Диссертации » Науки о Земле » Геотехнология(подземная, открытая и строительная)

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Разработка и обоснование технологии взрывного закрепления выработок на удароопасных железорудных месторождениях
ВАК РФ 25.00.22, Геотехнология(подземная, открытая и строительная)

Автореферат диссертации по теме "Разработка и обоснование технологии взрывного закрепления выработок на удароопасных железорудных месторождениях"

604699543

На правах рукописи

Федоренко Анатолий Иванович

РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВЗРЫВНОГО ЗАКРЕПЛЕНИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК НА УДЛРООПАСНЫХ ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ

Специальность 25.00.22 -«Геотехнология (подземная, открытая и строительная)»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

3 0 СЕН 2010

Кемерово-2010

004609543

Работа выполнена в Сибирском государственном индустриальном университете и Восточном научно-исследовательском горнорудном институте

Научный консультант- доктор технических наук, профессор

Ерёменко Андрей Андреевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Боликов Владимир Егорович; доктор технических наук, профессор Кузьмин Евгений Викторович-доктор технических наук, профессор Першин Владимир Викторович

Ведущая организация - «Научный цйпр ВостНИИ по безопасности в горной промышленности» (ОАО «НЦ ВостНИИ)».

Защита диссертации состоится « 21» октября, 2010 г. в _13 часов на заседании диссертационного совета Д 212.102.02 в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет» по адресу: 650000, г. Кемерово, ул. Весенняя, 28.

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

Автореферат разослан «10» 09 2010 г.

Ученый секретарь .

диссертационного совета —' В.В. Иванов

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Железорудные месторождения Горной Шо-рии и Хакасии в Алтае-Саянской складчатой области разрабатываются на больших глубинах в условиях действия высоких тектонических напряжений и сложных горно-геологических условиях. Руды и породы прочные, хрупко разрушаются под нагрузкой, способны накапливать значительную упругую энергию деформаций; около 90 % пород удароопасны. Развитие горных работ на месторождениях связано с ростом объемов проведения капитальных, подготовительных и нарезных выработок, длина которых на отдельных участках изменяется от сотен до тысяч метров. Крепление выработок в этих условиях является трудоемким, малопроизводительным и опасным процессом.

Сотрудниками ИГД СО РАН, ВНИМИ, ИПКОН, КНЦ РАН, СПГГУ (ТУ), СФ ВНИМИ, ВостНИГРИ, КузГТУ, МГГУ и служб прогноза и предупреждения горных ударов (ППГУ) выполнен большой объем теоретических и экспериментальных исследований по определению геомеханического состояния массива горных пород с применением различных методов измерения напряжений на рудных месторождениях. Наличие высоких горизонтальных напряжений (ст]) в нетронутом массиве объясняется действием современных тектонических процессов в регионе. Установлено, что вне зоны и в зоне ведения очистной выемки максимальные главные напряжения а 1 в 2,5-5,0 раз превышают вертикальные (аз). Вкрест простирания действуют напряжения (аг), равные (1,4-2,5) аз- Главные нормальные напряжения в массиве горных пород находятся в соотношении стг: а-2 ■' = 2,6:1,4:1,0.

Характерной особенностью тектонических полей напряжений является разрушение горных пород в кровле и почве горизонтальных выработок, а также стенок вертикальных выработок. Величины напряжений и направление их действия оказывают существенное влияние на устойчивость выработок и, как следствие, на выбор типа крепи.

Поддержание выработок в большинстве случаев осуществлялось за счет применения железобетонной и монолитной бетонной крепей. Однако эти крепи не являются эффективными при возникновении горных ударов с высокой сейсмической энергией, что приводит к их разрушению. Особая роль отводится системе «крепь-порода», включающей применение, например, облегченных крепей, в том числе анкерных. В этом случае возникает необходимость исследования влияния технологии установки и конструкции анкерных крепей на распределение напряжений в приконтурном массиве при различных схемах их расположения для обеспечения эффективности и безопасности крепления выработок различного назначения. Таким образом, разработка и обоснование технологии крепления выработок в удароопасных условиях является актуальной научной проблемой, имеющей существенное значение в развитии экономики горнорудных предприятий.

Основные результаты диссертационной работы получены автором при проведении научно-исследовательских работ в соответствии с планами научных исследований институтов "ВостНИГРИ" и СибГИУ по темам: «Исследование и разработка штангового и комбинированного видов крепей для условий треста "Таштаголшахторудстрой" в качестве постоянных», «Исследование, разработка и внедрение технологии проведения и крепления горных выработок, узлов приготовления набрызгбетонной крепи, обеспыливающих средств заряжания шпуров и упрочнения пород методом инъекции, обеспечивающих повышение производительности труда в 1,3-1,5 раза», «Исследование и разработка рационального вида штанговой крепи и типовых паспортов крепления выработок большого сечения», «Исследование и промышленные испытания техники и технологии проведения и крепления горных выработок на рудниках Сибири в условиях повышенного горного давления», «Разработка и испытание технологии проведения протяженных и крепления подготовительно-нарезных выработок в условиях рудников Сибири», «Проведение и крепление горных выработок в удароопасных зонах железорудных месторождений» (1980-2009 гг.).

Целью работы является разработка и обоснование технологии взрывного закрепления выработок в удароопасных условиях, обеспечивающей повышение эффективности и безопасности проходческих работ.

Объектом исследования является приконтурный массив горных выработок, при креплении которого в удароопасных условиях применяют анкеры взрывного закрепления.

Предметом исследования является устойчивость горных выработок в зависимости от расположения анкеров относительно продольной оси выработки с учётом коэффициента устойчивости и типа динамического явления.

Идея работы состоит в использовании установленных закономерностей распределения напряжений в приконтурном массиве, в зависимости от угла расположения анкеров относительно продольной оси выработки, для разработки эффективной технологии взрывного закрепления выработок.

Задачи исследований:

- установить закономерности распределения напряжений в кровле выработки при различных схемах расположения анкерной крепи;

- определить влияние геометрических параметров трубчатых анкеров взрывного закрепления на их несущую способность;

- разработать конструкцию и технологию возведения трубчатых анкеров взрывного закрепления для обеспечения устойчивости выработок в условиях динамической активности;

- разработать методику определения устойчивости приконтурного массива и обосновать выбор облегченных видов крепей при проведении выработок в удароопасных условиях;

- разработать технологию совмещенного проведения и крепления выработок при взрывании.

Методы исследований включают: научные обобщения, теоретические и экспериментальные исследования в лабораторных и производственных условиях с применением численных методов для установления закономерностей распределения напряжений в кровле выработки при различных схемах

расположения анкеров; статистическую обработку и анализ натурных наблюдений для установления несущей способности облегченных видов крепей, исследование свойств горных пород и руд для определения категории удароопасности горных пород, а также проверку технологии крепления горных выработок в натурных условиях.

Научные положения, защищаемые автором:

- величины горизонтальных, вертикальных и касательных напряжений, обеспечивающие устойчивость выработки, находятся в соотношении <7х: Оу: Ттах =7:5:3 и определяются углом расположения анкеров, равным 70°

относительно продольной оси выработки;

- повышение несущей способности трубчатых анкеров взрывного закрепления от 24 до 47 кН обеспечивается изменением соотношений величин внешнего и внутреннего радиусов с 1,17 до 1,27 и созданием Ф-образной плиты опорного элемента с образованием продольных каналов глубиной не менее 1/3 толщины стенки анкера;

- повышение устойчивости выработок в условиях динамической активности достигается за счёт применения трубчатых анкеров взрывного закрепления с элементами самонатяжения и податливости;

- выбор облегченных видов крепей при проведении выработок в геодинамических опасных районах рудников определяется коэффициентом устойчивости, изменяющимся в пределах 1,00<КУ<0,45 и типом динамических явлений;

- повышение эффективности и безопасности при совмещенной технологии проведения и крепления горных выработок достигается установкой в первую очередь трубчатых анкеров взрывного закрепления с металлической решеткой в кровле, во-вторую - взрыванием шпуровых зарядов ВВ в забое выработки.

Отличие от результатов, полученных другими авторами, заключается в установлении влияний угла установки анкеров и применения решетча-

той затяжки в виде сплошного полотна на устойчивость горных выработок, в возможности использования совмещенной технологии проведения и крепления выработок за счет применения трубчатых анкеров взрывного закрепления.

Достоверность и обоснованность научных результатов обеспечивается значительным объемом экспериментальных лабораторных и натурных исследований на горных предприятиях Абаканского, Таштагольского, Шере-гешевского и Казского месторождений; представительным периодом длительного (более 20 лет) мониторинга состояния закрепленных по разработанной технологии выработок; 87 % сходимостью теоретических и экспериментальных результатов исследований, полученных при опытно-промышленных испытаниях и внедрении рекомендуемой технологии крепления выработок в удароопасных условиях железорудных месторождений, а также положительными результатами опытно- промышленной проверки технических и технологических решений и внедрения на горнорудных предприятиях Абаканского, Таштагольского, Шерегешского, Казского рудников ОАО «Евразруда».

Научная новизна работы состоит в следующем:

- установлена закономерность распределения горизонтальных, вертикальных и касательных напряжений в приконтурном массиве в зависимости от угла расположения анкеров в кровле относительно продольной оси выработки;

- выявлены зависимости несущей способности трубчатого анкера взрывного закрепления от соотношения внешнего и внутреннего радиусов, площади контакта с поверхностью шпура, деформации Ф-образной плиты опорного элемента анкера от нагрузки, а также глубины продольных углублений на корпусе от толщины стенки трубчатого анкера;

- установлено влияние податливости соединения металлической решетки на величины нагрузок между анкерами, отличающимися равномерностью распределения при установке решетки в виде сплошного полотна, при этом выявлена зависимость изменения устойчивости горных выработок в

удароопасных условиях от конструкции трубчатых анкеров взрывного закрепления, отличающихся тем, что анкеры оснащены элементами самонатяжения и податливости;

- выявлена связь между категориями удароопасности, коэффициентом устойчивости и типом динамических явлений;

- научно обоснована технология совмещенного проведения и крепления выработок в удароопасных условиях.

Научное значение работы состоит в установлении взаимосвязи между параметрами технологии взрывного закрепления выработок и геомеханическими процессами в условиях геодинамических проявлений, в обосновании технологии совмещенного проведения и крепления выработок взрывным способом.

Практическая ценность работы заключается:

- в возможности использования разработанных технических и технологических решений при креплении выработок на основе анкерной крепи для повышения несущей способности выработок в удароопасных условиях;

- в оценке устойчивости выработок и степени их удароопасности для выбора рационального вида крепи;

- в разработке технологии крепления горных выработок в удароопасных условиях железорудных месторождений для повышения эффективности и безопасности крепления;

- в разработке совмещенной технологии проведения и крепления горных выработок в удароопасных условиях на основе трубчатых анкеров взрывного закрепления;

- в снижении материальных затрат в 1,9 раза при креплении горных выработок.

Личный вклад автора состоит:

- в обобщении исследований в области устойчивости выработок в условиях сложного напряженно-деформированного состояния горных пород на Абаканском, Таштагольском, Шерегешевском и Казском, месторождениях;

- в установлении закономерностей распределения горизонтальных, вертикальных и касательных напряжений в кровле выработки при различных схемах расположения анкерной крепи;

- в установлении влияния геометрических параметров трубчатых анкеров взрывного закрепления на несущую способность анкера и опорного элемента;

- в оценке взаимодействия анкерной крепи и металлической решетки с массивом горных пород в кровле выработки, разработке конструкции и технологии возведения трубчатых анкеров взрывного закрепления для обеспечения устойчивости выработок в условиях динамической активности;

- в разработке методики определения устойчивости приконтурного массива и обоснования выбора облегченных видов крепей при проведении выработок в удароопасных условиях железорудных месторождений и внедрении результатов работы;

- в разработке технологии крепления горных выработок на основе взаимодействия свойств горных пород, трубчатых анкеров взрывного закрепления, металлической решетки и набрызгбетона.

Реализация работы. Основные результаты исследований вошли составной частью в «Инструкцию по креплению горных выработок» (Новокузнецк СибГИУ, 1979. - 61 е.), «Временную технологическую инструкцию по применению и установке трубчатых штанг взрывного закрепления» (Новокузнецк, 1982. - 26 е.), в учебное пособие «Управление состоянием массива на удароопасных месторождениях Сибири» (Новокузнецк, 2001. - 96 с). Внедрение разработанных рекомендаций позволило получить экономический эффект в сумме 22,6 млн. рублей (в ценах 2009 г.).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на конференции «Фундаментальные проблемы формирования техногенной геосреды» (Новосибирск: ИГД СО РАН, 2009 г.); 3-ей Международной конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики (Тула: ТГУ, 2007 г.); на научных симпозиумах «Неделя гор-

няка» (Москва: МГГУ, 2005-2010 гг.); на конференции с участием иностранных ученых «Фундаментальные проблемы формирования техногенной геосферы» (Новосибирск: ИГД СО РАН, 2007 г.); IV научно-практической конференции с участием иностранных ученых «Наукоемкие технологии добычи и переработки полезных ископаемых» (Новосибирск: ИГД СО РАН, 2005 г.); VII международной конференции «Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых» (Новокузнецк, Сиб-ГИУ, 2002 г.); Международной конференции «Управление напряженно-деформированным состоянием скальных пород при разработке месторождений полезных ископаемых и строительстве подземных сооружений», (Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 1996 г.); на Всероссийской конференции «Управление напряженно-деформированного состояния массива горных пород при открытой и подземной разработке месторождений полезных ископаемых» (Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 1999 г.); на научно-практических конференциях с международным участием «Перспективы развития горнодобывающей промышленности» (Новокузнецк, СибГИУ, 1999 г.) и «Геомеханика в горном деле» (Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 1996 г.), на научно-технических советах НПО «Сибруда», ОАО «Евразруда» и ВостНИГРИ (1979-2010 гг.).

Публикации. Основные положения диссертации изложены в 48 научных работах, в том числе в одной монографии, 16 статьях в рецензируемых периодических изданиях, рекомендованных ВАК, в 1 учебном пособии, 3 авторских свидетельствах и в 2 патентах РФ.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 250 страницах, состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованной литературы из 250 наименований, содержит 72 рисунка, 30 таблиц, 2 приложения.

Автор выражает глубокую благодарность научному консультанту д.т.н., проф. A.A. Еременко, а также д.т.н., проф. В.Н. Фрянову, д.т.н., проф, B.C. Шеховцову, д.т.н., Л. Т. Дворникову, д.т.н., д.т.н., проф. В.М. Серякову и научным сотрудникам ИГД СО РАН, ИГД УрО РАН, ВостНИГРИ,

ИГД СО РАН, ИГД УрО РАН, ВостНИГРИ, СибГИУ, КузГТУ за научно-методическую помощь при подготовке работы, работникам ОАО «Евразру-да», Таштагольского, Казского, Горно-Шорского и Абаканского филиалов и службам прогноза и предупреждения горных ударов (Ш И У) за помощь в проведении промышленных испытаний.

Основное содержание работы

В первой главе приведены геологическая, горнотехническая и геомеханическая характеристики железорудных месторождений Горной Шории и Хакасии. Освещено состояние проблемы по обеспечению устойчивости выработок в условиях напряженно-деформированного состояния (НДС) массива и изложены факторы, приводящие к потере устойчивости горных пород, а также проведен анализ эффективности различных конструкций анкерных крепей.

