Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ПО ПРИМЕНЕНИЮ АНКЕРОВ
ГЛУБОКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ ПРИ УПРОЧНЕНИИ КОНТУРА
ВЫРАБОТОК 10
-
Область применения 10
-
Конструкции канатных анкеров 13
-
Методы расчета параметров крепи выработок, поддерживаемых
на границе с выработанным пространством 19
1.4 Цели и задачи исследований 22
2. ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕФОРМАЦИОННЫХ И НАГРУЗОЧНЫХ
СВОЙСТВ КАНАТНЫХ АНКЕРОВ 24
-
Требования, представляемые к конструктивным характеристикам анкерной крепи глубокого заложения 24
-
Методика стендовых испытаний 26
2.2.1. Объекты испытаний 26
2.2.2 Наименование и назначение используемого оборудования ?7
и приборов
2.2.3 Порядок проведения испытаний 28
2.3 Результаты исследования деформационных свойств канатного
анкера 29
2.3.1 Результаты исследования относительного удлинения ~Q
каната в зависимости от нагрузки
2.3.2 Результаты исследования смещения каната относительно ».,
опорной муфты
ВЫВОДЫ 36
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
КАНАТНОГО АНКЕРА С МИНЕРАЛЬНОЙ КОМПОЗИЦИЕЙ 37
-
Требования, предъявляемые к технологии крепления контура выработок канатными анкерами ~„
-
Методика стендовых испытаний 40
3.2.1 Объекты испытаний 40
3.2.2 Наименование и назначение используемого оборудования
и приборов 41
-
Порядок проведения испытаний 41
-
Измеряемые величины 43
-
Результаты исследований нагрузочных свойств канатных анкеров на стадии предварительного натяжения при закреплении АМК 43
-
Зависимость нагрузочной способности канатного анкера от влияющих факторов на стадии предварительного натяжения анкера 47
-
Оценка влияния конструктивных и технологических факторов на нагрузочную способность 52
3.5.1 Исследование влияние на нагрузочную способность
диаметра опорной спирали (винта) на конце анкера в ^
зависимости от диаметра шпура
3.5.2 Влияние на нагрузочную способность длины
закрепляющей втулки 55
3.5.3 Влияние на нагрузочную способность времени ожидания
отверждения 57
3.6 Влияние времени на нагрузочные свойства канатных анкеров при
закреплении амк после отверждения 58
ВЫВОДЫ 59
4. ОБОСНОВАНИЕ ПАРЕМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИИ УПРОЧНЕНИЯ
КРОВЛИ ВЫРАБОТОК, СОХРАНЯЕМЫХ НА ГРАНИЦЕ С
ВЫРАБОТАННЫМ ПРОСТРАНСТВОМ, КАНАТНЫМИ
АНКЕРАМИ 60
4.1 Геомеханическое обоснование упрочнения кровли выработок,
поддерживаемых на границе с выработанным пространством 60
4.2 Испытание канатных анкеров в технологии упрочнения кровли
выработок, поддерживаемых на границе с выработанным
пространством 74
-
Наименование оборудования и средств измерений 74
-
Критерии сравнительной оценки 75
4.3 Расчет параметров канатных анкеров выработок, сохраняемых
на границес выработанным пространством 76
4.3.1 Расчет параметров канатных анкеров для доупрочнения
кровли демонтажной камеры 6а-6-16 на ш. «Распадская»... 76
4.3.2 Расчет параметров канатных анкеров для сохранения
газо-дренажного канала на ш. им. С.М.Кирова 76
-
Технология установки анкеров канатных 77
-
Испытание на шахте «Распадская» 79
-
Условия и место испытаний канатных анкеров 79
-
Проведение демонтажной камеры 81
-
Места испытаний анкеров канатных в демонтажной
камере 82
4.6 Результаты испытаний на шахте «Распадская» 84
-
Хронометражные наблюдения за операциями установки анкеров канатных 84
-
Технологичность возведения анкеров канатных 85
-
Результаты исследования нагрузок на канатные анкеры.... 86
-
Результаты исследования расслоений кровли демонтажной камеры 88
4.7 Испытание на шахте «им. С.М.Кирова» 95
-
Горно-геологические условия места испытаний канатных Q-анкеров
-
Ход испытания 98
4.8 Результаты испытаний на шахте «им. С.М.Кирова» 101
4.9 Испытания канатных анкеров с ампулами АМК на шахте
«Распадская» 103
ВЫВОДЫ 106
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 107
ЛИТЕРАТУРА 109
ПРИЛОЖЕНИЯ 116
Введение к работе
Актуальность работы.
