения фрактальной модели нагруженного дерева метод обоснования необходимости реализации способов сохранения проектных параметров анкерной крепи в различных условиях длительной эксплуатации,
- доказана возможность сохранения эксплуатационного состояния подготовительной выработки в течение всего срока эксплуатации при креплении ее ста-леполимерными анкерами с антикоррозионным покрытием
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:
- представительным объемом шахтных исследований, выполненных по разработанным и апроб1фованным методикам (исследовано состояние 140 горных выработок, общей длиной 102 км на 21 шахте Российского Донбасса),
- корректным использованием современных методов (фрактального моделирования, теории вероятностей, математической статистики),
- положительными результатами эксплуатационных испытаний антикоррозионных покрытий металлических анкерных крепей
Научное значение работы состоит в выявлении закономерностей изменения несущей способности сталеполимерной анкерной крепи в зависимости от коррозионного износа ее элементов для обоснования с использованием фрактальной модели заанкерованной кровли технологических решений по сохранению эксплуатационного состояния выработки в условиях высокой относительной влажности воздуха и обводненности породного массива
Практическое значение диссертации заключается в:
- разработке способа сохранения проектных параметров анкерной крепи в процессе длительной эксплуатации за счет применения антикоррозионных покрытий,
- разработке технических требований к средствам антикоррозионной защи-
ты металлической анкерной крепи;
- внесении дополнений в технические условия на анкерные сталеполимер-ные крепи ACPI и АСГ1 в части выбора антикоррозионных средств и определения ресурса крепи в сложных условиях эксплуатации
Реализация результатов работы. Результаты исследований использованы при разработке «Руководства по повышению несущей способности анкерной крепи распорно-замкового и клино-щелевого типов на шахтах Ростовской области», (Шахты, 2001), а также дополнений в технические условия на анкерные сталепо-лимерные крепи ACPI и АСГ1 в части выбора антикоррозионных средств и величины среднего расчетного ресурса анкерных крепей в различных условиях эксплуатации
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и получили одобрение на заседаниях ученого совета ШахтНИУЙ (2006, 2007), Международном симпозиуме в рамках «Недели горняка» МГГУ (Москва, 2005), научном семинаре кафедры «Подземная разработка пластовых месторождений» МГГУ (Москва, 2005-2007)
Публикации. Основные положения диссертации изложены в четырех опубликованных работах, включая одну статью в журнале, рекомендованном ВАК Минобрнауки России.
Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 разделов, заключения, 5 приложений и содержит 19 рисунков, 20 таблиц, список литературы из 103 наименований.
Автор выражает признательность сотрудникам ШахтНИУИ Беликову В В , Кулешову Е С, Мартыненко И И и Солуянову Н О, а также работнику шахты «Обуховская» Гайворонскому ИД за помощь в проведении аналитических и шахтных исследований
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
В результате многочисленных исследований, выполненных в ШахтНИУИ, установлено, что анкерная крепь имеет ограниченный срок службы из-за сниже-
ния с течением времени несущей способности анкеров
Были установлены основные закономерности снижения несущей способности анкерной крепи распорно-замковых конструкций, предложены критерии работоспособного состояния выработок, закреплённых анкерами этих конструкций, даны методы прогноза работоспособного состояния анкерной крепи На основе полученных данных были разработаны нормативные документы, регламентирующие применение анкерной крепи распорно-замковых конструкций, а также прогнозирующие срок ее работоспособного состояния в процессе эксплуатации
Главным эксплуатационным параметром анкерной крепи является несущая способность анкера, снижающаяся с течением времени
До последнего времени анкерная крепь применялась в основном для крепления выработок с устойчивой и средней устойчивости кровлей, расположенных вне зон влияния очистных работ Внедрение сталеполимерной анкерной крепи позволило успешно применять анкерную крепь в зонах влияния очистных работ На шахтах Российского Донбасса предпринимаются небезуспешные попытки крепления сталеполимерными анкерами малоустойчивых, трещиноватых, слоистых и обводненных пород кровли
Применение анкерной сталеполимерной крепи для крепления выемочных выработок (штреков и ходков) позволяет существенно увеличивать устойчивость породных обнажений Обладая высокой несущей способностью и малой податливостью, анкерная крепь ACPI успешно противодействует расслоениям заанкеро-ванных пород и способствует сохранению их устойчивости Применение этой крепи в конвейерном штреке № 210 шахты им Михаила Чиха позволило при поддержании выработки в горнотехнических условиях, выходящих за пределы действия «Инструкции по расчету и применению анкерной крепи на угольных шахтах России», отказаться от применения рамной металлической крепи и поддерживать выработку в зоне влияния очистных работ одной анкерной крепью, обеспечить безремонтное поддержание выработки
Исследования работоспособности анкерной сталеполимерной крепи, проведенные за последние годы в ШахтНИУИ, показали, что несущая способность ста-
леполимерных анкеров снижается в основном за счёт их коррозионного износа
Эксплуатационное состояние выработок, закрепленных анкерной сталепо-лимерной крепью, можно сохранять в течение всего срока эксплуатации при выполнении следующих условий-
1) предотвратить снижение несущей способности анкеров путем устранения их коррозионного износа,
2) производить расчет параметров анкерной сталеполимерной крепи с учётом снижения с течением времени прочности и устойчивости заанкерованных пород
Многочисленные исследования характера и степени коррозионного износа анкерных металлических крепей, проведенных в ШахтНИУИ, показали, что скорость коррозии металлической анкерной крепи определяется увлажненностью ее элементов.
В зависимости от степени увлажненности элементов анкерной крепи реализуются три различных механизма коррозии сухая атмосферная коррозия (практически при полном отсутствии пленки воды на элементах), влажная атмосферная коррозия (при наличии тонкой невидимой пленки воды на элементах) и мокрая атмосферная коррозия (при наличии видимой пленки воды на элементах крепи)
Наибольшие скорости коррозионного разрушения присущи мокрой атмосферной коррозии, которая имеет место в двух случаях
- при высокой относительной влажности воздуха, превышающей 85 %, этому случаю присуща сплошная равномерная и неравномерная коррозия,
- при поддержании обводненных пород кровли, в этом случае имеет место язвенная коррозия в местах контакта опорных элементов анкерной крепи с породами и в специфических местах стержней анкеров
Другие коррозионные факторы (состав шахтной воды, температура воздуха, наличие загрязнений воздуха и т п ) на шахтах Российского Донбасса изменяются незначительно и в целом не оказывают существенного влияния на скорости коррозионных процессов
При мокрой атмосферной коррозии наличие осаждений пыли на элементах
анкерной крепи активизирует процесс коррозионного разрушения
В табл 1 приведены показатели скорости коррозионного разрушения анкерной крепи распорно-замковых конструкций и сталеполимерной анкерной крепи
Таблица 1
Сравнительные показатели скорости коррозионного разрушения анкерной крепи
Показатели скоростей коррозии Значения скоростей коррозии (мм/год)
Распорно-замковые анкеры Стаяеполимерные анкеры
Гуковско-Зверевский и Садкинский районы Шахтинский и Новошахггинс кий районы В среднем по распорно-замковым анкерам
Мокрая атмосферная коррозия
Стержни:
- минимальная 0,171 0,103 0,103 0,118
-средняя 0,852 0,255 0,554 0,276
-максимальная 2,000 0,761 2,000 2,000
Опорные элементы:
-минимальная 0,106 0,100 0,100 0,104
-средняя 0,294 0,172 0,233 0,239
- максимальная 1,000 0,610 1,000 0,566
Влажная атмосферная ко| эрозия
Стержни:
- минимальная 0,023 0,024 0,023 0,010
-средняя 0,045 0,057 0,051 0,044
- максимальная 0,192 0,105 0,192 0,102
Опорные элементы.
-минимальная 0,024 0,018 0,018 0,010
-средняя 0,044 0,046 0,045 0,055
- максимальная 0,163 0,099 0,163 0,100
Имеющие место различия в скорости коррозионного износа анкерной крепи
распорно-замковых конструкций и сталеполимерной анкерной крепи носят случайный характер, обусловленный несопоставимостью объемов и сроков эксплуатации
Скорость коррозионного разрушения элементов анкерной сталеполимерной крепи не имеет существенных отличий от аналогичного показателя для анкеров распорно-замковых конструкций
Исходя из полученных скоростей коррозионного разрушения элементов анкерной крепи, допустимых значений диаметров стержней и толщины опорных элементов были определены средние и минимальные значения ресурса анкерных
крепей по фактору допустимой степени коррозионного износа для неблагоприятных условий эксплуатации анкерной крепи на шахтах Российского Донбасса (табл 2)
Таблица 2
Прогнозные значения ресурса анкерной металлической крепи на шахтах Российского Донбасса при различных условиях эксплуатации
Показатель Значение показателя для анкеров
распорно-замковых (ЭС-1М и АНН) стале-полимерных (АСР1 и АСГ1)
Диаметр стержня, мм
- по телу 20,0 21,7
- по резьбе 16,933 20,319
- минимально допустимый 11,9 17,4
Толщина опорного элемента, мм
- первоначальная 8,0 16,0
- минимально допустимая 6,0 11,7
Скорость коррозии стержней, мм/год
-средняя 0,554 0,276
- максимальная 2,000 2,000
Скорость коррозии опорных элементов, мм/год
-средняя 0,233 0,239
- максимальная 1,000 0,566
Максимально допустимое значение величины коррозионных потерь, мм
- по телу стержня 8,1 4,3
- по резьбе стержня 5,033 2,919
-но опорным элементам 2,0 4,3
Средний ресурс анкерной крепи по допустимой степени коррозионного износа в неблагоприятных условиях, лет
- для стержней анкеров (по телу) 14,6 15,6
-длястержней анкеров (по резьбе) 9,1 10,6
~ для опорных элементов 8,6 18,0
Минимальный ресурс анкерной крепи по допустимой степени коррозионного износа в неблагоприятных условиях, лет
- для стержней анкеров (по телу) 4,0 2Д
- для стержней анкеров (по резьбе) 2,5 1,5
- для опорных элементов 2,0 7,6
Ресурс сталеполимерной анкерной крепей по допустимой степени коррози-
онного износа в самых сложных условиях эксплуатации не имеет существенных отличий от аналогичного показателя для анкеров распорно-замковых конструкций Для обеспечения проектных параметров анкерной сталеполимерной крепи в течение всего срока эксплуатации выработки необходимо устранить коррозиок-
ный износ элементов анкерной крепи.
