книги / Методология проектирования строительства подземных сооружений

Конструкция анкера, являющегося элементом крепи с ре­ гулируемым сопротивлением, должна удовлетворять сле­ дующим условиям:

•обладать несущей способностью не менее 70-80 кН;

•обеспечивать необходимую податливость при смеще­ нии породного контура; создавать возможность последующей инъекции скреп­

ляющих растворов в горный массив с целью использо­ вания несущей способности разрушенных, а затем уп­

рочненных пород.

Исходя из выполненного анализа экспериментального оп­ ределения несущей способности рассмотренных анкеров, для условий экспериментального участка шахты "Ворошиловградская №1" рекомендуется применить сталеполи­ мерный анкер, закрепляемый в донной части шпура поли­ уретановой ампулой на длину 600-800 мм. Податливый ре­ жим работы такой жестко закрепленной конструкции обес­ печивается гибкой опорной плитой, устанавливаемой под гайкой штанги. Возможность последующего нагнетания скрепляющего раствора создается использованием полой штанги, изготовленной из трубы с отверстиями для выхода раствора.

Ввиду того, что базовой крепью на экспериментальных участках являются сталеполимерные анкера длиной 2,2 м, не допускающие вывалов породы из кровли выработки, то в качестве датчика-сигнализатора использовался датчик СДК-45 конструкции Оргэнергостроя, небольшая длина которого снижает трудоемкость работ по его установ­ ке.

Величина сигнальных смещений UA, рассчитанная по формуле 4.28, составила 40 мм.

Ориентировочное время установки крепи усиления на экспериментальном участке, рассчитанное по зависимости 4.22, составляет Тус =48 суток.

На рис. 5.3 приведены проектируемая базовая конструк­

ция крепи полевого откаточного штрека пл. 1^ и конструк­ ция крепи с усилением.

Рис. 5 J. Конструкции КРС на экспериментальном участке шахты иВорошиловградская Лк 1” а) на экспериме1ггальном участке; б) базовая

крепьсусилением

На шахте "Комсомолец Донбасса" экспериментальные участки организованы в наклонном и западном конвейерном квершлагах комплекса перегрузки угля гор. 628 м. Общая протяженность выработок составляет 2600 м.

На своем протяжении выработки пересекают самые раз­ личные породи от трещиноватого песчано-глинистого слан­ ца крепостью f = 4+5 до монолитных кварцевых песчани­ ков прочностью f = 15+19 и мощностью до 35 м. Естествен­ но, что разброс смещений контура этих выработок по их длине очень велик.

В этом случае определение смещений контура выработки производились на основании тех данных, которыми в боль­ шинстве случаев обладают проектировщики, - прогнозным геологическим разрезом пород по длине квершлагов и кре­ постью пересекаемых пород по шкале М. М. Протодьяконова. Прогнозный геологический разрез представлен на рис. 5.4.

Все остальные физико-механические характеристики вмещающих пород включая запредельные, были приняты средними для пород Донбасса. Расчет смещений контура выработки показал, что они изменяются от Un{B = 15 мм до

UDU = 312 мм, причем, по длине квершлагов встречаются протяженные участки, на которых диапазон изменения смещений меньше: от и Ш|„ = 15+52 мм до и шах = 77+101 мм

Рис. 5.6. Конструкции КРС на экспериментальном участке №1 шахты "Комсомолец Донбасса" а) базовая крепь; б) базовая крепь с усилением

Для участков с изменением смещении от и ,^ =49-5-103 мм до и ши = 32+161 мм в качестве базовой крепи была принята комбинированная конструкция из набрызг-бетона толщиной d = 60 мм, армированного металлической сеткой, и анкера конструкции ВНИИОМШСа длиной 2,2 м по 5+6 анкеров в ряду.

мм при использовании датчиков МГТУ. В качестве крепи усиления используется повторный набрызг-бетон толщиной d = 60 +70 мм. Проектирование крепи регулируемого сопро­ тивления для участка №2 приведено на рис. 5.7, а конструк­ ции базовой крепи и крепи усиления на рис. 5.8.

Для участков с изменением смещений от Umia = 182 мм до Umax =312 мм в качестве базовой крепи была принята ме­

таллическая арочная трехзвенная податливая крепь из СВП27 по проекту института Донгипрошахт. Так как на этих участках базовая крепь полностью перекрывала диапазон изменения смещений контура горной выработки, то на них усиление крепи не предусматривалось. Кривые изменения смещений для участка №3 и параметры базовой крепи при­ ведены на рис. 5.9.

Ряс. 5.7. Проектирование КРС на экспериментальном участке №2 шахты "Комсомолец Донбасса"

На этом участке были установлены две сопоставительное контурные реперные станции для наблюдения за фактиче­ скими смещениями контура штрека. Глубина заложения выработки в месте установки станций составляет Н = 560 м, штрек проводился буровзрывным способом в аргиллитах. Выше в кровле, на расстоянии 2 м от кровли штрека, залега­ ет слой песчаника мощностью 4,4 м. На этом участке были отобраны образцы проб горных пород и определены их фи­ зико-механические характеристики, включая запредельные. Результаты испытаний образцов приведены в § 5.1. Они бы­ ли использованы для расчета смещений кровли штрека при определении параметров крепи регулируемого сопротивле­ ния.