Анкерная крепь стала основным видом крепления на угольных месторождениях Кузбасса. Начиная с 1995 года, объем крепления горных выработок анкерной крепью непрерывно возрастает и к настоящему времени на большинстве шахт Кузбасса анкерной крепью закрепляется свыше 90% всех выработок, в том числе и капитальных. Это связано с расширением номенклатуры дешевой анкерной крепи для различных горно-геологических и горнотехнических условий, усовершенствованием буровой техники, а также бы-стротвердеющих закрепляющих материалов на основе полиэфирных смол.
Исследованиями в области конструкции, принципа работы анкерной крепи, методов ее расчета и в целом упрочнением пород кровли занимались такие научные коллективы, как КузНИУИ, Кузниишахтострой, ИУУ СО РАН, ВНИМИ, ВостНИИ, КузГТУ и др. с участием таких ученых как Ануфриев В.Е., Ардашев К.А., Бурков Ю.В., Коновалов Л.М., Лидер В.А., Писля-ков Б.Г., Широков А.П.,, Штумпф Г.Г. и др.
В результате их деятельности был разработан ряд нормативных документов по применению анкерной крепи в различных горно-геологических и горнотехнических условиях.
Однако, действующие нормативные документы не распространяются на выработки, сохраняемые на границе с выработанным пространством с помощью анкеров глубокого заложения. Отсутствуют методы расчета параметров технологии упрочнения анкерами глубокого заложения кровли выработок, сохраняемых на границе с выработанным пространством.
Массив горных пород в районе таких выработок подвергается более интенсивным деформациям, вследствие того, что их кровля размещается в зоне сдвижений подработанных пород кровли. Интенсивность деформаций в зонах активного сдвижения из-за разнообразия горно-технических условий по-разному влияет на смещения кровли в зависимости от искусственной связанности структур кровли выработок.
Одним из распространенных типов анкеров глубокого заложения являются канатные анкера. Однако, при освоении технологии изготовления и применения канатных анкеров остаются не изученными их деформационные и технологические параметры, зависящие от способа закрепления и применения закрепляющего материала, в частности, закрепление канатных анкеров ампулами с минеральной композицией.
Поэтому тема исследований, связанная с разработкой технологии упрочнения канатными анкерами кровли выработок, сохраняемых на границе с выработанным пространством, представляется нам весьма актуальной.
Целью работы является разработка технологии упрочнения кровли выработок, сохраняемых на границе с выработанным пространством, посредством канатных анкеров.
Основная идея заключается в использовании деформационных, конструктивных и технологических свойств канатных анкеров, а также геомеханического состояния приконтурного массива при обосновании параметров крепления горных выработок.
Задачи исследований: исследовать деформационные свойства и технологичность установки канатного анкера; определить рациональные технологические параметры канатного анкера, закрепляемого минеральной композицией ампульным способом на стадии предварительного натяжения; обосновать параметры технологии упрочнения кровли выработок, сохраняемых на границе с выработанным пространством посредством канатных анкеров.
Методы исследований: - лабораторные методы исследований для определения деформацион ных свойств канатов и канатных анкеров и их технологических параметров; шахтные исследования влияния канатных анкеров на состояние кровли сохраняемых выработок; инструментальные наблюдения за процессами расслоения пород кровли с использованием глубинных реперов и нагрузками на анкеры с использованием тензометрических датчиков давления.
