книги / Методология проектирования строительства подземных сооружений

Т,сут.

Рис 5.19. Смещения боков восточного группового вентиляционного штрека гор. 915 м ПК 31

вывала, что затруднило измерения. Средняя величина закрепного пространства через два месяца после проходки составила 290 мм, а через полгода - 260 мм или уменьшилась по сравнению с первоначальной на 21,6% и 29,7% соответст­ венно. Средние смещения породного контура выработки составили 110 мм, максимальные в т. 2 - 135 мм. Необходимо отметить, что по всему периметру породное обнажение вы­ работки не вступило в контакт с рамами крепи и последние практически не несут никакой нагрузки. Состояние крепи хорошее, перемещения замков крепи отсутствует.

Целью экспериментальных исследований крепи регули­ руемого сопротивления на шахте "Суходольская-Восточная" является определение ее параметров при использовании в качестве базовой металлической арочной податливой крепи из СВП с различными вариантами усиления на основе изу­ чения закономерностей совместного деформирования ком­ бинированных конструкций крепи с вмещающим породным массивом.

При использовании в качестве базовой металлической арочной податливой крепи возможны четыре основных ва­ рианта ее усиления: установка различных конструкций ан­ керной крепи, тампонаж закрепного пространства, нанесе-

ние набрызг-бетона на поверхность выработки и инъекци­ онное упрочнение вмещающих пород. Соответственно этим четырем вариантам усиления необходима организация че­ тырех основных экспериментальных участков, каждый их которых, в свою очередь, будет состоять из нескольких по­ дучастков, на которых будут исследоваться различные вари­ анты каждого типа усиления с целью выявления оптималь­ ного.

Задачей исследований на экспериментальном участке с усилением анкерной крепью является изучение механизма взаимодействия анкерной крепи с металлической арочной податливой и вмещающим породным массивом, а также оп­ ределение оптимальных параметров усиления базовой крепи анкерами. К параметрам усиления в данном случае относят­ ся: время установки анкеров, длина и плотность установки анкеров, их натяжение и конструкция анкеров. Соответст­ венно определяемым параметрам на этом участке предпола­ гается варьирование конструкций анкеров, их длины, плот­ ности и времени установки.

Задачей исследований на экспериментальном участке с усилением базовой крепи тампонажем закрепного простран­ ства является изучение механизма взаимодействия системы "базовая крепь - тампонажный слой - массив" и определение оптимального времени начала тампонажных работ.

На экспериментальном участке с усилением арочной кре­ пи набрызг-бетоном и упрочнением пород задачей исследо­ ваний является изучение механизма взаимодействия на- брызг-бетонной крепи с металлической арочной податливой, анкерной крепью и упрочнением пород, а также определе­ ние области применения набрызг-бетона как усиливающего элемента крепи регулируемого сопротивления в сложных геомеханических условиях.

Для проведения экспериментальных исследований по геомеханическим и технологическим условиям был выбран 1-й южный магистральный откаточный штрек гор. 915 м шахты "Суходольская-Восточная" Сечение выработки в све­ ту Sc = 12,8 м2, в проходке Snp = 15,9 м2. По проекту выра­ ботка крепится металлической арочной податливой крепью АП-3 из СВП-27 с железобетонной затяжкой. Расстояние

между арками крепи 0,7 м. Штрек расположен в выбросо­ опасном сильнотрещиноватом песчанике прочностью на од­ ноосное сжатие 74,4 - 147,3 МПа. Коэффициент структурно­ го ослабления песчаника Кс = 0,2. Согласно СНиП-П-94-80 ожидаемые смещения кровли штрека по его длине состав­ ляют 354 - 659 мм, а нагрузка на крепь колеблется в интер­ вале 654 - 753 кПа/м. Для крепления выработок в этих усло­ виях СНиПом рекомендуется металлическая арочная подат­ ливая крепь в сочетании с усиливающими элементами - ан­ керами, тампонажем закрепного пространства или упрочне­ нием вмещающих пород, поэтому введение усиливающих элементов в принятую проектом крепь позволит обеспечить устойчивость выработки на экспериментальных участках.

