Введение к работе
Актуальность работы. На угольных шахтах Российской Федерации и за рубежом для крепления подготовительных горных выработок широко применяются различные виды металлической анкерной крепи Одним из существенных факторов, сужающих область применения металлической анкерной крепи, является ограниченный срок ее службы, на который решающее влияние оказывают процессы коррозионного разрушения элементов крепи
На шахтах Российского Донбасса из-за полного исчерпания ресурса анкерной крепи по коррозионному фактору имели место случаи внезапного ее отказа после 3-10 лет эксплуатации, которые приводили к обрушению заанкерованных пород, травмированию рабочих, в том числе и с летальным исходом Применение в этих условиях рамных металлических крепей существенно увеличивает расходы на проведение и поддержание горных выработок На шахтах данного региона размер экономических потерь от вынужденной замены анкерной крепи на металлическую рамную достигает 4,0-6,0 млн руб на 1 км проводимых выработок
В последние годы наибольшее распространение получили сталеполимерные анкеры, обладающие высокой несущей способностью и надежностью закрепления, но они, так же как анкеры распорно-замковых конструкций, подвержены коррозионному износу В этой связи серьезную значимость приобретает вопрос сохранения ресурса работоспособности анкерной крепи в течение всего срока службы горных выработок Решению этого вопроса посвящен ряд работ ИГД им А А Скочинского, ВНИМИ, КузНИУИ, ШахтНИУИ, МГТУ, СПбПЙ, ЮРГТУ, ДГИ, ДонУГИ и других научно-исследовательских и проектно-конструкторских организаций Цель этих работ в основном сводилась к определению проектных параметров анкерной крепи и схем ее возведения в подготовительных выработках, эксплуатирующихся в различных горно-геологических условиях
Вопросу разработки действенных решений по сохранению несущей способности анкерной крепи на уровне проектных параметров уделялось недостаточное внимание
Таким образом, исследования, направленные на обоснование эффективных технологических решений по сохранению ресурса работоспособности анкерной крепи горных выработок, эксплуатирующихся в условиях высокой относительной влажности воздуха и обводнённости породного массива, могут вполне обоснованно квалифицироваться как достаточно актуальные
Целью работы является выявление закономерностей изменения несущей способности сталеполимерной анкерной крепи в зависимости от коррозионного износа ее элементов для разработки эффективных технологических решений по сохранению ресурса работоспособности крепи в течение всего периода эксплуатации подготовительных выработок в условиях высокой относительной влажности воздуха и обводненности породного массива
Идея работы заключается в использовании фрактальной модели заанкеро-ванной кровли для выявления вероятности устойчивого состояния подготовительной выработки и обоснования проектных параметров анкерной крепи, обеспечивающих сохранение ресурса работоспособности в течение всего срока эксплуатации в условиях высокой относительной влажности воздуха и обводненности породного массива
, Основные научные положения, выносимые на защиту:
доминирующим фактором, влияющим на несущую способность анкерной сталеполимерной крепи подготовительных горных выработок, эксплуатирующихся в условиях высокой относительной влажности воздуха и обводненности породного массива, является коррозионный износ ее элементов,
использование фрактальной модели заанкерованной кровли обеспечивает объективное выявление вероятности устойчивого состояния подготовительной выработки и обоснование проектных параметров крепи для сохранения ресурса работоспособности в течение всего срока эксплуатации в специфических условиях,
применение сталеполимерных анкеров с антикоррозионными покрытиями является наиболее эффективным технологическим решением по сохранению ресурса работоспособности анкерной крепи в течение всего срока эксплуатации
Научная новизна работы заключается в следующем
выявлена доминирующая роль среди коррозионных факторов шахтной среды относительной влажности воздуха и обводненности поддерживаемых анкерами вмещающих пород в окрестностях подготовительных выработок,
разработан на основе применения фрактальной модели нагруженного дерева метод обоснования необходимости реализации способов сохранения проектных параметров анкерной крепи в различных условиях длительной эксплуатации,
доказана возможность сохранения эксплуатационного состояния подготовительной выработки в течение всего срока эксплуатации при креплении ее ста-леполимерными анкерами с антикоррозионным покрытием
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:
представительным объемом шахтных исследований, выполненных по разработанным и апробированным методикам (исследовано состояние 140 горных выработок, общей длиной 102 км на 21 шахте Российского Донбасса),
корректным использованием современных методов (фрактального моделирования, теории вероятностей, математической статистики),
положительными результатами эксплуатационных испытаний антикоррозионных покрытий металлических анкерных крепей
Научное значение работы состоит в выявлении закономерностей изменения несущей способности сталеполимерной анкерной крепи в зависимости от коррозионного износа ее элементов для обоснования с использованием фрактальной модели заанкерованной кровли технологических решений по сохранению эксплуатационного состояния выработки в условиях высокой относительной влажности воздуха и обводненности породного массива
Практическое значение диссертации заключается в:
разработке способа сохранения проектных параметров анкерной крепи в процессе длительной эксплуатации за счет применения антикоррозионных покрытий,
разработке технических требований к средствам антикоррозионной защи-
ты металлической анкерной крепи;
- внесении дополнений в технические условия на анкерные сталеполимер-ные крепи ACPI и АСГ1 в части выбора антикоррозионных средств и определения ресурса крепи в сложных условиях эксплуатации
Реализация результатов работы. Результаты исследований использованы при разработке «Руководства по повышению несущей способности анкерной крепи распорно-замкового и клино-щелевого типов на шахтах Ростовской области», (Шахты, 2001), а также дополнений в технические условия на анкерные сталепо-лимерные крепи ACPI и АСГ1 в части выбора антикоррозионных средств и величины среднего расчетного ресурса анкерных крепей в различных условиях эксплуатации
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и получили одобрение на заседаниях ученого совета ШахтНИУИ (2006, 2007), Международном симпозиуме в рамках «Недели горняка» Ml ТУ (Москва, 2005), научном семинаре кафедры «Подземная разработка пластовых месторождений» МГГУ (Москва, 2005-2007)
Публикации. Основные положения диссертации изложены в четырех опубликованных работах, включая одну статью в журнале, рекомендованном ВАК Минобрнауки России.
Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 разделов, заключения, 5 приложений и содержит 19 рисунков, 20 таблиц, список литературы из 103 наименований.
Автор выражает признательность сотрудникам ШахтНИУИ Беликову В В , Кулешову Е С, Мартыненко И И и Солуянову Н О, а также работнику шахты «Обуховская» Гайворонскому ИД за помощь в проведении аналитических и шахтных исследований
