Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ... 8
1.1. Анализ горно-геологических и горнотехнических условий поддержания горных выработок шахт СРВ 8
1.2. Анализ технике—экономических показателей крепей, применяемых в шахтах СРВ... 14
1.3. Обзор работ, посвященных изучению на-брызгбетонной крепи 17
1.4. Обзор работ, посвященных вопросам пучения пород почвы в горных выработках. 23
1.5. Задачи и методы исследований 29
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ НАБРЫЗГБЕТОННОИ КРЕПИ И ОБОСНОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ЕЕ ПРИМЕНЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ШАХТ СРВ 31
2.1. Задачи и методы исследования 31
2.2. Исследование антикоррозионных добавок... 32
2.3. Исследование сцепления (адгезии) на-брызгбетонной крепи с углем и характера разрушения системы "крепь-уголь"... 43
2.4. Исследование фибро-добавок 57
2.5. Выводы 63
ГЛАВА 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗКИ НА НАБРЫЗГБЕТОННУЮ КРЕПЬ И РАСЧЕТ ЕЕ ПАРАМЕТРОВ б5
3.1. Определение нагрузки на НБК и ее толщины при гладком контуре выработки 67
3.2. Определение нагрузки на НЕК и ее толщины с учетом неровности контура выработки 83
3.3. Анализ полученных результатов ПО
3.4. Выводы 120
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ И ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ СПОСОБА ВЗРЫВ0ЩЕЛЕВОЙ РАЗГРУЗКИ С ЦЕЛЬЮ ПРЕДУІШЕВДЕНИЯ ПУЧЕНИЯ ПОРОД ПОЧВЫ В ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ СРВ 122
4.1. Задачи и методы исследований .. 122
4.2. Исследование деформированного состояния пород почвы в выработках, проводимых в породах с наклонным залеганием пластов на моделях из эквивалентных материалов. 124
4.3. Исследование эффективности применения способа взрывощелевой разгрузки в условиях наклонного залегания пород... 134
4.4. Выводы. 142
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 143
ЛИТЕРАТУРА 146
ПРИЛОЖЕНИЯ I
- Анализ горно-геологических и горнотехнических условий поддержания горных выработок шахт СРВ
- Исследование антикоррозионных добавок...
- Определение нагрузки на НБК и ее толщины при гладком контуре выработки
- Исследование деформированного состояния пород почвы в выработках, проводимых в породах с наклонным залеганием пластов на моделях из эквивалентных материалов.
Анализ горно-геологических и горнотехнических условий поддержания горных выработок шахт СРВ
Интенсивная разработка угольных месторождений Вьетнама привела к увеличению доли подземной добычи угля в СРВ, так как запасы угля, пригодные для разработки подземным способом, составляют 93% общих запасов, С 60-х годов было начато строительство и восстановление ряда шахт Вьетнама: Ванг-Зань, Хелам, Тхонг-Нять, Мао-хе, Монг-Зыонг.
С целью освоения и разведки угольных месторождений Союзом геологов совместно с Министерством энергетической и угольной промышленности СЕВ (ныне Министерством шахт и угольной промышленности) проведено изучение горно-геологических условий строительства подземных шахт Вьетнама. Проведены предварительная и детальная разведки по всем месторождениям, на основании которых проведен подсчет запасов угля, изучены характеристики пород, их залегания, тектоническое строение и т.п.
Вьетнам обладает запасами более 20 млрд. тонн каменного угля, что составляет преобладающую часть запасов угля всего Индокитайского полуострова. К наиболее крупным угленосным площадям относится бассейн Куанг-Нинь.
Бассейн Куанг-Нинъ вытянут в широтном направлении более чем на 100 км; он представляет собой крупную мульду, включающую несколько месторождений. Угленосная толща представлена свитой Хон-Гай и делится на две согласно залегающие подсвиты: нижняя мощностью от 200 до 500 м сложена среднегалечными конгломератами, гравелитами и разнозернистыми линзами углей; средняя и верхняя мощностью 600-800 м сложены разно-зернистыми песчаниками, мелкогалечными конгломератами, прослоями угленистых алевролитов, аргиллитов и пластами каменного угля. Породы имеют крепость в среднем по шкале проф.Протодьяконова М.М. -f = 4 6, реже до 8. Уголь - антрацит и полуантрацит, вообще крепкий. Предельное сопротивление угля на сжатие составляет 6 = 15-20 МНа, на отдельных участках достигает 30 МПа.
Угленосная толща включает 6-8 пластов угля мощностью от 1,5 м до 18,0 м (преимущественно от 3 м до 8 м). Мелсдупластье представлено чередованием конгломератов, песчаников, алевролитов, аргиллитов, местами доломитов. Наибольшее распространение имеют аргиллиты, алевролиты и песчаники.
Исследование антикоррозионных добавок
При проведении горных выработок с применением бетона в качестве крепежного материала могут встречаться агрессивные воды. При наличии агрессивных ионов в подземных водах процессы твердения цементного камня в бетоне будут определяться их количеством и видом.