При креплении всех экспериментальных участков крепь регулируемого сопротивления в качестве базовой использу­ ется крепь АП-3 из СВП-27 с шагом установки рам через 0,7 м.

Первый участок является сопоставительным. Протяжен­ ность его 20 м, он крепится базовой крепью по проекту. По середине участка устанавливается глубинная реперная стан­ ция длиной 3 м и производится наблюдение за деформиро­ ванием породного массива вокруг выработки при ее закреп­ лении только базовой крепью.

Для экспериментального участка с анкерной крепью в ка­ честве основной конструкции анкеров приняты серийно выпускаемые анкера типа АД-1 конструкции ДонУГИ длиной 1а = 2 м.

На первом подучастке протяженностью 50 м определяется время установки анкерной крепи. Он крепится базовой кре­ пью и анкерами АД-1 с металлической сеткой, конструкция крепи этого участка представлена на рис. 5.20.

Плотность установки анкеров n = 1, расстояние между анкерами 1 м, в ряду 5 анкеров. Варьируется лишь время установки анкеров:

непосредственно в забое выработки совместно с базо­ вой крепью (протяженность - 15 м); через 15 суток после проходки и установки базовой крепи (протяженность - 15 м);

Рис. 5.20. Крепь на экспериментальных участках: 1 - анкер типа АД-1 конструкции Дон УГИ (длиной 2000 мм): 2 - металлическая сетка: 3 - СВП - 27

по мере срабатывания датчиков-сигнализаторов кон­ струкции МГТУ, настроенных на величину сигнальных смещений, UA = 354 мм базовой крепи (протяжен­ ность - 20 м).

Датчики-сигнализаторы МГГУ устанавливаются на всем протяжении этого подучастка через 5 м по длине выработки. На подучастке также устанавливаются 4 глубинных репер­ ных станции для наблюдения за деформированием Породно­ го массива.

На втором подучастке варьируется длина устанавливае­ мых анкеров. Конструкция крепи аналогична предсхавлен. ной на рис. 5.20. Общая протяженность участка 20 М( на первом десятиметровом участке длина анкеров 1а = 1,5 м, на

втором Ia = 3,0 м. На участке устанавливается две глубин­ ные реперные станции.

На третьем подучастке варьируется натяжение анкеров от 3,5 до 6 тс. Натяжение анкеров производится динамометри­ ческим ключом. Протяженность участка 30 м, на нем уста­ навливаются три реперные станции.

На четвертом подучастке изменяется плотность установки анкеров. На первых десяти метрах расстояние между анке­ рами а = 0,5 м, в ряду устанавливаются 9 анкеров. На вторых десяти метрах расстояние между анкерами а = 1,5 м, уста­ навливаются 3 анкера в ряду. Общая протяженность подуча­ стка 20 м, на нем устанавливаются 2 реперные станции.

На пятом подучастке выработка крепится анкерами типа АД-1 с последующим восстановлением их несущей способно­ сти. Первоначально устанавливаются базовая крепь и анкера АД-1 длиной 2,0 м с последующей их переустановкой. Конст­ рукции крепи участка и схема переустановки анкеров при­ ведена на рис. 5.21 и 5.22.

На этом участке технология возведения анкерной крепи следующая. После взрывания забоя, проветривания и приве­ дение его в безопасное состояние устанавливаются рамы металлической крепи и бурятся шпуры под анкера длиной 2,0 м. Затем устанавливаются анкера, при этом замок анкера не доходит до забоя шпура на 20 см (рис. 5.22а). По проше­ ствии 30 суток производится восстановление несущей спо­ собности анкеров путем их переустановки в забой шпура (рис. 5.226). Протяженность участка 40 м, на нем устанавли­ ваются две глубинные реперные станции. На этом же участ­ ке, по необходимости, могут быть испытаны и другие конст­ рукции анкеров.