Для определения необходимости применения способов сохранения параметров анкерной сталеполимерной крепи в течение всего срока эксплуатации было произведено аналитическое исследование устойчивости пород кровли выработок с помощью фрактальной модели нагруженного дерева С Солла с двумя характеристиками прочности ребер Von и yVon и долей ребер прочностью yVon, равной а Коэффициент у является коэффициентом упрочнения ребер за счет установки анкеров
Вероятность обрушения кровли в соответствии с этой моделью определяется по формуле
Pn=Prob{V4<yB) = (l~ah-
ехр
■ + а\ 1 - ехр
f v v
г V
J оп
•>(1)
где Ки/- разрушающая нагрузка, К„ - нагрузка на ребро
В процессе поддержания выработок значения а и у будут постепенно снижаться а- за счет роста интенсивности трещиноватости, у - вследствие коррозии элементов анкерной крепи
Исследование показало, что для незакрепленных выработок (у ~ 1) при увеличении глубины расположения вероятность обрушения Рр увеличивается
Важной характеристикой фрактальной модели является рекуррентное отношение, представляющее собой функциональную зависимость вероятности разрушения ребра (и-/)-го уровня к вероятности разрушения ребра п-го уровня Для незакрепленной кровли рекуррентное отношение показано на рис 1
Функциональная зависимость Р„_; от Рп имеет характерную точку, в которой отношение = 1 Эта точка соответствует вероятности Рс = 0,2065 и разделяет два режима нагружения фрактального дерева При Ра< Рс = 0,2065 области разрушения остаются ограниченными, возможны выпадения отдельных кусков пород кровли При Р„ > Рс имеет место режим, при котором области разрушения распространяются на все уровни фрактальной модели (по всей высоте непосредственной кровли), в этом случае происходит завал выработки
- 1 ь
л
0,8
0,6
0,4
0,2
0
О ОД 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
Р„
Рис 1 Рекуррентное отношение для распространения разрушения по фрактальному дереву для выработки без крепи
Поскольку изменение вероятности обрушения определяется величиной горного давления, которая зависит от глубины расположения выработки, критическая точка перехода от режима ограниченных разрушений к режиму неограниченных разрушений имеет место при различной глубине расположения выработки в зависимости от типа вмещающих пород
Для малоустойчивых песчано-глинистых сланцев (40 МПа) этот переход наблюдается на глубине около 36 м, для средней устойчивости песчаных сланцев (70 МПа) он имеет место на глубине 556 м, а для устойчивых песчаников (100 МПа) - на глубине около 5 км
Для реальных горных выработок значения критической глубины будут неизбежно варьироваться в широком диапазоне.
При наличии особо прочных ребер изменение рекуррентного отношения с ростом уровня нагрузки VJVon может происходить по двум схемам в зависимости от значений а и у Первая схема характеризуется тем, что на начальных этапах на-гружения рекуррентное отношение Рп-/Р„ меньше 1, а при дальнейшем росте на-
у
У
/ х"1
у
у
/ У
У
л V Рс= 0,2066
£ У | !
1 1 ■
грузки на структуру оно, плавно изменяясь, трижды оказывается равным 1 при Р„ф0кРпф1 Это первый тип рекуррентного отношения (рис 2, а) а)
о -г6^---1——--------->—1—■-—ь---
О 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
Р„
б)
Р.
Рис 2 Рекуррентное отношение для заанкерованной кровли а) первого типа, б) второго типа (при а = ас)
Критические точки Рт, Ръ и Prs ограничивают участки, соответствующие определенным уровням нагружения, при которых структура ведет себя различным образом
На первом участке (0 < Рп < Рт) рекуррентное отношение меньше 1, уровень нагрузки невысок, разрушения рёбер, ни прочных, ни непрочных, не происходит
Нижняя критическая точка Р^ соответствует переходу при дальнейшем росте нагрузки к режиму разрушения сначала непрочных ребер, а затем и прочных Начиная с происходит неизбежное разрушение структуры
Промежуточный интервал <Р„< Ра контролируется неподвижной точкой Рь Значения Рп в этом интервале порождают последовательность вероятностей разрушения, стремящуюся к Ръ при убывании п к вершине дерева Рь определяет эффективность механизма сопротивления разрушению, осуществляемому прочными ребрами
При фиксированном параметре у вероятность Рь уменьшается по мере увеличения доли прочных ребер а Неподвижные точки Ръ и Рм при увеличении а сближаются до полного слияния при а = ас и последующего исчезновения При а > ас критической точки, связанной с непрочными ребрами, не существует и разрушение структуры зависит только от прочных ребер В этом случае имеет место рекуррентное отношение второго типа, начальное положение которого (при а = ас) представлено на рис 2, а Величина ас является достаточным значением доли усиленных ребер
Каждому значению коэффициента упрочнения рёбер у соответствует только одно достаточное значение доли усиленных ребер ас Зависимость между ними представлена на рис. 3
Нижняя критическая точка Pcw обозначает переход к режиму нагружения, при котором происходит образование вывалов пород кровли в межанкерном пространстве, при этом обыгрывания анкеров, порывов подхватов не происходит При Р„ > Рт первоначально, по мере увеличения нагрузки до определенной величины, происходит разрушение кровли только в межанкерном пространстве При
достижении нагрузки, которой соответствует значение Рп, равное Р^ = Рь при а = ас, начинается разрушение прочных ребер, т е будут наблюдаться обыгрывания анкеров, происходить их порывы Для отличения этого параметра Рь при « = «с от Рь при реальном значении а будем обозначать его - РЬ(ас)
é 0.6
os
04
03
02
01
О
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
V
Рис 3 Зависимость достаточного значения доли усиленных ребер ас от коэффициента упрочнения рёбер у
Для каждого состояния заанкерованной кровли при моделировании ее состояния по нагруженному дереву С Солла соответствует определённое рекуррентное отношение Состояние кровли представляет собой точку на кривой рекуррентного отношения Поскольку параметры, определяющие рекуррентное отношение, с течением времени изменяются, начальному и конечному состоянию заанкерованной кровли будут соответствовать различные рекуррентные отношения, которые могут быть просчитаны и оценены для любого момента и срока поддержания выработки
Исходя из конкретного состояния кровли и соответствующего ему рекур-
рентного отношения можно делать вывод о надежности крепления выработки анкерной крепью на данный момент Надежному креплению выработки без применения затяжки соответствует рекуррентное отношение Рп./Рп < 1
При первом типе рекуррентного отношения безопасное состояние выработки обеспечивается при значениях Рп < Рцас) В этих условиях выработка может поддерживаться анкерной крепью с различными видами подхватов, связывающих анкеры в ряду в единую систему Но при Рт <Р„< Рцт) необходимо применение еще и затяжки кровли. При значениях Р„ > Рь(т) начинаются обыгрывания анкеров, порывы стержней, подхватов, затяжки В этих условиях не обеспечивается устойчивое состояние заанкерованных пород
При втором типе рекуррентного отношения устойчивое состояние заанкерованных пород обеспечивается при соблюдении условия Рп < Рцасу При этом применение затяжки не является необходимостью во всем диапазоне допустимых значений Рп
Результаты расчёта значений вероятности обрушения заанкерованной кровли для трех вариантов горно-геологических условий приведены в табл 3
Условие устойчивости (Р„ < Рь(ас)) для малоустойчивых песчано-глинистых сланцев не выполняется
- при наличии антикоррозионного покрытия Рп = 0,716 < Рыас) = 0,313,
- при отсутствии антикоррозионного покрытия Р„ = 0,729 < Рцас) - 0,295 Принятые параметры анкерного крепления при малоустойчивой кровле не
обеспечивают надёжности крепления выработки анкерной крепью
Для средней устойчивости песчаных сланцев условие устойчивого состояния выполняется только в случае применения антикоррозионного покрытия Р„ = 0,271 = 0,290
Для устойчивых песчаников условие устойчивого состояния выполняется и без применения антикоррозионного покрытия
- при наличии антикоррозионного покрытия Р„ = 0,050 < Рьм = 0,301,
- при отсутствии антикоррозионного покрытия Рп — 0,062 < РЬ(ас1 = 0,303
Таблица 3
Расчет вероятности обрушения нижнего слоя заанкерованной кровли
Параметры Обо-знач Варианты
малоустойчивые лесчано-глинисгые сланцы средней устойчивости песчаные сланцы устойчивые песчаники
Исходные данные
Форма поперечного сечения выработки - Прямоугольная
Ширина выработки в проходке, м В 5,0 5,0 5,0
Высота выработки в проходке, м к 2,6 2,6 2,6
Глубина расположения выработки, м н 800 800 800
Прочность пород кровли на сжатие, МПа &СЖ 40 60 100
Количество анкеров в ряду, шт п 5 5 5
Шаг установки рядов анкеров, м С 1,0 1,0 1,0
Прочность стержня анкера на разрыв, кН р, 194 194 194
Начальный диаметр стержня анкера, мм О 20,3 20,3 20,3
Скорость коррозии стержня анкера, мм/год V 0,57 0,57 0,57
Срок эксплуатации, лет г 20 20 20
Результаты расчёта
Коэффициент упрочнения
- при наличии антикоррозионного покрытия У 18,244 2,833 1,158
- без антикоррозионного покрытия 4,315 1,352 1,037
Вероятность обрушения:
- при наличии антикоррозионного покрытия Рп 0,716 0,271 0,050
- без антикоррозионного покрытия 0,729 0,352 0,062
- без крепи 0,841 0,255 0,066
Значения параметров фрактальной модели для конечного состояния кровли:
Тип рекуррентного отношения
- при наличии антикоррозионного покрытия 1 1 2
- без антикоррозионного покрытия 1 1 2
Нижняя критическая точка Рск
- при наличии антикоррозионного покрытия Рея 0,249 0,290 -
- без антикоррозионного покрытия 0,224 0,281 -
Доля усиленных анкерами ребер
- начальная 0.о 0,30 0,70 1
- конечная а 0,15 0,42 1
Достаточное значение доли усиленных рёбер
- при наличии антикоррозионного покрытия О-с 0,229 0,421 0,490
- без антикоррозионного покрытия 0,379 0,480 0,496
Нижняя критическая точка Рт=Рь при а = ас
- при наличии антикоррозионного покрытия Рь(ас) 0,313 0,295 0,301
- без антикоррозионного покрытия 0,295 0,300 0,303
Условие устойчивого состояния Рп < Ръ(ас) выполняется для малоустойчивых песчано-глинистых сланцев только при шаге установки анкеров, не превышаю-
щем 0,23 м При этом увеличение несущей способности анкеров не позволяет увеличить шаг их установки
Необходимо применение более мощных подхватов, обеспечивающих более качественную затяжку кровли Если применить мощные подхваты шириной 0,4 м, шаг установки анкеров может быть увеличен до 0,52 м Подобный же эффект может быть достигнут и за счет применения прочных металлических затяжек специальных конструкций
Практически определение необходимости применения способов сохранения проектных параметров анкерной крепи заключается в последовательной реализации следующих действий
1) исходя из горно-геологических и горнотехнических условий эксплуатации выработки, ожидаемых скоростей коррозионного разрушения элементов анкерной крепи рассчитываются значения коэффициентов а и у на момент истечения срока эксплуатации выработки, по формуле (1) определяется вероятность обрушения нижних слоев заанкерованной кровли Р„,
2) исходя из значения коэффициентов а л у рассчитывается рекуррентное отношение и определяется его тип, для первого типа рекуррентного отношения определяется значение Рт
3) исходя из значения коэффициента у по графику рис 3 определяется достаточное значение доли усиленных ребер ас для рассматриваемого случая
4) производится расчет рекуррентного отношения для а - ас и определение
Рь(ас)
5) определяется выполнение условий устойчивости заанкерованной кровли
- при первом типе рекуррентного отношения Р„ < Р„ - без затяжки кровли, Раи <Рп< Ръ(ас) ~ с ЗаТЯЖКОЙ КрОВЛИ,
- при втором типе рекуррентного отношения Рп < Рь(ас) - без затяжки кровли во всем диапазоне допустимых значений Р„.