Железорудные месторождения Горной Шории и Хакасии разрабатываются на больших глубинах в условиях действия высоких тектонических напряжений. Руды и породы прочные, хрупко разрушаются под нагрузкой, способны накапливать значительную упругую энергию деформаций. Наличие высоких горизонтальных напряжений в нетронутом массиве объясняется действием современных тектонических процессов в регионе.

Существенный вклад в изучение геомеханического состояния массива горных пород Горной Шории и Хакасии внесли: П.В.Егоров, В.А. Квочин, JI.M. Лазаревич, Т.В.Лобанова, А.Т. Шаманская, Б.В. Шрепп и др.

Значительный вклад в оценку и прогноз устойчивости горных выработок внесли следующие ученые: Е.В. Артенейт, И.В. Баклашов, Н.С. Булычев, С.А. Константинова, ГГ. Кочерян, А. Лабасс, Г.Г. Мирзаев, О.В. Тимофеев, В.Л. Трушко, В.А. Усков, Г. Феннер и др., а также ученые институтов ВНИ-МИ, ИГД СО РАН, ИГД Уро РАН, КНЦ РАН, ВостНИГРИ, ВостНИИ, СПГТУ (ТУ), КузГТУ, УГГУ, ИрГТУ, ПГТУ. и др. Они способствовали развитию и широкому внедрению на горнодобывающих подземных предприятиях России технологии крепления выработок путем упрочнения массива

анкерами в условиях повышенных тектонических напряжений. Выявлено, что с физической точки зрения устойчивость приконтурного массива выработанного пространства определяется величинами, видами, формами деформации и разрушения в приконтурной части массива, что обуславливается соотношением действующих в массиве напряжений и деформационно-прочностными свойствами горных пород.

Определено, что действующие в массиве напряжения меняют свою величину и направление в зависимости от формы и размеров зоны пространственно-временного влияния очистных работ, а также прочности горных пород с изменением глубины.

Установлено, что параметры полей напряжений и, следовательно, устойчивость горных выработок зависят от совокупности действия многих взаимосвязанных факторов, которые можно подразделить на естественное поле напряжений ненарушенного и нарушенного массива; деформационные характеристики пород приконтурного массива; геометрические параметры выработок: форма и размер их сечения, соотношение ширины и высоты, взаимное влияние соседних выработок, расположение их относительно максимальной составляющей напряжения и др. Повышение несущей способности пород в окрестности выработки возможно достичь путем упрочнения горных пород, например, армированием анкерами.

В развитии теории и практики, средств и способов упрочнения массива горных пород большой вклад внесли: В.Е. Боликов, Н.С. Булычев, В.Г. Венгловский, Ю.В. Герескул, Ю.З. Заславский, Е.В. Кузьмин, Г.И. Кравченко, Н.И. Мельников, Г.Г. Мирзаев, В.А. Першин, A.B. Ремезов, A.A. Ренев, К. Н. Савин, В.И. Семевский, H.H. Фотиева, А.П. Широков и др.

Анализ и обобщение теоретических и экспериментальных исследований при креплении горных выработок в удароопасных условиях показали, что на рудниках широко используются бетонные, железобетонные и облегченные крепи, способствующие повышению несущей способности массива.

Выявлено, что перспективным направлением является совершенствование облегченных крепей.

Несмотря на многочисленность выполненных исследований, недостаточно изучены вопросы влияния расположения анкеров на характер распределения напряжений на контуре горной выработки и их устойчивость. Не в полной мере разработаны конструкции трубчатых анкеров взрывного закрепления для условий динамической активности, установлены особенности взаимодействия анкеров с металлической решеткой, разработаны параметры и технология возведения облегченных видов крепи в удароопасных условиях.

На основе анализа состояния вопроса, показавшего актуальность проблемы в области крепления горных выработок в удароопасных условиях, определены цель и задачи исследований.

Во второй главе изложены результаты физического и математического моделирования напряженно-деформированного состояния массива горных пород в окрестности выработки с различными схемами расположения анкерной крепи при нагружении в экспериментальной установке (рисунок 1).

Рисунок 1 - Общий вид экспериментальной модели: 1 - резиновая прокладка; 2 - металлические шарики; 3 - песчано-цементная модель массива горных пород с выработкой; 4 - площадка нагружения; 5 - металлические бруски; Р - вертикальная нагрузка

Исследовалось вертикальное, наклонное и комбинированное расположение анкеров, установленных под углом 70° относительно продольной оси выработки с сеткой (рисунок 2).

а)

б)

в)

.11111 \\\\\\ Ж Ж Ж

и т АЛЛ

О-

*г> -'-г--'«

^ «.г,-,:« "

- ' - - .«IV-

Рисунок 2 - Схемы расположения анкеров: а - вертикальное; б - под углом в сторону забоя; в - комбинированное

Анкеры в кровле выработки устанавливались в процессе заливки пес-чано-цементной модели путем бетонирования. Модуль Юнга и коэффициент Пуассона составили для песчано-цементной модели 30000 МПа и 0,20 соответственно.

Размеры модели - 210x210x140 мм. При воздействии пресса на площадку нагружения 4 усилие (Р) передается на металлические бруски 5, которые воздействуют на металлические шарики 2. Резиновая прокладка деформируется и вызывает разгрузку верхней части модели 3. Усилие Р равномерно распределяется по верхней границе площадки нагружения (рисунок 1).

Для определения критерия подобия составляем критериальное уравнение прочности закрепленной выработки, используя анализ размерности на основе я-теоремы Бэкингема, т.е. находим функцию следующих параметров:

да „ , (1)

где ош, (Тсж - напряжение и прочность на сжатие стенки анкера - порода, Па; 1 - длина анкера, м; 5 - толщина стенки анкера, м; v - скорость динамического сдвига пород, м/с; касательное напряжение на контуре выработке, Па; р - плотность горной породы, кг/м3; - угол внутреннего трения пород и угол наклона анкера, рад.

Используя метод нулевых размерностей, определяем следующие критерии подобия: а -а

—-— = 7t - критерии, характеризующий отношение разности прочности

pv

металлопородной оболочки и горной породы на сжатие к динамическому давлению сдвига;

5 Р,

- = к ;— = 7Ct - критерии, характеризующие геометрию системы; ( v-5-p^l

- =71 - критерии, характеризующий отношение динамических сил

I J

к силам пластической вязкости металлопородной оболочки, (At - время взрыва при установке анкера).

По первой и третьей теоремам подобия одноименные критерии подобия модели и натуры должны быть равны, т.е.:

ni =7ti; 7ii =я1,п1 =я1;тг) =л4. (2)

Анализ результатов лабораторных исследований показал, что при наклонном и комбинированном расположении анкеров устойчивость выработки повышается в среднем в 1,5 раза по сравнению с вертикальным и в 2,7 раза - по сравнению с незакрепленной выработкой.

Расчет напряженно-деформированного состояния, возникающего в элементах модели, проведен при нагрузке, равной 250 кН, так как при превышении данной нагрузки начинается процесс разрушения песчано-

цементной модели. Значение Р соответствует вертикальному напряжению су, равному 8,5 МПа.

В результате установки анкеров в приконтурный массив горных пород создается среда с другими механическими свойствами. На рисунке 3 система координат (х, у) отвечает глобальной системе, в которой рассматривается процесс деформирования модели, (*У) - локальной системе, одна из осей которой совпадает с направлением расположения анкера. На рисунке 3 этой осью является оУ.

Рисунок 3 - Глобальная (Оху) и локальная (О'х'у1) системы координат при использовании соотношений анизотропного упругого тела для расчетов напряженного состояния, укрепленного анкерами массива горных пород

Введем обозначения: компоненты тензора напряжений - стх, ау, тху; компоненты тензора деформаций - ех, Еу, уху в системе координат (Оху); оь 02, он, £ь е2,712 - значения тензора напряжений и деформаций в системе координат (о'х'у1). Так как напряжение анкерования совпадает с осью оУ, то главные направления тензоров напряжений и деформаций будут совпадать с осями о'х1 и оУ. Ось Ъ будет направлена перпендикулярно плоскости чертежа и деформации модели в этом направлении не будет, т.е. будут выполнены условия плоской деформации.

Для вычисления компонент матрицы жесткости конечных элементов, на которые разбивается расчетная область, определяем компоненты матрицы, связывающие напряжения и деформации в системе координат Оху.

Пользуясь матричной алгеброй, определяем компоненты тензора наст,

пряжений {а} = • сг; через компоненты тензора деформаций: 8

т

У

т.е. через

выразим {0} = [Ъ]{б} .

Выполняя преобразования и перемножение матриц, получаем формулы для вычислений матрицы жесткости и определяем напряжённо-деформированное состояние массива.

Направление внедрения анкеров учитывалось с помощью задания различных значений угла ф.

На (рисунках 4-5) приведен характер распределения горизонтальных сг<, вертикальных СТ; и касательных напряжений на контуре выработки

при следующих механических характеристиках среды: модуль Юнга 75000 МПа, модуль сдвига 23000 МПа, коэффициент Пуассона 0,2.

Доказано, что угол наклона анкеров должен соответствовать углу внутреннего трения. Установлено, что наклонное и комбинированное расположение анкеров под углом 70° относительно продольной оси выработки создает в кровле выработки увеличенную зону состояния всестороннего сжатия, уменьшающую разрушение пород и увеличивает устойчивость выработки в 1,5 раза по сравнению с вертикальным расположением.

Рисунок 4 - Распределение напряжений в окрестности выработки при вертикальном расположении анкеров: а-ст , б- а ,в — т

я' у ' ПК

6

Рисунок 5 - Распределение напряжений в окрестности выработки при наклонном расположении анкеров: а - , б - сгт, в -

В третьей главе приведены исследования по определению несущей способности трубчатого анкера взрывного закрепления. Трубчатый анкер состоит из металлической трубы, закрепляемой в шпуре при помощи взрыва детонирующего шнура в водной среде (рисунок 6). После установки анкер

воспринимает нагрузку, которая распределяется по периметру сечения корпуса в направлении от стенки шпура.

а) б)

Рисунок б - Общий вид трубчатого анкера взрывного закрепления в шпуре до и после установки: а - с образованием опорной плиты до и после взрыва; б - с образованием опорного элемента взрывом; 1 - пробка; 2 - детонирующий шнур; 3 - вода; 4 - опорная плита; 5 - опорный фланец; 6 - продольные углубления; 7 - вид опорного элемента после взрыва

Установлено, что несущая способность анкера определяется свойствами материала и его геометрическими параметрами (рисунок 7). Выявлено, что при увеличении соотношений величин внешнего и внутреннего радиусов с 1,17 до 1,27 при диаметре 35,5 мм и длине 700 мм его несущая способность увеличивается с 22 до 47 кН.

б)

в)

У = 14(91« + 5,3 1

[

]

и У 1

!

-1

400 700 1000 1300

Длина анкер в,I мм

Рисунок 7 - Зависимость несущей способности трубчатого анкера взрывного

закрепления от его параметров: а - отношения внешнего и внутреннего радиусов; б - площади контакта анкера, 8,; в - длины анкера, 1

При увеличении площади контакта анкера от 196 до 248 мм2 (увеличении диаметра анкера с 32 мм до 38 мм) его несущая способность увеличивается незначительно - с 24 до 29,5 кН.

Изменение длины анкера от 400 до 1300 мм приводит к увеличению нагрузки на 36 кН. Изменение толщины стенки анкера, площади контакта и длины позволяет использовать крепь для различных условий в широком диапазоне ожидаемых нагрузок.

Предложена технология формирования Ф-образной плиты опорного элемента трубчатого анкера при взрыве в процессе его установки в шпуре.

При формировании опорного элемента анкера выступающая из шпура часть корпуса расчленяется взрывом по линиям продольных углублений на несколько полос. Каждая полоса посредством взрыва прижимается к поверхности кровли выработки вокруг устья шпура. Выявлено влияние несущей способности опорного элемента трубчатого анкера от конструктивных параметров.

Рисунок 8 - Расчетная схема опорного элемента анкера: ^ - толщина стенки опорного элемента анкера; Я] и Яг - радиусы изгиба опорного элемента; Рп - нахрузка на опорный элемент; а - угол изгиба опорного элемента; Оп - нагрузка на корпус трубчатого анкера

С учетом сил трения между горными породами и опорным элементом несущая способность конструкции определяется из выражения

д = 85,8\¥-а, (3)

где <2 - несущая способность опорного элемента; W - осевой момент сопротивления сечения опорного элемента при изгибе; ар - предел прочности трубчатого анкера на растяжение.

Доказано, что для качественного формирования опорного элемента следует на трубчатом анкере, выступающем из шпура, создать продольные линии концентраторов глубиной, равной 0,3 толщины стенки, в количестве 6 штук по всей окружности.

Установленные закономерности свидетельствуют о том, что повышение эффективности трубчатых анкеров взрывного закрепления обеспечивается увеличением толщины стенок анкера от 2,6 до 3,8 мм и созданием Ф-образной плиты опорного элемента с образованием продольных углублений.

В четвертой главе представлены результаты исследования взаимодействия анкерной крепи с металлической решеткой, разработка конструкции трубчатых анкеров со свойствами самонатяжения, податливости, а также закрепление анкеров с подачей сыпучих и жидких компонентов в аэрированном виде их раздельных каналов.

Исследования по взаимодействию массива с крепью, находящейся под нагрузкой, проводились на стенде, представляющем модель кровли выработки, закрепленной анкерной крепью с решеткой. Рассматривались варианты крепления кровли выработки анкерами отдельными решетчатыми пластинами и сплошным полотном. Система «анкер-решетка» нагружалась в выбранных точках статической нагрузкой от 10 до 200 Н с интервалом 20 Н.

Установлено, что использование решетки в виде сплошного полотна обеспечивает равномерное перераспределение нагрузки приконтурного массива между анкерами за счет уменьшения подвижки решетки на 50 %, снижает пиковые нагрузки в локальных зонах в 1,5 раза и позволяет создать более работоспособную и прочную грузонесущую систему «крепь-порода» (рисунок 9).

Разработана конструкция и технология соединения для монтажа решетчатой затяжки в одно полотно. При возведении крепи в боку штрека гор. - 210 м, и Северном квершлаге, гор -350 м Таштагольского рудника вы-

явлено, что расположение соединительных элементов решеток через 20 см обеспечивает прочность соединения до 75 кН, а при соединении решеток внакладку прочность составляет 30 кН.

Нагрузка на крепь, Н

Рисунок 9 - Зависимость подвижки решетки между анкерами от нагрузки на

крепь при различном виде перетяжки кровли: 1,2- отдельными решетчатыми пластинами; Г, 2' - сплошным решетчатым полотном; 3 - при нагружении одиночного анкера

Установлено, что для взаимодействия анкеров и снижения нагрузки горных пород на металлическую решетку, поддерживающую массив в кровле выработки между анкерами, необходимо возведение анкерной крепи с металлической решеткой в виде сплошного полоша.

Для крепления выработок в условиях сейсмического и вибрационного воздействия на массив горных пород в районе взрывов и выработок выпуска горной массы разработана трубчатая анкерная крепь с резиновой лентой или металлическими гранулами, располагаемыми на внешней поверхности анкера. Установлено, что прочность закрепления анкера с резиновой лентой составляет 60-70 кН при длине 1 м, а с металлическими гранулами до 90 кН (рисунок 10).