Ширина выработки в проходке в месте установки замер­

дения за смещениями контура пггрека проводились на за­ мерной станции №1 в течение 198 суток, а на замерной станции №2 - в течение 171 суток. За период наблюдений

Т, сут

Рис 5.10. Смещения кровли восточного полевого откаточного штрека на экспериментальном участке №1: А - показания замерной станции № 1; Б - показания замерной станции № 2

Из графиков видно, что смещения носят затухающий ха­ рактер и по истечении 60 суток практически выпслаживают­ ся. Так, смещения кровли по замерной станции №1 за пери­ од 108 суток (с 90 суток по 198 сутки) увеличились с 166 мм до 187 мм, т.е. всего на 21 мм.

Средняя скорость смещений составила 0,2 мм/сутки. Наиболее интенсивные смещения зафиксированы в первые 30 + 40 суток после проведения горной выработки. За этот период реализовалось 55% смещений кровли штрека и 57% смещений его боков. С учетом изложенного, можно предш»- ложить, что на участке с КРС первое усилие крепи (в случае необходимости) надо будет производить через 15 + 20 суток после проведения выработки. Забой выработки в это время будет находится на расстоянии примерно 30 + 60 м от уча­ стка, на котором необходимо усиливать крепь. В связи с этим необходимо предусмотреть такую технологию проведе' ния выработок, при которой работы по усилению крепи бы­ ли бы взаимоувязаны с работами непосредственно по про­ ходке штрека.

Конечные величины смещений кровли штрека (187 мм и 167 мм) допускают возможность проведения эксперимен­ тальных работ по возведению крепи регулируемого сопро­ тивления в данных геомеханических условиях. Сопоставле­ ние фактических смещений кровли выработки с расчетными (151 мм), полученными по методике, изложенной в $ 44, показывает, что расхождение составляет 10 + 20 %, что снидетельствует о ее пригодности для инженерных расчетов.

Таким образом, на первом экспериментальном участке было доказано, что устанавливаемая в штреке крепь по прож­ екту Южгипрошахта обладает избыточной несущей способ­ ностью. Исключение тампонажа закрепного пространства), набрызг-бетона по затяжке и увеличение расстояния между рамами крепи в два раза не повлияли на устойчивость выра­ ботки. Кроме этого, на этом участке была апробирована ме­ тодика определения смещений кровли выработки и опреде­ лены требования к технологии ведения работ по креплению штрека крепью регулируемого сопротивления.

В качестве базовой крепи КРС по расчету должна быть применена анкерная крепь. Породы кровли штрека обвод-

йены и склонны к обрушению, поэтому на втором экспери­ ментальном участке протяженностью 50 метров были испы­ таны различные конструкции анкерной крепи с целью вы­ бора оптимальной конструкции анкера для использования в данных геомеханических условиях. Исследовательские рабо­ ты в этом направлении были выполнены лабораторией под­ земных сооружений МакИСИ при участии автора. Были испытаны четыре типа анкеров. Испытания заключались в установке анкеров, визуальном наблюдении за их состояни­ ем и последующим выдергиванием анкеров с целью опреде­ ления их несущей способности.

Пробные установки двух типов анкеров с распорными го­ ловками не дали положительных результатов, так как влаж­ ные глинистые сланцы, в которых должна расклиниваться головка, не позволили закрепить ее надлежащим образом и анкера по истечении нескольких суток выпадали из шпуров. Применение в данных условиях анкеров с механическими распорными устройствами также было признано нецелесо­ образным, так как их фактическая несущая способность составила в условиях влажных пород всего 1,5 +2 тонны.

Наилучшим образом зарекомендовали себя сталеполи­ мерные анкера, закрепляемые в шпурах с помощью специ­ альных патронированных химических составов - отвердителей. Их несущая способность через месяц после установки составила 8-10 тонн, вывалов породы из кровли выработки на участке, закрепленном этими анкерами, не наблюдалось. Они были приняты для использования в качестве базовой крепи для третьего экспериментального участка протяжен­ ностью 50 м, на котором собственно, была апробирована крепь с регулируемой несущей способностью.

На экспериментальном участке предусматривалась сле­ дующая конструкция крепи регулируемого сопротивления. В кровле выработки через 1 м устанавливаются сталеполимер­ ные анкера длиной 2,2 м с металлической сеткой (базовый вариант). Через каждые 10 м устанавливаются датчики СДК45, настраиваемые на величину сигнальных смещений. В случае срабатывания датчиков производится усиление крепи путем нанесения слоя набрызг-бетона толщиной 15-20 см. Учитывая, что указанная крепь на шахте применялась впер­