книги из ГПНТБ / Технология добычи и обогащения углей в Печорском бассейне [коллектив. моногр

Степень влияния каждого из факторов-аргументов на величину нагрузки характеризуется коэффициентом эластичности (табл. 17).

Т а б л и ц а 17

Из табл. 17 видно, что характер влияния факторов-аргументов на величину нагрузки в обеих группах выработок в основном оди­ наков: наибольшее влияние оказывает поперечное сечение, затем крепость вмещающих пород, мощность пласта и глубина зало­ жения.

С целью упрощения расчетов выражения (14) и (15) представ­ лены в виде номограмм (рис. 34).

Внедрение параметров крепления выработок с учетом прогно­ зируемой нагрузки позволит более эффективно использовать до­ рогостоящую металлическую крепь, повысить устойчивость выра­ боток, получить значительную экономию.

§ 7 . О П Ы Т П Р И М Е Н Е Н И Я А Н К Е Р Н О Й К Р Е П И

На шахтах комбината Воркутауголь анкерная крепь приме­ няется с 1962 г. и получила широкое распространение при прове­ дении подготовительных выработок по пластам средней мощности и полого залегания. В 1962—1972 гг. анкерами закреплено 170 км горных выработок и установлено 510 тысяч анкеров в различных горно-геологических условиях.

За счет снижения трудоемкости и расхода материала экономия составила 1460 тыс. руб. (8,6 руб. на 1 м); сэкономлено 51 тыс. м3 лесных материалов,

86

Во время промышленных испытаний и внедрения анкерной кре­ пи инженерно-техническими работниками шахт накоплен значи­ тельный опыт по креплению горных выработок. Исследованиями ПечорНИИПроекта установлены рациональные конструктивные па­

крепи проведены исследования механических характеристик пород в местах закрепления замка анкера. В лабораторных условиях физико-механические свойства горных пород определены для боль­ шинства шахтных пластов Воркутского месторождения.

Для уточнения значений прочностных свойств пород, получен­ ных в лабораторных условиях, в шахтных условиях проведены исследования предела прочности на вдавливание прибором ППВС-1 (конструкция ЛГИ) и установлена корреляционная за­

87

висимость между прочностными параметрами горных пород. Для определения области устойчивой работы анкерной крепи при различных прочностных свойствах кровли по результатам шахт­ ных экспериментов исследована связь между величиной усилия натяжения Рп и пределом прочности на вдавливание овд.

На основании многочисленных шахтных наблюдений установ­ лено, что основным критерием, определяющим надежность закреп-

Рис. 36. Зависимость устойчивости анкерной крепи от прочностных свойств пород

ления замка анкера в породах, является первоначальное натяже­ ние анкера. При натяжении менее 2 тс на анкер крепь работает в неустойчивом режиме, поэтому за минимально допустимую вели­ чину усилия натяжения принято натяжение 2 тс. По минимально допустимой величине натяжения легко определить возможную об­ ласть применения анкеров СКШ-5 и СКШ-10 (рис. 36).

С целью получения необходимой величины первоначального натяжения анкерной крепи в подготовительных выработках прово­ дились продолжительные наблюдения за деформацией пород кров­ ли и изменением натяжения анкеров. Изменение начального на­ тяжения изучалось для металлических распорных анкеров СКШ-5 и СКШ-10 в аргиллитах и алевролитах различной крепости. Для установления влияния повторного подтягивания анкеров на изме­ нение натяжения в отдельных выработках анкеры затягивались повторно. Интенсивное падение напряжения происходит в основном в первые 2—4 ч после установки анкеров и после каждого очеред­ ного взрывания шпуров на расстоянии 2—6 м. С отходом взрыв­ ных работ натяжение анкерной крепи увеличивается и достигает первоначальной величины на расстоянии 16—20 м от забоя.

Из анализа видно, что основной причиной падения натяжения анкеров после их установки является деформация пород вблизи

88

замков на контакте с опорными шайбами. С увеличением натяже­ ния . анкеров пропорционально увеличиваются и потери натяже­ ния. Повторное затягивание.спо­ собствует сохранению натяжения, особенно в породах слабых и средней крепости. Поэтому по­ вторное натяжение целесообразно производить через сутки после установки крепи.