Метод определения необходимости применения антикоррозионных покрытий анкерной крепи посредством фрактальной модели позволяет также корректировать параметры анкерной крепи таким образом, чтобы к моменту истечения
срока эксплуатации выработки обеспечивалась устойчивость заанкерованных пород кровли
Устранить снижение несущей способности анкерной крепи можно следующими способами
- применением антикоррозионных покрытий,
- изготовлением анкеров из коррозионностойких марок сталей,
- изготовлением анкеров из полимерных материалов, не подверженных старению
Применение антикоррозионных покрытий является наиболее приемлемым и экономически эффективным способом сохранения работоспособности анкерной сталеполимерной крепи
Проанализировав основную совокупность применяемых в промышленности защитных покрытий, а также имеющийся опыт защиты в шахтных условиях металлоконструкций и оборудования, был сделан вывод о том, что наиболее приемлемыми для решения задач антикоррозионной защиты анкерной крепи в неблагоприятных шахтных условиях являются лакокрасочные покрытия
Были разработаны требования к антикоррозионным средствам для формирования защитных покрытий на элементах анкерной металлической крепи Основные из них заключаются в следующем Антикоррозионные покрытия должны
- быть сплошными,
- сохранять свои свойства при нагружении элементов анкерной крепи в процессе ее эксплуатации до уровня расчетного сопротивления,
- наноситься на поверхность элементов анкерной крепи, по возможности без трудоемкой предварительной подготовки и простейшими способами,
- обеспечивать хорошую адгезию к поверхностям элементов анкерной крепи, обладать эластичностью, высокой ударопрочностью и стойкостью к истиранию,
- быть водостойкими, сохранять свойства при любом воздействии воды, не допускать водонасыщения, быть водонепроницаемыми,
- обладать минимальной стоимостью
В результате контактов и консультаций со специалистами крупнейших фирм, осуществляющих поставку антикоррозионных средств на рынок Российской Федерации, к шахтным испытаниям были приняты девять антикоррозионных средств
Шахтные испытания антикоррозионных покрытий металлической анкерной крепи проводились в конвейерном штреке № 25 ОАО «Шахтоуправление «Обу-ховская» Выработка расположена по пласту Кг, где зафиксированы максимальные для шахт Российского Донбасса скорости коррозии элементов анкерной крепи. до 2 мм/год для стержней и до 1 мм/год для опорных плиток Анкеры с антикоррозионными покрытиями были установлены в обводненные породы кровли, из которой наблюдались водовыделения в виде капежа и прерывистых струй
Обнадёживающие результаты по истечении годового срока испытаний показали два антикоррозионных средства Через год эксплуатации на стержнях анкеров, покрытых этими антикоррозионными средствами, коррозионные разрушения отсутствовали Но через три года эксплуатации в коррозионно-активной среде состояние только одного покрытия, Epiter TF 130, практически не изменилось
По результатам предварительных испытаний антикоррозионных покрытий металлической анкерной крепи были сделаны следующие выводы
- применением антикоррозионных покрытий можно обеспечить проектные сроки службы анкерной крепи,
- для надежной антикоррозионной защиты анкерной крепи необходима высокая адгезия покрытий к элементам крепи,
- достижению высокой адгезии покрытий на опорных плитках препятствует наличие остатков прокатной окалины, удаление которых весьма затруднительно и трудоемко, требуется применение пескоструйной обработки поверхности
Исходя из полученных результатов шахтных испытаний антикоррозионных средств, ШахтНИУИ рекомендовал на шахте «Садкинская» устанавливать анкерную крепь с антикоррозионным покрытием в зонах реальных и возможных водо-выделений В соответствии с этими рекомендациями на шахте «Садкинская» в период с 12 03 07 г по 01 05 07 г анкеры ACPI конструкции ШахтНИУИ с анти-
коррозионным покрытием Epiter TF 130 были установлены в восточном откаточном ппреке горизонта - 215 м на участке дайной 190 м (ПК23-ПК42) и в восточном конвейерном штреке горизонта - 215 м на участке длиной 90 м (ПК24-1ЖЗЗ) По результатам испытаний в технические условия на анкерные сталеполи-мерные крепи ACPI и АСГ1 внесены дополнения в виде указаний по выбору антикоррозионных средств и величины среднего расчетного ресурса крепи в различных условиях эксплуатации
Экономическая эффективность способов сохранения параметров анкерной крепи была определена исходя из следующих вариантов крепления выработки
Базовый - в выработке устанавливается металлическая анкерная крепь типа ACPI без антикоррозионного покрытия Анкеры устанавливаются с шагом 1,0 м под металлические полосовые подхваты размером 4600x100x8 мм, также не имеющих антикоррозионного покрытия После исчерпания ресурса анкерной крепи по допустимой степени коррозионного износа выработка перекрепляется с установкой с шагом 1,0 м рам крепи КПСЗ 000 - 17 Альтернативные:
1) антикоррозионная защита элементов анкерной крепи: в выработке устанавливается металлическая анкерная крепь типа ACPI с антикоррозионным покрытием из материала Epiter TF 130 Анкеры устанавливаются с шагом 1,0 м под металлические полосовые подхваты размером 4200x100x8 мм, которые также имеют антикоррозионное покрытие
2) применение анкерной крепи, изготовленной из коррозионностойкой стали 20X13, - в выработке устанавливается металлическая анкерная крепь типа ACPI и металлические полосовые подхваты, изготовленные из нержавеющей стали, параметры анкерной крепи те же, что и в варианте 1,
3) применение армополимерной крепи АПК с армополимерными подхватами - параметры анкерной крепи те же, что и в варианте 1,
При расчете учитывалась стоимость крепёжных материалов и трудозатраты на возведение рамной крепи Трудозатраты на возведение анкерной крепи в рассматриваемых вариантах практически одинаковы и потому не учитывались
Результаты расчётов приведены в табл 4
Таблица 4
Экономическая эффективность применения способов сохранения проектных параметров анкерной крепи__
Параметры Базовый вариант Альтернативные варианты
антикоррозионные покрытия анкерная крепь из антикоррозионной стали армополимер-ные анкеры и подхваты
Стоимость на 1 м выработки, руб
- по материалам 7772 2279 4860,64 3522
- по заработной плате 320,42 53,5 0 0
Всего 8092,42 2332,5 4860,64 3522
Экономический эффект от применения альтернативного варианта, руб /м - 5759,92 3231,78 4570,42
Способ сохранения проектных параметров анкерной крепи путем применения антикоррозионных покрытий является наиболее экономичным
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В диссертации, являющейся научно-квалификационной работой, на основании выполненных автором исследований изложены научно обоснованные технологические разработки по сохранению ресурса работоспособности крепи в течение всего периода эксплуатации подготовительных выработок в условиях высокой относительной влажности воздуха и обводненности породного массива
Основные научные и практические результаты исследований, полученные лично автором, состоят в следующем
1 На основании анализа опыта эксплуатации подготовительных горных выработок установлено, что ресурс работоспособности сталеполимерной анкерной крепи в первую очередь определяется процессами коррозионного разрушения ее элементов
2 В результате шахтных исследований было установлено, что эксплуатационное состояние выработок, закреплённых анкерной сталеполимерной крепью, может быть сохранено в течение всего срока эксплуатации при выполнении следующих условий.