Разработана конструкция трубчатого анкера взрывного закрепления со свойствами самонатяжения, содержащаяся внутри перегородки, вызывающая положительный эффект за счет сокращения длины трубчатого анкера на 4-6 мм. Показано, что такая конструкция анкера создает предварительное натяжение силой около 30 кН, благодаря чему происходит уплотнение массива под опорной плитой и уменьшение ширины трещин в породе.

Рисунок 10 - Конструкции трубчатых анкеров: а - с хвостовым элементом под гайку ; б - с податливым элементом из резиновой ленты; в - с гранулами; 1 - трубчатый корпус; 2 - резиновая лента; 3 -детонирующий шнур; 4 - вода; 5, 6 - герметизирующие пробки: 7 - опорная плита; 8 - металлические гранулы; 9 - элекгродетонатор; 10 - провода электродетонатора; 11 - опорный фланец

Разработаны устройство и технология крепления выработок анкерами методом бетонирования. По данной технологии анкер периодического про-

филя вводится в шпур, а затем в нем формируется закрепляющий замок по всей длине путем одновременной подачи на забой шпура потоков сыпучих и жидких компонентов в аэрированном виде из раздельных каналов в определенной пропорции (рисунок 11).

Рисунок 11 - Схема установки анкеров методом бетонирования; 1-3 - трубопроводы; 4, 5 - ёмкости; 6 - магистраль сжатого воздуха; 7 - регулятор расхода сыпучего материала; 8 - регулятор расхода сжатого воздуха; 9 - вал; 10 - шестерня; 11 - регулятор расхода воды; 12 - запорные краны; 13 - рукоять; 14 - насадка; 15 - кран

Установлено, что закрепление анкеров данным методом обеспечивает высокую плотность смеси закрепляющего замка до 1900 кг/м3 и грузонесу-щую способность анкера до 17 кН сразу после его установки, что позволяет навешивать на них металлическую решетку.

В пятой главе приведены результаты исследований по определению устойчивости горных выработок и параметров облегченных типов крепей при разработке рудных месторождений в различных горно-геологических и геомеханических условиях Горной Шории и Хакасии.

Выявлены величины горизонтальных напряжений в зоне и вне зоны очистных работ, а также основные физико-механические свойства горных пород. Показано, что горные породы в основном высокомодульные (от 1,95 до 11,85-Ю4 МПа). Действующие напряжения среза для условий горнорудных предприятий Таштагольского, Шерегешевского и Абаканского месторождений существенно зависят от угла расположения выработки относительно максимальной горизонтальной составляющей напряжения. Они изменяются от 1,18 до 8,86 уН. Установлена взаимосвязь изменения напряжений массива от соотношения размеров выработки, величина которых составляет от 0,9 до 3,1 уН. Приведен метод расчета и определения категории и коэффициентов устойчивости горных выработок. Разработана методика определения действующих напряжений в породах на срез для кровли и боков выработок, расположенных под углом к максимальной составляющей напряжений. Коэффициент устойчивости горных выработок определяется по формуле

где К - коэффициент устойчивости; [Тф ] - предел прочности вмещающих пород на срез; т"- действующие напряжения на срез в кровле или боках выработки.

При К> 1 в любой точке выработки разрушающие деформации отсутствуют, и выработка будет находиться во вполне устойчивом состоянии. Если К £ 1, то в зависимости от численного параметра коэффициента устойчивости выработка будет находиться в той или иной степени устойчивости. Поте-

а

ря устойчивости начинается при — < 0,6 (а - радиус выработки, с - зона пла-

С

этической деформации), так как в приконтурном массиве могут возникать разрушающие и пластические деформации и возможны вывалы кусков, блоков пород и обрушение выработок, поэтому выработки необходимо крепить.

(4)

а

При 1< — < 0,6, разрушение может носить локальный характер в виде зако-С

лообразования и вывалов отдельных кусков.

Предложена классификация устойчивости горных выработок, учитывающая коэффициент устойчивости, типы динамических явлений и рекомендуемые виды крепей (таблица 1).

Таблица 1 - Классификация устойчивости горных выработок и рекомендуемые виды крепей для условий горнорудных предприятий Сибири

Степень устойчивости Категория устойчивости Коэффициент устойчивости, К Рекомендуемые виды крепей Типы динамических явлений

Весьма устойчивые 1 более 1 Без крепи, набрызгбетон Толчки

Устойчивые 2 1-0,65 Набрызгбетон -> анкеры, набрызгбетон -» анкеры -> сетка Толчки, стреляние, интенсивное заколообра-зование

Средней устойчивости 3 0,65-0,45 Набрызгбетон анкеры -> сетка-»набрызг-бетон, другие виды крепей Горные удары, микроудары, голчки

Неустойчивые 4 менее 0,45 Набрызгбетон анкеры -> сетка -» набрызгбетон по кровле, другие виды крепей Удары горно-технологического типа, горные удары

На основе опытно-промышленных испытаний установлено, что на-брызгбетон для откаточных выработок целесообразно наносить сразу после проведения выработки. Он создает на контуре выработки защитное покрытие, сглаживает неровности контура, снижает величину напряжений и упрочняет трещиноватый массив.

При комбинированной крепи (набрызгбетон -»анкеры -»сетка -» на-брызгбетон) первый слой наносится по всему периметру выработки, а второй - на сетку только по своду выработки. Толщина набрызгбетона определяется категорией устойчивости. Наклонное и комбинированное расположение анкеров позволяет наиболее эффективно упрочнить приконтурный массив и в сочетании с набрызгбетоном и металлической решеткой не дает расслаиваться массиву горных пород.

Таким образом, на основании выполненных исследований установлено, что повышение устойчивости выработок в условиях динамических явлений различной интенсивности и выбор вида крепи осуществляются: на основе типов динамических явлений; применения трубчатых анкеров взрывного закрепления с элементами самонатяжения и податливости; закрепления анкеров с подачей сыпучих и жидких компонентов в аэрированном виде из раздельных каналов; металлической решетки и набрызгбетона.

В шестой главе приведены результаты исследований по выявлению геодинамических районов, определению прочностных и деформационных свойств горных пород; определены коэффициенты удароопасности; разработана и испытана технология крепления горных выработок в удароопасных условиях.

Проведены экспериментальные исследования по установлению влияния технологии ведения горных работ на распределение участков концентрации динамических явлений различной энергии от 102 до 10б Дж и более в шахтном поле в районе выработок.

Выявлены удароопасные участки в массиве горных пород на месторождениях, которые располагаются как в шахтном поле, так и за его пределами.

Выполнены экспериментальные исследования по определению прочностных и деформационных свойств горных пород показали, что породы характеризуются склонностью к хрупкому разрушению, при этом коэффициен-

ты удароопасности колеблются от 0,87 до 0,97 и 0,1 до 0,28 (Ki > 0,7; Кг < 1,0 - удароопасные и Kj < 0,7; К2 > 1,0 - неудароопасные).

Для исследования деформации массива на контуре выработок и обоснования вида крепи были установлены реперные станции на гор. +225 м в западном полевом штреке Абаканского и гор. -280 м в ортах 19 и 20 Ташта-гольского месторождениях. Установлено, что максимальное относительное смещение в кровле и боках выработок колебались от 0,8 до 1,6 мм/м. С учетом этого определены категории устойчивости и виды облегченных крепей. Предложена технология крепления выработок в удароопасных условиях, включающая применение трубчатых анкеров взрывного закрепления, устанавливаемых под углом 70° относительно продольной оси выработки в сочетании с податливыми элементами, набрызгбетоном и металлической решеткой.

Испытания технологии крепления выработок проводились на Ташта-гольском (гор. -140 м в разведочном квершлаге, в ортах, гор. -210 м в северном квершлаге, ортах и штреках, гор.-350 м в северном квершлаге); Шереге-шевском (гор. 185-325 м в штреках); Казском (гор.-90 м в рудцворе ствола; Абаканском (гор. 125 м, 225 м в штреках) месторождениях.

Породы в выработках представлены сланцами, сиенитами, скарнами, а также рудой с коэффициентом крепости по шкале М.М. Протодьяконова от 8 до 14. Длина анкеров изменялась от 1,7 до 2,2 м.

Перед установкой трубчатых анкеров взрывного закрепления детонирующие шнуры соединяли в единую взрывную сеть и взрывались. После взрыва определялась прочность закрепления анкеров в шпурах с помощью разработанного устройства (рисунок 12).

Рисунок 12 - Трубчатые анкеры в кровле Северного квершлага (гор. -210 м) перед взрывом зарядов для закрепления анкеров

Измерения показали, что несущая способность анкеров в шпурах находилась в диапазоне от 58 до 87 кН.

Выявлена высокая надежность закрепления анкеров с податливыми элементами в виде резиновой ленты и металлических гранул в удароопасных условиях.

Установлено, что использование данной технологии обеспечивает повышение несущей способности анкера на 25-30 %.

Проведена оценка состояния массива горных пород в выработках методом электрометрии до и после установки трубчатых анкеров взрывного закрепления. Выявлено, что после установки трубчатых анкеров электросопротивление пород увеличивается в 3,7 раза и происходит разгрузка массива в кровле выработок.

Разработана совмещенная технология проведения и крепления горных выработок с одновременным взрыванием зарядов в шпурах забоя и установкой в кровле выработки трубчатых анкеров взрывного закрепления с метал-

лической решеткой (рисунок 13). Для этого буровой кареткой бурят шпуры б кровле выработки для установки анкеров и шпуры в забое для проведения выработки.

Рисунок 13 - Совмещенная технология проведения и крепления откаточной

выработки

Далее устанавливают оснащенные детонирующим шнуром и водой трубчатые анкеры с решеткой, заряжают взрывчатым веществом шпуры в забое выработки, монтируют общую взрывную сеть и взрывают. Происходит одновременный процесс крепления кровли выработки и взрывания шпуров в

забое. Погрузка взорванной породы осуществляется в уже закрепленной части выработки. Такая технология позволяет повысить безопасность ведения горных работ за счет использования минимального отставания крепи от забоя.

Выполнены исследования по инъекции и упрочнению пород химическими растворами смол на Таштагольском руднике гор. -70 м. из расчёта на 100 весовых частей смолы ЭД-16П, 10 весовых частей отвердителя полиэти-ленполиамина и 15 - ацетона.

Шпуры бурили глубиной 135 см, расстояние между шпурами от 80 до 145 см. Для определения конечного предела возможного упрочнения пород методом инъекции перед нагнетанием раствора определялось удельное водо-поглащение через интенсивность трещиноватости из выражения

где Qti - расход воды, л/мин.; Рв - давление нагнетания воды, мм вод. ст.;

I ф- длина фильтрующей части шпура, м.

Результаты исследований показали, что радиус распространения закрепляющего состава достигал от 89 до 163 см с расходом раствора от 412 до 960 см3 при величинах нагнетания от 410 до 5890 кПа. При серийном изготовлении оборудования закрепление горных пород методом инъекции может использоваться как вид облегченной крепи.

На основании проведенных экспериментальных исследований по креплению горных выработок в удароопасных условиях рекомендуется: для крепления нарезных выработок - наклонно установленные анкеры в сочетании с решеткой; для откаточных выработок - набрызгбетон -»наклонно установленные анкеры с решеткой -> набрызгбетон; для выработок большого сечения и их сопряжений - набрызгбетон комбинированно расположенные ан-

керы с решеткой -» набрызгбетон. Длина анкера при наклонном расположении определяется из выражения

1 = a/cos а, (6)

где 1 - длина анкера, м; а - расстояние между рядами анкеров (0,8 - 1,0 м); а - угол наклона анкера, град.

Величина отставания крепи от забоя определяется из выражения

Ь = 2Д5-10--ст.-К/у, (7)

где L - величина отставания крепи, м; сги-предел прочности пород на одноосное сжатие, МПа; К- коэффициент устойчивости выработки; у- объёмный вес горных пород, МН/м3.

Для различных категорий устойчивости разработаны паспорта крепления горных выработок.

Выполненные исследования послужили основой для создания совмещенной технологии проведения и крепления горных выработок, отличающейся тем, что повышение безопасности и эффективности ведения горных работ в удароопасных массивах пород достигается установкой в первую очередь трубчатых анкеров взрывного закрепления с металлической решеткой в кровле, во вторую - шпуровых зарядов ВВ в забое выработки.

В целом за счет внедрения разработанной технологии крепления горных выработок для удароопасных условий получен общий экономический эффект в сумме 22,6 млн. руб. (в ценах 2009 г.)

Заключение

В диссертации, являющейся законченной научно-квалификационной работой, изложены новые научно обоснованные технические и технологические решения по выбору облегченных видов крепей на основе трубчатых анкеров взрывного закрепления, позволяющих повысить эффективность и безопасность при проведении и креплении горных выработок в удароопасных условиях, что имеет существенное значение для экономики горнодобывающей промышленности России.

Основные научные и практические результаты исследований заключаются в следующем:

- установлено влияние схем расположения анкеров на распределения напряжений в массиве. Величины горизонтальных, вертикальных и касательных напряжений, обеспечивающие устойчивость выработки, находятся в соотношении СГх: (Ту:Тшах =7:5:3 и определяются углом расположения анкеров, равным 70° относительно продольной оси выработки;

- установлено, что повышение несущей способности трубчатых анкеров взрывного закрепления обеспечивается изменением соотношений величин внешнего и внутреннего радиусов с 1,17 до 1,27 и созданием Ф-образной плиты опорного элемента с образованием продольных каналов глубиной не менее 1/3 толщины стенки анкера;

- показано, что снижение нагрузки горных пород на металлическую решетку, поддерживающую массив в кровле выработки, достигается возведением анкерной крепи со сплошной металлической решеткой;

- установлено, что повышение устойчивости выработок в условиях динамической активности достигается за счёт применения трубчатых анкеров взрывного закрепления с элементами самонатяжения, податливости и бетонирования анкеров с подачей сыпучих и жидких компонентов в аэрированном виде из раздельных каналов;

- разработана методика расчёта для применения облегченной комбинированной крепи, включающая определение величин напряжений, электросопротивления и деформаций в массиве, физико-механических свойств горных пород и др. Установлено, что выбор облегченных видов крепей при проведении выработок производится из условий определения коэффициента устойчивости, изменяющегося в пределах 1,00<Ку<0,45 и степени удароопасности горных пород;

- установлено, что повышение эффективности и безопасности при совмещенном проведении и креплении выработок достигается установкой в

первую очередь трубчатых анкеров взрывного закрепления в кровле, во-вторую - взрыванием шпуровых зарядов ВВ в забое выработки;

- разработаны нормативно-методические документы, внедрение которых на Абаканском, Таштагольском, Казском и Шерегешевском месторождениях обеспечило повышение эффективности и безопасности горнопроходческих работ. Внедрение рекомендаций по новой технологии крепления горных выработок позволило достичь снижения затрат на крепление в 1,9 раза и получить экономический эффект в ценах 2009 года в размере 22,6 млн. рублей.

Основные положения диссертации изложены в следующих опубликованных работах.

Монографиях.

1. Еременко, A.A. Проведение и крепление горных выработок в ударо-опасных зонах железорудных месторождений / A.A. Еременко, А.И. Федо-ренко, А.И. Копытов. - Новосибирск: Наука, 2008. - 236 с.