Как выше отмечалось, в угольных шахтах Каунг-Киньского бассейна СРВ подземные воды могут вызвать сульфатную агрессию: концентрация ионов S0 „ может достигать 0,5-1,0 г/л, что больше норматива (0,3 г/л) [74]. Под действием сульфатов может происходить разрушение цементного камня: в породах цементного камня происходит отложение малорастворимых веществ, содержащих в воде или продуктов взаимодействия их с составляющими цементного камня, их накопление и кристаллизация в порах вызывают значительные растягивающие напряжения в стенках пор и приводит к разрушению цементного камня. Характерный вид сульфатной коррозии цементного камня - взаимодействие растворенных в воде сульфатов с трехкальциевым гидроалюминатом ЗСаО.А Од.бЕ О. При этом образуется труднорастворишй гидросульюоалюминат кальция, который кристаллизуясь поглощает большое количество воды и значительно увеличивается в объеме, что оказывает разрушающее действие на цементный камень.
Для борьбы с сульфатеагрессивными водами можно применять специальные цементы (сульфатостойкие) или гидроизоляцию лакокрасочными покрытиями. Однако, применять лакокрасочные покрытия для крепи из бетона из-за отсутствия эффективной для условия шахты технологии их нанесения практически невозможно. Суль-фатостойкий цемент изготавляют из клинкера минарельного состава Сз5450$; 0 4.5%; СдА + С АЕ 22$. Этот цемент имеет низкое содержание CgS , что дает меньшее содержание наиболее растворимого компонента Са(0Н)2 в бетоне, и низкое содержание СдА, продукт взаимодействия которого с сульфатами является причиной разрушения цементного камня, вследствие чего он шлеет повышенную сульфатостойкость по сравнению с обычным портландцементом. Однако в условиях СРВ сульфатостойкие цементы оказываются дефицитными и дорогостоящими: их не изготовляют, а доставляют только из-за границы. Поэтому широкого применения для безопалубочного бетонирования горных выработок шахт СЕВ эти цементы не получили и не получат.
Определение нагрузки на НБК и ее толщины при гладком контуре выработки
Рассчетная схема представлена на рис. 3.1, где приняты обозначения: и - зона упрочненных пород; р - зона разрзчиен-ных пород; Н - зона нетронутого массива; - радиус границы между и.-той и р-той зонами; Гр - радиус границы между р -той и Н -той зонами.
Компоненты напряжений 6"г , б и ге в области 4 Г должны удовлетворять условиям равновесия, которые при полярной системе координат записываются в следующей форме:
Как показали лабораторные исследования, образцы с углем (породой), имеющим трещины, которые после крепления заполнены набрызгбетоном, при испытаниях разрушаются не по укрепляющему слою, а по углю (породе) предположим, что в u-той зоне деформация будет упругой, тогда компоненты напряжения в этой зоне имеют вид:
Исследование деформированного состояния пород почвы в выработках, проводимых в породах с наклонным залеганием пластов на моделях из эквивалентных материалов
В I.I отмечалось, что в шахтах СРВ наблюдается пучение пород почвы в выработках, проводимых полностью в слабой породе, либо к которым непосредственно прилегает слабая порода крепостью -f- = 3-4; мощность пород в почве выработок в первом случае составляет 1-4 м, а во втором 6-12 м. В связи с этим целью наших исследований является: установить величину и характер деформирования пород почвы в указанных выработках и определить параметры способа взрывощелевой разгрузки.
В модели, масштабом 1:100, проводились две выработки на расстоянии, исключающем их взаимное влияние; одна выработка проводилась полностью в слабой породе, а в другой - почва слабая порода. Ширина выработок в модели составляла 4 см (в натуре 4 м). Мощность пород в почве первой выработки составляла 2 см (в натуре 2 м), или 0,5 В (В - ширина выработки), а второй выработки - 8 см (в натуре 8 м) или 2,0 В.
В качестве эквивалентного материала использовались песчано-парафиновые смеси. Моделировались породы непосредственной почвы прочностью на одноосное сжатие в натуре 30 МПа. Угол падения пластов пород составляет 30.
В модели создавалось напряженное состояние пригрузом с помощью пневмобалонов. Пригруз имитировал глубину залегания выработок а натуре от 300 до 900 м.
Смещение пород почвы в модели определялись с помощью метода фотофиксаций. Фиксированные точки в модели представляли собой репера, изготовленные из стальной проволоки. Схема расположения выработки и реперов в модели приведена на рис. 4.1. Смещения реперов определялись в результате обработки полученных фотопластинок на компараторе с точностью до 0,02 мм.
По результатам отработки были построены графики относительных перемещений —— реперов в почве в зависимости от глубины залегания выработок (рис. 4.2 и 4.3). При этом абсолютные перемещения контура почвы выработки при имитации в модели глубины 900 м, Ц были условно приняты за единицу. Кривые для реперов, расположенных на различном расстоянии по вертикали от почвы выработки, получены от абсолютного смещения контура (сплошные линии). Смещения точек, расположенных между реперами, были взяты как среднее значение смещений этих реперов (пунктирные линии).