- предотвращение снижения несущей способности анкеров за счёт устранения их коррозионного износа путем использования антикоррозионных покрытий,
- выполнение расчетов параметров анкерной сталеполимерной крепи с обязательным учетом снижения в функции времени прочности и устойчивости анке-руемых пород
Предотвращение снижения несущей способности анкеров может быть также достигнуто применением анкеров из коррозионностойких марок сталей, а также из полимерных материалов, не подверженных старению
3 Выявлена доминирующая роль среди коррозионных факторов шахтной среды относительной влажности воздуха и обводненности поддерживаемых анкерами вмещающих пород в окрестностях подготовительных выработок
4 Предложено для объективного выявления вероятности сохранения устойчивого состояния подготовительной горной выработки и обоснования проектных параметров крепи использовать фрактальную модель заанкерованной кровли
5 Разработан на основе применения фрактальной модели нагруженного дерева методический подход к установлению необходимости применения антикоррозионных покрытий анкерной крепи в различных условиях эксплуатации, позволяющий на стадии проектирования определять параметры анкерной крепи, обеспечивающие устойчивость заанкерованных пород кровли в течение всего срока эксплуатации выработки
6 Осуществлена технико-экономическая оценка альтернативных вариантов технологических решений по сохранению ресурса работоспособности крепи подготовительных выработок, в результате которой подтверждена большая экономическая эффективность применения анкерной сталеполимерной крепи с антикоррозионными покрытиями
7 Разработаны технические требования к средствам антикоррозионной защиты анкерной металлической крепи, осуществлены шахтные испытания ряда антикоррозионных средств, из которых выделены наиболее приемлемые для защиты элементов анкерной крепи от коррозии (Брйег ТТ 130)
8 Результаты исследований вошли в технические условия на анкерные ста-
леполимерные крепи ACPI и АСГ1 в качестве указаний по выбору антикоррозионных; средств и величины среднего расчётного ресурса крепи без антикоррозионного покрытия (с антикоррозионным покрытием) в различных условиях эксплуатации, а также в «Руководство по повышению несущей способности длительно эксплуатируемой анкерной крепи распорно-замкового и клино-щелевого типов на шахтах Ростовской области»
Основное содержание диссертации отражено в следующих опубликованных работах автора
Издания, рекомендованные ВАК Минобрнауки России
1 Чавкин А И Причины, динамика коррозионного износа и прогноз срока службы анкерной крепи в условиях коррозионно-активной среды // Уголь - 2004 -№ 3-С 15-16
Прочие издания
1 Руководство по повышению несущей способности длительно эксплуатируемой анкерной крепи распорно-замкового и клино-щелевого типов на шахтах Ростовской области/ ШахтНИУИ - Шахты, 2001 - 42 с
2 Беликов В В , Чавкин А И Поддержание выемочных штреков, охраняемых угольными целиками шириной 5-15 м/1 Изв вузов Сев.-Кавк регион Техн науки Приложение? -2004.-С 54-63
3 Чавкин А И Выбор средств антикоррозионной защиты металлических анкеров и предварительные результаты их испытаний // Изв вузов Сев -Кавк регион Техн науки. Спецвыпуск «Техника и технологии угольных предприятий» -2005 - С 87-94
Подписано в печать 10 04 2008 г Формат 60x90/16 Объём 1,0 печ л Тираж 100 эхз Заказ №
Типография МГГУ, Москва, Ленинский проспект, 6
Содержание диссертации, кандидата технических наук, Чавкин, Александр Иванович
ВВЕДЕНИЕ.
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ
1.1. Анализ условий поддержания выработок, закреплённых анкерной крепью, на шахтах Российского Донбасса.
1.2 Анализ исследований взаимодействия анкерной крепи с породами кровли в неблагоприятных условиях эксплуатации.
1.3 Цель и задачи исследований.
Выводы.
2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ.
2.1 Выбор объектов исследований.
2.2 Основные методические положения исследований
3 ШАХТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ КОРРОЗИОННОГО РАЗРУШЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ АНКЕРНОЙ КРЕПИ.
3.1 Исследования коррозионного разрушения элементов анкерной крепи распорно-замковых конструкций.
3.2 Влияние различных факторов на скорость коррозионного разрушения элементов анкерной крепи распорно-замковых конструкций
3.3 Исследования коррозионного разрушения элементов анкерной сталеполимерной крепи.
3.4 Ресурс анкерной крепи на шахтах Российского Донбасса.
3.5 Прогноз сроков сохранения проектных параметров анкерной металлической крепи по фактору допустимой степени коррозионного износа.
4. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ
КРОВЛИ ВЫРАБОТОК.
4.1 Исследование устойчивости незакреплённой кровли выработок
4.2 Влияние анкерной крепи на устойчивость пород кровли выработок
4.3 Метод определения необходимости применения способов сохранения параметров анкерной сталеполимерной крепи в различных условиях эксплуатации.
5 РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ СПОСОБОВ СОХРАНЕНИЯ
ПРОЕКТНЫХ ПАРАМЕТРОВ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ АНКЕРНОЙ КРЕПИ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ.
5.1 Выбор способов сохранения проектных параметров анкерной крепи.
5.2 Шахтные испытания способов сохранения проектных параметров анкерной крепи.
5.3 Экономическая эффективность применения способов сохранения проектных параметров анкерной крепи.
Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Обоснование технологических решений по сохранению несущей способности анкерной крепи подготовительных выработок в период эксплуатации"
На угольных шахтах Российской Федерации и за рубежом для крепления горных выработок широко применяются различные виды металлических анкерных крепей. Обладая рядом преимуществ по сравнению металлическими рамными крепями, они имеют определённую область применения, которая существенно уже области применения металлических рамных крепей. Одним из существенных факторов, сужающих область применения металлических анкерных крепей, является их ограниченный срок службы.
Срок службы анкерных металлических крепей ограничивается двумя причинами:
- снижением прочности закрепления анкеров в шпурах;
- коррозионным износом элементов анкерной крепи.
На шахтах Российского Донбасса по этим причинам имели место случаи внезапного отказа анкерных крепей после 5-10 лет эксплуатации, которые приводили к обрушениям заанкерованных пород и даже к травмированию рабочих, в том числе и со смертельным исходом.
Исходя из этого действующая с 2000 года «Инструкция по расчёту и. применению анкерной крепи на угольных шахтах России» предусматривает проведение периодических обследований длительно поддерживаемых выработок, закреплённых анкерной крепью с целью определения несущей способности анкеров, степени их коррозионного износа и работоспособности крепи в целом.
Практика показала, что по истечении нормативного срока эксплуатации анкерная крепь во многих выработках имеет существенный коррозионный износ, ограничивающий срок остаточной эксплуатации крепи по этому фактору до нескольких лет. Имеют место случаи и полного исчерпания ресурса анкерной крепи по фактору коррозии до истечения нормативного срока эксплуатации. По этой причине органы Ростехнадзора РФ препятствуют применению анкерной крепи в длительно эксплуатируемых выработках. Применение рамных металлических крепей в этих условиях существенно увеличивает расходы на проведение и поддержание выработок. Размер экономических потерь от вынужденной замены анкерной крепи на металлическую рамную достигает 5,0-6,0 млн. рублей на 1 км проводимых выработок.
Техническое перевооружение угольной отрасли с целью всемерного снижения себестоимости добываемого угля привело к тому, что за последние десять лет металлические анкерные крепи распорно-замковых и клино-щелевых конструкций практически полностью были вытеснены сталеполимерными анкерными крепями, которые обладают рядом преимуществ по сравнению с ранее применявшимися анкерными крепями. Это, прежде всего, высокая несущая способность и надёжность закрепления анкерных стержней в шпуре. В настоящее время объёмы применения анкеров распорно-замковых и клино-щелевых конструкций незначительны; они применяются в основном для вспомогательных целей (временного крепления, крепления коммуникаций и т.п.).
Как показали многочисленные исследования несущей способности и технического состояния анкерных крепей, сталеполимерные анкеры практически не теряют прочности закрепления стержней в шпурах с течением времени. Но они также подвержены коррозионному разрушению, как и анкеры распорно-замковых и клино-щелевых конструкций.
В связи с изложенным актуальной является задача увеличение ресурса анкерных металлических крепей по фактору коррозионного износа. Её решение позволит существенно увеличить область применения анкерной металлической крепи (прежде всего, за счёт длительно поддерживаемых капитальных выработок) с соответствующим снижением стоимости их проведения и поддержания.
Целью работы является выявление закономерностей изменения несущей способности сталеполимерной анкерной крепи в зависимости от коррозионного износа её элементов для разработки эффективных технологических решений по сохранению ресурса работоспособности крепи в течение всего периода эксплуатации подготовительных выработок в условиях высокой относительной влажности воздуха и обводнённости породного массива.
Идея работы заключается в использовании фрактальной модели заанке-рованной кровли для выявления вероятности устойчивого состояния подготовительной выработки и обоснования проектных параметров анкерной крепи, обеспечивающих сохранение ресурса работоспособности в течение всего срока эксплуатации в условиях высокой относительной влажности воздуха и обводнённости породного массива.
Методы исследований. В работе использован комплексный метод исследований, включающий аналитические методы с привлечением фрактального моделирования, инструментальные наблюдения в натурных условиях с использованием апробированных методик, разработанных с участием автора, с последующей обработкой результатов методами математической статистики, шахтные исследования коррозионных потерь элементов анкерной крепи, а также опытно-промышленная проверка принятых решений.
Основные научные положения: доминирующим фактором, влияющим на несущую способность анкерной сталеполимерной крепи подготовительных горных выработок, эксплуатирующихся в условиях высокой относительной влажности воздуха и обводнённости породного массива, является коррозионный износ её элементов; использование фрактальной модели заанкерованной кровли обеспечивает объективное выявление вероятности устойчивого состояния подготовительной выработки и обоснование проектных параметров крепи для сохранения ресурса работоспособности в течение всего срока эксплуатации в специфических условиях; применение сталеполимерных анкеров с антикоррозионными покрытиями является наиболее эффективным технологическим решением по сохранению ресурса работоспособности анкерной крепи в течение всего срока эксплуатации.
Научная новизна работы заключается в следующем: выявлена доминирующая роль среди коррозионных факторов шахтной среды относительной влажности воздуха и обводнённости поддерживаемых анкерами вмещающих пород в окрестностях подготовительных выработок; разработан на основе применения фрактальной модели нагруженного дерева метод обоснования необходимости реализации способов сохранения проектных параметров анкерной крепи* в различных условиях длительной эксплуатации; доказана возможность сохранения эксплуатационного состояния подготовительной выработки в течение всего срока эксплуатации при креплении её сталеполимерными анкерами с антикоррозионным покрытием.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: представительным объёмом шахтных исследований, выполненных по разработанным и апробированным методикам (исследовано состояние 140 горных выработок, общей длиной 102 км на 21 шахте Российского Донбасса); корректным использованием современных методов (фрактального моделирования, теории вероятностей, математической статистики); положительными результатами эксплуатационных испытаний антикоррозионных покрытий металлических анкерных крепей.
Научное значение диссертации состоит в выявлении закономерностей изменения несущей способности сталеполимерной анкерной крепи,в зависимости от коррозионного износа её элементов для обоснования с использованием фрактальной модели заанкерованной кровли технологических решений по сохранению эксплуатационного состояния выработки в условиях высокой относительной влажности воздуха и обводнённости породного массива.