Общая протяженность экспериментального участка с тампонажем закрепного пространства составляет 90 м. Уча­ сток разбивается на три подучастка длиной 30 м каждый. На первом из них тампонаж производится по возможности ближе к забою выработки сразу после ее проходки и уста­ новки металлической арочной крепи; на втором участке тампонаж производится через 30 - 40 суток после проход­ ки, и на третьем участке время начала тампонажных работ определяется по показаниям датчиков-сигнализаторов МГГУ,

мм. Датчики-сигнализаторы устанавливаются по всей длине участка: на первых 60 метрах через каждые 10 метров, на последних 30 м — через 5 метров. Конструкция крепи на экспериментальном участке с тампонажем закрепного про­ странства представлена на рис. 5.23.

На каждом из подучастков устанавливаются глубинные реперные станции. Через каждые 5 м производится замер величины закрепного пространства и производится зарисов­ ка породного контура выработки; отбираются выбуриванием образцы тампонажного камня и производится определение его прочности.

На экспериментальном участке с набрызг-бетонной кре­ пью исследуются деформационные и прочностные характе­ ристики набрызг-бетонной крепи переменной толщины. Общая протяженность участка 30 м.

Рис. S.23. Крепь на экспериментальном участие 1 - металлическая арка из СВП-27; 2 - ж/б затяжка (по ж/б затяжке наносится слой набрызг-бетона толщи­ ной 1-2 см); 3 - тампонажный слой; 4 - трубки для тампонажа закрепного про­ странства

Набрызг-бетонная крепь возводится в забое выработки сразу после установки арок металлической крепи до их за­ тяжки. На первых 10 метрах участка толщина набрызгбетона составляет 1 - 2 см, на вторых 5 - б см и на третьих 10 метрах 10 - 12 см. Конструкция крепи участка приведена на рис. 5.24.

На участке устанавливаются три глубинные реперные станции и через каждые 5 метров в кровле выработки уста­ навливаются датчики-сигнализаторы, настраиваемые на ве-

Рис. 5.24. Крепь на экспериментальном участке 1 — датчиксигнализатор; 2 — металлическая арка из СВП-27; 3 — набрызг-бетон; 4 - металлическая сетка

личину сигнальных смещений UA = 55 мм. При реализации сигнальных смещений на каком-либо из участков произво­ дится усиление крепи нанесением дополнительного слоя набрызг-бетона толщиной 3-4 см.

На следующем экспериментальном участке исследуется совместная работа набрызг-бетонной и анкерной крепи в зависимости от последовательности их возведения. Участок разбивается на два подучастка длиной по 15 метров. На пер­ вом из подучастков после установки арочной крепи без за­ тяжки наносится слой набрызг-бетона толщиной 5 - б см, и через каждые 5 метров по длине участка устанавливаются датчики-сигнализаторы, настроенные на величину сигналь­ ных смещений UA = 55 мм (рис. 5.25а). При реализации сиг­ нальных смещений производится усиление крепи путем ус­

тановки анкеров АД-1 длиной 2,0 м с шагом установки 1 м по пять анкеров в ряду. Конструкция крепи в этом случае приобретает вид, представленный на рис. 5.25 б.

На втором подучастке в забое выработки производится установка металлической арочной крепи и анкеров АД-1 с теми же параметрами, что и на предыдущем подучастке. Конструкция крепи аналогична конструкции, представлен­ ной на рис. 5.20. Через каждые 5 метров в кровлю выработ­ ки устанавливаются датчики-сигнализаторы, настроенные на величину сигнальных смещений для анкерной крепи UA= 20 мм. При реализации сигнальных смещений производится усиление крепи нанесением слоя набрызг-бетона толщиной 5 - 6 см и конструкция крепи приобретает вид, представлен­ ный на рис. 5.25 б. На всем участке устанавливаются две глубинные реперные станции.