Основные научные положения, выносимые на защиту: в качестве анкеров глубокого заложения наибольшую перспективу использования для крепления выработок, сохраняемых на границе с выработанным пространством, по факторам относительного удлинения (<1%), технологичности и затратам на бурение (>30%) имеют канатные анкеры; закрепление канатного анкера минеральной композицией, при кольцевом зазоре винта головки канатного анкера со стенками шпура 1,5-2,0 мм, наличии трех узлов местного уширения диаметра каната и длине закрепления 1100 м, обеспечивает сопротивление выдергиванию (25-30 кН), достаточное для предварительного натяжения анкера без времени ожидания отверждения минеральной композиции; параметры технологии (длина канатного анкера, угол наклона шпура и т.д.) при упрочнении кровли выработок, сохраняемых на границе с выработанным пространством, выбираются из расчета закрепления канатного анкера в части приконтурного массива выработки, не участвующей в активных сдвижениях и не передающей нагрузку на крепь или почву выработки. В соответствии с закономерностями сдвижений, эта часть приконтурного массива размещена за границей, определяемой углами давлений, которые отсчитываются от зоны отжима краевой части угольного пласта.
Достоверность и обоснованность научных положений и рекомендаций подтверждается: протоколами стендовых испытаний канатных анкеров; достаточным объемом (>20) лабораторных испытаний канатных анкеров при закреплении минеральной композицией; положительным заключением межведомственной комиссии по эксплуатационным испытаниям канатных анкеров на ЗАО «Распадская»; положительным опытом закрепления канатными анкерами газодренажного канала на ш.«им.С.М.Кирова».
Научная новизна работы заключается: в установлении деформаций канатных анкеров, с низким уровнем относительных удлинений, достаточных для применения их в качестве анкеров глубокого заложения, обеспечивающих безопасное устойчивое состояние кровли выработок; в установлении технологических параметров канатных анкеров, закрепленных минеральной композицией, обеспечивающих достаточный уровень несущей способности, в том числе и на стадии предварительного натяжения без времени ожидания отверждения; в обосновании параметров технологии упрочнения канатными анкерами кровли выработок, сохраняемых на границе с выработанным пространством.
Практическое значение работы: созданы методические основы для расчета параметров канатных анкеров при упрочнении кровли выработок, поддерживаемых на границе с выработанным пространством; разработанная технология позволяет повысить устойчивость горных выработок и безопасность работ за счет применения канатных анкеров; обосновано применение более дешевой минеральной композиции взамен полиэфирных смол для закрепления канатных анкеров.
Реализация работы.
Опытно-промышленные и эксплуатационные испытания на шахте «им.С.М.Кирова» и на шахте «Распадская» при закреплении выработок различного назначения, а также выработок, сохраняемых на границе с выработанным пространством.
Личный вклад автора заключается: в обследовании состояния выработок и установлении основных причин потери устойчивости горных выработок, сохраняемых на границе с выработанным пространством; в разработке методики выполнения натурных инструментальных наблюдений; в выполнении визуальных и инструментальных наблюдений за геомеханическими процессами и проявлениями горного давления в выработках, сохраняемых на границе с выработанным пространством; в лабораторных исследованиях деформационных свойств канатных анкеров; в разработке технологии упрочнения канатными анкерами кровли выработок сохраняемых на границе с выработанным пространством; - в обработке результатов наблюдений. Апробация работы.
Основные научные положения и практические выводы докладывались на научных конференциях КузГТУ (г.Кемерово, 1999, 2000, 2001, 2004 г.г.), на техническом Совете «Компании «Кузбассуголь» (г.Кемерово, 2001г.), на «Неделе горняка» (г.Москва, 2002 г.)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 научных работ.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения и изложена на 127 страницах машинописного текста, включая 51 рисунок, 25 таблиц, 2 приложения и список литературы из 68 наименований.
Автор считает своим долгом выразить особую благодарность к.т.н. Ануфриеву В.Е. за помощь в проведении лабораторных и шахтных исследований, а также в обработке полученных результатов.