Практическое значение диссертации заключается в: разработке способа сохранения проектных параметров анкерной крепи в процессе длительной эксплуатации за счёт применения антикоррозионных покрытий; разработке технических требований к средствам антикоррозионной защиты металлической анкерной крепи; внесении дополнений в технические условия на анкерные сталеполи-мерные крепи ACPI и АСГ1 в части выбора антикоррозионных средств и определения ресурса крепи в сложных условиях эксплуатации.
Реализация результатов работы. Результаты исследований использованы при разработке «Руководства по повышению несущей способности анкерной крепи распорно-замкового и клино-щелевого типов на шахтах Ростовской области», (Шахты, 2001), а также дополнений в технические условия на анкерные сталеполимерные крепи ACPI и АСГ1 в части выбора антикоррозионных средств и величины среднего расчётного ресурса анкерных крепей в различных условиях эксплуатации.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и получили одобрение на заседаниях ученого совета ШахтНИУИ (2006, 2007), Международном симпозиуме в рамках «Недели горняка» МГГУ (Москва, 2005), научном семинаре кафедры «Подземная разработка пластовых месторождений» МГГУ (Москва, 2005-2007).
Публикации. Основные положения диссертации изложены в четырёх опубликованных работах, включая одну статью в журнале, рекомендованном ВАК Минобрнауки России.
Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 разделов, заключения, 5 приложений и содержит 19 рисунков, 20 таблиц, список литературы из 103 наименований.
Заключение Диссертация по теме "Геотехнология(подземная, открытая и строительная)", Чавкин, Александр Иванович
Выводы
Кратко рассмотрев и проанализировав основную совокупность применяемых в промышленности защитных покрытий, а также имеющийся опыт защиты в шахтных- условиях металлоконструкций и оборудования производим предварительное выделение наиболее перспективных из них для решения задач антикоррозионной защиты анкерной крепи в неблагоприятных шахтных условиях. К таким покрытиям можно отнести:
1) цинковые металлические покрытия;
2) оксидно-фосфатные плёнки;
3) лакокрасочные покрытия (используемые для покрытия днищ морских судов; стандартные битумная и небитумная системы, многослойная эпоксидная система, используемая для этих же целей; цинксиликатные покрытия и другие);
4) покрытия из термопластиков: пентона, полиэтилена и др.; полиэтиленовые и эпоксидные порошки, наплавляемые на поверхность металла;
5) твёрдые и мягкие защитные плёнки временных защитных покрытий.
Все они, за исключением последнего, должны наноситься на тщательно очищенные металлические поверхности подготавливаемых к установке анкеров.
Для защиты уже эксплуатирующихся анкеров возможно использование авиамасла с присадкой ингибитора или консистентных смазок типа солидола, шахтола и т. п.
Поскольку ни один из перечисленных выше типов антикоррозионных покрытий не испытывался в шахтных условиях для защиты анкерной крепи, для первичных испытаний следует отдать предпочтение тому из них, который обеспечивает наиболее простые средства и условия для формирования антикоррозионных покрытий. К такому типу в полной мере можно отнести только лакокрасочные покрытия.
5.2 Шахтные испытания способов сохранения проектных параметров анкерной крепи
5.2.1 Технические требования к средствам антикоррозионной защиты металлической анкерной крепи
Средства антикоррозионной защиты предназначены для формирования на элементах металлической анкерной крепи антикоррозионных покрытий, спо
139 собных предотвращать их коррозионное разрушение или уменьшать скорости коррозионного износа до значений, позволяющих иметь для всех элементов анкерной крепи ресурс по допустимой степени коррозионного износа, превышающий срок эксплуатации выработки.
Обычная схема работы антикоррозионного покрытия предусматривает защиту металлической поверхности от коррозионных разрушений в течение некоторого срока, называемого сроком службы покрытия. В течение этого срока происходит ухудшение состояния покрытия и его постепенное разрушение. После того; как в результате разрушения антикоррозионного*покрытия начинается коррозия защищаемого металла, срок службы покрытия можно считать законченным. Но и после этого наличие на защищаемой поверхности остатков антикоррозионного покрытия способно существенным образом снижать скорость коррозионных разрушений. Таким образом, в отношении к задаче защиты от коррозии элементов анкерной металлической крепи работа антикоррозионного покрытия может быть разделена на два этапа:
1) антикоррозионное покрытие полностью предотвращает коррозию защищаемого металла;
2) антикоррозионное покрытие в результате разрушения уже не может полностью предотвратить коррозионное разрушение защищаемого металла, но сдерживает развитие коррозионных процессов, ограничивая скорость их течения и область их распространения.
Как показано в главе 3 настоящей диссертации анкерная металлическая крепь в выработках с непродолжительным сроком службы (выемочные штреки, ходки, печи, сбойки и т.п.), как правило, не нуждаются в антикоррозионной-защите даже в самых агрессивных условиях шахтной среды. Поэтому область применения металлической анкерной крепи с антикоррозионными покрытиями распространяется, прежде всего, на капитальные, вскрывающие и другие подготовительные выработки угольных и рудных шахт со сроком службы не менее 5 лет, эксплуатируемые в неблагоприятных условиях шахтной среды (выделения воды из кровли, конденсация на анкерной крепи влаги или относительная влажность воздуха свыше 85 %).
Для определения допустимой скорости коррозионных разрушений эле1 ментов анкерной крепи после окончания срока службы антикоррозионного покрытия необходимо знать сам этот срок службы и срок поддержания выработки. Эффективно работающие в самых жёстких условиях эксплуатации антикоррозионные'покрытия имеют срок службы обычно не превышающий .10-15 лет. Срок поддержания капитальных выработок на угольных шахтах в настоящее время находится в пределах от 15 до 50 лет. Наиболее реальные значения предельных сроков поддержания выработок находятся в пределах 35-40 лет.
Рассчитаем допустимую скорость Vdon коррозионных разрушений стержня анкера по резьбовой части (наиболее типичный случай коррозионных разрушений) после выхода из строя антикоррозионного покрытия, проработавшего Т„окР = 10 лет. Срок службы выработки принимаем Твыр = 40 лет. у. = = 20,319-17,4 ,0 0973 в01 мм/год. доп Т -Т 40-10 выр покр
Производим такой же расчёт для опорных элементов для случая применения полосового подхвата толщиной 8 мм и опорной пластины такой же толщины.
V = h""+h™~h"""'" ~11опш,п = 16,0-11,7 = од43 мм/год.
Т -Т 40-10 выр покр
Таким образом, скорость коррозионных разрушений после завершения срока службы антикоррозионного покрытия не должна превышать ОД мм/год.
Средства антикоррозионной защиты металлической анкерной крепи представляют собой лакокрасочные материалы, которые при нанесении на элементы анкерной крепи образуют антикоррозионное покрытие.
Нанесение на элементы анкерной крепи средств антикоррозионной защиты (формирование антикоррозионного покрытия) производится по завершении процесса изготовления анкерной крепи.
Технические требования к средствам антикоррозионной защиты металлической анкерной крепи заключаются в следующем. Антикоррозионные покрытия должны:
- формировать сплошное лакокрасочное покрытие;
- сохранять свои свойства при нагружении элементов анкерной крепи в процессе её эксплуатации до уровня расчётного сопротивления;
- наноситься на поверхность элементов анкерной крепи, по возможности без трудоёмкой предварительной подготовки (допускается очистка от окалины, ржавчины, пригара, остатков формовочной смеси и других неметаллических слоёв до степени очистки от окислов 2 (ГОСТ 9.402-80) или 02 (СТ СЭВ 573286) [92]: при осмотре невооружённым глазом не обнаруживаются окалина, ржавчина, пригар, остатки формовочной смеси и другие неметаллические слои); класс покрытия в соответствии с ГОСТ 9.032-74 [93] - IV-VII.
- наноситься простейшими способами (окунанием, кистью, валиком или распылением);
- наноситься в один-два слоя;
- иметь время высыхания на отлип не более одних суток, полного отвердения — не более 2 суток при естественной сушке (температура воздуха от 5°С и выше);
- обеспечивать равномерное сплошное покрытие элементов анкерной крепи при толщине слоя 0,1-0,5 мм;
- обеспечивать хорошую адгезию к поверхностям элементов анкерной крепи (оцениваемую по ГОСТ 15140 [94]: методом решётчатых надрезов — 1 балл, методом параллельных надрезов 11 балл) без их дополнительной обработки, шпатлевания или грунтования;
- обладать эластичностью и высокой ударопрочностью (не менее 50 см при массе груза 1000 г по ГОСТ 4765-73 [95]);
- обладать высокой стойкостью к истиранию (износостойкостью);
- быть водостойкими (сохранять свойства при любом воздействии воды, не допускать водонасыщения, быть водонепроницаемыми);
- обладать высокой укрывистостью (не менее 4 м /л); обладать минимальной стоимостью; наноситься с использованием несложного и недорогого оборудования при минимальных затратах труда и времени.
Требования к блеску, светостойкости, цветостойкости, шлифуемости, по-лируемости антикоррозионных покрытий элементов анкерной металлической крепи не предъявляются.
Требования к шероховатости поверхностей элементов анкерной крепи для нанесения покрытий не предъявляются. I
Требования к уровню унификации и стандартизации заключаются в том, что формирование антикоррозионных покрытий на различных элементах анкерной крепи должно осуществляться с использованием одного антикоррозионного средства, выпускаемого в промышленных масштабах, которое также обеспечивает возможность формирования антикоррозионного покрытия с заданными свойствами на элементах металлических анкерных крепей любых типов и конструкций.
Требования к безопасности применения антикоррозионного средства: защита от выделяющихся при формировании антикоррозионного покрытия газов и испарений должна обеспечиваться проветриванием производственного помещения и применением простейших средств индивидуальной защиты; антикоррозионные покрытия на элементах металлической анкерной крепи должны быть нетоксичными, не выделять в рудничную атмосферу вредных и ядовитых веществ даже в случае пожара; допустимость применения антикоррозионного средства должно быть подтверждено соответствующим сертификатом.