Изданиях, рекомендуемых ВАК России.

2 Будько, A.B. Определение устойчивых параметров и типов крепления выработок для торцового выпуска руды / A.B. Будько, С.А. Головашкин, Г.М. Бурмин, П.Т. Гайдин, В.В. Балякин, А.И. Федоренко // Горный журнал. -№ 2.-1982.-С. 30-33.

3. Агошков, М.И. Обобщение опыта и оценка перспектив широкого применения вариантов систем разработки с торцовым выпуском руды / М.И. Агошков, C.JI. Иофин, A.B. Будько, Г.М. Бурмин, К.Г. Арутюнов, С.А. Головашкин, П.Т. Гайдин, В.В. Балякин, А.И. Федоренко // Горный журнал. -1984.-№1.-С.25-28

4. Венгловский, В.Г. Трубчатая анкерная крепь с опорным элементом «звезда» / В,Г. Венгловский, А.И. Федоренко// Горный журнал. - 1984. - № 5, -С. 65.

5. Федоренко, А.И. Теоретические основы устойчивости горных выработок/А.И. Федоренко// Горный информационно-аналитический бюллетень.

Издательство Московского государственного горного университета. - 2005. -№ 6. - С. 233-236.

6. Еременко, В.А. Районирование выработок по способам крепления в условиях Шерегешевского месторождения /В.А. Еременко, В.Н. Филиппов, В.В. Дорогунцов, Е.А. Белоусов, А.И. Федоренко/ Горный информационно-аналитический бюллетень. Издательство Московского государственного горного университета. - 2005. - № 9. - С. 46-57.

7. Федоренко, А.И. Исследование прочностных и деформационных свойств горных пород Казского месторождения /А.И. Федоренко// Горный информационно-аналитический бюллетень. Издательство Московского государственного горного университета. - 2005. - № 9. - С. 235-237.

8. Венгловский, В.Г. Расчет несущей способности трубчатых штанг взрывного закрепления / В.Г. Венгловский, А.И. Федоренко // Известие вузов. Горный журнал. - 2006. - № 2. - С. 64-68.

9. Федоренко, А.И. Напряженно-деформированное состояние прикон-турного массива, армированного анкерами /А.И.Федоренко// Известия вузов. Горный журнал. - 2006. - №3. - С. 75-83.

10. Федоренко, А.И. Распределение напряжений вокруг выработки на модели в условиях неравномерного исходного поля напряжений / А.И. Федоренко// Известия вузов. Горный журнал. - 2006. - № 4, - с. 77-85.

11. Федоренко, А.И. Исследование устойчивости горных выработок в производственных условиях /А.И. Федоренко// Горный информационно-аналитический бюллетень. Издательство Московского государственного горного университета. - 2007. - № 9. - С. 394-397.

12. Федоренко, А.И. Исследование влияния расположения анкеров на устойчивость обнажений горного массива /А.И. Федоренко// Горный информационно-аналитический бюллетень. Издательство Московского государственного горного университета. - 2007. 7. - С. 372-375.

13. Федоренко, А.И. Пути повышения устойчивости горных выработок в удароопасных зонах железорудных месторождений Сибири /А.И. Федорен-

ко// Горный информационно-аналитический бюллетень. Издательство Московского государственного горного университета. - 2008. - № 9. - С. 372378.

14. Федоренко, А.И. Основные направления повышения безопасности при проведении горных выработок на железорудных месторождениях /А.И. Федоренко// Безопасность труда в промышленности. - 2008. - № 5 - С. 19-22.

15. Серяков, В.М. Математическое обоснование параметров экспериментальной модели формирования и разрушения массива горных пород вокруг выработки при различных исходных полях напряжений /В.М. Серяков,

A.И. Федоренко// Горный информационно-аналитический бюллетень. Издательство Московского государственного горного университета - 2006. - Тематическое приложение «Физика горных пород» - С. 53-58.

16. Федоренко, А.И. Совершенствование способов управления горным давлением при проходке горных выработок на подземных рудниках ОАО «Евразруда».// Горный журнал. - 2008. -№11,- С.51-53.

17. Веселов, А.И. Оценка удароопасности массива горных пород шахтного поля Шерегешевского месторождения при геодинамическом районировании /А.И. Веселов, А.И Федоренко, A.A. Стафеев // Горный информационно-аналитический бюллетень. Издательство Московского государственного горного университета. - 2010. - № 5. - С. 213-219.

Авторских свидетельствах и патентах:

18. A.c. № 629345 СССР, МК Е 21Д 5/ 12. Устройство для упрочнения горных пород / В.Г. Венгловский, А.И. Федоренко. - Опубл.25.12.78. Бюл. № 39.

19. A.c. № 695507. СССР, МКЕ 21 Д. 21/00 Штанговая крепь/ В.Г. Венгловский, Б.П. Черданцев, А.И. Федоренко. - Опубл. 1979. Бюл. № 40.

20. A.c. №778387. СССР, МКЕ 21Д. Способ закрепления анкеров /

B. Г. Венгловский, А.И. Федоренко. - Опубл. 1982. Бюл. № 1.

21. Патент РФ на изобретение № 2368786, Е21Д 20/00 (2006.01) Способ крепления подготовительных выработок анкерной крепью. / А.И. Федоренко

A.A. Еременко, О.В. Королев, В.А. Сухоруков, В.Н. Фрянов, В.В. Сухоруков. Опубл. 21.mim. Бюл. № 27.

22. Патент РФ на изобретение № 23906232, Е21С 39/00 (2006.01) Способ моделирования деформирования и разрушения массива горных пород вокруг выработанного пространства. / А.И. Федоренко, В.А. Сухоруков, Е.Б. Шенгерей, В.В. Сухоруков. Опубл.27. 05.2010, Бюл. № 15.

В прочих изданиях.

23. Федоренко, А.И. Разработки института «ВостНИГРИ» по технологии и механизации горно-строительных работ /А.И. Федоренко // Шахтное строительство. - 1986. - № 2. - С. 15-18

24. Федоренко, А.И. Механизация крепления горных выработок различными видами крепи /А.И. Федоренко// Черная металлургия. Бюллетень научно-технической информации, выпуск 18(878). -М.,1980. -С.13-16

25. Федоренко, А.И. Управление состоянием массива на удароопасных месторождениях Сибири: Учеб. пособие. А.И. Федоренко, Б.В. Шрепп -. Новокузнецк: СибГИУ, 2001.- 105 с.

26. Серяков, В.М. Экспериментально-аналитическое исследование геотехнического состояния массива при различных вариантах анкерного крепления кровли выработок /В.М. Серяков, А.И. Федоренко// Фундаментальные проблемы формирования техногенной геосферы: Труды конференции с участием иностранных ученых. 10. 09 - 13.09. 2006, в 2-х т. - Т.1 Геотехнология. - Новосибирск: ИГД СО РАН. - 2007. - С. 338-344.

27. Еременко, A.A. Проведение и крепление горных выработок на железорудных месторождениях, опасных по горным ударам /A.A. Еременко,

B.Н. Филиппов, В.В. Дорогунцов, Е.А. Белоусов, А.И. Федоренко// Наукоемкие технологии добычи и переработки полезных ископаемых: IV-ая научно-практическая конф. с участием иностранных ученых. - 2004 - Новосибирск. Труды IV-ой научно-практической конф. с участием иностранных ученых «Наукоемкие технологии добычи и переработки полезных ископаемых» 29-

30 марта 2005. - Новосибирск:. Институт горного дела СО РАН-2005. - С 8186.

28. Федоренко, А.й. Проведение и крепление горных выработок на железорудных месторождениях Сибири /А.И. Федоренко// Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики: 3-я Международная конференция по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики: Тул. ГУ, - Тула, 2007. -С. 131 -137.

29. Федоренко, А.И. Теоретические основы повышения устойчивости приконтурного массива / А.И. Федоренко // Управление напряженно-деформированным состоянием скальных пород при разработке месторождений полезных ископаемых и строительстве подземных сооружений: Тез. докл. Международной конф. «Геомеханика в горном деле», ИГД УРО РАН, -Екатеринбург, 1996. - С. 132-133.

30. Ащепков, В.П. Определение касательных напряжений по результатам испытаний горных пород на одноосное сжатие / В.П. Ащепков, А.И. Федоренко, И.В. Пах // Техника и технология разработки месторождений полезных ископаемых: Международный научно-технический сборник. Вып.1 -Новокузнецк, - 1995. - С. 73-75.

31. Федоренко, А.И. Оценка устойчивости породных обнажений / А.И. Федоренко// Перспективы развития горнодобывающей промышленности: Научно-практическая конференция с международным участием (тезисы докладов ) / СибГИУ. - Новокузнецк, - 1999. - С. 49.

32. Федоренко, А.И. Разработка системы автоматизированного проектирования крепления горных выработок /А.И.Федоренко// Перспективы развития горнодобывающей промышленности: Научно-практическая конференция с международным участием (тезисы докладов) / СибГИУ. - Новокузнецк, 1995.-С 50.

33. Федоренко, А.И. Основные направления в области крепления горных выработок для горнорудных предприятий Сибири /А.И. Федоренко//

Перспективы развития горнодобывающей промышленности: Научно практическая конференция с международным участием (тезисы докладов) / Сиб-ГИУ. - Новокузнецк, 1995. - С. 60.

34. Федоренко, А.И. Устойчивость горных выработок / А.И. Федоренко // Техника и технология разработки месторождений полезных ископаемых: Международный науч.-техн. сб. Вып. 4 / СибГИУ - Новокузнецк, 1998. - С. 52-59.

35. Венгловский, В.Г. Трубчатая штанговая крепь взрывного закрепления /В.Г. Венгловский, А.И. Федоренко // Изобретательство и рационализа-ция-83, (каталог межотраслевой тематической выставки), Чермет-информация - 1983. - С. 4.

36. Федоренко, А.И. Обоснование расчета устойчивости горных выработок /А.И. Федоренко // Перспективы развития горнодобывающей промышленности: сборник докладов международной научно-технической конференции 7-10 февраля 1994 / СибГИУ. - Новокузнецк. -С. 98-102.

37. Федоренко, А.И. Рекомендации по креплению откаточных горных выработок / А.И. Федоренко, В.Г. Венгловский, П.И. Сенцов, В.А. Кропотов, Ю. М. Карапетян, Ю.Г. Ходырев, В.Г. Фролов - Новокузнецк, 1975. - С. 92.

38. Кравченко, Г.И. Временная технологическая инструкция по применению и установке трубчатых штанг взрывного закрепления / Г.И. Кравченко, В.Г. Венгловский, А.И. Федоренко - Новокузнецк, 1982. - С. 87.

39. Федоренко А.И. Инструкция по креплению горных выработок/ А.И. Федоренко, В.Г. Венгловский, В.Г. Калистратов, В.И. Бояркин, Б.М. Костоглод - Новокузнецк, 1979. - 91 с.

40. Венгловский, В.Г. Крепление откаточных выработок / В.Г. Венгловский, А.И. Федоренко// Информационный листок № 13-18, Кемеровской ЦНТИ,-Кемерово, 1980.

41. Венгловский, В.Г. Разработка рациональных видов крепи горных выработок / В.Г. Венгловский, А.И. Федоренко, В.М. Костоглод // Информационный листок № 206-81 ЦНТИ, Кемерово, 1980.

42. Венгловский, В.Г. Трубчатые штанги взрывного закрепления / В.Г. Венгловский, А.И. Федоренко, Н.М. Седурин // Информационный листок Кемеровского ЦНТИ, № 37-81.

43. Федоренко, А.И. О конструкциях трубчатых штанг гидровзрывного закрепления / А.И.Федоренко// Вопросы комплексного освоения недр и совершенствования технологии горных работ: Пермь, 1983. - С. 32-33.

44. Венгловский, В.Г., Федоренко А.И., Макаренко М.В. Применение трубчатых штанг гидровзрывного закрепления на рудниках Горной Шории. // Черная металлургия, 1987, № 3. с. 43-44.

45. Власкин, Ю.К. Рациональный способ подготовки откаточных горизонтов на подземных рудниках НПО «Сибруда»/ Ю.К. Власкин, А.И. Федоренко, В.Н. Кудрявцев, Э.Н. Кузнецова// Развитие технологии добычи руд на больших глубинах: Сб. науч. тр - Новосибирск, 1988. - С. 145-150.

46. Федоренко, А.И. Определение устойчивости горных выработок методом глубинных и контурных реперов/ А.И. Федоренко // Управление напряженно-деформированного состояния массива горных пород при открытой и подземной разработке месторождений полезных ископаемых: сборник всероссийской конференции 23.05-25.05-1994. - Новосибирск-Екатеринбург: ИГД СО РАН, ИГД Уро РАН. - С. 110-111.

47. Федоренко, А.И. Районирование способов крепления горных выработок в условиях техногенных напряжений Сибири / А.И. Федоренко, A.A. Ерёменко// Фундаментальные проблемы формирования техногенной геосферы: Труды конференции с участием иностранных ученых 7-11 июля 2008. - Новосибирск: Институт горного дела, 2009. -С.327-333

48. Федоренко, А.И. Проведение и крепление горных выработок при действии горизонтальных тектонических сил. / А.И. Федоренко,. // Фундаментальные проблемы формирования техногенной геосферы: Труды конференции с участием иностранных ученых 7-11 июля 2008. - Новосибирск: Институт горного дела, 2009. - С.333-337

49. Веселов, А.И. Выделение удароопасных зон при геодинамическом районировании недр глубоких горизонтов Шерегешевского железорудного месторождения / А.И. Веселов, А.И. Федоренко, A.A. Стафеев // Техника и технология разработки месторождений полезных ископаемых: Международный науч.-техн. сб. Вып. 11 / СибГИУ - Новокузнецк, 2009. - С. 80-90.

Подписано в печать 28.05.2010. Формат 60x84/16. Объем 1,3 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № Отпечатано на ризографе. ГУ Кузбасский государственный технический университет. 650099, Кемерово, ул. Весенняя, 28 Типография ГУ КузГТУ. 650099, Кемерово, ул. Д. Бедного, 4 А.

Содержание диссертации, доктора технических наук, Федоренко, Анатолий Иванович

ВВЕДЕНИЕ.

1 Современное состояние вопроса.

1.1 Краткая геологическая, горно-техническая и геомеханическая характеристика железорудных месторождений Горной Шории и Хакасии.

1.2 Состояние теории и практики устойчивости горных выработок в условиях напряженно-деформированного состояния массива месторождений Горной Шории.

1.3 Влияние динамических воздействий на напряженное состояние при-контурного массива.

1.4 Методы определения параметров зон неупругих деформаций.

1.5 Анализ конструктивных особенностей анкеров и способов их установки.

1.6 Цель, задачи и методы исследований.

2 Моделирование напряженно-деформированного состояния массива горных пород в окрестности выработки при различных схемах расположения анкерной крепи.

2.1 Оценка характера разрушения и распределения напряжений в элементах экспериментальной модели при их различных геометрических параметрах.

2.2 Постановка задачи расчета напряженно-деформированного состояния в элементах экспериментальной модели.

2.3 Интерпретация результатов оценки характера распределения напряжеНИЙ.

2.4 Расчет и анализ напряженно-деформированного состояния в окрестности выработки при различных механических параметрах среды.

2.5 Основные соотношения анизотропного упругого тела и их применение при расчетах напряженного состояния укрепленного анкерами массива горных пород.