Для бурения вертикальных шпуров под анкеры на шахтах комбината Воркутауголь широ­ кое применение получили трубча­ тые буровые станки типа БСТ конструкции ПечорНИИПроекта

(рис. 37).

Станок состоит из корпуса, каретки, ручной лебедки, верхней и нижней выдвижной части. К корпусу приварена направляю­ щая, по которой передвигается каретка станка. На каретку уста­ навливается ручное электросвер­ ло, которое передается на забой ручной лебедкой. Буровой станок имеет двойную раздвижку опор­ ной стойки. Верхняя раздвижка величиной 400 мм производится перемещением верхней выдвиж­ ной трубы, которая в необходи­ мом положении закрепляется спе­ циальным пальцем. Нижняя раз­ движка величиной 300 мм и распор стойки во время работы производятся вращением рукоят­ ки распорного механизма. На­

при забуривании шпуров.

Рис. 37. Станок типа БСТ для бу­ рения шпуров под анкерную крепь:

/ — стойка; 2 — лебедка; 3 — каретка; 4 — электросверло; 5 — буровая штанга

89

бассейна изготовлено 230 станков типа'БСТ.

В последнее время на многих шахтах комбината получили ши­ рокое применение реечные станки типа БСР, которые устанавли­ ваются на комбайне 4ПУ для обеспечения совмещения операций по бурению шпуров и оформлению забоя.

та). Контроль за качественной установкой анкерной крепи произ­ водится диномометрическими ключами М-40.

На шахтах Воркутского месторождения анкерная крепь приме­ няется как самостоятельная, так и в сочетании с подпорной для крепления промежуточных штреков, бремсбергов, уклонов и раз­ резных печей. Выработки проводятся по пластам Мощному (верх­ нему слою), Тройному, Четвертому и «ц. Анкерная крепь приме­ няется с деревянными подхватами с частичной или полной затяжкой кровли выработки. Под подхват устанавливаются два или три анкера в зависимости от ширины выработки. Шаг крепи состав­ ляет 0,8—1,0 м. Анкеры применяются длиной 1,5—1,8 м.

Параметры анкерной крепи определяются в зависимости от прочностных свойств пород, геологического строения кровли и предварительного натяжения. Для изучения прочностных свойств горных пород и геологических нарушений применяется шахтный буровой снаряд.

Из результатов исследований, проведенных ПечорНИИПроектом, видно, что анкерная крепь при соблюдении расчетных пара­ метров и качественной установки обеспечивает значительное улучшение состояния кровли и устойчивость горных выработок, что является особенно важным при ведении очистных работ. Вы­ работки, закрепленные анкерной крепью и находящиеся вне зоны влияния очистных работ, не испытывают значительных нагрузок и, как правило, смещение кровли не превышает 30 мм. В зоне влияния очистных работ нагрузки на крепь значительно возра­ стают и смещение пород кровли увеличивается.

Установка подпорной крепи (прогоны, ремонтины) под эле­ менты анкерной крепи разгружает натяжение анкеров, вследствие чего работоспособность анкеров составляет 50—60%.

90

На шахте «Юнь-Яга» комбината Воркутауголь проведены ис­ следования работоспособности анкерной крепи при подготовке западного крыла выемочного поля пласта Пц мощностью 1,7—■ 2,0 м. Кровля пласта представлена песчано-глинистым сланцем мощностью 1,8—2,5 м, выше залегает толща крепких песчаников.

Для наблюдения за проявлением горного давления и работо­ способностью крепи оборудованы замерные станции с контурны­ ми и глубинными реперами. Реперы закладывались в скважины, пробуренные перпендикулярно напластованию пород, и размеща­ лись вдоль оси выработки с интервалом 6 м.

Наблюдения позволили определить характер проявления гор­ ного давления и несущую способность анкерной крепи в выработ­ ках. Установлено влияние отработки нижележащей лавы № 3 на устойчивость конвейерного штрека лавы № 2, охраняемого цели­ ком угля шириной 10 м. Во время нахождения конвейерного штрека вне зоны влияния очистных работ максимальная интен­ сивность сдвижения пород кровли при анкерной крепи за 35 сут составила 0,05 мм/ сут.