Требования к технологии нанесения антикоррозионных покрытий на элементы металлической анкерной крепи заключаются в том, что она должна: обеспечивать проведение всего производственного процесса в одном помещении; исключать выполнение ручных операций, требующих больших усилий.
Эстетические требования к антикоррозионным покрытиям элементов анкерной крепи не предъявляются.
Требования к транспортированию и хранению определяются техническими условиями на металлическую анкерную крепь, на элементы которой наносится антикоррозионное покрытие.
При погрузке и разгрузке анкеров с антикоррозионным покрытием не допускается их сбрасывание, бросание и другие операции, приводящие к повреждению покрытия.
Анкеры с нанесёнными на них антикоррозионными покрытиями должны храниться под навесом или в неотапливаемых помещениях. Условия хранения очень жёсткие (ОЖ4) по ГОСТ 15150-69 [58].
Антикоррозионные покрытия элементов анкерной крепи должны обеспечивать эксплуатацию анкерной крепи в условиях высокой относительной влажности шахтной атмосферы (более 85 %), наличия в ней вредных примесей от взрывных работ, угольной и породной пыли, при любой температуре воздуха^ и вмещающих пород, а также в условиях обводнённых пород.
Антикоррозионные покрытия после истечения срока их службы должны обеспечивать снижение максимальных скоростей коррозии элементов анкерной крепи до значений не более 0,1 мм/год, в условиях эксплуатации В5 по ГОСТ 15150-69 и ГОСТ 9.104-79 [96] (в выработках шахт, где происходят выделение воды из кровли на анкеры, частая конденсация влаги, или относительная влажность воздуха составляет более 85 %).
5.2.2 Шахтные испытания антикоррозионных покрытий анкерной крепи
Целью шахтных испытаний являлась проверка эффективности защиты элементов анкерной крепи от коррозии в условиях агрессивной шахтной среды.
Для проведения испытаний была разработаны программа и методика шахтных испытаний средств антикоррозионной защиты металлической анкерной крепи. В ходе проведения испытаний решались следующие задачи. определялась прочность и износостойкость антикоррозионных покрытий (при транспортировании и установке); уточнялись коррозионные факторы шахтной среды; определялась стойкость антикоррозионных покрытий к воздействию агрессивной шахтной среды.
В-настоящее время в России и за рубежом производится в промышленных масштабах огромное количество самых разнообразных антикоррозионных средств, имеющих различные назначение, свойства и область применения.
Анализ свойств большого количества антикоррозионных средств, производимых в России и за рубежом, позволил установить, что в полной мере предъявляемым к ним техническим требованиям не отвечает ни* одно из них. Поэтому при выборе антикоррозионных средств для анализа и определения возможности их применения в качестве антикоррозионных покрытий элементов анкерной металлической крепи учитывалось, прежде всего, соответствие их свойств наиболее важным (определяющим) требованиям.
Определяющим требованием к средствам антикоррозионной защиты элементов металлических анкерных крепей является способность создавать сплошные, прочные, эластичные, водостойкие, водонепроницаемые покрытия, имеющие хорошую адгезию к металлическим поверхностям и сохраняющие свои свойства длительное время в самых агрессивных условиях эксплуатации.
Все остальные требования к средствам антикоррозионной защиты, а также требования к подготовке поверхностей, хотя и являются важными (прежде всего с экономической точки зрения), но не являются определяющими, так как не оказывают прямого отрицательного влияния на выполнение антикоррозионным покрытием его защитных функций, и поэтому могут допускать существенную корректировку.
Выбор антикоррозионных средств на основе разработанных технических требований к средствам антикоррозионной защиты металлической анкерной крепи осуществлялся путём контактов и консультаций со специалистами крупнейших фирм, осуществляющих поставку антикоррозионных средств на рынок
Российской Федерации. В результате проведенных поисковых работ были приняты к испытаниям и получены следующие антикоррозионные средства: антикоррозионная краска Novax (Компания «НОВА», г. Москва); антикоррозионный материал Epiter TF130 (ЗАО «АМВИТ», г. Москва); грунт-эмаль СБЭ-11 «Унипол» марки В (ЗАО НПК «КоррЗащита», г. Москва); антикоррозионная композиция Лаптекс ЦН (НЛП «Уником-Сервис», г. Первоуральск); антикоррозионная композиция Лаптекс ТУ (НЛП «Уником-Сервис», г. Первоуральск); антикоррозионная цинкнаполненная композиция Цинотан (ЗАО НПП «Высокодисперсные Металлические Порошки» г. Екатеринбург); защитный материал Прим антигравий (ООО «Мангуста», г. Санкт-Петербург); антикоррозионный материал Прим барьер W (ООО «Мангуста», г. Санкт-Петербург); эпоксидная краска Текнотар 100 (НПО «Вилана», АО «Текнос», г. Санкт-Петербург).
В таблице 5.1 приведены свойства и характеристики принятых к испытаниям антикоррозионных средств.
Все указанные антикоррозионные покрытия обладают высокой адгезией к стали (за исключением Novax), влагостойкостью, стойкостью в агрессивных средах, высокой прочностью, т.е. всем определяющим требованием к средствам антикоррозионной защиты элементов металлических анкерных крепей.
Шахтные испытания антикоррозионных покрытий металлической анкерной крепи проводились в конвейерном штреке № 25 ОАО «Шахтоуправление «Обуховская». Выработка расположена по пласту К2.
Текнотар 100 Прим барьер W Прим антигравий Цинотан Лаптекс ТУ Лаптекс ЦН СБЭ-111 «Унипол» марки В Epiter TF 130 Novax Наименование антикоррозионного средства to Р to Р to Р to Р to Р to р to Р to Р Стойкость в агрессивных средах Свойства и характеристики антикоррозионного средства
Высокая Высокая Высокая Высокая Н.д. Высокая 5 МПа Высокая д h Прочность при ударе to Р to Р to Р ' to р to Р to Р to Р to Р to Р Влагостойкость
- >—А 1—1 - - - - - ы Адгезия к окрашиваемой поверхности, балл
Кисть, безвоздушное распыление Безвоздушное распыление, кисть, валик Безвоздушное рас- j пыление, кисть, валик Кисть, валик, пневматическое и безвоздушное распыление Кисть, валик, распыление Кисть, валик, распыление Кисть, валик, распыление Кисть, валик, безвоздушное распыление Кисть, валик, распыление Способ нанесения
X н X 3 X п> н X о н . Очистка, Нет обеспыливание X а н X о н Нет X о н Необходимость нанесения грунтового слоя
Очистка, обезжиривание Обезжиривание Очистка, обезжиривание Очистка, обезжиривание ! Очистка, обезжиривание Очистка, обезжиривание Очистка, обезжиривание | Очистка, 1 обезжиривание Подготовка поверхности оо OJ ■ о. to ! Зависит от условий сушки Зависит от условий сушки Зависит от условий сушки э р 2 се я 5 w § о н 0 Е н я «с Я о 1 оо о Д h - ^ я Ы р § н 1 Высыхание, час о Д Д ь Lh ы Я я О § Л) И
OJ "ы 1 O-N to OJ 3,5-5,0 0\ 1 -j 4*. 9-12 2 Укрывистость, м /л
НПО «Вилана», АО «Текнос», г. Санкт-Петербург ЗАО ООО «Мангуста» ЗАО ООО «Мангуста» НПО «Высокодисперсные металлические порошки», г. Екатеринбург ООО НПП «Уни-ком-Сервис» ООО НПП «Уни-ком-Сервис» ЗАО «НПК Кор-рЗащита», г. Москва ЗАО «Амвит», г. Москва Компания «Нова», г. Москва Производитель о\ Й Я к и> I
Я н Я я о
43 о W
Я о я я сг1 CD о 43 CD to о н ся рз я
43 Я я tc н
СГ1
CD to й tc В и> X н я Е X я о Я
Е н fa Я Я Яс
В выработках, пройденных по этому пласту на шахте «Обуховская» зафиксированы максимальные для шахт Российского Донбасса скорости коррозии элементов анкерной крепи (до 2 мм/год для стержней и до 1 мм/год для опорных плиток). Анкеры с антикоррозионными покрытиями были установлены в кровлю выработки на участках ПК40-ГЖ43 и ПК197-ПК198, которые отличаются наличием обводнённых пород в кровле. Помимо этого из кровли наблюдаются водовыделения в виде капежа и прерывистых струй.
Конвейерный штрек № 25 в настоящее время проветривается обособленной воздушной струёй. Температура воздуха находится в пределах от 21 до 23°С, а относительная влажность - в пределах от 79 до 87 %. Наибольшие значения обоих параметров соответствуют летнему периоду, наименьшие - зимнему. Температура вмещающих пород - 28°С.
Срок остаточной эксплуатации конвейерного штрека № 25 составляет не менее 10 лет.
Для испытаний антикоррозионных средств были использованы распорно-замковые анкеры типа АШ1 длиной 1,6 м. Выбор для испытаний антикоррозионных средств распорно-замковых анкеров обусловлен их извлекаемостью. Для контроля состояния антикоррозионных покрытий и процессов коррозионного разрушения элементов анкерной крепи эти анкеры, в отличие от сталеполимер-ных или клинощелевых, могут быть в любое время извлечены из шпуров и установлены туда вновь.
Экспериментальные антикоррозионные покрытия были нанесены кистью в соответствии с ТУ 4253.004.00173931 - 2004 «Способы нанесения антикоррозионных покрытий на металлическую анкерную крепь» на стенде ОАО «ШахтНИУИ», а именно:
- элементы анкерной крепи были очищены от окалины, ржавчины, пригара, остатков формовочной смеси и других неметаллических слоёв до степени очистки от окислов 2 (ГОСТ 9.402 [92]); при осмотре невооружённым глазом окалина, ржавчина, пригар, остатки формовочной смеси и другие неметаллические слои не обнаружены; очистка производилась металлическими щётками и наждачной бумагой; после завершения очистки в соответствии с ГОСТ 9.402 производилось обезжиривание всей поверхности элементов анкерной крепи растворителями; позволяющими производить эту операцию вручную, для этих целей применялись: растворитель 646 ГОСТ 18188 [97] и ацетон ГОСТ 2768 [98];
- формирование антикоррозионного покрытия производилось нанесением антикоррозионного средства кистью в один слой без применения грунтовочного слоя.