2.6 Напряженное состояние массива в кровле выработки при вертикальном расположении анкеров.

2.7 Напряженное состояние пород в кровле выработки при наклонном расположении анкеров.

2.8 Выводы.

3 Исследование несущей способности трубчатых анкеров взрывного закрепления.

3.1 Разработка конструкции и определение несущей способности трубчатых анкеров.

3.2 Обоснование параметров опорного элемента анкера.

3.3 Исследования и расчет несущей способности опорного элемента трубчатого анкера.

3.4 Определение параметров концентраторов напряжений опорного элемента трубчатого анкера.

3.5 Влияние параметров трубчатого анкера на несущую способность опорного элемента.

3.6 Выводы.

4 Исследование взаимодействия анкерной крепи с металлической решеткой.

4.1 Экспериментальные исследования по определению взаимодействия анкерной крепи с металлической решеткой.

4.2 Исследование устойчивости сейсмостойкой трубчатой анкерной крепи.

4.3 Исследование параметров трубчатого анкера взрывного закрепления со свойством самонатяжения.

4.4 Исследование закрепления анкеров путем одновременной подачи компонентов в аэрированном виде в шпур.

4.5 Выводы.

5 Определение устойчивости горных выработок и параметров облегченных типов крепей при разработке рудных месторождений.

5.1 Физико-механические свойства горных пород и их влияние на ударо-опасность месторождений.

5.2 Определение устойчивости горных выработок.

5.3 Обоснование и выбор облегченных видов крепей.

5.4 Выводы.

6 Совершенствование технологии крепления горных выработок в удароопасных зонах месторождений.

6.1 Исследование напряженно-деформированного состояния массива при ведении горных работ на месторождениях Горной Шории и Хакасии.

6.2 Исследование прочностных и деформационных свойств горных пород Казского месторождения.

6.3 Исследование устойчивости горных выработок методом контурных и глубинных реперов.

6.4 Опытно-промышленные испытания трубчатых анкеров взрывного закрепления.

6.5 Исследование технологии крепления горных выработок методом инъекции в производственных условиях.

6.6 Разработка и выбор рациональной технологии и конструкции облегченных крепей горных выработок.

6.7 Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка и обоснование технологии взрывного закрепления выработок на удароопасных железорудных месторождениях"

Актуальность проблемы. Железорудные месторождения Горной Шо-рии и Хакасии в Алтае-Саянской складчатой области разрабатываются на больших глубинах в условиях действия высоких тектонических напряжений и сложных горно-геологических условиях. Руды и породы прочные, хрупко разрушаются под нагрузкой, способны накапливать значительную упругую энергию деформаций; около 90 % пород удароопасны. Развитие горных работ на месторождениях связано с ростом объемов проведения капитальных, подготовительных и нарезных выработок, длина которых на отдельных участках изменяется от сотен до тысяч метров. Крепление выработок в этих условиях является трудоемким, малопроизводительным и опасным процессом.

Сотрудниками ИГД СО РАН, ВНИМИ, ИПКОН, КНЦ РАН, СПГГУ (ТУ), СФ ВНИМИ, ВостНИГРИ, КузГТУ, МГГУ и служб прогноза и предупреждения горных ударов (111И У) выполнен большой объем теоретических и экспериментальных исследований по определению геомеханического состояния массива горных пород с применением различных методов измерения напряжений на рудных месторождениях. Наличие высоких горизонтальных напряжений (сп) в нетронутом массиве объясняется действием современных тектонических процессов в регионе. Установлено, что вне зоны и в зоне ведения очистной выемки максимальные главные напряжения а 1 в 2,5-5,0 раз превышают вертикальные (03). Вкрест простирания действуют напряжения (а2), равные (1,4-2,5) 03. Главные нормальные напряжения в массиве горных пород находятся в соотношении а^о^о^ 2,6:1,4:1,0.

Характерной особенностью тектонических полей напряжений является разрушение горных пород в кровле и почве горизонтальных выработок, а также стенок вертикальных выработок. Величины напряжений и направление их действия оказывают существенное влияние на устойчивость выработок и, как следствие, на выбор типа крепи.

Поддержание выработок в большинстве случаев осуществлялось за счет применения железобетонной и монолитной бетонной крепей. Однако эти крепи не являются эффективными при возникновении горных ударов с высокой сейсмической энергией, что приводит к их разрушению. Особая роль отводится системе «крепь-порода», включающей применение, например, облегченных крепей, в том числе анкерных. В этом случае возникает необходимость исследования влияния технологии установки и конструкции анкерных крепей на распределение напряжений в приконтурном массиве при различных схемах их расположения для обеспечения эффективности и безопасности крепления выработок различного назначения. Таким образом, разработка и обоснование технологии крепления выработок в удароопасных условиях является актуальной научной проблемой, имеющей существенное значение в развитии экономики горнорудных предприятий.

Основные результаты диссертационной работы получены автором при проведении научно-исследовательских работ в соответствии с планами научных исследований институтов "ВостНИГРИ" и СибГИУ по темам: «Исследование и разработка штангового и комбинированного видов крепей для условий треста "Таштаголшахторудстрой" в качестве постоянных», «Исследование, разработка и внедрение технологии проведения и крепления горных выработок, узлов приготовления набрызгбетонной крепи, обеспыливающих средств заряжания шпуров и упрочнения пород методом инъекции, обеспечивающих повышение производительности труда в 1,3-1,5 раза», «Исследование и разработка рационального вида штанговой крепи и типовых паспортов крепления выработок большого сечения», «Исследование и промышленные испытания техники и технологии проведения и крепления горных выработок на рудниках Сибири в условиях повышенного горного давления», «Разработка и испытание технологии проведения протяженных и крепления подготовительно-нарезных выработок в условиях рудников Сибири», «Проведение и крепление горных выработок в удароопасных зонах железорудных месторождений» (1980-2009 гг.).

Целью работы является разработка и обоснование технологии взрывного закрепления выработок в удароопасных условиях, обеспечивающей повышение эффективности и безопасности проходческих работ.

Объектом исследования является приконтурный массив горных выработок, при креплении которого в удароопасных условиях применяют анкеры взрывного закрепления.

Предметом исследования является устойчивость горных выработок в зависимости от расположения анкеров относительно продольной оси выработки с учётом коэффициента устойчивости и типа динамического явления.

Идея работы состоит в использовании установленных закономерностей распределения напряжений в приконтурном массиве, в зависимости от угла расположения анкеров относительно продольной оси выработки, для разработки эффективной технологии взрывного закрепления выработок.

Задачи исследований:

- установить закономерности распределения напряжений в кровле выработки при различных схемах расположения анкерной крепи;

- определить влияние геометрических параметров трубчатых анкеров взрывного закрепления на их несущую способность;

- разработать конструкцию и технологию возведения трубчатых анкеров взрывного закрепления для обеспечения устойчивости выработок в условиях динамической активности;

- разработать методику определения устойчивости приконтурного массива и обосновать выбор облегченных видов крепей при проведении выработок в удароопасных условиях;

- разработать технологию совмещенного проведения и крепления выработок при взрывании.

Методы исследований включают: научные обобщения, теоретические и экспериментальные исследования в лабораторных и производственных условиях с применением численных методов для установления закономерностей распределения напряжений в кровле выработки при различных схемах расположения анкеров; статистическую обработку и анализ натурных наблюдений для установления несущей способности облегченных видов крепей, исследование свойств горных пород и руд для определения категории удароопасности горных пород, а также проверку технологии крепления горных выработок в натурных условиях.

Научные положения, защищаемые автором:

- величины горизонтальных, вертикальных и касательных напряжений, обеспечивающие устойчивость выработки, находятся в соотношении ах:СУу: Ттах =7:5:3 и определяются углом расположения анкеров, равным 70° относительно продольной оси выработки;

- повышение несущей способности трубчатых анкеров взрывного закрепления от 24 до 47 кН обеспечивается изменением соотношений величин внешнего и внутреннего радиусов с 1,17 до 1,27 и созданием Ф-образной плиты опорного элемента с образованием продольных каналов глубиной не менее 1/3 толщины стенки анкера;

- повышение устойчивости выработок в условиях динамической активности достигается за счёт применения трубчатых анкеров взрывного закрепления с элементами самонатяжения и податливости;

- выбор облегченных видов крепей при проведении выработок в геодинамических опасных районах рудников определяется коэффициентом устойчивости, изменяющимся в пределах 1,00<КУ<0,45 и типом динамических явлений;

- повышение эффективности и безопасности при совмещенной технологии проведения и крепления горных выработок достигается установкой в первую очередь трубчатых анкеров взрывного закрепления с металлической решеткой в кровле, во-вторую - взрыванием шпуровых зарядов ВВ в забое выработки.

Отличие от результатов, полученных другими авторами, заключается в установлении влияний угла установки анкеров и применения решетчатой затяжки в виде сплошного полотна на устойчивость горных выработок, в возможности использования совмещенной технологии проведения и крепления выработок за счет применения трубчатых анкеров взрывного закрепления.

Достоверность и обоснованность научных результатов обеспечивается значительным объемом экспериментальных лабораторных и натурных исследований на горных предприятиях Абаканского, Таштагольского, Шере-гешевского и Казского месторождений; представительным периодом длительного (более 20 лет) мониторинга состояния закрепленных по разработанной технологии выработок; 87 % сходимостью теоретических и экспериментальных результатов исследований, полученных при опытно-промышленных испытаниях и внедрении рекомендуемой технологии крепления выработок в удароопасных условиях железорудных месторождений, а также положительными результатами опытно- промышленной проверки технических и технологических решений и внедрения на горнорудных предприятиях Абаканского, Таштагольского, Шерегешского, Казского рудников ОАО «Евразруда».

Научная новизна работы состоит в следующем:

- установлена закономерность распределения горизонтальных, вертикальных и касательных напряжений в приконтурном массиве в зависимости от угла расположения анкеров в кровле относительно продольной оси выработки;

- выявлены зависимости несущей способности трубчатого анкера взрывного закрепления от соотношения внешнего и внутреннего радиусов, площади контакта с поверхностью шпура, деформации Ф-образной плиты опорного элемента анкера от нагрузки, а также глубины продольных углублений на корпусе от толщины стенки трубчатого анкера;

- установлено влияние податливости соединения металлической решетки на величины нагрузок между анкерами, отличающимися равномерностью распределения при установке решетки в виде сплошного полотна, при этом выявлена зависимость изменения устойчивости горных выработок в удароопасных условиях от конструкции трубчатых анкеров взрывного закрепления, отличающихся тем, что анкеры оснащены элементами самонатяжения и податливости;

- выявлена связь между категориями удароопасности, коэффициентом устойчивости и типом динамических явлений;

- научно обоснована технология совмещенного проведения и крепления выработок в удароопасных условиях.

Научное значение работы состоит в установлении взаимосвязи между параметрами технологии взрывного закрепления выработок и геомеханическими процессами в условиях геодинамических проявлений, в обосновании технологии совмещенного проведения и крепления выработок взрывным способом.

Практическая ценность работы заключается:

- в возможности использования разработанных технических и технологических решений при креплении выработок на основе анкерной крепи для повышения несущей способности выработок в удароопасных условиях;

- в оценке устойчивости выработок и степени их удароопасности для I выбора рационального вида крепи;

- в разработке технологии крепления горных выработок в удароопасных условиях железорудных месторождений для повышения эффективности и безопасности крепления;

- в разработке совмещенной технологии проведения и крепления горных выработок в удароопасных условиях на основе трубчатых анкеров взрывного закрепления;

- в снижении материальных затрат в 1,9 раза при креплении горных выработок.

Личный вклад автора состоит:

- в обобщении исследований в области устойчивости выработок в условиях сложного напряженно-деформированного состояния горных пород на Абаканском, Таштагольском, Шерегешевском и Казском, месторождениях;

- в установлении закономерностей распределения горизонтальных, вертикальных и касательных напряжений в кровле выработки при различных схемах расположения анкерной крепи;

- в установлении влияния геометрических параметров трубчатых анкеров взрывного закрепления на несущую способность анкера и опорного элемента;

- в оценке взаимодействия анкерной крепи и металлической решетки с массивом горных пород в кровле выработки, разработке конструкции и технологии возведения трубчатых анкеров взрывного закрепления для обеспечения устойчивости выработок в условиях динамической активности;

- в разработке методики определения устойчивости приконтурного массива и обоснования выбора облегченных видов крепей при проведении выработок в удароопасных условиях железорудных месторождений и внедрении результатов работы;

- в разработке технологии крепления горных выработок на основе взаимодействия свойств горных пород, трубчатых анкеров взрывного закрепления, металлической решетки и набрызгбетона.

Реализация работы. Основные результаты исследований вошли составной частью в «Инструкцию по креплению горных выработок» (Новокузнецк СибГИУ, 1979. - 61 е.), «Временную технологическую инструкцию по применению и установке трубчатых штанг взрывного закрепления» (Новокузнецк, 1982. - 26 е.), в учебное пособие «Управление состоянием массива на удароопасных месторождениях Сибири» (Новокузнецк, 2001. - 96 с). Внедрение разработанных рекомендаций позволило получить экономический эффект в сумме 22,6 млн. рублей (в ценах 2009 г.).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на конференции «Фундаментальные проблемы формирования техногенной геосреды» (Новосибирск: ИГД СО РАН, 2009 г.); 3-ей Международной конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики (Тула: ТГУ, 2007 г.); на научных симпозиумах «Неделя горняка» (Москва: МГГУ, 2005-2010 гг.); на конференции с участием иностранных ученых «Фундаментальные проблемы формирования техногенной геосферы» (Новосибирск: ИГД СО РАН, 2007 г.); IV научно-практической конференции с участием иностранных ученых «Наукоемкие технологии добычи и переработки полезных ископаемых» (Новосибирск: ИГД СО РАН, 2005 г.); VII международной конференции «Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых» (Новокузнецк, Сиб-ГИУ, 2002 г.); Международной конференции «Управление напряженно-деформированным состоянием скальных пород при разработке месторождений полезных ископаемых и строительстве подземных сооружений», (Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 1996 г.); на Всероссийской конференции «Управление напряженно-деформированного состояния массива горных пород при открытой и подземной разработке месторождений полезных ископаемых» (Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 1999 г.); на научно-практических конференциях с международным участием «Перспективы развития горнодобывающей промышленности» (Новокузнецк, СибГИУ, 1999 г.) и «Геомеханика в горном деле» (Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 1996 г.), на научно-технических советах НПО «Сибруда», ОАО «Евразруда» и ВостНИГРИ (1979-2010 гг.).

Публикации. Основные положения диссертации изложены в 48 научных работах, в том числе в одной монографии, 16 статьях в рецензируемых периодических изданиях, рекомендованных ВАК, в 1 учебном пособии, 3 авторских свидетельствах и в 2 патентах РФ.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 250 страницах, состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованной литературы из 250 наименований, содержит 72 рисунка, 30 таблиц, 2 приложения.

Заключение Диссертация по теме "Геотехнология(подземная, открытая и строительная)", Федоренко, Анатолий Иванович

6.7 Выводы

1. Выполнены исследования по напряженно-деформированному состоянию массива горных пород Горной Шории и Хакасии. Установлено, что породы месторождений прочные, обладают удароопасностью и требуют применения крепей, взаимодействующих с массивом пород выработки.