В течение 120 суток абсолютная величина опускания кровли не превышала 14 мм, и только под влиянием опорного давления на расстоянии 30—40 м от линии очистного забоя происходило вторичное смещение пород кровли. Натяжение анкерной крепи в момент проведения выработок изменилось. Если первоначальное натяжение анкеров составляло 2,5 тс, то при подвигании. забоя на 6—8 м снизилось до 1,6 тс. Затем, по мере удаления его на 20—30 м, нагрузка на анкеры возросла и, достигнув 1,8—2,2 тс, стабилизировалась.

В аналогичных горно-геологических условиях в выработках, закрепленных деревянной крепью, горное давление проявлялось более интенсивно, скорость сдвижения пород составляла 0,18 мм/сут, а абсолютная величина опускания кровли — 20 мм.

Дальнейшие исследования проводились в выработках, подвер­ женных влиянию очистных работ. До подхода лавы в местах установки замерных станций вентиляционный и конвейерный штреки поддерживались анкерной крепью распорно-клинового типа. Выработки закреплялись деревянными пластинами на трех анкерных болтах с полной затяжкой кровли. Ширина выработки составляла 2,6 м, а площадь кровли, поддерживаемая одним ан­ кером,— 1,2 м2. Выработки проводились на глубине 120 м. На участке сопряжения лавы № 3 с вентиляционным штреком про­ тяженностью 10 м анкерная крепь усиливалась деревянной. Брусья длиной 3 м, установленные под верхняки анкерной крепи, поддер­ живались тремя деревянными стойками диаметром 14—16 см. Кроме того, сопряжение со стороны лавы усиливалось вторым ря­ дом брусьев с металлическими стойками (рис. 38).

Натяжение анкерной крепи до подхода лавы на 10 м остава­ лось постоянным и составляло 1,8 тс. При дальнейшем подвигании забоя натяжение возрастало с интенсивностью 0,2 т/сут и достиг­

91

ло 2,8 тс. При удалении забоя на 5 м натяжение крепи снизились до 1,4 тс. Уменьшение натяжения анкеров при увеличении смеще­ ния пород (рис. 39) объясняется тем, что деревянная крепь, приняв нагрузку от нижележащих слоев пород, выключает из работы анкерную крепь.

В очистном забое выемка угля производилась комбайном 2К-52. Управление кровлей характеризуется полным обрушением с шагом посадки через 1,3 м. В вентиляционном штреке при отра­ ботке лавы № 3 начало смещения пород, закрепленных анкерами,

наблюдалось на расстоянии 35 м. По мере подвигания очистного забоя смещение пород кровли штрека увеличилось и на расстоя­ нии 5 м за лавой достигло 118 мм( рис. 40)..

В подготовительных выработках, подверженных влиянию очист­ ных работ, механизм взаимодействия крепи с боковыми породами характеризуется тем, что в момент передачи нагрузки от смещаю­ щихся пород на деревянную крепь подвесная анкерная крепь разгружается. Передача нагрузки с анкерной крепи на деревянную происходит при смещении нижележащих пород кровли более 25 мм.

Исследованиями, проведенными на шахте «Юнь-Яга», установ­ лено, что при натяжении анкеров на 2 тс и при опускании кровли не более 100 мм в местах сопряжений обеспечивается безопасное устойчивое поддержание кровли без дополнительной установки подпорной крепи.

На основании полученных результатов предложен способ под­ держания кровли канатными прогонами.

Крепление подготовительных выработок производится анкер­ ной крепью с последующей подвеской канатов за выступающие концы стержней анкеров. Канаты крепятся к анкерам зажимными устройствами (см. рис. 40). Для поддержания одного сопряжения

92

Необходимо иметь три отрезка каната, которые устанавливаются в шахматном порядке.