Температура воздуха в помещении, где производилось нанесение антикоррозионных покрытий, находилась в пределах от 11 до 18°С, а влажность воздуха - от 62 до 85 %. Эти значения не выходят за пределы допустимых значений температуры и влажности воздуха, при которых допустимо нанесение антикоррозионных покрытий в соответствии с инструкциями по применению каждого из них.
Свойства полученных антикоррозионных покрытий и их соответствие техническим требованиям приведены в таблице 5.2'.
Практически все предъявленные к испытаниям антикоррозионные покрытия получены путём нанесения одного слоя антикоррозионного средства. Лишь на один из анкеров было нанесено два слоя антикоррозионной цинкна-полненной композиции Цинотан. Однослойные покрытия, полученные на основе этого антикоррозионного средства, отличались ярко выраженной неравномерностью толщины, которая визуально воспринималась как волнистость с просвечиванием металлической поверхности в местах с меньшими значениями толщины слоя. При этом потёки практически отсутствовали. После нанесения второго слоя на один из анкеров просвечивание металлической поверхности прекратилось, но возникли заметные потёки.
Толщина полученных покрытий во многих случаях оказывалась меньше требуемой минимальной толщины антикоррозионного покрытия, указанной в Технических требованиях на средства антикоррозионной защиты металлической анкерной крепи.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В диссертации, являющейся научно-квалификационной работой, на основании выполненных автором исследований изложены научно обоснованные технологические разработки по сохранению ресурса работоспособности крепи в течение всего периода эксплуатации подготовительных выработок в условиях высокой относительной влажности воздуха и обводнённости породного массива.
Основные научные и практические результаты исследований, полученные лично автором, состоят в следующем:
1. На основании анализа опыта эксплуатации подготовительных горных выработок установлено, что ресурс работоспособности сталеполимерной анкерной крепи в первую очередь определяется процессами коррозионного разрушения её элементов.
2. В результате шахтных исследований было установлено, что эксплуатационное состояние выработок, закреплённых анкерной сталеполимерной крепью, может быть сохранено в течение всего срока эксплуатации при выполнении следующих условий:
- предотвращение снижения несущей способности анкеров за счёт устранения их коррозионного износа путём использования антикоррозионных покрытий; выполнение расчётов параметров анкерной сталеполимерной крепи с обязательным учётом снижения в функции времени прочности и устойчивости анкеруемых пород.
Предотвращение снижения несущей способности анкеров может быть также достигнуто применением анкеров из коррозионностойких марок сталей, а также из полимерных материалов, не подверженных старению.
3. Выявлена доминирующая роль среди коррозионных факторов шахтной среды относительной влажности воздуха и обводнённости поддерживаемых анкерами вмещающих пород в окрестностях подготовительных выработок.
4. Предложено для объективного выявления вероятности сохранения устойчивого состояния подготовительной горной выработки и обоснования проектных параметров крепи использовать фрактальную модель заанкерованной кровли.
5. Разработан на основе применения фрактальной модели нагруженного дерева методический подход к установлению необходимости применения антикоррозионных покрытий анкерной крепи в различных условиях эксплуатации, позволяющий на стадии проектирования определять параметры анкерной крепи, обеспечивающие устойчивость заанкерованных пород кровли в течение всего срока эксплуатации выработки.
6. Осуществлена технико-экономическая оценка альтернативных вариантов технологических решений по сохранению ресурса работоспособности крепи подготовительных выработок, в результате которой подтверждена большая экономическая эффективность применения анкерной сталеполимерной крепи с антикоррозионными покрытиями.
7. Разработаны технические требования к средствам антикоррозионной, защиты анкерной металлической крепи, осуществлены шахтные испытания ряда антикоррозионных средств, из которых выделены наиболее приемлемые для защиты элементов анкерной крепи от коррозии (Epiter TF 130).
8. Результаты исследований вошли в технические условия на анкерные сталеполимерные крепи ACPI и АСГ1 в качестве указаний по выбору антикоррозионных средств и величины среднего расчётного ресурса крепи без антикоррозионного покрытия (с антикоррозионным покрытием) в различных условиях эксплуатации, а также в «Руководство по повышению несущей способности длительно эксплуатируемой анкерной крепи распорно-замкового и клино-щелевого типов на шахтах Ростовской области».
Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Чавкин, Александр Иванович, Москва
1. Юрченко И А. Энергетический подход к расчету параметров штанговой крепи. — В сб. Физико-техн. проблемы разработки полезн. ископаемых/ ЦНИЭИуголь. 1970. — №1. - С. 18-21.
2. Юрченко И.А. Определение рациональных параметров штанговой крепи для подготовительных выработок // Уголь Украины. 1971. - № 8. - С. 1617.
3. Курганский Е.В., Юрченко И.А. Факторы, определяющие несущую способность клинощелевых штанг: Сб. Проектирование и стр-во угольн. Предприятий. М.: Недра, 1965. - №3. - С. 26-29.
4. Юрченко И.А. Опыт расчета параметров штанговой крепи на шахтах комбината Ростовуголь. Тр. ШахтНИУИ. Вып.5. -Шахты, 1965. - С. 44-46.
5. Курганский Е.В. Исследование работы металлической анкерной крепи при ее длительной эксплуатации (применительно к условиям шахт Ростовского угольного района): Дис. канд. техн. наук. Новочеркасск, 1972. - 144 с.
6. Юрченко И.А., Курганский Е.В. Расчёт анкерной крепи с учётом фактора времени. Сб. Проектирование и строительство угольных предприятий: ЦНИЭИуголь. -М.,1970. -№3 (134). -С. 45-48.
7. Кулешов Е.С. К методике кратковременных испытаний распорно-замковых анкеров/УРесурсосберегающие методы разработки угольных месторождений: Тез. докл. научн. конф. ШИ НГТУ. Новочеркасск: НГТУ, 1995. -С. 21-23.
8. Инструкция по расчёту и применению анкерной крепи на угольных шахтах России/ ВНИМИ. СПб, 2000. - 70 с.
9. Руководство по повышению несущей способности длительно эксплуатируемой анкерной крепи распорно-замкового и клино-щелевого типов на шахтах Ростовской области/ ШахтНИУИ. Шахты, 2001. — 42 с.
10. ТУ 31-4253. 001. 00173931 2006 Анкер сталеполимерный АСГ1.000 Технические условия.11'. ТУ 4253. 003. 00173931 2006 Анкер сталеполимерный ACPI.ООО Технические условия.
11. Привалов А.А. Взаимодействие анкерной крепи и вмещающих пород вблизи выработок. Ростов-на-Дону: Изд-во СКНЦ ИШ. 2002. - 56 с.
12. Привалов А.А. Крепление выработок на тонких пологих пластах ста-леполимерными анкерами. Ростов-на-Дону: Изд-во СКНЦ ИШ. 2002. - 76 с.
13. ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике. Основные понятия, термины и определения. Введен с 01.07.90. М.: Издательство стандартов, 1990. — 37 с.
14. Штанговая крепь/ Семевский В.Н., Волжский В.М., Тимофеев О.В. и др. Под ред. В.Н. Семевского. М.: Недра, 1965. - 327 с.
15. Юрченко И.А. Энергетический подход к расчету параметров штанговой крепи. — В сб. Физико-техн. проблемы разработки полезн. ископаемых/ ЦНИЭИуголь. 1970. - № 1. - С. 18-21.
16. Юрченко И.А. Определение рациональных параметров штанговой крепи для подготовительных выработок // Уголь Украины. 1971. - № 8. - С. 16-17.
17. Coates D.F. Cochrane T.S. Rock bolting: research and design specifications// Can Mining J.-1971.-№3.-p.37-40.
18. Galczynski S., Dudek J., Wojtaszek A. Neue Gesichtspunkte die Dimen-sionierung des Ankerausbaus in Grubenraumen // Gluckauf-Forschungshefte. 1973, 34. -№1. - s. 14-18 (Нем).
19. Методические рекомендации по выбору и расчету анкерной крепи для сложных горно-геологических условий шахт Прокопьевско-Кисилевского района Кузбасса / Широков А.П., Лидер В.А., Петров А.И. и др. Прокопьевск, 1988.-112 с.
20. Лавров С.И. Исследование различных типов анкеров в условиях шахты «Капитальная» концерна «Кузнецкуголь»//Уголь. 1991. - №4. - С. 37-39.
21. Рогинский В.М., Лисин М.А. Методика количественной оценки качества крепи // Шахтное строительство. 1989. - №4. - С. 14-17.
22. Заславский Ю.З., Дружко Е.Б. Новые виды крепи горных выработок. -М.: Недра, 1989.-256 с.
23. ГОСТ Р 52042-2003 Крепи анкерные. Общие технические условия.
24. Штумпф А.Г. Работоспособность анкерной крепи АК-8// Шахтное строительство 1973. -№5. С. - 14-15.
25. Вальштейн Г.И., Дик Я.Г., Школяр А.П. Исследование работоспособности распорных замков'штанг из капрона и стекловолокнита АГ-4.: Тр. Кара-гандинск. н.-и. угольн. ин-та. Вып.25. -1969. С. 278-281.
26. Широков А.П., Давыдов В.В., Дзауров М.А. Армополимерная анкерная крепь // Уголь Украины. -1977. №12. - С. 8-12.
27. Дзауров М.А. Исследование работоспособности армополимерной крепи горных выработок// Шахтное строительство. -1983. №6. - С. 15-16.
28. Талве Л.Г. Оценка работоспособности и применяемости определенных конструкций штанговой крепи // Добыча и переработка горючих сланцев. Вып. 15-Л. 1966.-С. 26-36.
29. Рогинский В.М. Проектирование и расчет железобетонной штанговой крепи. М.: Недра, 1971. - 86 с.
30. Кулешов Е.С. Учёт временного фактора при проектировании выработок с анкерной крепью // Системный подход в горном деле: Тез. докл. Всесоюзной научн.-техн. конференции молодых ученых и специалистов угольн. промышленности. М., 1991. - С. 31-32.
31. Кулешов Е.С. О взаимодействии анкерной крепи и пород во времени // Струговая выемка. Сб. научн. тр. ШахтНИУИ. - Шахты, 1990. - С.15-18.