2. По результатам выполненных исследований в лабораторных и производственных условиях предложена технология крепления горных выработок облегченными видами крепей в удароопасных условиях.

2. Научно обоснована технология совмещенного проведения и крепления выработок в удароопасных условиях.

3. Повышение эффективности и безопасности при совмещенной технологии проведения и крепления горных выработок достигается установкой в первую очередь трубчатых анкеров взрывного закрепления с металлической решеткой в кровле, во-вторую - взрыванием шпуровых зарядов ВВ в забое выработки.

Заключение

В диссертации, являющейся законченной научно-квалификационной работой, изложены новые научно обоснованные технические и технологические решения по применению облегченных видов крепей на основе трубчатых анкеров взрывного закрепления, позволяющих повысить эффективность и безопасность при проведении и креплении горных выработок в удароопас-ных условиях, что имеет существенное значение для экономики горнодобывающей промышленности России.

Основные научные и практические результаты исследований заключаются в следующем:

- установлено влияние схем расположения анкеров на распределения напряжений в массиве. Величины горизонтальных, вертикальных и касательных напряжений, обеспечивающие устойчивость выработки, находятся в соотношении ах: (7у: Ттах =7:5:3 и определяются углом расположения анкеров, равным 70° относительно продольной оси выработки;

- установлено, что повышение несущей способности трубчатых анкеров взрывного закрепления обеспечивается изменением соотношений величин внешнего и внутреннего радиусов с 1,17 до 1,27 и созданием Ф-образной плиты опорного элемента с образованием продольных каналов глубиной не менее 1/3 толщины стенки анкера;

- показано, что снижение нагрузки горных пород на металлическую решетку, поддерживающую массив в кровле выработки, достигается возведением анкерной крепи со сплошной металлической решеткой;

- установлено, что повышение устойчивости выработок в условиях динамической активности достигается за счёт применения трубчатых анкеров взрывного закрепления с элементами самонатяжения, податливости и бетонирования анкеров с подачей сыпучих и жидких компонентов в аэрированном виде из раздельных каналов;

- разработана методика расчёта для применения облегченной комбинированной крепи, включающая определение величин напряжений, электросопротивления и деформаций в массиве, физико-механических свойств горных пород и др. Установлено, что выбор облегченных видов крепей при проведении выработок производится из условий определения коэффициента устойчивости, изменяющегося в пределах 1,00<КУ<0,45 и степени удароопасности горных пород;

- установлено, что повышение эффективности и безопасности при совмещенном проведении и креплении выработок достигается установкой в первую очередь трубчатых анкеров взрывного закрепления в кровле, во-вторую - взрыванием шпуровых зарядов ВВ в забое выработки;

- разработаны нормативно-методические документы, внедрение которых на Абаканском, Таштагольском, Казском и Шерегешевском месторождениях обеспечило повышение эффективности и безопасности горнопроходческих работ. Внедрение рекомендаций по новой технологии крепления горных выработок позволило достичь снижения затрат на крепление в 1,9 раза и получить экономический эффект в ценах 2009 года в размере 22,6 млн. рублей (см. приложение Б).

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора технических наук, Федоренко, Анатолий Иванович, Кемерово

1.Тектоника и глубинное строение Алтае-Саянской складчатой области /B.C. Сурков, О.Г. Жеро, Д.Ф. Уманцев и др. -М.: Недра, 1973. — 14 с.

2. Железорудные месторождения Сибири / A.C. Калугин, Т.С. Калугина, В.И. Иванов и др. — Новосибирск: Наука, 1981. — 238 с.

3. Кононов А.Н., Шрепп Б.В., Кононов O.A. и др. Явление пульсационного горизонтального напряжения в горных породах и рудах эксплуатируемых железорудных месторождений юга Сибири // Горн. журн. -1995. №8.-С. 9-11.

4. Курленя М.В., Еременко A.A., Шрепп Б.В. Геомеханические проблемы разработки железорудных месторождений Сибири. Новосибирск: Наука, 2001- 184 с.

5. Еременко A.A., Умнов А.Е., Власов В.Н. и др. Эффективность применения рациональных схем расположения групп параллельно сближенных скважинных зарядов ВВ // Горн. журн. 1978. № 8. -С. 36-38.

6. Матвеев И.Ф., Мюнх А.Ф., Карапетян Ю.Ф. и др. Совершенствование техники и технологии буровзрывных работ // Горн. журн. 1991. № 5. - С. 10-14.

7. Еременко A.A., Машуков В.И., Карапетян Ю.М. и др. Методические рекомендации по применению скважинных зарядов ВВ различной конфигурации в группах при отработке руды в подземных условиях. — Новокузнецк, 1979. 87 с.

8. Шрепп Б.В., Мозолев A.B., Гайдин П.Т. и др. Оценка эффективности элементов удароопасной технологии на Таштагольском руднике // Горн, журн. -1989. № 12. С. 43-46.

9. Комплексная механизация и автоматизация горных работ в железорудных шахтах / Г.М. Бурмин, A.B. Мозолев, К.А. Кристин и др. М.: Недра, 1978. -130 с.

10. Ю.Коваленко В.А., Егоров Б.Ф. Таштагольскому рудоуправлению —50 лет // Горн. журн. 1991. № 5. -С. 3-5.

11. Лялько B.C., Кирпиченко В.М., Еременко A.A. Опыт отработки разрезанного блока в условиях напряженно-деформированного состояния массива //Горн. журн. 1987. № 1- С. 40-42.

12. Дубынин Н.Г., Коваленко В.А., Власов В.А. и др. Опыт ведения сибирской технологии добычи руды // Горн. журн. 1975. № 12. - С. 21-22.

13. Еременко A.A., Курленя М.В. Разработка железорудных месторождений в зонах повышенной сейсмической активности // ФТПРПИ-1990. №1,- С. 3-11.

14. Дубынин Н.Г., Власов В.Н., Коваленко В.А. и др. Результат внедрения новой технологии добычи руды на рудниках Кузнецкого металлургического комбината // Горн. журн. 1974. № 8. - С. 32-34.

15. Феннир Р. Исследование горного давления. В кн.: Вопросы горного давления. М., 1961, С. 5-58.

16. Лабасс А. Давление горных пород в угольных шахтах. В кн.: Вопросытеории горного давления. М., 1961. С. 59-164.

17. Крупенников Г.А. О расчете крепей вертикальных шахтных стволов на пологом падении применительно к условиям Донбасса. Тр. ВНИМИ, 1961, №43. С. 290-309.

18. Straka J. Nove nazory nastabiliti podzemniho dila. Rudi, 1965, 13, № 14. С.107-112.

19. Нассонов JI.H. Механика горных пород и крепление горных выработок. М.: Недра, 1969.328 с.

20. Заславский Ю.З., Зорин А.Н., Черняк И.Л. Расчеты параметров крепи выработок глубоких шахт. Киев: Техника, 1972, 156 с.

21. Временная инструкция по расчету крепи вертикальных шахтных стволов вне зоны существенного влияния очистных работ применительно к условиям Донбасса. Л.: ВНИМИ, 1964. 32 с.

22. Указание по прогнозированию проявлений горного давления и выбору расчетных параметров крепи капитальных выработок на глубоких горизонтах шахт Донбасса. Л.: ВНИМИ, 1970.108 с.

23. Матаев Г.А., Малагиханов Т.В. Условия устойчивости обнажений горных пород вертикальных выработок. Изв. вузов. Горный журнал, 1964, №4. С. 34-37.

24. Dzivnikowski J.L. Stan napiecia i odksztateenia gorotworu snrezystonlastycznego w sasedztwe szubu-Z. naukowe Akad. gor. huth. w Krakowe, 1964, z. 31, №92.

25. Horvath J. Calculation of rock pressure in shafts and roadways of circular section. Intern, j. Rock Mech. a. Mining Sciences, vol. № 3, p. 239-276.

26. Берычев H.C., Амусин Б.З., Оловянный А.Г. Расчет крепи капитальных горных выработок. М.: Недра, 1974. 320 с.

27. Бурчаков А.С., Черняк И.Л. О закономерностях деформирования массива пород вокруг одиночных горных выработок. Уголь, 1969, № 6, с. 43-46.

28. Molir F. Determining sinking method and shaft support from exploratory boreholes. Mine and Quarry Eng., 1962. vol. 28, № 6, p. 258-265.

29. Байдюк Б.В., Шрейнер Л.А. Расчет устойчивости горных пород в скважинах. В кн.: Вопросы деформации и разрушения горных пород при бурении. М.: ГосИНТИ, 1961, С. 48-74.

30. Когтап S. Wytrzvmalosc skal па scianach szybow. Przegl. gozniczy. 22, 1866, №6, s. 263-267.

31. Vitek A. Hlanvi parametry vyzture dlouhych dulnich del a nektere zasady jejich zajistovani se zretelem na zvet§ujici se hloubku ulozeni. Uhli, 1972, № 1, s. 13-20.

32. Barla G. A method for the analysis of stress in brittle rock. Intern, j. Rock Mech. a. Mining Sciences, 1972, vol. 9, № 9s p. 87-102.

33. Баклашов И.В., Руппенейт K.B. Прочность незакрепленных горных выработок. М.: Недра, 1965. 102 с.

34. Расчет крепи шахтных стволов / К.В. Руппенейт, Ю.М. Либерман, В.В. Матвиенко, Песляк. М.: Изд-во АН СССР, 1962. 123 с.

35. Литвинский Г.Г. Учет структурной нарушенности горных пород при оценке устойчивости горных выработок. В кн.: Тезисы научно-технического семинара «Опыт создания и внедрения крепей для капитальных выработок глубоких шахт». Л., М.: ЛГИ, 1974, С. 154-155.

36. Мирзаев Г.Г. Влияние массовых взрывов на устойчивость горных выработок, пройденных в слабых породах. В кн.: Устойчивость и крепление горных выработок. Межвуз. сб., вып. 2, Л.: ЛГИ, 1976, С. 97-107.

37. Булычев Н.С. О критериях устойчивости окружающих выработку пород. В кн.: Устойчивость и крепление горных выработок. Межвуз, сб., вып. 3, Л.: ЛГИ, 1976, С. 3-8.

38. Черников А.К. Расчет общей и локальной устойчивости одиночной выработки. В кн.: Устойчивость и крепление горных выработок. Межвуз. сб., вып. 5, Л.,ЛГИ, 1978, С. 16-24.

39. Булычев Н.С., Фотиева H.H. Об оценке устойчивости пород вокруг горных выработок в поле тектонических напряжений. В кн.: Устойчивость и крепление горных выработок. Межвуз. сб., вып. 5, Л.,ЛГИ, 1978, С. 10-15.

40. Векслер Ю.А., Тутанов С.К. Расчет величины зоны разрушения в окрестности подземных горных выработок. Межвуз. сб., вып. 5, Л.,ЛГИ, 1978, С. 59 -60.

41. Кузнецов Г.Н. Графические методы оценки предельных состояний трещиноватого массива вокруг горных выработок. В кн.: Современные проблемы механики горных пород. Л.: Наука, 1972. С. 30-40.

42. Ержанов Ж.С., Изаксон В.Ю., Станкус В.М. Комбайновые выработки шахт Кузбасса. Опыт поддержания и расчет устойчивости. Кемерово, Семеров. кн. изд-во, 1976. 216 с.

43. Айталиев Ш.М., Каринский С.Ю. О приближенном расчете зон разрушения вокруг штрекообразной выработки. В кн.: Современные проблемы механики горных пород. Л.: Наука, 1972, С. 72-76.

44. Колоколов С.Б., Векслер Ю.А. О зоне разрушения горных пород вокруг выработки, образующейся при росте сдвиговых трещин. Там же, с. 68-70.

45. Кандыба H.A. Подземные сооружения. 2-е изд., испр. и доп. JL: Ввитку, 1965. 589 с.

46. Временное руководство по сооружению вертикальных стволов при повышенном горном давлении и удароопасности на рудниках Сибири /Б.В. Шрепп, A.B. Мозолев, Н.И. Синкевич и др. Новокузнецк, 1995. - 47 с.

47. Лялько B.C., Азарьев A.A., Бодунов А.П. и др. Совершенствование горных работ//Горн. журн. 1981. - № 8. - С. 10 - 13.

48. Булычев Н.С. Основные направления проектирования и расчета крепи горных выработок //Проектирование и строительство шахт и рудников в сложных горно-технических условиях. Тбилиси: Мецниереба, 1979. - С. 12-18.

49. Дерюшев Л.В., Климко В.К. Горные удары и их последствия на Таштагольском руднике //Совершенствование технологии сооружения горных выработок. Кемерово, 1984. - С. 16 - 22.

50. Еременко A.A., Еременко В.А., Скляр Н.И. и др. Влияние промышленных взрывов на распределение сейсмических и динамических явлений в массиве горных пород //Горн. журн. 2002. - № 1. - С. 40 - 43.

51. KurlenyaM.V., Eremenko A.A. Dynamic phenomena in mining iron-ore deposits in Siberia //19th World Mining Congr. New Delhi, 2003. - P. 1598 -1606.

52. Справочное пособие для служб прогноза и предотвращения горных ударов на шахтах и рудниках /П.В. Егоров, В.В. Иванов, В.В. Дырдин и др. -М.: Недра, 1995.-240 с.

53. Шаманская А.Т., Егоров П.В. Соотношение тектонических элементов с полями современных напряжений в Горной Шории //Напряженное состояние земной коры. М, 1973. - С. 72 - 85.

54. Фефелов С.В., Зинченко Н.Д., Кулаков Г.И., Яковицкая Г.Е. Электромагнитное излучение в горных выработках Абаканского рудника //Геодинамика и напряженное состояние недр Земли: Тр. междунар. конф. -Новосибирск: ИГД СО РАН, 2004. С. 275 - 277.

55. Курленя М.В., Серяков В.М., Еременко А. А. Техногенные геомеханические поля напряжений. Новосибирск: Наука, 2005. - 264 с.

56. Турчанинов И.А., Иофис М.А., Каспарьян Э.В. Основы механики горных пород. М.: Недра, 1989 488 с.

57. Поведение анкеров в трещиноватых породах / Song Hong-wei // Zhongguo kuangye daxue xuebao. Ziran kexue ban = J. China Univ. Mining and Technol. Natur. Sci.

58. Управление состоянием удароопасного блочного массива на глубоких рудниках Талнаха / Егоров П. В., Редькин В. А. Кемерово : Изд-во КузГТУ, 2004. -189 с.

59. Расчетные методы в механике горных пород и выбросов. Справочное пособие. / И.М. Петухов, Л.И. Линьков, B.C. Сидоров и др. -М.: Недра, 1992.-256 с.

60. Проведение и поддержание горных выработок на глубоких рудниках Талнаха / Редькин В. А.) // Вестн. Кузбас. гос. техн. ун-та. 2004. -№ 6.- С. 83-84.

61. Влияние сейсмики взрывов на устойчивость камер с анкерным креплениемВас1аше wpiywu robyt strzaiowych na zakotwiony strop wyrobiska komorowegoDudzic Tadeusz, Korzeniowski Waldemar, Piechota StanisiawGyr. i geoini.200428 № 19-23, 7

62. Обеспечение устойчивости подзеиных горных выработок в удароопасных условиях, канд. техн. наук / Поль В. Г. Ин-т горн, дела УрО РАН, Екатеринбург, 2003. - 24 с.