На шахте «Юнь-Яга» при отработке лавы № 621 по пласту «п в восточном панельном бремсберге № 9 в 56 м от линии очи­ стного забоя натянуты четыре отрезка каната длиной 20 м каж­ дый. Канаты подвешивались за выступающие концы анкерных

я

болтов в два ряда по оси выработки со стороны лавы. Перед на­ веской канатов гайки анкерных болтов затягивались динамометри­ ческим ключом. Натяжение гаек анкеров составляло 4500— 5000 кгс.

В лаве выемка угля производилась узкозахватным комбайном КШ-1КГ. Отработка столба производилась по падению пласта с погашением конвейерного и вентиляционного бремсбергов. Сопря­ жение лавы с бремсбергом крепилось по схеме, приведенной на рис. 40. Одна из линейных секций крепи 1МК располагалась в

93

бремсберге. По мере подвигами линии очистного забоя после каж­ дой передвижки секций крепи (шаг передвижки 0,63 м) за ком­ плексом, под каждый подхват анкерной крепи пробивалась дере­ вянная стойка. Передвижка линейной секции крепи 1МК, распо­ ложенной в бремсберге, производилась под верхняками и под навешенными канатами.

А

Рис. 40. Паспорт крепления мест сопряжения канатными прогонами

За время промышленного испытания канатных прогонов наблю­ далось хорошее состояние заанкерованных пород выработки, по­ роды не обрушились. Испытания показали работоспособность канатных прогонов и высокую надежность поддержания мест со­ пряжений. Применение канатных прогонов по сравнению с под­ порными крепями позволило снизить участковую себестоимость до 15 руб. на 1000 т добычи угля.

В последнее время ведутся работы по улучшению применяемой на шахтах комбината конструкции анкерной крепи. Проведены ис­ пытания стяжной анкерной крепи, предназначенной для крепления

94

выработок шириной пролета 5—6 м и выработок со слабыми боковыми породами.

В результате накопленного опыта применения анкерной крепи объемы ее применения ежегодно увеличиваются. В 1971 г. анкер­ ной крепью закреплено 25 км горных выработок, что дает эконо­ мический эффект 200 тыс. руб.

Более широкое применение анкерной крепи сдерживается от­ сутствием наиболее рациональной конструкции анкерной крепи, простой и экономичной в изготовлении и установке, обладающей необходимой несущей'способностью (15—20 тс), а также средств механизации установки анкерной крепи и контроля за ее работой при проведении и эксплуатации выработок.

В связи со значительным объемом применения анкерной крепи на шахтах (5—7 км) возникает необходимость в выделении лиц для осуществления контроля за состоянием горных выработок, закрепленных анкерной крепью. Это позволит значительно уве­ личить объем применения анкерной крепи, снизить расход лесных материалов и затраты на крепление горных выработок, а также увеличить темпы их проведения.

§ 8 . О П Р Е Д Е Л Е Н И Е З А П А С А С Е Ч Е Н И Я П О Д Г О Т О В И Т Е Л Ь Н Ы Х В Ы Р А Б О Т О К

В процессе эксплуатации подготовительных выработок вслед­ ствие сдвижения пород горного массива происходит уменьшение площади поперечного сечения. При планировании горных работ и составлении паспортов крепления правильный выбор запаса сече­ ния выработок с учетом осадки представляет определенную слож­ ность. Это объясняется тем, что пока отсутствуют достоверные расчетные методы по определению этого параметра, а имеющиеся технические нормативы, изложенные в «Унифицированных типо­ вых сечениях горных выработок», как правило, не соответствуют конкретным условиям заложения выработок.

Изменение поперечного сечения горных выработок обусловлено влиянием различных горно-геологических и горнотехнических фак­ торов. Зависимость запаса сечения на осадку от основных влия-- ющнх факторов имеет вероятностно-статистический характер. В связи с этим необходимо проводить большое количество измере­ ний сечений в выработках, находящихся в различных условиях поддержания.

Для измерения сечения горных выработок, закрепленных метал­ лической арочной крепью, наибольшее применение получили два способа.

Сущность п е р в о г о способа заключается в определении размеров выработок в пределах высоты сечения через 0,2—0,3 м. Измерения производятся по горизонтали от оси выработки, фикси­ руемой штырем, забитым в почву. Затем на миллиметровой бумаге строится в масштабе контур поперечного сечения и планиметром

95