32. Кулешов Е.С., Бондаренко А.П., Мартыненко И.И. Влияние прочности и обводнённости пород на несущую способность анкерной крепи при длительной эксплуатации// Струговая выемка. Сб. научн. тр. ШахтНИУИ. - Шахты, 1990. -С.19-27.
33. Анкерная крепь: Справочник / Широков А.П., Лидер В.А., Дзауров М.А. и др. М.: Недра, 1990. - 205 с.
34. Широков А.П. Теория и практика применения анкерной крепи. — М.: Недра, 1981.-381 с.
35. Широков А.П., Гарбуз П.И. Внедрение анкерной крепи при бесцели-ковой технологии выемки угля // Уголь Украины. 1989 - №9. - С. 8-10.
36. Махно Е.Я. К вопросу о расчете штанговой крепи // Уголь. 1959. — №5. -С. 41-42.
37. Борисов А.А. Новые методы расчёта штанговой крепи.- М.: Госгор-техиздат. 1961. 62 с.
38. Баклашов И.В. Тимофеев О.В. Конструкции и расчет крепей и обделок. М.: Недра, 1979. - 344 с.
39. Югон А., Кост А. Штанговое крепление горных пород. М.: Госгор-техиздат, 1962. - 217 с.
40. Курганский Е.В., Юрченко И.А. Факторы, определяющие несущую способность клинощелевых штанг: Сб. Проектирование, и стр-во угольн. Предприятий. М.: Недра, 1965. - №3. - С. 26-29.
41. Мельников Н.И. Анкерная крепь. -М.: Недра, 1980. 252 с.
42. Юрченко И.А. Опыт расчета параметров штанговой крепи на шахтах комбината Ростовуголь. Тр. ШахтНИУИ. Вып.5. -Шахты, 1965. - С. 44-46.
43. Аллик' A.M. Штанговая крепь на сланцевых шахтах. М.: Недра, 1964.-219 с.
44. Курганский Е.В. Исследование работы металлической анкерной крепипри ее длительной эксплуатации (применительно к условиям шахт Ростовского угольного района): Дис. канд. техн. наук. - Новочеркасск, 19721-144 с.
45. Фридлянд A.M., Аллилуев В;Н. Повышение эффективности крепления горных выработок // Шахтное строительство: -1989; №7. - G. 13-15.
46. Давыдович И.ЛМС вопросу о влиянии физико-механических свойств пород и горнотехнических факторов на условия поддержания капитальных горных выработок глубоких шахт. Труды ВНИМИ, сб. 72, 1969.
47. Айзаксон Э. Давление горных пород в шахтах. Госгортехиздат. М.,1961.
48. Алфёров О.С. Влияние геологических факторов на прочностные свойства горных пород и устойчивость их в подземных выработках. Автореферат диссертации, представленной на соискание учёной степени канд. геол.-минер. Наук, Днепропетровск, Изд. ДГИ, 1964.
49. Беликов В.П., Залесский Б.В. и др. Методы исследования физико-механических свойств горных пород. Сборник «Физико-механические свойства горных пород». Изд. ИГЕМ АН СССР, 1964.
50. Инструкция по расчёту и применению анкерношкрепи на шахтах Ростовской области/ШахтНИУИ им. A.M. Терпигорева. Шахты* 1993. - 121 с.
51. Беликов В.В., Чавкин А.И. Поддержание■ выемочных штреков, охраняемых угольными, целиками шириной 5-15 м// Изв. вузов. Сев;-Кавк. регион. Техн. науки. Приложение 7. 2004. - С. 54-63.
52. ГОСТ 15150-69 Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды.
53. Й. Тейндл. Борьба с коррозией оборудования угольных шахт. М., «Недра», 1966, 132 с.
54. Шубович А.Я., Шкитов К.С., Макаров К.Ф. Динамика поражения коррозией металлических расстрелов шахтных стволов на рудниках Горной Шо-рии. Колыма. -1968. - №10. - С. 33-34.
55. Л.Д. Меделян, Н.М. Сулима, А.С. Анистрат. Устойчивость антикоррозийных покрытий конструкций армировки шахтных стволов Кривбасса. -Шахтное строительство, 1980. -№ 3. с. 19-20.
56. ГОСТ 10587-84 Смолы эпоксидно-диановые неотверждённые. Технические условия.
57. ГОСТ 7313-75 Эмали ХВ-785 и лак ХВ-784. Технические условия.
58. Чавкин А.И. Причины, динамика коррозионного износа и прогноз срока службы анкерной крепи в условиях коррозионно-активной среды // Уголь. 2004. - № 3 - С 15-16.
59. Holfrich Н.К. The durability of rock bolts // World Mining Eguip. 1990. - 14,-№4,-p.19-22 (Англ.).
60. ГОСТ 5632-72 Стали высоколегированные и сплавы коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные. Марки.
61. ГОСТ 2590-88 Прокат стальной горячекатаный круглый. Сортамент.
62. Васильев В.В. Полимерные композиции в горном деле. М.: Наука, 1986.-294 с.
63. П.А. Евсеев, И.И. Мартыненко, В.А. Крапивин, И.А. Капралова. Анкерная полимерная композиционная крепь // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. Приложение 9. 2006. - С. 116-121.
64. Луганцев Б.Б. Исследование процесса образования трещин в породах,вмещающих выемочные выработки с использованием фрактальных моделей // Уголь. -1996. -№12. С. 54-56.
65. Луганцев Б.Б. Обеспечение устойчивости подземных горных выработок в трещиноватом породном массиве. Дис. докт. техн. наук. Москва, 2003. -287 с.
66. Луганцев Б.Б., Лущик А.Г., Кулешов Е.С. Имитационные модели разрушения пород и угля в подземных горных выработках // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. Приложение 7. 2004. - С. 23-25
67. С. Солла. Разрушение нагруженных фрактальных деревьев. (Sara А. Solla IBM Thomas J. Watson Research Center, Yorktown Heights, New York 10598, USA).
68. Временная инструкция по расчёту и применению анкерной крепи на шахтах Восточного Донбасса/ ВНИМИ. СПб, 1997. - 50 с.
69. Методика оценки технического состояния металлической анкерной крепи по истечении нормативного срока службы/ ШахтНИУИ. Шахты, 1994. - 16 с.
70. Жук Н.П. Курс теории коррозии и защиты металлов. М., «Металлургия», 1976.-472 с.
71. Кулешов Е.С. О взаимодействии анкерной крепи и пород во времени // Струговая выемка. Сб. научн. тр. ШахтНИУИ. - Шахты, 1990. - С.15-18.
72. Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. Приложение 7. - 2004. - С. 63-66.
73. ГОСТ 5781-82 Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций. Технические условия.
74. Завьялов Р.Ю. Теория и методы расчёта анкерной крепи протяжённыхвыработок. Тула, изд. ТулГУ. - 2000. - 121 с.
75. Широков А.П., Писляков Б.Г. Расчёт и выбор крепи сопряжений горных выработок. М., Недра. 1978 - 304 с.
76. Коррозия. Справ, изд. под рук. Л.Л. Шрайера, пер. с английского М., Металлургия. — 1981 — 632 с.
77. X. Рачев, С. Стефанова. Справочник по коррозии, пер. с болгарского. М., «Мир», 1982-520 с.
78. Дж. Скалли. Основы учения о коррозии и защите металлов, пер. с английского. М., «Мир», 1978 224 с.
79. Е.Я. Люблинский. Что нужно знать о коррозии. «Лениздат», 1980192 с.
80. М.Ю. Гизатуллина. «Антикоррозийная защита горношахтного оборудования экологически чистыми лакокрасочными покрытиями». Научные сообщения. ИГД им. А.А. Скочинского, вып. № 294, М., 1993, с. 57-60.
81. М.Ю. Гизатуллина. «Защита металлоконструкций цинксиликатными покрытиями». Научные сообщения. ИГД им. А.А. Скочинского, выпуск № 291, М., 1993, с. 61-64.
82. Противокоррозионная защита трубопроводов и резервуаров: Учеб. для вузов. М.В. Кузнецов, В.Ф. Новоселов, П.И. Турунов, В.Ф. Котов М., «Недра», 1992-238 с.
83. Ю.В. Королев, В.Е. Путилов. Защита оборудования от коррозии, Л., «Машиностроение», 1973 136 с.
84. ГОСТ 9.402-80 (СТ СЭВ 5732-86) ЕСКС. Покрытия лакокрасочные. Подготовка металлических поверхностей перед окрашиванием.
85. ГОСТ 9.032-74 Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия лакокрасочные изделий, предназначенных для эксплуатации в районах с умеренным климатом. Технические требования и методы ускоренных испытаний.
86. ГОСТ 15140-78 Материалы лакокрасочные. Методы определения адгезии.
87. ГОСТ 4765-73 Материалы лакокрасочные. Метод определения прочности при ударе.
88. ГОСТ 9.104-79 Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия лакокрасочные. Группы условий эксплуатации.
89. ГОСТ 18188-72 Растворители марок 645, 646, 647, 648 для лакокрасочных материалов. Технические условия.
90. ГОСТ 2768-84 Ацетон технический. Технические условия.
91. ГОСТ 9.072-77 Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия лакокрасочные. Термины и определения.
92. Чавкин А.И. Выбор средств антикоррозионной защиты металлических анкеров и предварительные результаты их испытаний // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. Спецвыпуск «Техника и технологии угольных предприятий» 2005. - С. 87-94.
93. Инструкция по выбору рамных податливых крепей горных выработок. Изд. 2-е, перераб. И доп. СПб, 1991 - 125 с.
94. Единые нормы выработки (времени) для шахт Донецкого и Львовско-Волынского угольных бассейнов. М., 1980.
-
Чавкин, Александр Иванович
-
кандидата технических наук
-
Москва, 2008
-
ВАК 25.00.22
- Эффективное воспроизводство ресурса работоспособности анкерной крепи при поддержании горных выработок угольных шахт
- Геомеханическое обоснование параметров технологии анкерного крепления подготовительных выработок при интенсивной отработке запасов угля
- Геомеханическое обоснование технологии анкерного крепления подготовительных выработок при интенсивной отработке запасов угля
- Обоснование параметров технологии поэтапного проведения и анкерного крепления пластовых подготовительных выработок
- Обоснование параметров двухуровневой анкерной крепи для поддержания повторно используемых выработок в условиях шахт Восточного Донбасса