63. Управление удароопасностью горного массива изменением параметров взрывной отбойки при разработке железорудных месторождений

64. СибириАвтореф. дис. на соиск. уч. степ.докт. техн. наукМатвеев И. Ф.Сиб. гос. индустр. ун-т, Новокузнецк 2004. 35 с.

65. Ханукаев А.Н. Энергия напряжений при разрушении пород взрывом. М.: Госгортехиздат, 1962 200 с

66. Козел A.M., Борисовец В.А., Репко А.А. Горное давление и способы поддержания вертикальных стволов. М.: Недра, 1976 293 с.

67. Взаимодействие анкерной крепи и вмещающих пород вблизи выработок / Привалов А. А. Ростов н/Д : Изд-во СКНЦ ВШ, 2002. 55 с.

68. Геомеханическое обоснование упрочняющего эффекта анкерной крепи на основе решений пространственных задач теории упругости, канд. техн. наук / Анисимов И. Ю. С.-Петербург, гос. горн, ин-т (техн. ун-т), Санкт-Петербург, 2003. - 24 с.

69. Наблюдение за вывалами пород кровли в выработках, закрепленных анкерами / Zhang Wen-jun, Zhang Hong-wei, Yu Shi-gong // Liaoning gongcheng jishu daxue xuebao = J. Liaoning Teclin. Univ. 2002. - 21, №4.-C. 421-424.

70. Выбор параметров анкерной крепи выработок в массиве пород с поверхностями ослабления / Черданцев Н. В., Изаксон В. Ю. // Вестн. Кузбас. гос. техн. ун-та. 2004. - № 6. - С. 112-113.

71. Оптимальный расчетный метод для определения воздействия окружающих пород на крепление выработки / Cui Xi-hai, Gao Yan-fa, Fan Qing-zhong, Niu Xue-liang // Yantu gongcheng xuebao = Chin. J. Geotechn. Eng. -2006.-28, №5,-C. 674-678.

72. Фотиева H.H., Казакевич Э.С., Саммаль А.А. Определение области применения облегченной крепи с использованием набрызгбетона. / Шахтное строительство. 1986. - № 4. - С. 9-11.

73. Баклашов И.В., Кортозия Б.А. Механика горных пород. М.: Недра, 1975 -272 с.

74. Карьерные рудоспуски. / В.В. Ржевский, А.И. Арсентьев, Р.С. Пермяков и др. М.: Недра, 1969 208 с.

75. Влияние тектонических сил на устойчивость глубоких рудоспусков / Г.А. Марков, Ю.В. Демидов, Г.В. Сазонов, Ю.П. Сизов. Горный журнал, 1978, № 7, С. 63-66.

76. Инструкция по креплению горных выработок в руде на шахтных Североуральского бокситового бассейна. СПб., С.-Петербург. - 40 с.

77. Кочерян Г.Г., Кулюкин A.M., Родионов В.Н., Федоров А.Е. Модельное исследование процесса обрушения выработки в трещиноватом горном массиве при динамическом воздействии. // ФТПРПИ. -1991. № 4. С. 16-23.

78. Кочерян Г.Г., Кулюкин A.M. Исследование закономерностей обрушения подземных выработок в горном массиве блочной структуры придинамическом воздействии. Часть П: О механических свойствах межблоковых промежутков. // ФТПРПИ. 1994. - № 5. с. 27-37.

79. Кочерян Г.Г. Исследование закономерностей обрушения подземных выработок в горном массиве блочной структуры при динамическом воздействии. Часть Ш: Анализ устойчивости отдельного породного блока в кровле выработки. // ФТПРПИ. 1994. - № 6. С. 3-11.

80. Повышение устойчивости горных выработок в условиях удароопасности на основе регулируемого упрочнения горных пород, канд. техн. наук / Бородулин П. В. С.-Петербург, гос. горн, ин-т (техн. ун-т), Санкт-Петербург, 2003. - 22 с.

81. Типовые паспорта крепления горных выработок для рудников цветной металлургии. М.: Минцветмет СССР, 1976, 80 с.

82. Тимофеев О.В. Способы обеспечения устойчивости горных выработок. В кн.: Современные проблемы горной науки. Записки ЛГИ, 1975. Т. 67, вып. I.e.

83. Либерман Ю.М. Давление на крепи капитальных выработок. М: Недра, 1969, 75с.

84. Баклашов И.В., Кортозия Б.А. Предельное состояние грузонесущих элементов породных массивов. В кн.: Комплексное использование физических свойств горных пород и процессов. Всесоюзная научная конференция вузов СССР, М.: МГИ, 1977, с. 36-37.

85. Баклашов И.В., Кортозия Б.А. Оценка устойчивости горных выработок. Шахтное строительство, 1978, № 2. С. 13-18.

86. Руководство по проектированию подземных горных выработок и расчету крепей. -М.: Стройиздат, 1983, 273 с.

87. Громов В.В. К определению условий устойчивости отложений пород при разработке залежей ограниченных размеров. Устойчивость и крепление горных выработок. Взаимодействие крепи и пород в сложных условиях. Л., Изд. ЛГИ, 1984. С. 88-96.

88. Яковлев Н.Е. Устойчивость капитальных и подготовительных выработок в слоистых и сланцеватых породах. Устойчивость и крепление горных выработок. Исследование взаимодействия массива с крепью выработок. Л., изд. ЛГИ, 1988. С. 90-93.

89. Ставрогин А.Н., Протосяня А.Г. Прочность горных пород и устойчивость выработок на больших глубинах. М.: Недра, 1985. - 271 с.

90. Трушко В.Л. Устойчивость горных выработок рудных месторождений при динамических проявлениях горного давления. Автореферат на соискание ученой степени доктора технических наук. Санкт-Петербург, 1993. 39 с.

91. Инструкция по креплению подготовительных горных выработок вруде на шахтах Северо-Уральекого бокситового бассейна. С.-Петербург, 1993. 39 с.

92. Козел A.M. Выбор и проектирование крепи вертикальных стволов. Ш.С., 1988, № 1. С. 16-19.

93. Широков А.П. Расчет анкерной крепи для различных условий применения М.: Недра, 1976, 208 с.

94. Константинова С.А. Об одной феноменологической модели деформирования и разрушения горных пород при длительном воздействии сжимающих нагрузок. // ФТПРПИ. 1983. - № 3. с.

95. Константинова С.А., Савров И.Ф. Напряженно-деформированное состояние и устойчивость соляных пород вокруг выработки с учетом нелинейности их деформирования, разрыхления и возможности перехода деформаций стадии. // ФТПРПИ, 1983. - № 2. с.

96. Константинова С.А., Соколова В.Ю., Мисников В.А. Методика определения устойчивости выработок в соляных породах. // ФТПРПИ. 1990. - № З.С. 40-46.

97. Анкерная полимерная композиционная крепь / Евсеев П. А., Мартыненко И. И., Крапивин В. А., Капралова И. А. // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. н. 2006. - Прил. № 9. - С. 116-121.

98. Анкер (варианты) : Пат. 2298101 Россия, МПК7 Е 21 D 21/00 / Кю Николай Георгиевич; Ин-т СО РАН. N 2005134805/03; Заявл. 09.11.2005; Опубл. 27.04.2007

99. Перспективы применения анкерной крепи в рудных выработках Яковлевского рудника / Пахалуев В. Ф., Огородников Ю. Н., Максимов А. Б.225

100. Зап. горн, ин-та. 2006. № 168. - С. 181-183.

101. Податливый крепежный анкер. Friedr. Ischebeck GmbH. N 10354729.0; Заявл. 22.11.2003; Опубл. 16.06.2005

102. Способ установки сталеполимерных анкеров: Сериков С. В.; ОАО „Севуралбокситруда". N 2003126972/03; Заявл. 03.09.2003; Опубл. 20.10.2005

103. Применение сталеполимерной анкерной крепи на шахтах России. Герасимов В. М., Златицкий А. Н., Синельников В. В. Безопас. труда в промети 2004 № 12. С. 31-33.

104. Обоснование упрочнения слабых пород трубчатыми анкерами ТА2 : Докл. Научный симпозиум „Неделя горняка- 2004", Москва, 26-30 янв., 2004. / Бондаренко В. И., Симанович Г. А., Ковалевская И. А., Поротников В.

105. B. // Горн, инф.-анал. бюл. / Моск. гос. горн. ун-т. 2004. - № 12. - С. 160161.

106. Развитие техники и технологии анкерного крепления выработок / Белов В. П., Перковский А. М. // Безопас. труда в пром-сти. 2004. - № 4.

107. Крепление анкерами / Jiang Yi-de // Anhui ligong daxue xuebao. Ziran kexue ban = J. Anhui Univ. Sci. and Technol. Natur. Sci. 2004. - 24, № 2.1. C. 5-8.

108. Оптимизация расположения анкеров при проходке водосбросного туннеля в трещиноватом скальном массиве / Кусов П. Г. // Техн. и технол. -2005. -№ 1.-С. 111-112.

109. Методика расчета параметров анкерной крепи на основе решений пространственных задач теории упругости / Анисимов И. Ю. // Зап. С.226

110. Петербург, горн, ин-та. 2002. - 152. - С. 118-120.

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

112. Каретников В.Н., Клейменов В.Б., Нуждихин А.Г. Крепление капитальных и подготовительных горных выработок. М.: Недра, 1989. - 571 с.

113. Анкер и способ его установки. Rock bolt and installing method : / Fergusson J. R. -N 200210146; Заявл. 01.11.2002; Опубл. 12.12.2002

114. Анкерные болт. Rock bolt anchor : Пат. 753104 Австралия, МПК^ Е 21 D 021/00 / Rataj Mieczyslaw; DYWIDAG-Systems International Pty. Ltd. -N 199953498; Заявл. 10.06.1999; Опубл. 10.10.2002

115. Компания Illrsta Stal, Норвегия. Illrsta Stfll // World Tunnell. -2002., № 2. -C. 81-83.

116. Анкер для крепления в грунте, методы его изготовления и крепления. Erdanker, Verfahren zu dessen Herstellung und Verfahren zum Verankern : Setzer Erwin; Bauer Maschinen GmbH. N 10248491.0; Заявл. 17.10.2002; Опубл. 13.05.2004

117. Частичное анкерное закрепление выработки, пересекающей мощный угольный пласт / Wei Si-jiang, Не Xue-ke, Guo Pan-feng // Xi'an keji xueyuan xuebao = J. Xi'an Univ. Sei. and Technol. 2004. - 24, № 1. - C. 28-30.

118. Методика расчета параметров анкерной крепи на основе решений пространственных задач теории упругости / Анисимов И. Ю. // Зап. С.Петербург. горн, ин-та. 2002. - 152. - С. 118-120.

119. Породный анкер. Gebirgsanker : Sager Lutz Achim, Leibhard Erich; Hilti AG, Schaan, Li. -N 10017751.4; Заявл. 10.04.2000; Опубл. 11.10.2001

120. Трубчатый анкер. Rohranker mit Profilierung: Ludwig Wolfgang, Leibhard Erich; Hilti AG, Schaan, Li. N 10017761.1; Заявл. 10.04.2000; Опубл. 11.10.2001

121. Крепление выработок на тонких пологих пластах сталеполимерными анкерами / Привалов А. А. Ростов н/Д: Изд-во СКНЦ ВШ, 2002. - 75 с.

122. Анкерная сталеминеральная крепь типа АСМ / Юрченко В. А., Утиралов О. А., Магдыч В. И., Некрасов В. В. // Уголь. 2003. - № 1. - С. 1416.

123. Влияние зазора между стенками шпура и породного болта на его несущую способность / Горяженко Ю. А., Еремин А. Т., Ильюшенко В. Г. // Пробл. горн, давления. 1999. - № 3. - С. 23-29.

124. Международный опыт анкерного крепления подготовительных выработок / Ремезов А. В., Егоров П. В., Шевелв Ю. А. // Сб. науч. тр. / Науч.-техн. центр „Кузбассуглетехнол.". 2003. - № 20. - С. 3-8.

125. О работе анкеров в системе крепи / Козел А. М. // Горн. ж. 2003. - № 11. -С. 31-35,91.

126. Опыт внедрения сталеполимерной анкерной крепи / Зилеев Г. П., Игнатьев А. П., Цветков И. В., Микулин Е. И., Минзарипов Р. Г.// Горн. ж.2004.-№3.-С. 32-35,91.

127. Микулин Е.И. Совершенствование параметров сталеполимерного анкерного крепления полевых выработок шахт СУБРа / Е.И. Микулин, Р.Г. Минзарипов // Записки Горного института. С.-Петербург, 2004. - Т. 156, - С. 143145.

128. Оптимизация параметров трубчатой анкерной крепи / Ткачев В.

129. А., Резников Б. В., Компанейцев А. Ю. // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. н. 2003. - Прил. № 4. - С. 25-30, 170.

130. Опыт внедрения сталеполимерной анкерной крепи / Зилеев Г. П., Игнатьев А. П., Цветков И. В., Микулин Е. И., Минзарипов Р. Г. // Горн. ж. -2004.-№3.-С. 32-35.

131. Анкеры для крепления кровли при подземной разработке. Method and apparatus for retensioning a roof bolt in an underground mine / Earl Products, Inc., Robertson Roy Lee (Jr). N 09/992415; Заявл. 23.11.2001; Опубл. 28.10.2003; НИК 405/259.1

132. О развитии и состоянии анкерного крепления / Ремезов А. В., Коновалов JI. М., Иванов Р. А., Ануфриев В. М. // Вестн. Кузбас. гос. техн. ун-та. 2004. - № 3. - С. 48-51.

133. Разработка анкерной крепи на основе минеральных закрепителей : Автореф. дис. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук / Юрченко В. А. Ин-т горн, дела СО РАН, Новосибирск, 2004. - 19 с.

134. Способ установки анкера : Прохоров Н. И., Проваторов В. В., Панин А. Н., Прохоров А. Н.; Тульск. гос. ун-т (RU). N 2003112910/03; Заявл. 30.04.2003; Опубл. 20.09.2004

135. Герасимов В.М. Применение сталеполимерной анкерной крепи на шахтах России / В.М. Герасимов, А.Н. Златицкий, В.В. Синельников // Безопасность труда в промышленности. 2004. - № 12. - С. 31-33

136. Булычев Н.С. Механика подземных сооружений: Учеб. для вузов М.:1. Недра,- 1994,- 382 с.

137. Д. Скотт. Новая анкерная крепь / Д. Скотт // Глюкауф. -1980. -№ 3. -С. 6-10

138. Совершенствование анкерной крепи на рудниках Жезказгана / Алипбергенов М. К., Есенбаев С. Е., Аманжолов Э. А., Кошумов Б. X. // Горн. ж. 2002. - № 5. - С. 76-78.

139. Анкерное крепление подземных выработок и хранилищ. Smart roof bolts underground mines/storage facilities / Dunning J. S. // Proc. SPIE. 2002. -4698. - C. 473-478.

140. К проблеме совершенствования ответственных узлов анкерного крепления / Мошкин Н. В.) // Материалы 12 научно-практической конференции по проблемам механики и машиностроения, Новокузнецк, июль, 2001. Новокузнецк, 2002. - С. 213-216.

141. Оценка эффективности методов анкерования кровли горной выработки / Долоткин Ю. Н., Борисов А. В., Погудин Ю. М. // Горн, инф.-анал. бюл. / Моск. гос. горн. ун-т. 2002. - № 9. - С. 149-151.

142. Фрикционный трубчатый анкер с повышенным разрывным усилием. Reibrohranker mit erlujhter Bruchlast : Richau Christian, Kbhler Rainer; CarboTech Fosroc GmbH. N 102004006872.0; Опубл. 01.09.2005

143. Новые технологии и материалы для крепления горных выработок / Аманжолов Э. А., Шаймердинов С. А., Кошумов Б. X.) // Горн. ж. (Россия). -2005. № 5спец. вып. „Дорогой в будущее". - С. 23-25.

144. Затяжное устройство анкера. Дворников JI. Т., Прокушенко С. И., Мошкин Н. В., Полынцев Н. А.; ООО „Горный инструмент". N2001133233/03; Заявл. 06.12.2001; Опубл. 20.09.2003

145. Анкер У сков В. А.; Ин-т горного дела СО РАН (статус гос. учрежд.). -N2003108997/03; Заявл. 31.03.2003; Опубл. 27.06.2004

146. Исследование и проектирование оптимальных параметров анкер-инъекторных конструкций в подземных сооружениях : Автореф. дис. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук / Кулинич К. В. Юж.-Рос. гос. техн. ун-т, Новочеркасск, 2003. - 19 с.

147. Термоупрочненный периодический прокат для анкерной крепи горных выработок / Левченко Г. В., Кекух А. В., Поляков В. А., Гунькин И. А., Воробей С. А. // Металлург, и горноруд. пром-сть. 2003. - № 5. - С. 5861.

148. Канатные анкеры. Cable bolting. World Tunnell and Subsurface Excav. -1997.-№ 6, С 271

149. Обеспечение надежности и контроль состояния анкерной крепи / Смирнов В. С., Самолетов Ю. Ю., Мирошников Г. П. // Горн, оборуд. и электромех. 2005. - № 2. - С. 61-62.

150. Особенности расчета параметров штанговой крепи выработок на удароопасных месторожденияхОгородников Ю. Н., Карпенко В., info@tsu. tula. гиИзв. Тул. гос. ун-та. Сер. Геомех. Мех. подзем. сооруж.2004№ 2. С. 204-208

151. Ориентация стержней при расчете анкерной крепи и ее влияние на напряженно-деформированное состояние армированного массива породВласов В. Н., Завьялов Р. Ю info@tsu. tula. гиИзв. Тул. гос. ун-та. Сер. Геомех. Мех. подзем, сооруж.2004 № 269-72

152. Моделирование параметров интенсивной технологии анкерного крепления подготовительных выработок. Кузнецов Ю. Н., Казанцев В. Г.,

153. Карпов А. В.119991, Горн, инф.-анал. Бюл .Моск. гос. горн, ун-т, 2005 № 3 С. 336-338

154. Венгловский В.Г., Федоренко А.И. Устройство для упрочнения горных пород. Авт. свид. № 629345 Б.И. 197, № 39

155. Улучшение структуры полимерных анкеров, обеспечивающих эффективное крепление горных выработок при буровзрывном способе их проведения / Шпилько С. И. // Взрыв, дело. 2006. - № 53. - С. 138-146.

156. Крепление кровли выработки набрызгбетоном и анкерами. Scaling to shotcreting / Moore Paul // Mining Mag. 2007. - 196, № 1. - С. 21-22, 24, 2628, 30.

157. Принципы расчета и выбора крепи в условиях отработки глубоких горизонтов шахт на Высокогорском ГОКе / Сайтбурханов В. Ю. // Геомеханика в горном деле : Доклады международной конференции, Екатеринбург, 5-8 июля, 2005. Екатеринбург, 2005. - С. 154-159.

158. Бенявски 3. Управление горным давлением М.: Мир. - 1990. - 254с.

159. Конухин В.П. Крепление крупногабаритных подземных сооружений / Конухин В.П. -Апатиты: КНЦ АН СССР, 1991. 144 с.

160. Патент США, № 5417521, Е 21 D 20/02. Многотросовые анкеры. Multiple cable rock anchor system / Scott J.J.; Scott Investment Partners; опубл. 23.5.97

161. Variables affecting polyester resin anchorage performance with United states roof bolting systems. Campoli Alan A. Coal int. 2001.249, №4, C. 172-174.

162. Кацауров И.И. Механика зернистой среды и ее применение в строительстве.2-е изд., испр. и перерабЛ.: Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1988 -280 с.

163. Федоренко А.И. Исследование влияния расположения анкеров на устойчивость обнажений горного массива /А.И. Федоренко// Горный информационно-аналитический бюллетень. Издательство Московского государственного горного университета 2007 - № 7 - С. 372-375.

164. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир, 1975.

165. Федоренко А.И. Напряженно- деформированное состояние приконтурного массива, армированного анкерами /А.И.Федоренко// Известия вузов. Горный журнал №3 2006 - С.75-83.

166. Федоренко А.И. Теоретические основы устойчивости горных выработок/А.И. Федоренко// Горный информационно-аналитический бюллетень. Издательство Московского государственного горного университета 2005 - № 6 - С. 233-236

167. Савин Г.Н. Концентрация напряжений около отверстий.-Гостехиздат,1951-75 с.

168. Симанович Г.А. Определение объемного напряженного состояния трубчатой штанговой крепи, деформирующейся совместно с массивом соли. В кн.: Разработка соляных месторождений. Пермь, 1980-С. 179-185.

169. Мельников Н.И. Анкерная крепь. М.: Недра, 1980. - 251 с.

170. Кравченко Г.И., Венгловский В.Г., Федоренко А.И. Временная технологическая инструкция по применению и установке трубчатых штанг взрывного закрепления. Новокузнецк, 1982. 26 с.

171. Белоусов Е.А. Разработка способов проведения и крепления капитальных выработок в удароопасных зонах месторождений Горной Шории: Автореф. Дисс,.канд. техн. наук. Новосибирск, -19 с.

172. Венгловский В.Г., Федоренко А.И., Макаренко М.В. Применение трубчатых штанг гидровзрывного закрепления на рудниках Горной Шории. -Черная металлургия, 1987, № 3 С. 43-44.

173. Венгловский В.Г. Трубчатая анкерная крепь с опорным элементом «звезда» / В.Г. Венгловский, А.И. Федоренко// Горный журнал 1984. - № 5. С. 65.

174. Венгловский В.Г. Штанговая крепь / В.Г. Венгловский, Б.П. Черданцев, А.И. Федоренко// а.с. № 695507

175. Венгловский В.Г. Трубчатая штанговая крепь взрывного закрепления /В.Г. Венгловский, А.И. Федоренко// Изобретательство и рационализация 83, (каталог межотраслевой тематической выставки), Чермет-информация - 1983. - С. 4.

176. Венгловский В.Г., Федоренко А.И., Седурин Н.М. Трубчатые штанги взрывного закрепления. Кемерово: ЦНТИ. Информ. лист № 37-81, Зс.

177. Федоренко А.И. Механизация крепления горных выработок различными видами крепи /А.И. Федоренко// Черная металлургия. Бюллетень научно-технической информации, выпуск 18(878). М.1980 6.3.17

178. Федоренко А.И. О конструкциях трубчатых штанг гидровзрывного закрепления / А.И.Федоренко// В сб. Вопросы комплексного освоения недр и совершенствования технологии горных работ. Пермь 1983. - С. 32-33.

179. A.C. № 802554 (СССР), Штанговая крепь / В.Г. Венгловский. -Опубл. В Б.И., 1981, №5.

180. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. М., Наука, 1979,559 с.

181. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. М., Машиностроение, 1971, 782 с.

182. Ильин JI.H. Основы учения о пластической деформации. М., Машиностроение, 1980, 149 с. 196. Трубы металлические и соединительные части к ним. Часть 2. - М., Изд. Стандартов, 1981, 327 с.

183. Штанговая крепь / Семевский В.И., Волжский В.М., Тимофеев О.В. и др. -М., Недра, 1965, 327 с.

184. Столетний М.Ф., Клемперт Е.Д. Точность труб. М., Металлургия, 1975, 238 с.

185. Виноградов А.Г. Трубное прозводство. М., Металлургия, 1981,342 с.

186. Нормативы времени на подземные горные работы для предприятий горнодобывающей промышленности и геологоразведочных организаций. Очистные, горнопроходческие и нарезные работы. -М., 1976

187. A.C. №778387 Способ закрепления анкеров. A.C. №778387 Венгловский В.Г., А.И. Федоренко, Опубл. в Б. И. №19

188. Петухов И.М. Предотвращение горных ударов / И.М. Петухов, П.В. Егоров, Б.М. Винокур. М.: Недра, 1984 - 230 с.

189. Першин В.В. Компьютерное проектирование процессов подземной геотехнологии на рудниках / В.В. Першин, А.И. Копытов, А.Н. Садохин и др.- Кемерово, Кузбассвузиздат, 2002.-226 с.

190. Максимов Н.П. Новые комбинированные крепи капитальных горных выработок с направленным использованием несущей способности приконтурного массива. Шахтное строительство, 1985, № 5. - С. 13-16.

191. Федоренко А.И. Совершенствование способов управления горным давлением при проходке горных выработок на подземных рудниках ОАО «Евразруда».// Горный журнал. 2008. -№11,- С.51-53.

192. Еременко В.А. Районирование выработок по способам крепления в условиях Шерегешевского месторождения/В.А. Еременко, В.Н. Филиппов,

193. B.B. Дорогунцов, E.A. Белоусов, А.И. Федоренко/ Горный информационно-аналитический бюллетень. Издательство Московского государственного горного университета 2005 - № 9 - С. 46-57

194. Федоренко А.И. Обоснование расчета устойчивости горных выработок /А.И. Федоренко/ Перспективы развития горнодобывающей промышленности (сборник докладов международной научно-технической конференции 7-10 февраля 1994) Новокузнецк. С. 98-102.

195. Федоренко А.и. Устойчивость горных выработок / А.И. Федоренко // Техника и технология разработки месторождений полезных ископаемых. Международный науч. техн. сб. Вып. 4- Новокузнецк - СибГИУ - 1998- С. 52-59.

196. Еременко A.A. Проведение и крепление горных выработок в удароопасных зонах железорудных месторождений /A.A. Еременко, А.И. Федоренко, А.И. Копытов// Новосибирск: Наука, 2008 - 236с.

197. Инструкция к УМГП 3. Феодосия; Главгеология УССР, 1962. —с. 30

198. Федоренко А.И. Исследование прочностных и деформационных свойств горных пород Казского месторождения /А.И. Федоренко// Горный информационно-аналитический бюллетень. Издательство Московского государственного горного университета 2005 - № 9 - С. 235-237

199. Федоренко А.И. Исследование устойчивости горных выработок в производственных условиях /А.И. Федоренко// Горный информационно-аналитический бюллетень. Издательство Московского государственного горного университета 2007 - № 9 - С. 394-397.

200. Венгловский В.Г. Разработка рациональных видов крепи горных выработок / В.Г. Венгловский, А.И. Федоренко, В.М. Костоглод// Информационный листок № 206-81 ЦНТИ, 1980

201. Федоренко А.И. Оценка устойчивости породных обнажений /А.И. Федоренко// Перспективы развития горнодобывающей промышленности. Научно-практическая конференция с международным участием (тезисы докладов). Новокузнецк 1999 - С. 49.

202. Федоренко А.И. Рекомендации по креплению откаточных горных выработок /А.И. Федоренко, В.Г. Венгловский, П.И. Сенцов, В.А. Кропотов, Ю.М. Карапетян, Ю.Г. Ходырев, В.Г. Фролов//Новокузнецк 1975, 92 с.

203. Венгловский В.Г. Крепление откаточных выработок / В.Г. Венгловский, А.И. Федоренко// Информационный листок № 13-18, Кемеровской ЦНТМ 1980

204. Будько A.B. Определение устойчивых параметров и типов крепления выработок для торцового выпуска руды / A.B. Будько, С.А. Головашкин, Г.М. Бурмин, П.Т. Гайдин, В.В. Балякин, А.И. Федоренко// Горный журнал, № 2-1982-С.30-33

205. Федоренко А.И. Разработки института «ВостНИГРИ» по технологии и механизации горно строительных работ /А.И. Федоренко // Шахтное строительство - 1986. - № 2-С. 15-18.

206. A.C. 1040109 СССР. Крепежный анкер. В.Г. Венгловский, Г.И. Кравченко, Ю.М. Карапетян, B.C. Лялько Опубл. в Б.И., 1983, № 33.

207. Венгеловский В.Г., Федоренко А.И. Устройство для упрочнения горных пород. A.C. №629345 Б.И. 1987, №39

208. Методические рекомендации по упрочнению пород синтетическими смолами, Кривой Рог, НИГРИ, 1973- 25с.

209. Камбефор А. Инъекция грунтов. Энергия, М., 1971.- 65с.242. . ГОСТ 380-71. Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки и общие технические требования.

210. Мухтаров Г.Г., Гелескул М.Н., Исмайлов Д.И. Совершенствование крепления горизонтальных выработок при разработке жильных месторождений. -М., Недра, 1976, 261 с.

211. Венгловский В.Г., Федоренко А.И., Седурин Н.М. Трубчатые штанги взрывного закрепления. Кемерово: ЦНТИ. Информ. лист № 37-81, Зс.

212. Новиков А.О ,Петренко Ю.А. / А.О Новиков, Ю.А Петренко Лабораторные исследования влияния схем анкерования массива на устойчивость выработок.// Горный информационно- аналитический бюллетень.-2009.-№7. С. 333-336.

213. Кузьмин Е.В. Упрочнение горных пород при подземной добыче руд. М.: Недра, 1991.-253 с.

214. Федоренко А.И. Управление состояние массива на удароопасных месторождениях Сибири /А.И. Федоренко, Б.В. Шрепп// Учебное пособие. Новокузнецк СибГИУ 2001-105,- 86с.

215. Федоренко А.И. Теоретические основы повышения устойчивостигорных выработок/А.И. Федоренко Горный информационно-аналитический241бюллетень. Издательство Московского государственного горного университета 2005 - № 6 - С. 233-236.

216. Венгловский В.Г. Расчет несущей способности трубчатых штанг взрывного закрепления /В.Г. Венгловский, А.И. Федоренко// Известие вузов. Горный журнал №2 2006 - С. 64-68.

217. Федоренко А.И. Основные направления повышения безопасности при проведении горных выработок на железорудных месторождениях /А.И. Федоренко// Безопасность труда в промышленности 2008 - №5 - С. 19-22

218. Международный науч.-техн. сб. Вып. 11 / СибГИУ Новокузнецк, 2009. - С. 80-90. 2003.- 374с.

219. Боликов В.А. Прогноз и обеспечение устойчивости капитальных горных выработок/ В.Е.Боликов, С.А.Константинова. Екатенбург: ИГД УроРАН, 2003,- 374с.

Информация о работе
  • Федоренко, Анатолий Иванович
  • доктора технических наук
  • Кемерово, 2010
  • ВАК 25.00.22
Диссертация
Разработка и обоснование технологии взрывного закрепления выработок на удароопасных железорудных месторождениях - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно
Автореферат
Разработка и обоснование технологии взрывного закрепления выработок на удароопасных железорудных месторождениях - тема автореферата по наукам о земле, скачайте бесплатно автореферат диссертации
Похожие работы